CN115473404A - 一种新型电磁作动器 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种新型电磁作动器，包括外筒，外筒的上下两端分别安装上端盖、下端盖，在上端盖、外筒、下端盖组成的空间里设置轴、导磁体、永磁体，轴的上下两端分别与上端盖和下端盖固连，轴的外部安装截面呈H型的导磁体，导磁体与轴之间安装石墨铜套，导磁体H型截面的槽里安装永磁体，永磁体与槽的内测形成气隙，气隙里安装线圈架，线圈架上绕制绕组线圈，轴的上下两端分别套有机械弹簧，机械弹簧分别压装于上端盖、导磁体之间和下端盖、导磁体之间。本发明作为执行元件，通过对绕组线圈施加一定频率的电流，在恒强磁场中产生随电流变化的往复力，致使动子沿轴做往复运动，从而产生需要的惯性力，并对外输出。
Description
技术领域
本发明涉及的是一种振动主动控制的执行器，具体地说是电磁作动器。
背景技术
传统被动式隔振或吸振受限于频带窄，效率低等原因，难以满足日渐提高的减振要求，主动控制技术自适应能力强，可控频带广，很好地弥补了被动隔振的缺陷。
主动控制的研究难点在于控制技术与作动器，作动器作为接收指令施加作用力的结构，是主动控制能否实际应用的关键。电磁作动器由于无接触摩擦，响应迅速，控制力大等优点，在诸多行业得到及其广泛的应用。
对于已有的电磁作动器，如专利CN206416898U，因采用电磁铁原理受限于铁芯尺寸，存在结构不够紧凑，尺寸过大的问题；也有如CN110027587A因磁路设计相对较窄，存在漏磁、电磁力系数小等问题；或如CN107781339B设计的动子缺乏轴向约束，运动时会存在偏心问题；大多数作动器如CN104976263A，CN107781339B等，设计中为使结构紧凑通常依靠簧片结构提供内部支撑力，此类设计在长期工作时可靠性能会有所欠缺，在实际工程应用中并不理想。
发明内容
本发明的目的在于提供具有结构紧凑、磁路设计合理、磁能利用率高、可靠性高、能耗低等优点的一种新型电磁作动器。
本发明的目的是这样实现的：
本发明一种新型电磁作动器，其特征是：包括外筒，外筒的上下两端分别安装上端盖、下端盖，在上端盖、外筒、下端盖组成的空间里设置轴、导磁体、永磁体，轴的上下两端分别与上端盖和下端盖固连，轴的外部安装截面呈H型的导磁体，导磁体与轴之间安装石墨铜套，导磁体H型截面的槽里安装永磁体，永磁体与槽的内测形成气隙，气隙里安装线圈架，线圈架上绕制绕组线圈，轴的上下两端分别套有机械弹簧，机械弹簧分别压装于上端盖、导磁体之间和下端盖、导磁体之间。
本发明还可以包括：
1、石墨铜套的上下两端的轴上均套有限位螺母，石墨铜套于导磁体贴合并通过限位螺母固定组成定子。
2、永磁体为瓦状结构，永磁体两两贴合组成环状结构，永磁体进行辐射式充磁且充磁方向一致。
3、限位螺母外表面具有与导磁体连接的外螺纹，并且限位螺母靠近上端盖、下端盖的一端设有凹槽。
4、导磁体内侧设有两个分别用于配合限位螺母固定石墨套筒和安装弹簧的凹台，靠近中心的凹台设有内螺纹。
5、上端盖、下端盖设有沉孔与凸台，沉孔位于上端盖、下端盖中间卡住轴并通过螺钉固定连接，所述凸台装配并固定机械弹簧位。
6、线圈架通过螺钉固定的形式连接于上端盖、下端盖凸台外侧。
7、导磁体由电磁软铁制成。
8、线圈架与永磁体间隙为0.5-1.5mm，线圈架与导磁体槽内侧间隙为1-2mm。
本发明的优势在于：
1、本发明的电磁作动器通过导磁体一体化的设计使动子结构整体更加简单紧凑且便于装配，限制整体体积的同时保证了动子的质量，可以满足作动器高功率密度的输出效果；
2、导磁体呈“H”型对称结构，形成的上下两个磁回路有效缓解了单回路导磁体易磁饱和的问题，同时导磁体的厚截面构建了宽大的磁路，很大程度上减小了漏磁；
3、瓦状永磁体采用辐射式充磁，相邻于永磁体的气隙结构设计提高了磁能利用率；
4、石墨铜套的使用更有利于动子对中，有效限制了动子的轴向偏心，同时提高了轴使用的耐久度；
5、线圈架与轴等部件采用铝合金材料，有效减小了作动器正常工作过程中的涡流损耗；
6、机械弹簧相比于簧片结构在作动器长期工作时具有更高的可靠性，且成本较低易于更换。
附图说明
图1为本发明的主剖视图；
图2为去除上端盖后的俯视图；
图3为配合轴的动子结构图；
图4为本发明外部结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
