CN114123639A - 一种电动力缸 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电控技术领域，尤其涉及一种电动力缸，其包括定子组件，包括安装套筒和多个定子磁组，所述定子磁组呈环形，与所述安装套筒同轴线设置，且位于所述安装套筒内；所述定子磁组依次排布，且相邻的所述定子磁组之间的极性相反；动子组件，穿设在所述安装套筒中，包括输出轴、第一电磁组、第二电磁组和第三电磁组；控制器，与所述三相交流电源和所述第一电磁组、所述第二电磁组和所述第三电磁组均电连接。本发明反应速度快，可以快速实现拉或推的动作，而且出力可大可小、力重比大。
Description
技术领域
本发明涉及电控技术领域，尤其涉及一种电动力缸。
背景技术
随着科学技术的进步，仿生领域的产品快速发展。其中，人造肌肉是仿生产品在实际生活中的应用实例。
当前的人造肌肉使用气动方案，一种为气缸，一种为变形腔。气缸可推可拉，力的大小与气压直接相关，力重比可以到50以上，但是动作慢，不能模拟生物运动时肌肉可快可慢，拉力可大可小，变化实时性强的特点。变形腔一般使用3D打印的褶皱塑料，充气时产生拉力或者推力，力端柔软，力重比可以到100以上，但是运动寿命短，容易破损，一旦破损漏气就无法使用，而且动作非常慢，行程非常短，无法模拟生物运动时肌肉可快可慢，拉力可大可小，变化实时性强的特点。
因此，需要一种电动力缸来解决上述技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电动力缸，反应速度快，可以快速实现拉或推的动作，而且出力可大可小、力重比大。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种电动力缸，包括：
定子组件，包括安装套筒和多个定子磁组，所述定子磁组呈环形，与所述安装套筒同轴线设置，且位于所述安装套筒内；所述定子磁组依次排布，且相邻的所述定子磁组之间的极性相反；
动子组件，穿设在所述安装套筒中，包括输出轴、第一电磁组、第二电磁组和第三电磁组，所述第一电磁组、所述第二电磁组和所述第三电磁组均相互绝缘绕设在所述输出轴上，且在所述输出轴上依次排布所述第一电磁组、所述第二电磁组和所述第三电磁组，所述第一电磁组、所述第二电磁组和所述第三电磁组能够对应接入三相交流电源中的其中一相；
控制器，与所述三相交流电源和所述第一电磁组、所述第二电磁组和所述第三电磁组均电连接，所述控制器能够改变所述第一电磁组、所述第二电磁组和所述第三电磁组的电流大小、电流方向和电流频率，使得所述输出轴能够在所述安装套筒中往复移动。
进一步地，所述定子磁组为永磁环形磁铁。
进一步地，所述安装套筒的材料为导磁材料。
进一步地，所述第一电磁组设置有多个，且多个所述第一电磁组串联，所述第二电磁组设置有多个，且多个所述第二电磁组串联，所述第三电磁组设置有多个，且多个所述第三电磁组串联，相邻的两个所述第一电磁组之间的距离为一个所述定子磁组的长度，相邻的两个所述第二电磁组之间的距离为一个所述定子磁组的长度，相邻的两个所述第三电磁组之间的距离为一个所述定子磁组的长度。
进一步地，所述第一电磁组设置有多个，且多个所述第一电磁组并联，所述第二电磁组设置有多个，且多个所述第二电磁组并联，所述第三电磁组设置有多个，且多个所述第三电磁组并联，相邻的两个所述第一电磁组之间的距离为一个所述定子磁组的长度，相邻的两个所述第二电磁组之间的距离为一个所述定子磁组的长度，相邻的两个所述第三电磁组之间的距离为一个所述定子磁组的长度。
进一步地，所述第一电磁组、所述第二电磁组和所述第三电磁组的长度均相等。
进一步地，所述动子组件的直径不小于所述定子磁组内圆的直径的4/5。
进一步地，所述定子磁组为电磁线圈，且相邻的所述电磁线圈能够与电流方向不同的直流电源导通，使得相邻的电磁线圈之间的极性相反。
进一步地，所述输出轴包括多片硅钢片，所述硅钢片之间相互绝缘，依次堆叠设置形成所述输出轴。
进一步地，所述控制器包括电流传感器，所述电流传感器用于监控流入所述第一电磁组、所述第二电磁组和所述第三电磁组中电流的大小。
本发明的有益效果：
本发明所提供的一种电动力缸，在安装套筒中设置有多个定子磁组，而且相邻的定子磁组之间的极性相反，动子组件的输出轴穿设在安装套筒中，上面绕设有相互绝缘的第一电磁组、第二电磁组和第三电磁组，第一电磁组、第二电磁组和第三电磁组能够对应接入三相交流电源中的其中一相，控制器能够改变第一电磁组、第二电磁组和第三电磁组的电流大小、电流方向和电流频率，使得输出轴能够在安装套筒中往复移动。利用三相交流电源产生磁场，从而与定子磁组产生的磁场相互作用，利用控制器调节电流大小、电流方向和电流频率，能够对输出轴的运动方向、运动速度、和输出力矩大小进行调节，从而可以快速实现拉或推的动作，而且出力可大可小、力重比大、反应速度快。
