CN113818767A - 一种简洁型直驱旋转执行装置及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于智能家电技术领域，具体涉及一种简洁型直驱旋转执行装置及其工作方法。提供的简洁型直驱旋转执行装置，包括壳体、转盘、转轴和动力单元，壳体内可旋转地设有转轴，转轴上设有垂直于转轴的圆形的转盘；转盘上还设有磁性物质；转盘的至少一侧设有能够电磁驱动转盘的动力单元，动力单元与壳体固定；动力单元包括一组绕组。本发明具有多方面的优点，整体结构简洁紧凑，传动简单，无需单独的离合装置，可实现自动开关门和手自一体功能；动力单元无静阻转矩，装置不自锁；电控单元与绕组一体集成，无需额外的线束连接，无需额外的安装空间，整体可靠性更高；无齿槽结构反电势波形畸变率较低，便于更加精确地监控与判断。
Description
技术领域
本发明属于智能家电技术领域，具体涉及一种简洁型直驱旋转执行装置及其工作方法。
背景技术
目前市面上的智能家电所采用的开关门装置，仅有少部分实现了自动开关门和手自一体功能。这部分开关门装置通常包含独立设置的离合装置、多级齿轮传动机构、位置传感器和电控单元，这些装置相互配合虽然能够实现自动开关门和手自一体功能，但是也存在一些难以克服的固有缺陷。
离合装置包括电磁离合器和机械离合器等多种形式，内部结构复杂，并且受到输出扭矩的限制，现有离合装置还难以做到小型化和轻量化。为了使动力输出与开关门的扭矩和转速要求相匹配，常设置多级齿轮传动机构，通常为三级及以上的齿轮传动机构，这些齿轮传动机构结构相对复杂，占用空间较大，可靠性不佳；而且，其阻尼作用严重影响手动开关门时的手感。位置传感器，如微动开关、霍尔传感器、光电开关、角度编码器、旋转变压器、磁传感器等，同样存在占用空间和可靠性不佳等问题。独立电控单元虽然自身结构不大，但需要额外线束进行连接，不仅可靠性不佳，而且给结构设计和装配带来诸多不便。
例如，现有专利文献CN 209808276 U中公开了一种开关门装置用扭矩限制器、开关门装置及家用电器，通过该扭矩限制器(离合装置)实现原有的手动开关门功能。该装置结构复杂，可靠性不佳，尽管可以实现手动功能，但是手感较差，阻力明显。现有专利文献CN105971439B中公开了一种开门电机组件、自动开门系统及工作方法、冰箱，通过电磁离合装置使离合齿轮脱离传动位，实现手动开关门的目的。但是该电磁离合装置较复杂，传递扭矩过程中，要求旋转速较低，否则会导致该装置不能及时推动离合齿轮与其它齿轮啮合，进而出现失效的问题。
一直以来，自动开关门装置在简化结构、轻量化设计、结构可靠性、制造成本和运行质感等方面存在诸多难以克服的现实矛盾。
发明内容
本发明提供一种简洁型直驱旋转执行装置及其工作方法，以克服现有技术中存在的上述问题。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案来实现：一种简洁型直驱旋转执行装置，其特征在于：包括壳体、转盘、转轴和动力单元，壳体内可旋转地设有转轴，转轴上设有垂直于转轴的圆形的转盘；转盘上还设有磁性物质；转盘的至少一侧设有能够电磁驱动转盘的动力单元，动力单元与壳体固定；动力单元包括一组绕组。
本发明可直接应用于智能家电的自动开关门操作，以智能冰箱为例，将本发明的转轴与冰箱门体直接连接或使用动力连接件连接，从而驱动冰箱门体旋转。本发明结构紧凑，通过转盘与动力单元之间的磁力作用进行驱动。由于转盘与动力单元为无铁芯无齿槽结构，其静阻转矩理论上为零，动力单元未通电状况下，转盘可以顺滑旋转，实现手自一体功能的无缝切换。
