CN117373777A - 电磁执行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电磁执行器。该电磁执行器包括电磁线圈、导向套和衔铁，衔铁以可轴向移动的方式安装在导向套的径向内侧并且受到沿第一轴向方向的工作负载，电磁线圈能够在通电时对衔铁施加沿与第一轴向方向相反的第二轴向方向的电磁力。导向套包括在周向上间隔分布的多个引导槽和多个引导斜面，衔铁包括形成在外侧面上的一个或多个引导突起。每个引导槽关于轴向倾斜延伸，从而在每个引导突起移出相应的引导槽时引导衔铁相对于导向套沿第一周向方向转动，每个引导斜面关于径向倾斜延伸，从而在每个引导突起抵接相应的引导斜面时引导衔铁相对于导向套沿第一周向方向转动。本发明的电磁执行器具有改进的定位设计。

Description

电磁执行器

技术领域

本发明涉及电磁执行器技术领域。具体地，本发明涉及一种改进的电磁执行器。

背景技术

电磁执行器是各种机械中常用的功能部件。电磁执行器通常包括壳体、电磁线圈、导向套、衔铁和推杆等。衔铁以可移动的方式安装在导向套中，推杆固定在衔铁上。推杆可以抵接在弹簧或需要施加推力的部件上，从而受到工作负载，工作负载使推杆和衔铁趋于缩回到壳体中。电磁线圈围绕在导向套的径向外侧，电磁线圈在通电时能够产生电磁场，从而对衔铁施加电磁力，使得衔铁和推杆能够克服工作负载而伸出壳体。

当推杆在不同的状态之间切换时，需要为电磁线圈提供一定的切换电流；而当推杆维持伸出状态时，需要为电磁线圈提供一定的保持电流。切换电流与保持电流通常不同，因此需要使用占空比控制方法来获得多级电流曲线。同时，保持力的大小受保持电流的影响，需要精确控制电流以确保推杆的伸出位置。此外，断电后的衔铁受到的残余力也会阻碍执行器重置。

发明内容

因此，本发明需要解决的技术问题是，提供一种改进的电磁执行器。

上述技术问题通过根据本发明的一种电磁执行器而得到解决。该电磁执行器包括电磁线圈、圆筒状的导向套和圆柱状的衔铁，衔铁以可轴向移动的方式安装在导向套的径向内侧并且受到沿第一轴向方向的工作负载，电磁线圈安装在导向套的径向外侧并且能够在通电时对衔铁施加沿与第一轴向方向相反的第二轴向方向的电磁力。其中，导向套包括在周向上间隔分布的多个引导槽和多个引导斜面，每个引导槽包括朝向第一轴向方向的底部端和朝向第二轴向方向的开口端，每个引导斜面在相应的两个相邻引导槽的开口端之间延伸，多个引导槽具有不同的延伸长度。衔铁包括形成在外侧面上的一个或多个引导突起，每个引导突起能够在电磁线圈通电时在电磁力作用下移动到每个引导槽外部，或者在电磁线圈断电时在工作负载的作用下插入相应的引导槽中并且抵接相应引导槽的底部端。每个引导槽关于轴向倾斜延伸，从而在每个引导突起受到电磁力作用而移出相应的引导槽时引导衔铁相对于导向套沿第一周向方向转动，每个引导斜面关于径向倾斜延伸，从而在每个引导突起受到工作负载作用而抵接相应的引导斜面时引导衔铁相对于导向套沿第一周向方向转动，以便插入沿第一周向方向相邻的下一引导槽中。

在切换过程中，首先通过为电磁线圈通电可以对衔铁施加电磁力，使得衔铁的引导突起移出引导槽。由于倾斜的引导槽的引导作用，衔铁在轴向移动的同时发生转动，使得引导突起靠近相邻的引导斜面。当电磁线圈断电时，引导突起在工作负载的作用下反向移动并且抵接引导斜面，由于引导斜面的引导作用，衔铁进一步转动，使得引导突起插入相邻的下一引导槽中。当切换过程完成时，引导突起抵接在引导槽的底部端，从而稳定在由引导槽的长度确定的预定位置。在这种电磁执行器中，只有在切换过程中需要为电磁线圈通电，通过为不同的引导槽提供不同的延伸长度，就可以在电磁线圈不通电的情况下使衔铁维持在不同的位置，例如缩回位置和伸出位置。因此，这种电磁执行器耗能少，并且便于控制。

