CN205429962U - 转动模式的双稳态动作执行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种转动模式的双稳态动作执行器，包括：稳态驱动转轴的转动轴动子通过传动组件(901)驱动动作执行组件(902)；在稳态驱动转轴未加电时，稳态驱动转轴使得动作执行组件(902)保持在第一稳态位置；在稳态驱动转轴加电后，稳态驱动转轴发生旋转，通过传动组件(901)驱动动作执行组件(902)由第一稳态位置移动至第二稳态位置。本实用新型结构合理简单，体积小、部件少，断电保持，因此可靠性较高，且能够通过转向齿轮等部件的作用，将自驱动转轴输出的力的方向进行转换，并可以通过合页形式，使得自驱动转轴直接驱动挡板，可应用于开关、光强控制、阀门等需要两个工位位置切换的驱动控制领域。

Description

转动模式的双稳态动作执行器

技术领域

本实用新型涉及双稳态动作执行器，具体地，涉及转动模式的双稳态动作执行器。

背景技术

一般的电磁执行机构(例如电磁阀、电磁锁等等)，通常有通断或者开关两种状态。例如，名称为“一种双稳态永磁操作机构的控制电路”的中国专利文献(申请号200710154528.4；公开号CN101399124A)，公开了一种自动控制的操作机构，具体说是一种双稳态永磁操作机构的控制电路。包括永磁操作机构和连接在永磁操作机构脉冲线圈上的脉冲信号控制电路，脉冲信号控制电路包括分闸储能电路、合闸储能电路、分闸接触开关、合闸接触开关，通过分闸接触开关和合闸接触开关将永磁操作机构脉冲线圈连接在电路中，使之在合闸时串联使用，分闸时并联使用。这样降低了合闸前期机件偏高的运行速度，有利于降低合闸噪音并延长机件的使用寿命；提高了分闸初期的刚分速度，有利于降低分闸电弧的产生。

但是，现有技术中的双稳态动作执行器的结构较为复杂，较易发生故障等不足之处，因此有必要设计一种改进的双稳态动作执行器。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种转动模式的双稳态动作执行器。

根据本实用新型提供的一种转动模式的双稳态动作执行器，其特征在于，包括：稳态驱动转轴、传动组件、动作执行组件；

稳态驱动转轴的转动轴动子通过传动组件驱动动作执行组件；

在稳态驱动转轴未加电时，稳态驱动转轴使得动作执行组件保持在第一稳态位置；

在稳态驱动转轴加电后，稳态驱动转轴发生旋转，通过传动组件驱动动作执行组件由第一稳态位置移动至第二稳态位置。

优选地，所述稳态驱动转轴包括：转动轴定子、转动轴动子、驱动体电磁线圈、转盘、永磁体；

驱动体电磁线圈的轴向平行于转盘的法向；

驱动体电磁线圈安装固定于转动轴定子与转动轴动子两者中的一者，转盘安装固定于转动轴定子与转动轴动子两者中的另一者；

转盘的部分区域由永磁体构成；

驱动体电磁线圈与永磁体相互作用形成磁路结构；

转动轴定子、转动轴动子分别为套筒、中心轴。

优选地，传动组件包括连接杆；

稳态驱动转轴的转动轴动子的两端分别通过不同的连接杆紧固连接动作执行组件。

优选地，传动组件包括换向齿轮、齿条或皮带轮；

稳态驱动转轴的转动轴动子通过换向齿轮、齿条或皮带轮驱动动作执行组件。

优选地，动作执行组件包括合页结构装置，其中，所述合页结构装置以稳态驱动转轴的转动轴动子为旋转轴。

优选地，传动组件包括挡板；

-当传动组件位于第一稳态位置时，挡板构成光路的阻挡物，当传动组件位于第二稳态位置时，挡板不构成光路的阻挡物；或者

-当传动组件位于第一稳态位置时，挡板不构成光路的阻挡物，当传动组件位于第一稳态位置时，挡板构成光路的阻挡物。

优选地，永磁体为半圆形、圆形、矩形、三角形或者梯形。

优选地，多个驱动体电磁线圈在同一周向或多个周向上均匀或非均匀分布；转盘上的多个永磁体沿周向均匀或非均匀布置，驱动体电磁线圈的数量为永磁体数量的N倍，其中，N为正整数；