优选地，上述的简洁型直驱旋转执行装置，转盘由导磁介质制成，壳体由导磁介质制成，从而提高磁场的利用效率。
优选地，上述的简洁型直驱旋转执行装置，磁性物质位于转盘的一侧，且构成一组环形阵列分布的磁极；绕组呈环形阵列分布，且绕组与磁性物质位于转盘的同一侧。
进一步地，上述的简洁型直驱旋转执行装置，还包括输出轴，输出轴贯穿壳体设置，输出轴的一端与转轴动力连接，输出轴的另一端伸出壳体。增设输出轴，通过输出轴与负载连接，如可旋转门体等，从而提升该简洁型直驱旋转执行装置在实际装配时的灵活性和适应性。
进一步地，上述的简洁型直驱旋转执行装置，转轴上设有第一齿轮；输出轴设有第二齿轮；输出轴与转轴之间通过第一齿轮与第二齿轮啮合实现动力连接。此外，输出轴与第二齿轮可以一体连接，也可以可拆卸连接，优选一体连接；转轴与第一齿轮可以一体连接，也可以可拆卸连接，优选装配连接。
优选地，上述的简洁型直驱旋转执行装置，壳体为圆柱形壳体；转轴沿壳体的中轴线设置；输出轴偏离壳体的中轴线设置，但与壳体的中轴线平行。输出轴偏离壳体的中轴线设置有利于该装置在装配时充分隐藏，适应更多的使用场景。
进一步地，上述的简洁型直驱旋转执行装置，还包括与绕组电性连接的电控单元，电控单元包括逻辑电路板。电控单元与绕组集成并对绕组的反电势实时监测，将监测得到的波形与标准波形对比，从而实现自反馈功能。具体如图1所示，标准波形,即曲线a，是指该装置在正常工况负载情况下采样获取的波形。正常工况下，该装置的遇阻在正常负载范围内，通过电控单元的PI控制，能够保持原有恒定转速，此时获取的反电势波形仍然是标准波形。在极端重载情况下，该装置的遇阻超出正常负载范围，PI控制无法做到恒速，转速降低，此时波形周期与标准波形不一致，如图1曲线b所示。
优选地，上述的简洁型直驱旋转执行装置，动力单元与电控单元由非导磁介质一体封装成型。结构紧凑、占用空间小，可靠性强。
进一步地，上述的简洁型直驱旋转执行装置，逻辑电路板经开关与绕组电性连接。
优选地，上述的简洁型直驱旋转执行装置，绕组优选使用高绝缘等级的电磁线绕制而成，磁性物质优选稀土永磁体，转盘作为载体可使用常规导磁介质制成，优选10号钢。
此外，作为另一种改进方案，转盘由磁性物质制成，转盘上不额外设置其他磁性物质；磁性物质包括稀土永磁材料。
本发明的简洁型直驱旋转执行装置的工作方法如下。
自动开关门时，向逻辑电路板输入开关门的电信号指令，逻辑电路板综合开门或关门指令信号，经过判断确认信号有效后，向动力单元通电，动力单元产生旋转磁场驱动转盘旋转；当转盘旋转至预定的开关门位置后，逻辑电路板基于对动力单元的反电势实时监测，确认到达目标位置，停止向动力单元通电，从而完成电动开门或关门；
手动开关门时，外力驱动转盘自由旋转；动力单元不通电，不与转盘发生作用；
过载情况下，逻辑电路板实时监测到动力单元的电流消耗超出正常负载工况时的电流范围，触发过载保护，动力单元停止运行。
有益效果：通过以上技术方案可以看出，本发明提供的简洁型直驱旋转执行装置具有以下多方面的优点。
(1)整体结构简洁紧凑，传动简单，无需单独的离合装置，可实现自动开关门和手自一体功能，具有很强的适应性和较高的应用价值。
(2)动力单元的无齿槽结构，静阻转矩为零，使得装置不自锁，实现手自一体功能。
(3)电控单元与绕组一体集成，无需额外的线束连接，无需额外的安装空间，整体可靠性更高。
(4)电控单元对绕组线反电势实时监测，判断开关门是否到位；无齿槽结构，反电势波形畸变率较低，便于更加精确地监控与判断。
附图说明
图1为标准波形与重载波形的对比示意图；
图2为实施例1的结构示意图；
图3为实施例2的结构示意图；
图4为实施例3和4的结构示意图；
图5为实施例3、4和5中动力单元的内部结构示意图；
图6为实施例5的结构示意图；
图7为本发明的工作逻辑示意图。
图中，壳体1、转盘2、转轴3、第一齿轮31、动力单元4、输出轴5、第二齿轮51、电控单元6。
具体实施方式
下面通过具体实施例，进一步阐明本发明，实施例只是为了说明问题，并不是一种限制。
实施例1
一种简洁型直驱旋转执行装置，如图2所示，包括壳体1、转盘2、转轴3和动力单元4，壳体1内可旋转地设有转轴3，转轴3上设有垂直于转轴3的圆形的转盘2；转盘2上还设有磁性物质；转盘2的至少一侧设有能够电磁驱动转盘2的动力单元4，动力单元4与壳体1固定；动力单元4包括一组绕组。
实施例2
一种简洁型直驱旋转执行装置，如图3所示，包括壳体1、转盘2、转轴3和动力单元4，壳体1内可旋转地设有转轴3，转轴3上设有垂直于转轴3的圆形的转盘2；转盘2上还设有磁性物质；转盘2的至少一侧设有能够电磁驱动转盘2的动力单元4，动力单元4与壳体1固定；动力单元4包括一组绕组。
本实施例中，还包括输出轴5，输出轴5贯穿壳体1设置，输出轴5的一端与转轴3动力连接，输出轴5的另一端伸出壳体1。
本实施例中，转轴3上设有第一齿轮31；输出轴5设有第二齿轮51；输出轴5与转轴3之间通过第一齿轮31与第二齿轮51啮合实现动力连接。
本实施例中，壳体1为圆柱形壳体；转轴3沿壳体1的中轴线设置；输出轴5偏离壳体1的中轴线设置，但与壳体1的中轴线平行。
实施例3
一种简洁型直驱旋转执行装置，如图4、5所示，包括壳体1、转盘2、转轴3和动力单元4，壳体1内可旋转地设有转轴3，转轴3上设有垂直于转轴3的圆形的转盘2；转盘2上还设有磁性物质；转盘2的至少一侧设有能够电磁驱动转盘2的动力单元4，动力单元4与壳体1固定；动力单元4包括一组绕组。
本实施例中，磁性物质位于转盘2的一侧，且构成一组环形阵列分布的磁极；绕组呈环形阵列分布，且绕组与磁性物质位于转盘2的同一侧。
本实施例中，还包括输出轴5，输出轴5贯穿壳体1设置，输出轴5的一端与转轴3动力连接，输出轴5的另一端伸出壳体1。
本实施例中，转轴3上设有第一齿轮31；输出轴5设有第二齿轮51；输出轴5与转轴3之间通过第一齿轮31与第二齿轮51啮合实现动力连接。
本实施例中，壳体1为圆柱形壳体；转轴3沿壳体1的中轴线设置；输出轴5偏离壳体1的中轴线设置，但与壳体1的中轴线平行。
本实施例中，还包括与绕组电性连接的电控单元6，电控单元6包括逻辑电路板。
本实施例提供的简洁型直驱旋转执行装置的工作方法如图7所示。
自动开关门时，向逻辑电路板输入开关门的电信号指令，逻辑电路板综合开门或关门指令信号，经过判断确认信号有效后，向动力单元4通电，动力单元4产生旋转磁场驱动转盘2旋转；当转盘2旋转至预定的开关门位置后，逻辑电路板基于对动力单元4的反电势实时监测，确认到达目标位置，停止向动力单元4通电，从而完成电动开门或关门；
手动开关门时，外力驱动转盘2自由旋转；动力单元4不通电，不与转盘2发生作用；
过载情况下，逻辑电路板实时监测到动力单元4的电流消耗超出正常负载工况时的电流范围，触发过载保护，动力单元4停止运行。
实施例4
一种简洁型直驱旋转执行装置，如图4、5所示，包括壳体1、转盘2、转轴3和动力单元4，壳体1内可旋转地设有转轴3，转轴3上设有垂直于转轴3的圆形的转盘2；转盘2上还设有磁性物质；转盘2的至少一侧设有能够电磁驱动转盘2的动力单元4，动力单元4与壳体1固定；动力单元4包括一组绕组。
本实施例中，转盘2由导磁介质制成；壳体1由导磁介质制成。
本实施例中，磁性物质位于转盘2的一侧，且构成一组环形阵列分布的磁极；绕组呈环形阵列分布，且绕组与磁性物质位于转盘2的同一侧。