根据本发明的一个优选实施例，多个引导槽可以包括一个或多个第一引导槽以及一个或多个第二引导槽，每个第一引导槽可以具有第一延伸长度，每个第二引导槽可以具有小于第一延伸长度的第二延伸长度，一个或多个第一引导槽与一个或多个第二引导槽可以沿周向交替布置。也就是说，这些引导槽具有两种不同的延伸长度，从而可以使衔铁维持在两种不同的位置，例如缩回位置和伸出位置。两种不同长度的引导沿周向交替布置，使得电磁线圈的每次通电操作都可以控制衔铁在两种位置之间进行一次切换。

根据本发明的另一优选实施例，每个第一引导槽与沿第一周向方向相邻的下一第二引导槽之间可以相距第一周向间距，每个第二引导槽与沿第一周向方向相邻的下一第一引导槽之间可以相距第二周向间距。因此，衔铁每次在两个位置之间以相同的方向进行切换时，经历的切换过程也基本相同。优选地，在第二延伸长度小于第一延伸长度的情况下，第一周向间距可以大于第二周向间距。第二引导槽相对于第一引导槽较短，使得引导突起在移出第二引导槽时的转动量较小，第二引导槽与下一第一引导槽之间较小的周向间距可以确保引导突起在切换过程中能够插入相邻的下一第一引导槽中。

根据本发明的另一优选实施例，每个引导突起可以与每个引导槽平行延伸。引导突起由此可以形成为沿着衔铁的侧表面延伸的长条状结构。优选地，每个引导突起可以与每个引导槽的形状互补。这意味着引导突起的插入引导槽中的端部也具有与引导槽的底部端大致相同的形状。

根据本发明的另一优选实施例，每个引导突起的朝向第一轴向方向的端面可以与每个引导斜面平行延伸。引导突起的端面由此也形成为关于径向倾斜延伸的表面。

根据本发明的另一优选实施例，每个引导槽可以从导向套的朝向第二轴向方向的端部开始朝向第一轴向方向延伸，每个引导斜面可以位于导向套的朝向第二轴向方向的端部。这种结构便于加工，可以降低生产成本。优选地，每个引导槽可以沿径向贯穿导向套。这使得衔铁与电磁线圈之间阻挡磁场的结构减少。在这种情况下，优选地，每个引导突起可以在径向上不延伸越过导向套的外侧面，从而避免引导突起接触导向套径向外侧的部件，例如电磁线圈及其支架等。

附图说明

以下结合附图进一步描述本发明。图中以相同的附图标记来代表功能相同的元件。其中：

图1示出根据本发明的示例性实施例的电磁执行器的剖视图；

图2a和图2b示出根据本发明的不同实施例的电磁执行器的导向套的立体图；

图3示出根据本发明的示例性实施例的电磁执行器的衔铁和推杆的立体图；

图4a和图4b分别示出根据本发明的示例性实施例的电磁执行器的衔铁和导向套在不同接合状态下的示意图。

具体实施方式

以下将结合附图描述根据本发明的电磁执行器的具体实施方式。下面的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，本发明不限于所描述的优选实施例，本发明的保护范围由权利要求书限定。

根据本发明的实施例，提供了一种电磁执行器。电磁执行器是通过电磁力来提供致动力的机构。图1至图4b示出了根据本发明的电磁执行器的示例性实施例。

如图1所示，电磁执行器主要包括壳体10、电磁线圈30、导向套70、衔铁80和推杆90等。壳体10具有中空的内腔，用于封装电磁执行器的其他部件。壳体10可以具有开口，电磁执行器的其他部件可以通过开口安装到壳体10的内部。壳体10的开口可以由压板20来封闭。