驱动体电磁线圈用于驱使转盘相对转动至对应于所述磁路结构中磁通量最大值的角度；

所述稳态驱动转轴还包括如下任一种或任多种装置：

-扭簧，所述扭簧的两端分别固定于转动轴定子、转动轴动子上，以在转动轴动子与转动轴定子之间提供阻尼；

-密封在套筒与中心轴之间空腔内的磁流变液体、导磁性粉末颗粒或者软磁颗粒，以在转动轴动子与转动轴定子之间提供可控和变化的阻尼特性；

-密封在套筒与中心轴之间空腔内的囊状阻尼体，所述囊状阻尼体为一空间囊状体结构，内部填充磁性介质，以在转动轴动子与转动轴定子之间提供可控和变化的阻尼特性；

-阻尼控制驱动体，所述阻尼控制驱动体为电磁发生装置，安装在套筒和中心轴之间的腔体中，用于施加能量使磁流变液体、导磁性粉末颗粒、软磁颗粒或者囊状阻尼体内磁性介质汇聚在能量施加方向以产生阻碍转动轴动子与转动轴定子相对转动的剪切力。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

1、本实用新型结构合理简单，体积小、部件少，断电保持，因此可靠性较高。

2、本实用新型能够通过转向齿轮等部件的作用，将自驱动转轴输出的力的方向进行转换。

3、本实用新型可以通过合页结构装置形式，使得自驱动转轴直接驱动挡板。

4、本实用新型应用范围广泛，可应用于开关、光强控制、阀门等需要两个工位位置切换的驱动控制领域，例如可以控制汽车大灯近光、远光之间的切换驱动。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1、图2为本实用新型提供的转动模式的双稳态动作执行器处于不同稳态下的结构图；

图3为本实用新型中稳态驱动转轴的驱动原理结构简图；

图4、图5分别为驱动体电磁线圈与永磁体对齐与错位时的结构示意图；

图6、图7、图8、图9为本实用新型稳态驱动转轴中不同数量的永磁体和不同数量的驱动体电磁线圈的阵列扩展形式示意图；

图10为本实用新型稳态驱动转轴中采用扭簧产生阻尼的结构示意图；

图11、图12、图13为本实用新型稳态驱动转轴三种基础结构形式。其中，图11为套筒固定，中心轴转动，图12为中心轴固定，套筒转动，图13为内套筒固定，外套筒和中心轴同时转动；

图14、图15为本实用新型产生主动阻尼的原理演示图；其中，图14为阻尼控制驱动体未励磁的情况，图15为阻尼控制驱动体励磁工作的情况。

图中：

901-传动组件

902-动作执行组件

903-连接杆

904-光源(或者流体源)

1-中心轴

2-驱动体电磁线圈

3-转盘

4-永磁体

5-扭簧

6-套筒

7-线圈支撑框架

8-支撑轴承

9-内套筒

10-磁性介质

11-阻尼控制驱动体

12-填充磁性介质的囊状体

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

如图1、图2所示，根据本实用新型提供的一种转动模式的双稳态动作执行器，包括：稳态驱动转轴、传动组件901、动作执行组件902；稳态驱动转轴的转动轴动子通过传动组件901驱动动作执行组件902；在稳态驱动转轴未加电时，稳态驱动转轴使得动作执行组件902保持在第一稳态位置；在稳态驱动转轴加电后，稳态驱动转轴发生旋转，通过传动组件901驱动动作执行组件902由第一稳态位置移动至第二稳态位置。具体地，传动组件901包括连接杆903；稳态驱动转轴的转动轴动子的两端分别通过不同的连接杆903紧固连接动作执行组件902。而在变化例中，传动组件901可以包括换向齿轮、齿条或皮带轮，稳态驱动转轴的转动轴动子通过换向齿轮、齿条或皮带轮驱动动作执行组件902；动作执行组件902包括合页结构装置，其中，所述合页结构装置以稳态驱动转轴的转动轴动子为旋转轴。

