CN204179915U - 可控位移进给驱动系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种可控位移进给驱动系统。本实用新型的电磁驱动器，包括壳体，壳体的一侧或相对的两侧设有贯通口；壳体内固定设有限位杆，限位杆上间隔设置绕组杆，绕组杆上缠绕线圈；绕组杆的一侧或相对的两侧设有动轭铁，限位杆和动轭铁相对设置且有间隙；动轭铁上间隔设有凹槽，凹槽之间形成凸起，凸起与绕组杆错位设置；动轭铁沿纵向设置凸出于壳体的输出杆，输出杆由贯通口穿出并相对于贯通口自由运动。本实用新型既可实现精密直线微位移、又可实现大行程位移，以及微精组合长行程复合位移，还具有双向的双稳态固定冲程驱动性能的直接驱动器件。

Description

可控位移进给驱动系统

技术领域

本实用新型涉及一种驱动器，尤其涉及一种可形成大行程直线驱动，驱动位移和驱动力精确可控的直接进给驱动系统。

背景技术

驱动器是自动控制、机器人等领域的基础单元器件。对驱动器的性能，尤其是在驱动位移、驱动力和驱动行为精确可控方面，随着自动控制、机器人技术的发展，要求越来越高。但是，目前的驱动器，往往存在驱动行程大，但驱动精度低；或驱动精度高，但驱动行程微小的缺陷。在自动控制和精密驱动领域特别需要一种具备可形成大行程直线驱动，驱动位移和驱动力精确可控的直接进给驱动器。

经过对现有技术的检索发现，2008年2月06日授权公告的中国专利，公告号为CN1588768，其公开了一种微小圆柱形永磁直流直线驱动器，采用多块条形永磁块拼接来近似逼近全径向充磁的管形永久磁铁，通过永磁块外部的导磁筒、前后端盖以及永磁块内部的圆柱形铁芯形成闭合回路，在铁芯和永磁块之间的空气隙中形成近似径向辐射状的磁场。处于空气隙中的载流螺线管线圈可在铁芯上自由滑动，通电时在电磁力作用下运动，并通过输出轴将力和运动输出。在动子骨架上制作了穿线孔、槽等结构，采用镶嵌印制板的形式将引线引出，安全方便可靠。但是，这种驱动器存在缺点，其驱动性能的实现是建立在一个多永磁体块整合，并复合电磁场的驱动，其驱动的稳定性建立在多永磁体所形成的结构的对称性、制造安装精确性，以及永磁体本身的磁场强度、磁化均匀性等。基于这种结构，要实现便捷驱动和稳定的精密驱动，制造和安装工艺，结构设计的优化性以及永磁材料的选择都相对难以控制；另外，这种驱动器存在组件多，结构相对复杂，在悬浮磁隙中的驱动不稳定，动刚性不足。

实用新型内容

本实用新型的技术效果能够克服上述缺陷，提供一种可控位移进给驱动系统，其可实现精密直线微位移、又可实现大行程位移，还可实现双向的双稳态固定冲程驱动行为的直线位移驱动器件。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：其包括壳体，壳体的一侧或相对的两侧设有贯通口；壳体内固定设有限位杆，限位杆上间隔设置绕组杆，绕组杆上缠绕线圈；绕组杆的一侧或相对的两侧设有动轭铁，限位杆和动轭铁相对设置且有间隙；动轭铁上间隔设有凹槽，凹槽之间形成凸起，凸起与绕组杆错位设置；动轭铁沿纵向设置凸出于壳体的输出杆，输出杆由贯通口穿出并相对于贯通口自由运动。

本实用新型的装置利用最大磁通量原理：电磁驱动器驱动依据“磁阻最小原理”或“最大磁通量原理”，即磁通总是沿着磁阻最小的路径闭合。即一对相对运动的电磁铁芯在电磁场力激励下，具有一定形状的相对运动铁芯总是会相互靠近(沿间距缩小或相对表面积增大方向)，直至移动到在给定电磁场激励时的最小磁阻位置，即相对移动电磁铁的主轴回线与磁场的主轴线重合位置停止。在此过程中，电磁铁的相对运动可以产生可控的电磁驱动行为。