结合图1-4，本发明提供一种新型电磁作动器，其包括轴1、石墨铜套2、导磁体3、永磁体4、限位螺母5、线圈架6、绕组线圈7、机械弹簧8、上端盖9、下端盖10、外筒11及航空插头12；永磁体4粘接在导磁体3槽部外侧，与导磁体3之间形成槽部气隙并提供恒定磁场；石墨铜套2通过限位螺母5与导磁体3内侧凹台配合组成一个可以移动的整体，构成动子；线圈架6上缠绕有漆包线构成绕组线圈7，并通过螺钉与上端盖9和下端盖10固定，从而将绕组线圈7置于导磁体3的槽部气隙中；机械弹簧8压装于导磁体3的凹台和端盖的凸台之间，提供动子往复运动时所需的支撑力；石墨套筒2与轴1间隙配合，限制动子除轴向外的运动自由度，轴1通过螺钉分别与两端均有沉孔的上端盖9、下端盖10进行固定；外筒11和上端盖9、下端盖10通过螺钉连接构成了作动器的外壳；下端盖10通过螺栓固定的型式与被控对象刚性连接，确保作动器工作时与被控对象不发生相对位移；外筒11底部设计安装了绕组线圈7的出线端口，外部电流激励通过接线端口处的航空插头12施加。
石墨铜套2装配于轴1上，与导磁体3贴合并通过限位螺母5固定组成动子；永磁体4为瓦状结构，多块永磁体两两贴合组成环状结构，并用环氧树脂粘接固定在导磁体3槽部外侧；导磁体3截面呈“H”型，槽部内侧与永磁体4之间形成气隙；两个线圈架6通过螺钉与端盖连接，上端盖9和下端盖10与外筒11通过螺钉连接后线圈架6位于气隙结构处；绕组线圈7使用漆包线绕制于线圈架6上，通过接线端口处的航空插头12施加外部激励；两个机械弹簧8分别压装于上端盖9和下端盖10与导磁体3之间；两个端盖通过螺钉与轴1两端刚性连接，并与外筒11连接构成作动器的外壳。
永磁体4进行辐射式充磁且充磁方向一致；
永磁体4由12块相同的瓦状结构拼接为筒状结构；
限位螺母5外表面具有与导磁体3连接的外螺纹，并且限位螺母5靠近上下端盖9、10的一端设有凹槽；
导磁体3内侧设有两个凹台分别用于配合限位螺母5固定石墨套筒和安装弹簧，靠近中心的凹台设有内螺纹；
导磁体3由电磁软铁制成；
上下端盖9、10设有沉孔与凸台，所述沉孔位于端盖中间用于卡住轴1并通过螺钉固定连接，所述凸台用于装配并固定机械弹簧8；
下端盖10通过螺栓固定的型式与被控对象连接，确保作动器正常工作时的刚性固定；
线圈架6通过螺钉固定的型式连接于端盖9、10凸台外侧；
轴1、限位螺母5及线圈架6由高强度铝合金制成。
本发明工作时基于洛伦兹力原理。如图1所示，辐射式充磁的永磁体4布置于绕组线圈7外侧，为处于气隙中的线圈提供恒定的径向磁场，整个导磁体3构建了上下两个宽大的磁场回路；通过接线端口处的航空插头12为绕组线圈7施加交流电，而后线圈在气隙磁场中产生轴向电磁力，由于绕组线圈7、上端盖9、下端盖10为固定件，整个动子为弹性约束件，由相互作用力可知永磁体4也受等大反向的电磁力，包含永磁体4的动子受力将做相应的轴向运动，动子运动时机械弹簧8受压将提供相应的恢复力，使动子能回到初始位置并做持续的往复运动，进而作动器产生随电流变化的惯性力，通过下端盖10传递并施加于被控对象上，对其振动进行抑制达到减振降噪的目的。
为了减小动子运动时的轴向偏心，轴1与石墨铜套2和导磁体3进行间隙配合，同时为避免动子与其他部件之间的摩擦，线圈架6与永磁体4间隙为0.5-1.5mm，线圈架6与导磁体3槽内侧间隙为1-2mm。
为使恢复力沿轴向方向，机械弹簧8两端需要进行磨平处理，使之安装工作时力的方向不发生大的偏移，此外，根据动子质量及作动器体积可选择不同圈数及高度的弹簧，以便调整其刚度。
Claims (9)
1.一种新型电磁作动器，其特征是：包括外筒，外筒的上下两端分别安装上端盖、下端盖，在上端盖、外筒、下端盖组成的空间里设置轴、导磁体、永磁体，轴的上下两端分别与上端盖和下端盖固连，轴的外部安装截面呈H型的导磁体，导磁体与轴之间安装石墨铜套，导磁体H型截面的槽里安装永磁体，永磁体与槽的内测形成气隙，气隙里安装线圈架，线圈架上绕制绕组线圈，轴的上下两端分别套有机械弹簧，机械弹簧分别压装于上端盖、导磁体之间和下端盖、导磁体之间。
2.根据权利要求1所述的一种新型电磁作动器，其特征是：石墨铜套的上下两端的轴上均套有限位螺母，石墨铜套于导磁体贴合并通过限位螺母固定组成定子。
3.根据权利要求1所述的一种新型电磁作动器，其特征是：永磁体为瓦状结构，永磁体两两贴合组成环状结构，永磁体进行辐射式充磁且充磁方向一致。
4.根据权利要求1所述的一种新型电磁作动器，其特征是：限位螺母外表面具有与导磁体连接的外螺纹，并且限位螺母靠近上端盖、下端盖的一端设有凹槽。
5.根据权利要求1所述的一种新型电磁作动器，其特征是：导磁体内侧设有两个分别用于配合限位螺母固定石墨套筒和安装弹簧的凹台，靠近中心的凹台设有内螺纹。
6.根据权利要求1所述的一种新型电磁作动器，其特征是：上端盖、下端盖设有沉孔与凸台，沉孔位于上端盖、下端盖中间卡住轴并通过螺钉固定连接，所述凸台装配并固定机械弹簧位。
7.根据权利要求1所述的一种新型电磁作动器，其特征是：线圈架通过螺钉固定的形式连接于上端盖、下端盖凸台外侧。
8.根据权利要求1所述的一种新型电磁作动器，其特征是：导磁体由电磁软铁制成。
9.根据权利要求1所述的一种新型电磁作动器，其特征是：线圈架与永磁体间隙为0.5-1.5mm，线圈架与导磁体槽内侧间隙为1-2mm。
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