附图说明
图1是本发明一种电动力缸的示意图；
图2是图1中A-A向视图。
图中：
1、定子组件；11、安装套筒；12、定子磁组；2、动子组件；21、输出轴；22、第一电磁组；23、第二电磁组；24、第三电磁组。
具体实施方式
下面结合附图和实施方式进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
当前的人造肌肉使用气动方案，一种为气缸，一种为变形腔。气缸可推可拉，力的大小与气压直接相关，力重比可以到50以上，但是动作慢，不能模拟生物运动时肌肉可快可慢，拉力可大可小，变化实时性强的特点。变形腔一般使用3D打印的褶皱塑料，充气时产生拉力或者推力，力端柔软，力重比可以到100以上，但是运动寿命短、容易破损，一旦破损漏气就无法使用，而且动作非常慢。
实施例一
为了解决上述问题，可以快速实现拉或推的动作，而且出力可大可小、力重比大，如图1-图2所示，本发明提供一种电动力缸。本电动力缸包括：定子组件1、动子组件2和控制器。
其中，定子组件1包括安装套筒11和多个定子磁组12，定子磁组12呈环形，与安装套筒11同轴线设置，且位于安装套筒11内；定子磁组12依次排布，且相邻的定子磁组12之间的极性相反；动子组件2穿设在安装套筒11中，包括输出轴21、第一电磁组22、第二电磁组23和第三电磁组24，第一电磁组22、第二电磁组23和第三电磁组24均相互绝缘绕设在输出轴21上，且在输出轴21上依次排布第一电磁组22、第二电磁组23和第三电磁组24，第一电磁组22、第二电磁组23和第三电磁组24能够对应接入三相交流电源中的其中一相；控制器与三相交流电源和第一电磁组22、第二电磁组23和第三电磁组24均电连接，控制器能够改变第一电磁组22、第二电磁组23和第三电磁组24的电流大小、电流方向和电流频率，使得输出轴21能够在安装套筒11中往复移动。
利用三相交流电源产生磁场，从而与定子磁组12产生的磁场相互作用，利用控制器调节电流大小、电流方向和电流频率，能够对输出轴21的运动方向、运动速度和输出力矩大小进行调节，从而可以快速实现拉或推的动作，而且出力可大可小、力重比大、反应速度快。
进一步地，在本实施例中，定子磁组12为永磁环形磁铁。通过采用永磁环形磁铁能够保证定子磁组12具有稳定的磁力，从而保证定子磁组12与动子组件2的磁力作用效果。
进一步地，安装套筒11的材料为导磁材料。具体地，在本实施例中，安装套筒11采用铸铁制成，能够防止定子磁组12向外泄露磁力线，使得定子词组产生的磁力线通过安装套筒11完成循环。
进一步地，第一电磁组22设置有多个，且多个第一电磁组22串联，第二电磁组23设置有多个，且多个第二电磁组23串联，第三电磁组24设置有多个，且多个第三电磁组24串联，相邻的两个第一电磁组22之间的距离为一个定子磁组12的长度，相邻的两个第二电磁组23之间的距离为一个定子磁组12的长度，相邻的两个第三电磁组24之间的距离为一个定子磁组12的长度。通过采用上述形式，增加了动子组件2与定子磁组12之间的磁力作用，能够保证第一电磁组22、第二电磁组23和第三电磁组24产生的稳定的磁力，而且能够保证输出轴21在安装套筒11中的运动。
进一步地，第一电磁组22、第二电磁组23和第三电磁组24的长度均相等。通过上述方式，能够保证利用交变三相电流产生磁场时，能够与定子磁组12配合产生稳定的电磁力作用。
进一步地，动子组件2的直径不小于定子磁组12内圆的直径的4/5。通过仿真分析发现在动子组件2与定子磁组12内圆之间的间隙不大于1/5，即可保证不会对定子组件1与动子组件2之间的相互作用力的力度产生太大影响，当然，定子组件1与动子组件2之间的间隙越小越好。
进一步地，输出轴21包括多片硅钢片，硅钢片之间相互绝缘，依次堆叠设置形成输出轴21。通过采用硅钢片制造的输出轴21，能够保证较高的导磁率和电阻率，而且可以降低矫顽力、铁芯损耗和磁时效，从而满足第一电磁组22、第二电磁组23和第三电磁组24通过电磁效应激发磁场的效果。
进一步地，控制器包括电流传感器，电流传感器用于监控流入第一电磁组22、第二电磁组23和第三电磁组24中电流的大小。由于本电动力缸均具有瞬时过载能力，但在持续负重时，会由于第一电磁组22、第二电磁组23和第三电磁组24的线圈发热而导致线圈电阻值不断下降。因此，通过电流传感器对电流进行监控，在瞬时过载后，根据线圈的特性，持续一定时间就通过控制器限制电流，从而取消过载防止第一电磁组22、第二电磁组23和第三电磁组24的线圈被烧坏。通过上述方式，可以模拟生物肌肉的短时间过载，从而满足某些需要短时间过载使用的场合。在本实施例中，控制器可以采用变频器。
实施例二
本实施例与实施例一最大的不同在于：
