CN116181738A - 一种气压-电磁复合驱动线性执行器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及执行器驱动控制技术领域，具体涉及一种气压‑电磁复合驱动线性执行器。该执行器包括外缸筒、内缸筒、活塞杆组件、线圈固定缸筒，所述线圈固定缸筒外侧套设线圈；所述活塞杆组件包括活塞和活塞杆，所述活塞置于内缸筒内部，并将内缸筒的内部空间分为左容腔和右容腔，所述内缸筒两端分别安装左端盖和右端盖，左端盖设有左端盖进气口并与左容腔联通，右端盖设有右端盖进气口并与右容腔联通。本发明的气压‑电磁复合驱动线性执行器既可以在气压驱动或电磁驱动下单独动作，也可以在气压‑电磁复合驱动下动作，达到运动速度快、推力大、精度高的优秀性能。
Description
技术领域
本发明涉及执行器驱动控制技术领域，具体涉及一种气压-电磁复合驱动线性执行器。
背景技术
可以直接产生直线运动的驱动方式主要有气压驱动(如直线气缸)、液压驱动(如液压缸)和直线电机。不同于传统的旋转电机连接丝杠的直线运动产生方式，直线电机不需要传动机构就可以直接通过电力产生直线运动，具有结构简单、响应速度快、速度和位置精确可控的优势，其应用领域正在日益扩大。但是直线电机具有推力较小的问题，若要产生大推力，则需要采用大功率线圈、增大电流等措施，此时会产生大量耗能、发热等问题。
直线气缸是气压驱动，可以进行直线往复运动的执行器，有固定的缸筒和运动的活塞，具有动作速度快、输出力大、操作简单等优点，但是气缸的速度和位置控制比较难。现有的气缸使用技术中，为了解决定位精度问题，利用比例阀或高速开关阀和位移传感器的位置反馈，结合现代控制理论，能够使气缸定位精度达到0.5mm左右，但是也远不如直线电机的精度。因此，现有的直线电机或气缸无法满足多种使用要求，存在推力较小或能耗较大、控制精度不高等问题。
发明内容
本发明提供一种推力较大、结构紧凑、能精确控制运动速度和位置的新型气压-电磁复合驱动执行器，以解决现有气缸运动速度控制困难、定位精度不足等问题。
本发明所述一种气压-电磁复合驱动线性执行器，包括外缸筒、内缸筒、活塞杆组件、线圈固定缸筒，所述线圈固定缸筒外侧套设线圈，使得线圈置于线圈固定缸筒和内缸筒之间；所述活塞杆组件包括活塞和活塞杆，所述活塞置于内缸筒内部，并将内缸筒的内部空间分为左容腔和右容腔，所述活塞杆一端穿过右端盖的通孔，并由密封圈密封；所述内缸筒两端分别安装左端盖和右端盖，左端盖设有左端盖进气口并与左容腔联通，右端盖设有右端盖进气口并与右容腔联通；所述活塞杆另一端设有环形定位凸台，环形定位凸台一侧依次安装活塞、永磁体基座Ⅰ与永磁体基座Ⅱ、固定环；所述永磁体基座Ⅰ与永磁体基座Ⅱ上对应安装永磁体Ⅰ和永磁体Ⅱ，两个永磁体磁性相反设置。
优选的，所述线圈按照U/V/W三相顺序依次分列排布。
优选的，所述线圈两侧安装有定位环，线圈的数量可以随行程长度不同增加或减少。
优选的，所述线圈固定缸筒是一个圆柱形不封闭薄壁长筒，筒壁上有一贯穿的开口；所述外缸筒是一个圆柱形薄壁长筒，一端设有一个方形缺口；所述的外缸筒缺口和线圈固定缸筒的开口对齐安装；所述线圈的引出导线经线圈固定缸筒开口和外缸筒缺口引出。
优选的，所述内缸筒是一个圆柱形薄壁长筒。
优选的，所述永磁体基座和活塞由硅钢材料制作。
优选的，所述活塞上安装密封圈。
优选的，所述左端盖和内缸筒之间由密封圈密封，右端盖和内缸筒之间由密封圈密封。
优选的，所述活塞杆一端有螺纹孔，另一端为光轴，螺纹孔内安装固定螺钉。