在优选例中，传动组件901包括挡板；

-当传动组件901位于第一稳态位置时，挡板构成光路的阻挡物，当传动组件901位于第二稳态位置时，挡板不构成光路的阻挡物；或者

-当传动组件901位于第一稳态位置时，挡板不构成光路的阻挡物，当传动组件901位于第一稳态位置时，挡板构成光路的阻挡物。

在图1、图2中，所述稳态驱动转轴中包含了多组驱动体电磁线圈2和永磁体4，但本实用新型的保护范围还包括了稳态驱动转轴中仅包含一组驱动体电磁线圈和永磁体的相应技术方案。具体地，在图1、图2示出的实施例的变化例中，所述稳态驱动转轴中可以仅包含一组驱动体电磁线圈和永磁体，从而使得结果简单。其中，所述一组驱动体电磁线圈和永磁体可以是指1个永磁体与1个驱动体电磁线圈的组合，在此组合中，初始时永磁体与驱动体电磁线圈之间的错位，即永磁体没有处于磁路结构中磁通量最大值处，当驱动体电磁线圈加电后，驱动体电磁线圈驱使永磁体移动至磁路结构中磁通量最大值处，在驱动体电磁线圈失电后，永磁体在复位扭簧的作用下回复至初始位置；所述一组驱动体电磁线圈2和永磁体4当然也可以是指1个永磁体与多个驱动体电磁线圈的组合，或者多个永磁体与1个驱动体电磁线圈的组合。进一步地，当需要获取更大的驱动力或者更大的驱动角度时，可以采用多组驱动体电磁线圈和永磁体串联的方式，即如图1、图2所示的方式。

在本实用新型中，驱动体电磁线圈可以替换为永磁体，且永磁体可以替换为电磁线圈；在本实用新型中，也可以保留驱动体电磁线圈不变，单独将永磁体替换为电磁线圈。本领域技术人员理解，这种简单的替换方式均属于基本相同的技术手段、解决了基本相同的技术问题、获得了基本相同的技术效果，本领域技术人员无需创造性劳动即可实现，因此自然落入了等同侵权的保护范围。

在优选例中，对所述稳态驱动转轴进行详细描述。如图3所示，根据本实用新型提供的稳态驱动转轴，包括：转动轴定子、转动轴动子、驱动体电磁线圈2、转盘3、永磁体4；

所述稳态驱动转轴可以包括若干个(即一个或多个)驱动体电磁线圈2。所述若干个驱动体电磁线圈2和转盘3相对同一转轴线L设置。转盘3的转轴可以与该转轴线L重叠，也可以不与该转轴线L重叠。当驱动体电磁线圈2的数量为一个时，该驱动体电磁线圈2的转轴不与该转轴线L重叠。当驱动体电磁线圈2的数量为多个时，这些驱动体电磁线圈2构成电磁线圈组体；若电磁线圈组体中的各个驱动体电磁线圈2在周向上均布，则该电磁线圈组体的转轴优选地与转轴线L重叠，当然在非优选情况下也可以不重叠；若电磁线圈组体中的各个驱动体电磁线圈2集中布置在周向某一段内，则该电磁线圈组体的转轴优选地与转轴线L不重叠。

所述驱动体电磁线圈采用空心电磁线圈、电磁铁、带磁轭的线圈，或者电磁线圈和例如工业纯铁、软磁材料、非晶或纳米晶材料等材料的组合。

驱动体电磁线圈2的轴向平行于转盘3的法向。驱动体电磁线圈2安装固定于转动轴定子与转动轴动子两者中的一者，转盘3安装固定于转动轴定子与转动轴动子两者中的另一者，也就是说，可以是驱动体电磁线圈2安装固定于转动轴定子，转盘3安装固定于转动轴动子，也可以是驱动体电磁线圈2安装固定于转动轴动子，转盘3安装固定于转动轴定子；