进一步地，第一电磁组22设置有多个，且多个第一电磁组22并联，第二电磁组23设置有多个，且多个第二电磁组23并联，第三电磁组24设置有多个，且多个第三电磁组24并联，相邻的两个第一电磁组22之间的距离为一个定子磁组12的长度，相邻的两个第二电磁组23之间的距离为一个定子磁组12的长度，相邻的两个第三电磁组24之间的距离为一个定子磁组12的长度。通过采用上述形式，增加了动子组件2与定子磁组12之间的磁力作用，能够保证第一电磁组22、第二电磁组23和第三电磁组24产生的稳定的磁力，而且能够保证输出轴21在安装套筒11中的运动。
进一步地，定子磁组12为电磁线圈，且相邻的电磁线圈能够与电流方向不同的直流电源导通，使得相邻的电磁线圈之间的极性相反。通过采用电流激发磁场，能够根据实际的需要调整定子磁组12的磁场强度，从而使得动子组件2实现不同的力矩输出。而且采用电磁线圈可以成本较低。
在其他实施例中，定子磁组12可以采用三相磁组，动子组件2采用永磁铁，或者定子磁组12与动子组件2均采用三相磁组，在此不做过多限制。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电动力缸，其特征在于，包括：
定子组件(1)，包括安装套筒(11)和多个定子磁组(12)，所述定子磁组(12)呈环形，与所述安装套筒(11)同轴线设置，且位于所述安装套筒(11)内；所述定子磁组(12)依次排布，且相邻的所述定子磁组(12)之间的极性相反；
动子组件(2)，穿设在所述安装套筒(11)中，包括输出轴(21)、第一电磁组(22)、第二电磁组(23)和第三电磁组(24)，所述第一电磁组(22)、所述第二电磁组(23)和所述第三电磁组(24)均相互绝缘绕设在所述输出轴(21)上，且在所述输出轴(21)上依次排布所述第一电磁组(22)、所述第二电磁组(23)和所述第三电磁组(24)，所述第一电磁组(22)、所述第二电磁组(23)和所述第三电磁组(24)能够对应接入三相交流电源中的其中一相；
控制器，与所述三相交流电源和所述第一电磁组(22)、所述第二电磁组(23)和所述第三电磁组(24)均电连接，所述控制器能够改变所述第一电磁组(22)、所述第二电磁组(23)和所述第三电磁组(24)的电流大小、电流方向和电流频率，使得所述输出轴(21)能够在所述安装套筒(11)中往复移动。
2.根据权利要求1所述的一种电动力缸，其特征在于，所述定子磁组(12)为永磁环形磁铁。
3.根据权利要求1所述的一种电动力缸，其特征在于，所述安装套筒(11)的材料为导磁材料。
4.根据权利要求1所述的一种电动力缸，其特征在于，所述第一电磁组(22)设置有多个，且多个所述第一电磁组(22)串联，所述第二电磁组(23)设置有多个，且多个所述第二电磁组(23)串联，所述第三电磁组(24)设置有多个，且多个所述第三电磁组(24)串联，相邻的两个所述第一电磁组(22)之间的距离为一个所述定子磁组(12)的长度，相邻的两个所述第二电磁组(23)之间的距离为一个所述定子磁组(12)的长度，相邻的两个所述第三电磁组(24)之间的距离为一个所述定子磁组(12)的长度。
5.根据权利要求1所述的一种电动力缸，其特征在于，所述第一电磁组(22)设置有多个，且多个所述第一电磁组(22)并联，所述第二电磁组(23)设置有多个，且多个所述第二电磁组(23)并联，所述第三电磁组(24)设置有多个，且多个所述第三电磁组(24)并联，相邻的两个所述第一电磁组(22)之间的距离为一个所述定子磁组(12)的长度，相邻的两个所述第二电磁组(23)之间的距离为一个所述定子磁组(12)的长度，相邻的两个所述第三电磁组(24)之间的距离为一个所述定子磁组(12)的长度。
6.根据权利要求1所述的一种电动力缸，其特征在于，所述第一电磁组(22)、所述第二电磁组(23)和所述第三电磁组(24)的长度均相等。
7.根据权利要求1所述的一种电动力缸，其特征在于，所述动子组件(2)的直径不小于所述定子磁组(12)内圆的直径的4/5。
8.根据权利要求1所述的一种电动力缸，其特征在于，所述定子磁组(12)为电磁线圈，且相邻的所述电磁线圈能够与电流方向不同的直流电源导通，使得相邻的电磁线圈之间的极性相反。
9.根据权利要求1所述的一种电动力缸，其特征在于，所述输出轴(21)包括多片硅钢片，所述硅钢片之间相互绝缘，依次堆叠设置形成所述输出轴(21)。
10.根据权利要求1所述的一种电动力缸，其特征在于，所述控制器包括电流传感器，所述电流传感器用于监控流入所述第一电磁组(22)、所述第二电磁组(23)和所述第三电磁组(24)中电流的大小。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220301 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |