CN117847037A - 一种气压-电磁复合驱动摆动执行器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及气压传动与控制技术领域，具体涉及一种气压‑电磁复合驱动摆动执行器。所述执行器包括外缸筒、内缸筒、叶片轴、限位块和内缸盖，外缸筒内壁周向设置有永磁体；内缸筒同轴位于外缸筒内，且内缸筒的外壁设置有线圈以提供旋转磁场；叶片轴上设置有叶片，叶片轴同轴转动设置在内缸筒内，且，叶片轴一端穿出内缸盖，另一端与外缸筒固定连接，限位块固定位于内缸筒内，且限位块和所述叶片将内缸筒内的空间分隔成两个腔室；内缸盖用于盖合设置在内缸筒上，内缸盖设置有两个分别与两个腔室相通进气孔。本发明的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，达到输出转矩大、角度控制精度高的优秀性能。
Description
技术领域
本发明涉及气压传动与控制技术领域，具体涉及一种气压-电磁复合驱动摆动执行器。
背景技术
气动技术以其使用安全、无污染、结构简单、维护方便、成本低等优点，在自动化领域得到了迅速的发展和应用。摆动气缸是一种以压缩空气为动力源，将压缩空气的势能转化成输出轴的转动机械能的执行元件。摆动气缸能在小于360°范围内做往复摆动，常用于工件的翻转、搬运等场合，用途十分广泛。目前的普通摆动只能在始末两端定位，用挡块、磁性开关、气动阀等方式，虽然能够使得摆动气缸在中间位置停止，但是这样的定位方式角度控制精度很低。无法在中间任意角度位置精确定位的缺点，限制了摆动气缸的进一步广泛应用。
电机是利用电磁作用产生旋转运动的执行器，如步进电机、伺服电机等，在控制器的控制下，能够得到精确的转动速度和转动角度。但是电机的输出转矩较小，若要利用电机得到大转矩，可采用增大输入电流、增大电机体积、加装减速机构等方法。但增大电流会带来发热量大、能耗高的缺点，容易造成电机烧坏。增大体积会造成自重增大，限制电机的应用场景。加装减速机构会使得转动速度变小，增加成本。
因此，现有摆动气缸存在输出转矩大但无法中间角度定位的问题，而电机虽然能够精确控制角度但存在输出转矩小的问题。
发明内容
本发明提供一种推力大、结构紧凑、能精确控制转动角度的新型气压-电磁复合驱动摆动执行器，以解决现有摆动气缸无法在中间任意角度位置精确定位的问题。
为了实现本发明目的，本发明提供的一种气压-电磁复合驱动摆动执行器，包括外缸筒、内缸筒、叶片轴、限位块和内缸盖，
外缸筒内壁周向设置有永磁体；
内缸筒同轴位于外缸筒内，且内缸筒的外壁设置有线圈以提供旋转磁场；
叶片轴上设置有叶片，叶片轴同轴转动设置在内缸筒内，且，叶片轴一端穿出内缸盖，另一端与外缸筒固定连接，限位块固定位于内缸筒内，且限位块和所述叶片将内缸筒内的空间分隔成两个腔室；
内缸盖用于盖合设置在内缸筒上，内缸盖设置有两个分别与两个腔室相通进气孔。
优选的，叶片轴与内缸盖之间设有内缸盖轴承和内缸盖密封圈，叶片轴与内缸筒之间设有内缸筒轴承与内缸筒密封圈。
优选的，所述叶片的侧边设置有叶片密封条，叶片密封条与内缸筒和内缸盖的内壁均接触。
优选的，限位块与内缸盖连接。
优选的，限位块上包括外圆弧面和内圆弧面，外圆弧面与内缸筒内壁接触，内圆弧面上设置有限位块密封条，且限位块密封条与叶片轴接触。
优选的，限位块上设置有两个缺口，内缸盖上的两进气孔通过两所述缺口分别与内缸筒的两腔室联通。
优选的，线圈沿内缸筒外壁周向均匀缠绕。