如图4所示，转盘3的部分区域由永磁体4构成，驱动体电磁线圈2与永磁体4相互作用形成磁路结构。其中，所述转盘3可以是由缺失扇形区域的非完整盘状结构与扇形永磁体4刚性连接组合形成完整的盘状结构，所述转盘3、永磁体4与中心轴1刚性连接。所述转盘3可以为导磁材料，也可以为非导磁材料。上述永磁体4的形状采用扇形是优选情况，永磁体4的形状还可以是圆形、矩形、三角形、梯形等规则形状，还是可以不规则形状，均落入本实用新型的保护范围之内。

多个驱动体电磁线圈2在同一周向或多个周向上均匀分布，如图6所示，驱动体电磁线圈2的数量可以为一个或者多个；如图6所示，多个驱动电磁线圈2之间在同一周向上均匀分布；如图9所示，多个驱动电磁线圈2之间在两个周向上分别均匀分布。转盘3上的多个永磁体4同样沿周向均匀布置，驱动体电磁线圈2的数量为永磁体4数量的N倍，其中，N为正整数，如图6所示。而在变化例中，驱动体电磁线圈2可以在周向上非均匀分布，转盘3的永磁体4同样可以在周向上非均匀分布。

所述稳态驱动转轴所包含的若干个驱动体电磁线圈2，用于驱使转盘3相对转动至对应于所述磁路结构中磁通量最大值的角度。具体地，驱动体电磁线圈2与转盘3相对转动所产生的驱动体电磁线圈2与永磁体4之间相对面积的变化，引起所述磁路结构中磁通量的变化。当所述磁路结构中磁通量达到最大值时，认为单个的驱动体电磁线圈2或者由多个驱动体电磁线圈2构成的电磁线圈组体与转盘3上的永磁体处于对齐的角度位置关系。当所述磁路结构中磁通量未达到最大值时，认为单个的驱动体电磁线圈2或者由多个驱动体电磁线圈2构成的电磁线圈组体与转盘3上的永磁体处于错位的角度位置关系。驱动体电磁线圈2的作用即包括将处于错位位置的转盘3驱动至对齐位置。

在第一优选例中，如图11所式，转动轴动子为中心轴1，转动轴定子为套筒6。驱动体电磁线圈安装固定于套筒6的内壁，转盘3安装固定于中心轴1。

在第二优选例中，如图12所示，转动轴定子为中心轴1，转动轴动子为套筒6。驱动体电磁线圈安装固定于中心轴1上的线圈支撑框架，转盘3安装固定于套筒6的内壁，并通过支撑轴承8套于中心轴1上。

在第三优选例中，如图13所示，转动轴动子为中心轴1与套筒6，转动轴定子为位于中心轴1与套筒6之间的内套筒9。转盘3安装固定在中心轴1与套筒6之间，驱动体电磁线圈2安装于内套筒9内壁。

在第四优选例中，如图14所示，转动轴定子为中心轴1，转动轴动子为套筒6。驱动体电磁线圈安装固定于中心轴1上的线圈支撑框架，转盘3安装固定于套筒6的内壁，并通过支撑轴承8套于中心轴1上。转盘3上设置有阻尼控制驱动体11，在中心轴1与套筒6之间的空间内设置有磁性介质10和囊状阻尼体12。其中，密封在套筒6与中心轴1之间空腔内的磁性介质10可以是磁流变液体、导磁性粉末颗粒或者软磁颗粒，以在转动轴动子与转动轴定子之间提供可控和变化的阻尼特性；密封在套筒6与中心轴1之间空腔内的囊状阻尼体12，所述囊状阻尼体为一空间囊状体结构，内部填充磁性介质10，以在转动轴动子与转动轴定子之间提供可控和变化的阻尼特性；阻尼控制驱动体11，所述阻尼控制驱动体11安装在套筒6和中心轴1之间的腔体中，用于控制磁流变液体、导磁性粉末颗粒、软磁颗粒或者囊状阻尼体内磁性介质10的分散情况。进一步地，如图14所示，根据本实用新型提供的稳态驱动转轴还包括扭簧5，所述扭簧5可以穿套在中心轴1上，也可以设置于其它位置。扭簧5的两端分别固定于转动轴动子、转动轴定子上，以在转动轴动子与转动轴定子之间提供阻尼，即，扭簧5用于提供运动阻尼，增加转动轴运动的稳定性与可控性，并且，在驱动体电磁线圈失电后，扭簧5可以起到复位的作用使转盘3回复原位。