优选地，壳体内设有导轨，导轨位于壳体内壁与动轭铁之间。导轨的一侧与壳体内壁固定连接，另一侧设有滑槽/块，动轭铁沿滑槽/块限位滑动。

壳体内设有设有光栅传感器，光栅传感器位于壳体内壁与动轭铁之间。光栅传感器包括光栅尺读头和光栅尺，光栅尺粘贴在动轭铁上，且正对光栅尺读头，光栅尺读头读取光栅尺的移动尺寸，从而可精确得知动轭铁的移动位移。

动轭铁的侧面与壳体内壁之间设有弹簧，弹簧与动轭铁之间设有压电传感器。

在动轭铁或绕组杆的磁通路上嵌入霍尔片，霍尔片检测相对移动的磁场变化，从而可检测对应的移动位移。

限位杆与绕组杆为一体结构。动轭铁、凸起、输出杆为一体结构。

与现有技术相比，本实用新型包括以下优点：既可实现精密直线微位移、又可实现大行程位移，以及微精组合长行程复合位移，还具有双向的双稳态固定冲程驱动性能的直接驱动器件。该驱动器可无需永磁体、组件少、结构简单，紧凑、安装方便，成本低。本实用新型驱动器，可广泛应用于需要产生微小精密位移、大行程直接驱动位移，冲击、振动驱动以及开关驱动的应用领域。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作详细描述：

图1为本实用新型的实施例1结构示意图；

图2为本实用新型的实施例2结构示意图；

图3为本实用新型的实施例3结构示意图。

图中：1-壳体；2-绕组杆；3-凹槽；4-凸起；5-动轭体；6-限位杆；7-线圈；8-输出杆；9-光栅尺读头；10-光栅尺；11-弹簧；12-压力传感器；13-导轨。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本实用新型的电磁驱动器包括壳体1，壳体1的一侧设有贯通口；壳体1内固定设有限位杆6，限位杆6上间隔设置绕组杆2，绕组杆2上缠绕线圈7；绕组杆2的一侧设有动轭铁5，限位杆6和动轭铁5相对设置且有间隙；动轭铁5上间隔设有凹槽3，凹槽3之间形成凸起4，凸起4与绕组杆2错位设置；动轭铁5沿纵向设置凸出于壳体1的输出杆8，输出杆8由贯通口穿出并相对于贯通口自由运动。壳体1内设有导轨13，导轨13位于壳体1内壁与动轭铁5之间。导轨13的一侧与壳体1内壁固定连接，另一侧设有滑槽/块，动轭铁5沿滑槽/块限位滑动，导轨13起到限位和导向的作用。壳体1内设有设有光栅传感器，光栅传感器位于壳体1内壁与动轭铁5之间，光栅传感器包括光栅尺读头9和光栅尺10，光栅尺10粘贴在动轭铁5上，且正对光栅尺读头9，光栅尺10随动轭铁5移动。光栅传感器也可以由霍尔感应片或应变片替代。动轭铁5的侧面与壳体1内壁之间可设有弹簧11，弹簧11与动轭铁5之间设有压电传感器12。限位杆6与绕组杆2为一体结构。动轭铁5、凸起4、输出杆8为一体结构。

其中，绕组杆2、动轭铁5具有“E”型结构，其上、下半部分对称。绕组杆2、动轭铁5在刚性壳体1中的放置位置呈交错对扣型。并且，限位杆6和动轭铁5的对口面间保持间隙，无论动轭铁5是在静止还是运动的情况下，该间隙均能靠贯通口、导轨13约束来保证。绕组杆2和动轭铁5的初始的不重合最大间距即为动轭铁5的最大行程或冲程。

本实施例的工作过程为：初始时，对扣的绕组杆2和动轭铁5均有错位，对左半部的线圈通电，绕组杆2中产生磁场，基于磁阻最小原理，型电磁轭铁要产生闭合磁通路，此时由于导轨13在竖直方向的约束，电磁力作用将吸动初始错位的动轭铁5向型电磁轭铁错位口重合的方向(如图1水平方向向左)移动，直至型电磁轭铁对的对口面的面积为最大时，运动停止。并且，由于导轨13在竖直方向的约束作用，绕组杆2和动轭铁5运动中不会被吸合。

同理，对右半部的线圈通电，同时切断左的线圈电流，动轭铁5将产生向右的运动而回到初始位置。这样，本实用新型驱动器形成了向左和向右的可控双向驱动。

动轭铁5与壳体1的之间设有弹簧11，这样，当线圈断电，动轭铁5易于在弹簧11的作用下复位，以及有助于右半部的线圈作用时，对动轭铁5的向右驱动动作。

根据以上工作原理，对两侧的线圈同时通电，但是所通的电流强度不同，那么动轭铁5将会在线圈产生的电磁力作用下产生移动，移动位移的方向的大小由线圈产生的电磁力的矢量和决定。因此，根据左半部的线圈和右半部的线圈加载电流的差异程度，可使动轭铁5形成长行程，或微小精密行程往复直线运动。