电磁线圈30安装在壳体10内部。电磁线圈30相对于壳体10固定。为了支撑电磁线圈30，电磁线圈30例如可以围绕中心轴线缠绕在线圈架40上。在线圈架40的轴向两端可以分别安装有前磁轭50和后磁轭60。电磁线圈30在通电时能够产生电磁场，前磁轭50和后磁轭60能够引导电磁场以期望的形式分布。

导向套70具有中空的圆筒状结构，其安装在电磁线圈30和线圈架40的径向内侧，并且相对于壳体10和电磁线圈30固定。衔铁80是由铁磁材料制成的圆柱状部件，其安装在导向套70的径向内侧，并且能够沿着导向套70的内侧壁相对于导向套70(进而相对于壳体10和电磁线圈30)沿轴向移动。推杆90是杆状部件，其固定在衔铁80上，从而能够随着衔铁80相对于导向套70移动。电磁线圈30、导向套70、衔铁80和推杆90的轴线方向彼此基本平行、特别是基本重合。

如图1所示，可以将朝向左侧的壳体底部的轴向方向称为第一轴向方向F1，并且将朝向右侧的压板20的轴向方向称为第二轴向方向F2。推杆90的朝向第二轴向方向F2的端部沿轴向穿过前磁轭50和压板20，并且能够在衔铁80移动到靠近压板20的一端时部分地突出在壳体10和压板20的外部。当衔铁80移动到远离压板20的一端(靠近壳体底部)时，推杆90可以至少部分地返回到壳体10中。推杆90的朝向第二轴向方向F2的端部可以抵接在外部的其他部件上，从而对该部件施加沿第二轴向方向F2的推力，推杆90相应地受到沿第一轴向方向F1的反作用力，该反作用力称为电磁执行器的工作负载。推杆90在不同的移动位置处始终受到沿第一轴向方向F1的工作负载。当电磁线圈30断电时，衔铁80不受到电磁力(或受到较小的电磁力)，衔铁80和推杆90在工作负载的作用下具有沿第一轴向方向F1缩回壳体10中的趋势；当电磁线圈30通电时，衔铁80受到沿第二轴向方向F2的电磁力，使得衔铁80和推杆90具有伸出壳体10的趋势。

根据本实施例的电磁执行器具有类似于圆珠笔的自动伸缩锁止机构，该自动伸缩锁止机构形成在导向套70与衔铁80之间。具体而言，如图2a所示，导向套70包括在周向上间隔分布的多个引导槽71、72和多个引导斜面73。每个引导槽关于轴向倾斜延伸，并且包括朝向第一轴向方向F1的底部端和朝向第二轴向方向F2的开口端，每个引导斜面73在相应的两个相邻引导槽的开口端之间关于径向倾斜延伸。同时，如图3所示，衔铁80包括形成在外侧面上的一个或多个引导突起81。当电磁线圈30通电时，衔铁80能够在电磁力作用下克服工作负载而沿第二轴向方向F2移动到靠近压板20的切换位置，在切换位置处，每个引导突起81都位于相应的引导槽外部，并且靠近开口端而远离底部端。当电磁线圈30断电时，衔铁80在工作负载的作用下朝向第一轴向方向F1移动。由于两个相邻引导槽之间为关于径向倾斜延伸的引导斜面73，此时引导突起81即使抵接在引导斜面73上，也会在在引导斜面73的引导下滑动直至插入相邻的引导槽中，并且最终抵接在该引导槽的底部端。也就是说，在电磁线圈30断电的状态下，衔铁80总是稳定在使引导突起81抵接相应引导槽的底部端的位置。导向套70的这些引导槽具有不同的延伸长度，因此当衔铁80的引导突起81插入不同的引导槽中时，衔铁80就可以在电磁线圈30断电的情况下保持在不同的轴向位置。使衔铁80保持稳定的这些轴向位置都比切换位置距离压板20更远，也就是说，在切换位置处，衔铁80沿第二轴向方向F2移动的距离最大，并且推杆90伸出壳体10的部分最多。另一方面，由于引导槽关于轴向倾斜延伸，因此当插入引导槽中的引导突起81受到电磁力作用而移出相应的引导槽时，引导槽将会引导衔铁80相对于导向套70转动。由于衔铁80在完全离开引导槽之后仍然会在惯性作用下继续转动一定距离，因此当电磁线圈30断电时，重新朝向第一轴向方向F1移动的引导突起81不会直接插入原来的引导槽中，而是会抵接在相邻的引导斜面73上。如图4a和图4b所示，所有的引导槽都朝向同一方向倾斜(优选地，所有的引导槽可以相互平行地延伸)，使得引导突起81在移出相应的引导槽时都相对于导向套70沿同一周向方向转动，该周向方向可以称为第一周向方向R；所有的引导斜面73也都朝向同一方向倾斜(优选地，所有的引导斜面73可以相互平行地延伸)，使得引导突起81在抵接相应的引导斜面73时也相对于导向套70沿第一周向方向转动。因此，每次电磁线圈30完成一次通电/断电的切换过程，都使得引导突起81转移到沿第一周向方向相邻的下一引导槽中。