优选的，限位块和叶片之间具有初始距离，叶片轴受到驱动发生旋转时，当叶片随之运动至与限位块接触，叶片轴停止旋转。
优选的，内缸盖上开设有用于让线圈引线穿出的通孔。
优选的，外缸筒内壁沿周向均匀设置有所述永磁体。
优选的，还包括外缸盖，外缸盖套装在内缸盖外侧，用于与外缸筒连接。
与现有技术相比，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，满足摆动执行器输出转矩大与角度精确控制的双重使用需求。
附图说明
图1为本发明所述执行器的整体示意图。
图2为本发明所述执行器的三维爆炸示意图。
图3为本发明所述执行器的轴向剖视图。
图4为本发明所述执行器去除外缸盖和内缸盖后的内部结构示意图。
图5为本发明所述的内缸盖示意图。
图6为本发明所述的内缸筒示意图。
图7为本发明所述的外缸筒示意图。
图8为本发明所述的限位块示意图。
图9为本发明所述的叶片轴示意图。
其中：1-内缸盖，2-叶片轴，3-内缸筒，4-限位块，5-外缸筒，6-外缸盖，11-内缸盖轴承，12-内缸盖密封圈，13-限位块固定螺钉，14-左进气孔，15-右进气孔，16-装配螺纹孔，17-腰型圆弧通孔，21-叶片，22-叶片密封条，31-线圈，32-内缸筒轴承，33-内缸筒密封圈，41-限位块密封条，42-左缺口，43-右缺口，51-永磁体，52-外缸筒固定螺钉，61-外缸盖轴承，71-左腔室，72-右腔室。
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、图2、图3所示，本发明提供的一种气压-电磁复合驱动摆动执行器，包括内缸盖1、叶片轴2、内缸筒3、限位块4、外缸筒5和外缸盖6。
叶片轴2的外周壁设置有一个叶片21，叶片轴2同轴设置在内缸筒3，所述叶片轴2一端穿过内缸盖1，另一端穿过内缸筒3后与外缸筒5连接，内缸筒3和内缸盖1通过螺纹连接。叶片轴2与内缸盖1之间设有内缸盖轴承11和内缸盖密封圈12，叶片轴2与内缸筒3之间设有内缸筒轴承32与内缸筒密封圈33。结合图9，叶片轴2的叶片21侧边安装有叶片密封条22，叶片密封条22的一端与内缸盖1的内壁接触，叶片密封条22的侧壁与内缸筒3的内壁接触。
限位块4安装在内缸筒3和内缸盖1构成的腔体内，通过螺钉13与内缸盖1连接。结合图8，限位块4的外圆弧侧与内缸筒3和内缸盖1内壁接触，内圆弧侧安装限位块密封条41，与叶片轴2接触。结合图4，叶片轴2的叶片21和限位块4将内缸筒3、内缸盖1构成的腔体分成了左腔室71和右腔室72。
外缸筒5套装在内缸筒3外侧，且外缸筒5通过螺钉52连接在叶片轴2的端部。
外缸盖6套装在内缸盖1外侧，与外缸筒5连接。
如图5所示，内缸盖1上设有左进气孔14和右进气孔15，左进气孔14通过限位块4上的左缺口42联通左腔室71，右进气孔15通过限位块4上的右缺口43联通右腔室72。
如图6所示，内缸筒3外侧沿周向均匀缠绕线圈31，线圈引线可通过内缸盖1的腰型圆弧通孔17引出。
如图7所示，外缸筒5内壁沿周向均匀安装永磁体51。
本发明前述气压-电磁复合驱动摆动执行器的具体工作原理如下：
内缸盖1通过装配螺纹孔16可与外部设备安装固定，因此内缸筒3和内缸盖1为固定件。叶片轴2与外缸筒5可做顺时针或逆时针摆动，为运动输出件。