本实施例中，还包括输出轴5，输出轴5贯穿壳体1设置，输出轴5的一端与转轴3动力连接，输出轴5的另一端伸出壳体1。
本实施例中，转轴3上设有第一齿轮31；输出轴5设有第二齿轮51；输出轴5与转轴3之间通过第一齿轮31与第二齿轮51啮合实现动力连接。
本实施例中，壳体1为圆柱形壳体；转轴3沿壳体1的中轴线设置；输出轴5偏离壳体1的中轴线设置，但与壳体1的中轴线平行。
本实施例中，还包括与绕组电性连接的电控单元6，电控单元6包括逻辑电路板。
本实施例中，动力单元4与电控单元6由非导磁介质一体封装成型。
本实施例中，动力单元4与磁性物质的配合关系经基于槽极配合理论而确定，经深度优化，详细参数如表1所示。
表1
| 外壳材质 | 10号钢 | 磁性材料 | N48H |
| 外壳厚度/mm | 4.3 | 磁极对数 | 2 |
| 外壳外径/mm | 80 | 磁极外经/mm | 77.5 |
| 绕组外径/mm | 77.5 | 磁极极弧系数 | 0.95 |
| 绕组内径/mm | 34 | 磁极厚度/mm | 5.4 |
| 每相绕组匝数 | 64 | 圆盘厚度/mm | 5.6 |
| 气隙长度/mm | 4.6 |
本实施例提供的简洁型直驱旋转执行装置的工作方法如图7所示。
自动开关门时，向逻辑电路板输入开关门的电信号指令，逻辑电路板综合开门或关门指令信号，经过判断确认信号有效后，向动力单元4通电，动力单元4产生旋转磁场驱动转盘2旋转；当转盘2旋转至预定的开关门位置后，逻辑电路板基于对动力单元4的反电势实时监测，确认到达目标位置，停止向动力单元4通电，从而完成电动开门或关门；
手动开关门时，外力驱动转盘2自由旋转；动力单元4不通电，不与转盘2发生作用；
过载情况下，逻辑电路板实时监测到动力单元4的电流消耗超出正常负载工况时的电流范围，触发过载保护，动力单元4停止运行。
实施例5
一种简洁型直驱旋转执行装置，如图5、6所示，包括壳体1、转盘2、转轴3和动力单元4，壳体1内可旋转地设有转轴3，转轴3上设有垂直于转轴3的圆形的转盘2；转盘2由磁性物质制成；转盘2的至少一侧设有能够电磁驱动转盘2的动力单元4，动力单元4与壳体1固定；动力单元4包括一组绕组。
本实施例中，壳体1由导磁介质制成。
本实施例中，磁性物质位于转盘2的一侧，且构成一组环形阵列分布的磁极；绕组呈环形阵列分布，且绕组与磁性物质位于转盘2的同一侧。
本实施例中，还包括输出轴5，输出轴5贯穿壳体1设置，输出轴5的一端与转轴3动力连接，输出轴5的另一端伸出壳体1。
本实施例中，转轴3上设有第一齿轮31；输出轴5设有第二齿轮51；输出轴5与转轴3之间通过第一齿轮31与第二齿轮51啮合实现动力连接。
本实施例中，还包括与绕组电性连接的电控单元6，电控单元6包括逻辑电路板。
本实施例中，动力单元4与电控单元6由非导磁介质一体封装成型。
本实施例提供的简洁型直驱旋转执行装置的工作方法如图7所示。
自动开关门时，向逻辑电路板输入开关门的电信号指令，逻辑电路板综合开门或关门指令信号，经过判断确认信号有效后，向动力单元4通电，动力单元4产生旋转磁场驱动转盘2旋转；当转盘2旋转至预定的开关门位置后，逻辑电路板基于对动力单元4的反电势实时监测，确认到达目标位置，停止向动力单元4通电，从而完成电动开门或关门；
手动开关门时，外力驱动转盘2自由旋转；动力单元4不通电，不与转盘2发生作用；