通常，电磁执行器的推杆只需要两个工作位置，即伸出位置和缩回位置。推杆90在伸出位置处沿第二轴向方向F2伸出壳体10的长度比在缩回位置处更大。因此，优选地，导向套70可以包括两种不同长度的引导槽，即第一引导槽71和第二引导槽72。其中，第一引导槽71具有第一延伸长度，第二引导槽72具有小于第一延伸长度的第二延伸长度。在这种情况下，当引导突起81插入第一引导槽71中时，衔铁80更远离压板20，推杆90伸出壳体10的长度更小，因此第一引导槽71对应于缩回位置，而第二引导槽72对应于伸出位置。如图2b中的另一实施例所示，在极限情况下，较短的第二引导槽72的底部端可以与沿第一周向方向相邻的上一引导斜面73直接连接在一起，从而形成一个一体的表面。在这种情况下，第二引导槽72相对于沿第一周向方向相邻的上一引导斜面73的延伸长度为零，第二引导槽72只有靠近沿第一周向方向相邻的下一引导斜面73的侧壁，而没有靠近上一引导斜面73的侧壁。

导向套70上的第一引导槽71和第二引导槽72的数量相同，都可以是一个或多个。第一引导槽71和第二引导槽72沿周向交替布置，使得电磁线圈30的每次通电/断电操作都能引起衔铁80和推杆90在伸出位置与缩回位置之间的一次切换。引导突起81的数量可以等于或少于第一引导槽71或第二引导槽72的数量。引导突起81的数量和周向分布方式只需要确保所有的引导突起81能够同时插入到相应的第一引导槽71中或者同时插入到相应的第二引导槽72中。

优选地，当导向套70包括多个第一引导槽71以及相应的多个第二引导槽72时，每个第一引导槽71与沿第一周向方向R相邻的下一第二引导槽72之间的间距都相等，该间距可以称为第一周向间距；每个第二引导槽72与沿第一周向方向R相邻的下一第一引导槽71之间的间距也都相等，该间距可以称为第二周向间距。这种分布方式使得电磁执行器每次从伸出位置切换到缩回位置的过程(特别是耗时)基本相同，每次从缩回位置切换到伸出位置的过程(特别是耗时)也基本相同。优选地，第一周向间距可以大于第二周向间距。由于第二引导槽72相对于第一引导槽71较短，使得引导突起81在移出第二引导槽72时的转动量较小，第二引导槽72与下一第一引导槽71之间较小的周向间距可以确保引导突起81在切换过程中能够容易地插入相邻的下一第一引导槽71中。