本发明通过控制既可以在气压驱动或电磁驱动下单独动作，又可以实现气压和电磁的复合驱动，满足执行器运动速度与精准定位的双重使用需求。其利用气压驱动，可以产生大推力；利用电磁驱动可以进行精确控制，克服了现有执行器大推力与精准控制无法同时满足的缺点。
附图说明
图1为本发明所述执行器的剖视图。
图2为本发明所述执行器的安装结构示意图。
图3为本发明所述的线圈固定缸筒结构示意图。
图4为本发明所述的外缸筒结构示意图。
图5为本发明所述的活塞杆组件剖视图。
图6为电磁驱动下线圈供电电流示意图。
其中：1-左端盖，2-定位环，3-线圈，4-线圈固定缸筒，5-外缸筒，6-内缸筒，7-右端盖，8-密封圈，9-密封圈，10-活塞杆，11-活塞，12-密封圈，13-永磁体Ⅰ，14-永磁体基座Ⅰ，15-永磁体Ⅱ，16-永磁体基座Ⅱ，17-固定环，18-固定螺钉，19密封圈，20左端盖进气口，21-右端盖进气口，22-左容腔，23-右容腔，24-线圈引出导线，25-线圈固定缸筒开口，26-外缸筒缺口，27-环形定位凸台。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。
如图1-5所示，本发明所述一种气压-电磁复合驱动线性执行器，包括外缸筒5、线圈固定缸筒4、内缸筒6和活塞杆组件，所述线圈固定缸筒4外侧套设线圈3，使得线圈3置于线圈固定缸筒4和内缸筒6之间；所述活塞杆组件包括活塞11和活塞杆10，所述活塞11置于内缸筒6内部，并将内缸筒的内部空间分为左容腔22和右容腔23，所述活塞杆10穿过右端盖7的通孔，并由密封圈8密封；所述内缸筒6两端分别安装左端盖1和右端盖7，左端盖1设有左端盖进气口20并与左容腔联通，右端盖7设有右端盖进气口21并与右容腔联通。所述线圈3按照U/V/W三相顺序依次分列排布，线圈两侧安装有定位环2，线圈3的数量可以随行程长度不同增加或减少。所述执行器上安装控制装置，控制气压和/或电流进入，以实现执行器气压-电磁复合驱动或单独气压驱动或单独电磁驱动。
所述活塞杆10一端有螺纹孔，另一端为光轴，靠近螺纹孔一端设有环形定位凸台27。所述环形定位凸台27左侧依次安装活塞11、永磁体基座Ⅰ14与永磁体基座Ⅱ16、固定环17，固定螺钉18安装在螺纹孔内；所述永磁体基座Ⅰ14与永磁体基座Ⅱ16上对应安装永磁体Ⅰ13和永磁体Ⅱ15，两个永磁体磁性相反设置。如图2所示的具体实施方式中，所述的永磁体磁性方向相反，磁性如图中S极和N极标注一致。所述永磁体基座和活塞由硅钢材料制作，以增加导磁性。所述活塞11上安装密封圈12，左端盖1和内缸筒6之间由密封圈19密封，右端盖7和内缸筒6之间由密封圈9密封。
如图2-4所示，所述内缸筒6是一个圆柱形薄壁长筒；所述线圈固定缸筒4是一个圆柱形不封闭薄壁长筒，筒壁上有一贯穿的开口25；所述外缸筒5是一个圆柱形薄壁长筒，一端设有一个方形缺口26。所述的外缸筒5缺口26和线圈固定缸筒4开口25对齐安装；所述线圈3的引出导线24经线圈固定缸筒开口25和外缸筒缺口26引出到装置外部，用以连接外部电力设备。
本发明所述的气压-电磁复合驱动执行器的具体工作原理如下：
单独气压驱动下工作原理：线圈不通电，左端盖进气口20接压缩气体，右端盖进气口21接大气；压缩气体通过左端盖进气口20流入左容腔22中，推动活塞杆组件向右移动，右容腔23中空气通过右端盖进气口21流到大气中，此时，实现执行器中活塞向右移动。同样的原理，线圈不通电，右端盖进气口21接压缩气体，左端盖进气口20接大气，压缩气体通过右端盖进气口21流入右容腔23中，推动活塞杆组件向左移动，左容腔22中空气通过左端盖进气口20流到大气中，此时，实现执行器中活塞向左移动。同时，增大压缩气体的压强可以增大活塞杆的推力和速度。