本实用新型的原理如下。

本实用新型提供的稳态驱动转轴，通过驱动体电磁线圈产生的励磁场对转盘以及与转盘刚性连接的定子或动子的相对转动进行控制，具体为，驱动体电磁线圈在通电后产生轴向上的磁力，当通电的驱动体电磁线圈与永磁体错位时，该磁力对永磁体的吸引力或者排斥力将生成剪切力，从而使得永磁体向磁通量最大的对齐角度位置转动，从而驱动了转盘的转动，进而使转动轴动子与转动轴定子之间生产转动角度。

进一步地，通过阻尼控制驱动体可以施加能量使磁流变液体、导磁性粉末颗粒、软磁颗粒或者囊状阻尼体内磁性介质10汇聚在能量施加方向以产生阻碍转动轴动子与转动轴定子相对转动的剪切力，从而控制转动轴定子与转动轴动子之间的阻尼特性，使得剪切力受阻减弱或者变大加强，以驱使或阻碍转动轴定子与转动轴动子之间的转动。其中，阻尼控制驱动体是可以产生需求强度的电磁发生装置，阻尼控制驱动体对磁流变液体、导磁性粉末颗粒、软磁颗粒等磁性介质施加电磁能量。当电磁发生装置未激励时，如图14所示，磁性介质均匀分布在中心轴与套筒的间隙内，此时磁性介质并未阻碍或明显阻碍中心轴与套筒之间的转动；当电磁发生装置激励时，如图15所示，均匀磁性介质被汇聚于中心轴与套筒之间的间隙的某一狭小空间内，此时磁性介质的密度变大，相应的剪切应力也变大，从而对中心轴与套筒之间的转动造成明显的阻碍，甚至可以锁死中心轴与套筒停止转动。

更为具体地，当驱动体电磁线圈较少(或线圈电流较小)时，适用于负载较小的转动驱动控制；当驱动体电磁线圈较多(或线圈电流较大)时，适用于负载较大的转动驱动控制。当永磁体为一个时，可实现小角度范围的转动控制，当永磁体为多个时，可实现较大角度范围的转动控制。通过对多个组合驱动体电磁线圈的通断电控制，可以实现对转子转动稳定性进行精密控制。另外，通过对阻尼控制驱动体的控制，可以实现装置的主动阻尼控制，进一步增加了对转动驱动控制的稳定性和有效性。

本实用新型还提供了一种转动模式的双稳态动作执行方法，包括：设置稳态驱动转轴、传动组件901、动作执行组件902；

稳态驱动转轴的转动轴动子通过传动组件901驱动动作执行组件902；

在稳态驱动转轴未加电时，稳态驱动转轴使得动作执行组件902保持在第一稳态位置；

在稳态驱动转轴加电后，使稳态驱动转轴发生旋转，通过传动组件901驱动动作执行组件902由第一稳态位置移动至第二稳态位置。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种转动模式的双稳态动作执行器，其特征在于，包括：稳态驱动转轴、传动组件(901)、动作执行组件(902)；