优选地，所有的引导突起81与所有的引导槽71、72都基本平行地延伸。引导突起81可以形成为沿与引导槽基本平行的方向延伸的条状结构。在这种情况下，引导突起81也关于轴向倾斜延伸。这种形状也使得作用在引导突起81上的电磁力具有促使引导突起81沿第一周向方向R转动的分量，因此在引导突起81受到电磁力作用而移出引导槽之后，电磁力也会产生使引导突起81朝向相邻的下一引导槽转动的效果。优选地，每个引导突起81可以与每个引导槽的形状互补。具体地，所有的第一引导槽71都具有相同的形状和尺寸，所有的第二引导槽72也都具有相同的形状和尺寸，所有的引导突起81也都具有相同的形状和尺寸。所有的第一引导槽71和第二引导槽72都可以形成为具有两条平行延伸的侧边的条状结构。第一引导槽71与第二引导槽72的形状差别仅在于延伸长度不同。引导突起81也形成为具有两条平行延伸的侧边的条状结构，并且其宽度基本对应于第一引导槽71和第二引导槽72的宽度。这里的“基本对应”指的是引导突起81的宽度可以近似并且略小于第一引导槽71和第二引导槽72的宽度，使得引导突起81既可以沿着引导槽的延伸方向自由移动，又不会在宽度方向上发生明显晃动。另外优选地，引导突起81的朝向第一轴向方向F1的端面可以与引导斜面73平行地延伸，从而便于在抵接引导斜面73时沿着引导斜面73滑动进入相邻的引导槽中。此时，引导槽的底部端也优选地形成为与引导斜面73平行的斜面。

优选地，每个引导槽可以从导向套70的朝向第二轴向方向F2的端部开始朝向第一轴向方向F1倾斜延伸，而每个引导斜面73可以位于导向套70的朝向第二轴向方向F2的端部。也就是说，引导斜面73位于导向套70的端面上。由于引导槽对于引导突起的引导功能主要通过引导槽的侧壁来实现，因此引导槽既可以形成为在导向套70的内侧壁上延伸的凹槽，也可以形成为沿径向贯穿导向套的凹槽。沿径向贯穿导向套70的凹槽也可以视为从导向套70的朝向第二轴向方向F2的端部开始凹入的凹口。其中，沿径向贯穿导向套70的引导槽可以是有利的方案，因为这种引导槽更容易通过机加工的方式来形成。在这种情况下，每个引导突起81在径向上不延伸越过导向套70的外侧面，特别是引导突起81的外侧面的外径可以小于导向套70的外侧面的外径，从而确保引导突起81不接触导向套70外部的部件，特别是线圈架40或后磁轭60。同时，由于此时在引导突起81与电磁线圈30之间没有导向套70的阻挡，电磁线圈30的磁场可以更好地作用于衔铁80。

根据本发明的电磁执行器可以通过导向套与衔铁之间的机械配合结构来锁定衔铁和推杆的不同轴向位置。在锁定状态下，衔铁和推杆不需要电磁线圈提供电磁力即可稳定维持于不同的轴向位置，例如伸出位置和缩回位置，只有在衔铁和推杆在不同位置之间进行切换时才需要为电磁线圈通电来提供电磁力。因此，这种电磁执行器可以采用简单的开关控制方法来替代现有技术中复杂的占空比控制方法。这大大简化了电磁执行器的控制部件，降低了成本。在这种情况下，工作负载也更容易克服衔铁受到的残余电磁力，电磁线圈对衔铁施加的电磁力也更容易设计。同时，由于控制电路在运行中所需的通电时间大大缩短，因此也减少了耗能。

虽然在上述说明中示例性地描述了可能的实施例，但是应当理解到，仍然通过所有已知的和此外技术人员容易想到的技术特征和实施方式的组合存在大量实施例的变化。此外还应该理解到，示例性的实施方式仅仅作为一个例子，这种实施例绝不以任何形式限制本发明的保护范围、应用和构造。通过前述说明更多地是向技术人员提供一种用于转化至少一个示例性实施方式的技术指导，其中，只要不脱离权利要求书的保护范围，便可以进行各种改变，尤其是关于所述部件的功能和结构方面的改变。