在弹簧10和动轭铁5之间，设有压电传感器12。动轭铁5运动过程中挤压弹簧10，弹簧10挤压压电传感器12，产生电信号。该电信号可以对应弹簧10的弹力变化，进而对应动轭铁5的移动距离，所以动轭铁5运动过程可以由压电传感器12传感。

还可以通过在磁路中，由于绕组杆6和动轭铁5的对扣表面的重合面积越大，重合过程中的位移可以通过光栅尺栅格变化由光栅传感器读出相应位置变化，或轭铁中的磁通越强/弱，霍尔感应片的感应信号将对应变化。所以，霍尔感应片可以传感绕组杆6和动轭铁5的对扣表面的重合程度，进而可以感应动轭铁5的移动。所以，嵌入一个光栅传感器或霍尔感应片也可以起到传感所实用新型驱动器的驱动位移的作用。

至此，本实用新型所述的可实现精密直线微位移、又可实现大行程位移，以及微精合长行程复合位移，还具有稳态固定冲程往复驱动性能。

实施例2

如图2所示，壳体1的左侧和右侧皆设有贯通口；动轭铁5的两侧皆固定连接输出杆8，输出杆8由贯通口穿出并相对于贯通口自由运动。

其它同实施例1。

此种结构的驱动器具有双向的精密直线微位移和双稳态固定冲程驱动性能。

实施例3

如图3所示，绕组杆2的两侧设有动轭铁5，每个动轭铁5上固定连接一个输出杆8，输出杆8由贯通口穿出并相对于贯通口自由运动。

其它同实施例1。

每个动轭铁5上固定连接一个输出杆8，也可以固定连接一个或两个输出杆8，其原理同上。

Claims (9)

1.一种可控位移进给驱动系统，其特征在于，包括壳体(1)，壳体(1)的一侧或相对的两侧设有贯通口；壳体(1)内固定设有限位杆(6)，限位杆(6)上间隔设置绕组杆(2)，绕组杆(2)上缠绕线圈(7)；绕组杆(2)的一侧或相对的两侧设有动轭铁(5)，限位杆(6)和动轭铁(5)相对设置且有间隙；动轭铁(5)上间隔设有凹槽(3)，凹槽(3)之间形成凸起(4)，凸起(4)与绕组杆(2)错位设置；动轭铁(5)沿纵向设置凸出于壳体(1)的输出杆(8)，输出杆(8)由贯通口穿出并相对于贯通口自由运动。

2.根据权利要求1所述的可控位移进给驱动系统，其特征在于，壳体(1)内设有导轨(13)，导轨(13)位于壳体(1)内壁与动轭铁(5)之间。

3.根据权利要求2所述的可控位移进给驱动系统，其特征在于，导轨(13)的一侧与壳体(1)内壁固定连接，另一侧设有滑槽/块，动轭铁(5)沿滑槽/块限位滑动。

4.根据权利要求3所述的可控位移进给驱动系统，其特征在于，壳体(1)内设有设有光栅传感器，光栅传感器位于壳体(1)内壁与动轭铁(5)之间。

5.根据权利要求4所述的可控位移进给驱动系统，其特征在于，光栅传感器包括光栅尺读头(9)和光栅尺(10)，光栅尺(10)粘贴在动轭铁(5)上，且正对光栅尺读头(9)。

6.根据权利要求1或3所述的可控位移进给驱动系统，其特征在于，在动轭铁(5)或绕组杆(2)的磁通路上嵌入霍尔片，霍尔片检测相对移动的磁场变化。

7.根据权利要求2所述的可控位移进给驱动系统，其特征在于，动轭铁(5)的侧面与壳体(1)内壁之间设有弹簧(11)，弹簧(11)与动轭铁(5)之间设有压电传感器(12)。

8.根据权利要求1所述的可控位移进给驱动系统，其特征在于，限位杆(6)与绕组杆(2)为一体结构。

9.根据权利要求1所述的可控位移进给驱动系统，其特征在于，动轭铁(5)、凸起(4)、输出杆(8)为一体结构。