稳态驱动转轴的转动轴动子通过传动组件(901)驱动动作执行组件(902)；

在稳态驱动转轴未加电时，稳态驱动转轴使得动作执行组件(902)保持在第一稳态位置；

在稳态驱动转轴加电后，稳态驱动转轴发生旋转，通过传动组件(901)驱动动作执行组件(902)由第一稳态位置移动至第二稳态位置。

2.根据权利要求1所述的转动模式的双稳态动作执行器，其特征在于，所述稳态驱动转轴包括：转动轴定子、转动轴动子、驱动体电磁线圈(2)、转盘(3)、永磁体(4)；

驱动体电磁线圈(2)的轴向平行于转盘(3)的法向；

驱动体电磁线圈(2)安装固定于转动轴定子与转动轴动子两者中的一者，转盘(3)安装固定于转动轴定子与转动轴动子两者中的另一者；

转盘(3)的部分区域由永磁体(4)构成；

驱动体电磁线圈(2)与永磁体(4)相互作用形成磁路结构；

转动轴定子、转动轴动子分别为套筒(6)、中心轴(1)。

3.根据权利要求1所述的转动模式的双稳态动作执行器，其特征在于，传动组件(901)包括连接杆(903)；

稳态驱动转轴的转动轴动子的两端分别通过不同的连接杆(903)紧固连接动作执行组件(902)。

4.根据权利要求1所述的转动模式的双稳态动作执行器，其特征在于，传动组件(901)包括换向齿轮、齿条或皮带轮；

稳态驱动转轴的转动轴动子通过换向齿轮、齿条或皮带轮驱动动作执行组件(902)。

5.根据权利要求1所述的转动模式的双稳态动作执行器，其特征在于，动作执行组件(902)包括合页结构装置，其中，所述合页结构装置以稳态驱动转轴的转动轴动子为旋转轴。

6.根据权利要求1所述的转动模式的双稳态动作执行器，其特征在于，传动组件(901)包括挡板；

-当传动组件(901)位于第一稳态位置时，挡板构成光路的阻挡物，当传动组件(901)位于第二稳态位置时，挡板不构成光路的阻挡物；或者

-当传动组件(901)位于第一稳态位置时，挡板不构成光路的阻挡物，当传动组件(901)位于第一稳态位置时，挡板构成光路的阻挡物。

7.根据权利要求2所述的转动模式的双稳态动作执行器，其特征在于，永磁体(4)为半圆形、圆形、矩形、三角形或者梯形。

8.根据权利要求2所述的转动模式的双稳态动作执行器，其特征在于，多个驱动体电磁线圈(2)在同一周向或多个周向上均匀或非均匀分布；转盘(3)上的多个永磁体(4)沿周向均匀或非均匀布置，驱动体电磁线圈(2)的数量为永磁体(4)数量的N倍，其中，N为正整数；

驱动体电磁线圈(2)用于驱使转盘(3)相对转动至对应于所述磁路结构中磁通量最大值的角度；

所述稳态驱动转轴还包括如下任一种或任多种装置：

-扭簧(5)，所述扭簧(5)的两端分别固定于转动轴定子、转动轴动子上，以在转动轴动子与转动轴定子之间提供阻尼；

-密封在套筒(6)与中心轴(1)之间空腔内的磁流变液体、导磁性粉末颗粒或者软磁颗粒，以在转动轴动子与转动轴定子之间提供可控和变化的阻尼特性；

-密封在套筒(6)与中心轴(1)之间空腔内的囊状阻尼体，所述囊状阻尼体为一空间囊状体结构，内部填充磁性介质(10)，以在转动轴动子与转动轴定子之间提供可控和变化的阻尼特性；

-阻尼控制驱动体(11)，所述阻尼控制驱动体(11)为电磁发生装置，安装在套筒(6)和中心轴(1)之间的腔体中，用于施加能量使磁流变液体、导磁性粉末颗粒、软磁颗粒或者囊状阻尼体内磁性介质(10)汇聚在能量施加方向以产生阻碍转动轴动子与转动轴定子相对转动的剪切力。