附图标记表

10 壳体

20 压板

30 电磁线圈

40 线圈架

50 前磁轭

60 后磁轭

70 导向套

71 第一引导槽

72 第二引导槽

73 引导斜面

80 衔铁

81 引导突起

90 推杆

F1 第一轴向方向

F2 第二轴向方向

R 第一周向方向

Claims (10)

1.一种电磁执行器，包括电磁线圈(30)、圆筒状的导向套(70)和圆柱状的衔铁(80)，所述衔铁(80)以可轴向移动的方式安装在所述导向套(70)的径向内侧并且受到沿第一轴向方向(F1)的工作负载，所述电磁线圈(30)安装在所述导向套(70)的径向外侧并且能够在通电时对所述衔铁(80)施加沿与所述第一轴向方向(F1)相反的第二轴向方向(F2)的电磁力，

其特征在于，

所述导向套(70)包括在周向上间隔分布的多个引导槽和多个引导斜面(73)，每个引导槽包括朝向所述第一轴向方向(F1)的底部端和朝向所述第二轴向方向(F2)的开口端，每个引导斜面(73)在相应的两个相邻引导槽的开口端之间延伸，所述多个引导槽具有不同的延伸长度，

所述衔铁(80)包括形成在外侧面上的一个或多个引导突起(81)，每个引导突起(81)能够在所述电磁线圈(30)通电时在所述电磁力作用下移动到每个引导槽外部，或者在所述电磁线圈(30)断电时在所述工作负载的作用下插入相应的引导槽中并且抵接相应引导槽的底部端，

每个引导槽关于轴向倾斜延伸，从而在每个引导突起(81)受到所述电磁力作用而移出相应的引导槽时引导所述衔铁(80)相对于所述导向套(70)沿第一周向方向(R)转动，每个引导斜面(73)关于径向倾斜延伸，从而在每个引导突起(81)受到所述工作负载作用而抵接相应的引导斜面(73)时引导所述衔铁(80)相对于所述导向套(70)沿所述第一周向方向转动，以便插入沿所述第一周向方向相邻的下一引导槽中。

2.根据权利要求1所述的电磁执行器，其特征在于，所述多个引导槽包括一个或多个第一引导槽(71)以及一个或多个第二引导槽(72)，每个第一引导槽(71)具有第一延伸长度，每个第二引导槽(72)具有小于所述第一延伸长度的第二延伸长度，所述一个或多个第一引导槽(71)与所述一个或多个第二引导槽(72)沿周向交替布置。

3.根据权利要求2所述的电磁执行器，其特征在于，每个第一引导槽(71)与沿所述第一周向方向(R)相邻的下一第二引导槽(72)之间相距第一周向间距，每个第二引导槽(72)与沿所述第一周向方向(R)相邻的下一第一引导槽(71)之间相距第二周向间距。

4.根据权利要求3所述的电磁执行器，其特征在于，所述第一周向间距大于所述第二周向间距。

5.根据权利要求1所述的电磁执行器，其特征在于，每个引导突起(81)与每个引导槽平行延伸。

6.根据权利要求5所述的电磁执行器，其特征在于，每个引导突起(81)与每个引导槽的形状互补。

7.根据权利要求5所述的电磁执行器，其特征在于，每个引导突起(81)的朝向所述第一轴向方向(F1)的端面与每个引导斜面(73)平行延伸。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的电磁执行器，其特征在于，每个引导槽从所述导向套(70)的朝向所述第二轴向方向(F2)的端部开始朝向所述第一轴向方向(F1)延伸，每个引导斜面(73)位于所述导向套(70)的朝向所述第二轴向方向(F2)的端部。

9.根据权利要求8所述的电磁执行器，其特征在于，每个引导槽沿径向贯穿所述导向套(70)。

10.根据权利要求1所述的电磁执行器，其特征在于，每个引导突起(81)在径向上不延伸越过所述导向套(70)的外侧面。