过载情况下，逻辑电路板实时监测到动力单元4的电流消耗超出正常负载工况时的电流范围，触发过载保护，动力单元4停止运行。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种简洁型直驱旋转执行装置，其特征在于：包括壳体（1）、转盘（2）、转轴（3）和动力单元（4），所述壳体（1）内可旋转地设有转轴（3），所述转轴（3）上设有垂直于所述转轴（3）的圆形的转盘（2）；所述转盘（2）上还设有磁性物质；所述转盘（2）的至少一侧设有能够电磁驱动所述转盘（2）的动力单元（4），所述动力单元（4）与所述壳体（1）固定；所述动力单元（4）包括一组绕组。
2.根据权利要求1所述的简洁型直驱旋转执行装置，其特征在于：所述转盘（2）由导磁介质制成；所述壳体（1）由导磁介质制成。
3.根据权利要求1所述的简洁型直驱旋转执行装置，其特征在于：所述磁性物质位于所述转盘（2）的一侧，且构成一组环形阵列分布的磁极；所述绕组呈环形阵列分布，且所述绕组与所述磁性物质位于所述转盘（2）的同一侧。
4.根据权利要求1所述的简洁型直驱旋转执行装置，其特征在于：还包括输出轴（5），所述输出轴（5）贯穿所述壳体（1）设置，所述输出轴（5）的一端与所述转轴（3）动力连接，所述输出轴（5）的另一端伸出所述壳体（1）。
5.根据权利要求4所述的简洁型直驱旋转执行装置，其特征在于：所述转轴（3）上设有第一齿轮（31）；所述输出轴（5）设有第二齿轮（51）；所述输出轴（5）与所述转轴（3）之间通过所述第一齿轮（31）与所述第二齿轮（51）啮合实现动力连接。
6.根据权利要求5所述的简洁型直驱旋转执行装置，其特征在于：所述壳体（1）为圆柱形壳体；所述转轴（3）沿所述壳体（1）的中轴线设置；所述输出轴（5）偏离所述壳体（1）的中轴线设置，但与所述壳体（1）的中轴线平行。
7.根据权利要求1至6任一项所述的简洁型直驱旋转执行装置，其特征在于：还包括与所述绕组电性连接的电控单元（6），所述电控单元（6）包括逻辑电路板。
8.根据权利要求7所述的简洁型直驱旋转执行装置，其特征在于：所述动力单元（4）与所述电控单元（6）由非导磁介质一体封装成型。
9.根据权利要求1所述的简洁型直驱旋转执行装置，其特征在于：所述转盘（2）由磁性物质制成，所述转盘（2）上不额外设置其他磁性物质；所述磁性物质包括稀土永磁材料。
10.根据权利要求7所述的简洁型直驱旋转执行装置的工作方法，其特征在于：
自动开关门时，向所述逻辑电路板输入开关门的电信号指令，所述逻辑电路板综合开门或关门指令信号，经过判断确认信号有效后，向所述动力单元（4）通电，所述动力单元（4）产生旋转磁场驱动所述转盘（2）旋转；当所述转盘（2）旋转至预定的开关门位置后，所述逻辑电路板基于对所述动力单元（4）的反电势的实时监测，确认到达目标位置，停止向所述动力单元（4）通电，从而完成电动开门或关门；
手动开关门时，外力驱动所述转盘（2）自由旋转；所述动力单元（4）不通电，不与所述转盘（2）发生作用；
过载情况下，所述逻辑电路板实时监测到所述动力单元（4）的电流消耗超出正常负载工况时的电流范围，触发过载保护，所述动力单元（4）停止运行。
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| CN202010558957.3A Pending CN113818767A (zh) | 2020-06-18 | 2020-06-18 | 一种简洁型直驱旋转执行装置及其工作方法 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN113818767A (zh) |
-
2020
- 2020-06-18 CN CN202010558957.3A patent/CN113818767A/zh active Pending
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