单独电磁驱动下工作原理：左端盖进气口20和右端盖进气口21接大气，线圈3接通图6中三相电流，电流流经线圈产生磁场，多个线圈产生的互相叠加磁场会形成行波磁场，永磁体Ⅰ13和永磁体Ⅱ15的磁场和行波磁场的相互作用下，带动活塞杆组件沿内缸筒6移动。通过控制线圈上的电流大小，可以控制活塞杆移动速度和推力；通过改变电流相序可以控制活塞杆移动方向。
气压-电磁复合驱动原理：通过控制装置的控制，在左端盖进气口20或右端盖进气口21接通压缩空气，同时线圈3接通三相电流时，活塞杆组件可以在气压和电磁共同驱动下运动，此时气压驱动和电磁驱动保障执行器运动推力和速度的同时，电磁驱动可有效提高执行器的运动精度，使本发明所述执行器具备推力大、速度快、精度高的优秀性能，以满足执行器的使用需求。
以上描述仅为本发明的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明，本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。
Claims (10)
1.一种气压-电磁复合驱动线性执行器，包括外缸筒、内缸筒和活塞杆组件，其特征在于，还包括线圈固定缸筒，所述线圈固定缸筒外侧套设线圈，使得线圈置于线圈固定缸筒和内缸筒之间；
所述活塞杆组件包括活塞和活塞杆，所述活塞置于内缸筒内部，并将内缸筒的内部空间分为左容腔和右容腔，所述活塞杆一端穿过右端盖的通孔，并由密封圈密封；
所述内缸筒两端分别安装左端盖和右端盖，左端盖设有左端盖进气口并与左容腔联通，右端盖设有右端盖进气口并与右容腔联通；
所述活塞杆另一端设有环形定位凸台，环形定位凸台一侧依次安装活塞、永磁体基座Ⅰ与永磁体基座Ⅱ、固定环；所述永磁体基座Ⅰ与永磁体基座Ⅱ上对应安装永磁体Ⅰ和永磁体Ⅱ，两个永磁体磁性相反设置。
2.根据权利要求1所述的气压-电磁复合驱动线性执行器，其特征在于，所述线圈按照U/V/W三相顺序依次分列排布。
3.根据权利要求2所述的气压-电磁复合驱动线性执行器，其特征在于，所述线圈两侧安装有定位环，线圈的数量可以随行程长度不同增加或减少。
4.根据权利要求1所述的气压-电磁复合驱动线性执行器，其特征在于，所述线圈固定缸筒是一个圆柱形不封闭薄壁长筒，筒壁上有一贯穿的开口；所述外缸筒是一个圆柱形薄壁长筒，一端设有一个方形缺口；所述的外缸筒缺口和线圈固定缸筒的开口对齐安装；所述线圈的引出导线经线圈固定缸筒开口和外缸筒缺口引出。
5.根据权利要求1所述的气压-电磁复合驱动线性执行器，其特征在于，所述内缸筒是一个圆柱形薄壁长筒。
6.根据权利要求1所述的气压-电磁复合驱动线性执行器，其特征在于，所述永磁体基座和活塞由硅钢材料制作。
7.根据权利要求1所述的气压-电磁复合驱动线性执行器，其特征在于，所述活塞上安装密封圈。
8.根据权利要求1所述的气压-电磁复合驱动线性执行器，其特征在于，所述左端盖和内缸筒之间由密封圈密封，右端盖和内缸筒之间由密封圈密封。
9.根据权利要求1所述的气压-电磁复合驱动线性执行器，其特征在于，所述活塞杆一端有螺纹孔，另一端为光轴，螺纹孔内安装固定螺钉。
10.根据权利要求1-9任一所述的气压-电磁复合驱动线性执行器，其特征在于，还包括控制装置。
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2023
- 2023-04-03 CN CN202310366691.6A patent/CN116181738A/zh not_active Withdrawn
Cited By (2)
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