单独气压驱动下工作原理：线圈31不通电，左进气孔14接压缩气体，右进气孔15接大气，压缩气体通过左进气孔14进入左腔室71，压缩气体推动叶片轴2逆时针转动，右腔室72内的空气通过右进气孔15排出到大气中，叶片21转动到与限位块4接触停止，外缸筒5在叶片轴2带动下也做逆时针转动。同样的原理，右进气孔15接压缩气体，左进气孔14接大气，压缩气体通过右进气孔15进入右腔室72，压缩气体推动叶片轴2顺时针转动，左腔室71内空气通过左进气孔14排出到大气中，外缸筒5在叶片轴2带动下也顺逆时针转动。叶片21转动到与限位块4接触停止。增大压缩气体的压强，即可增大叶片轴2和外缸筒5的输出转矩。
单独电磁驱动下工作原理：左进气孔14和右进气孔15均联通大气，线圈31通以三相正弦交流电，在内缸筒3外侧产生旋转磁场，与外缸筒5内侧永磁体51相互作用，即可驱动外缸筒5转动，进而带动叶片轴2转动。改变线圈接线相序可改变旋转磁场方向，进而改变外缸筒5与叶片轴2的转动方向。配合角位移传感器、控制器等设备，可实现角度精确控制。
气压-电磁复合驱动原理：即上述两种驱动原理的共同作用。左进气孔14接通入压缩空气，右进气孔15接大气，线圈31连接三相正弦交流电，叶片轴2受到气压力驱动，外缸筒5受到电磁力驱动，叶片轴2和外缸筒5做逆时针转动。右进气孔15接通入压缩空气，左进气孔14接大气，改变线圈31连接三相正弦交流电的相序，叶片轴2与外缸筒5顺时针转动。此时气压驱动可以为执行器提供大转矩，电磁驱动精确控制转动角度，使本发明所述执行器具备转矩大、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-电磁复合驱动摆动执行器，其特征在于，包括外缸筒、内缸筒、叶片轴、限位块和内缸盖，
外缸筒内壁周向设置有永磁体；
内缸筒同轴位于外缸筒内，且内缸筒的外壁设置有线圈以提供旋转磁场；
叶片轴上设置有叶片，叶片轴同轴转动设置在内缸筒内，且，叶片轴一端穿出内缸盖，另一端与外缸筒固定连接，限位块固定位于内缸筒内，限位块和所述叶片将内缸筒内的空间分隔成两个腔室；
内缸盖用于盖合设置在内缸筒上，内缸盖设置有两个分别与两个腔室相通进气孔。
2.根据权利要求1所述的一种气压-电磁复合驱动摆动执行器，其特征在于，叶片轴与内缸盖之间设有内缸盖轴承和内缸盖密封圈，叶片轴与内缸筒之间设有内缸筒轴承与内缸筒密封圈。
3.根据权利要求1所述的一种气压-电磁复合驱动摆动执行器，其特征在于，所述叶片的侧边设置有叶片密封条，叶片密封条与内缸筒和内缸盖的内壁均接触。
4.根据权利要求1所述的一种气压-电磁复合驱动摆动执行器，其特征在于，限位块与内缸盖可拆卸连接。
5.根据权利要求1所述的一种气压-电磁复合驱动摆动执行器，其特征在于，限位块上包括外圆弧面和内圆弧面，外圆弧面与内缸筒内壁接触，内圆弧面上设置有限位块密封条，且限位块密封条与叶片轴接触。
6.根据权利要求1所述的一种气压-电磁复合驱动摆动执行器，其特征在于，限位块上设置有两个缺口，内缸盖上的两进气孔通过两所述缺口分别与内缸筒的两腔室联通。
7.根据权利要求1所述的一种气压-电磁复合驱动摆动执行器，其特征在于，线圈沿内缸筒外壁周向均匀缠绕。
8.根据权利要求1所述的一种气压-电磁复合驱动摆动执行器，其特征在于，限位块和叶片之间具有初始距离，叶片轴受到驱动发生旋转时，当叶片随之运动至与限位块接触，叶片轴停止旋转。
9.根据权利要求1所述的一种气压-电磁复合驱动摆动执行器，其特征在于，外缸筒内壁沿周向均匀设置有所述永磁体。
10.根据权利要求1-9任一所述的一种气压-电磁复合驱动摆动执行器，其特征在于，还包括外缸盖，外缸盖套装在内缸盖外侧，用于与外缸筒连接。
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