CN213685060U - 恒力磁弹簧及具备恒力磁弹簧的作业机构 - Google Patents

Abstract

本申请揭示了一种恒力磁弹簧及具备恒力磁弹簧的作业机构，该恒力磁弹簧包括磁环、磁铁柱体以及磁铁保护层，其中：所述磁铁保护层裹覆于所述磁铁柱体外，裹覆有所述磁铁保护层的磁铁柱体同轴心地插入至所述磁环内，所述磁铁柱体在插入至所述磁环内的过程中，通过改变所述磁铁柱体或所述磁环的充磁参数产生不同的恒力值，所述磁环为一体成型。本申请通过设置同轴心的磁铁柱体和磁环，使得磁铁柱体插入至磁环的过程中，可以通过改变磁铁柱体或磁环的充磁参数产生不同的恒力值，即可以在压缩过程中保持恒力，实现了最大程度的压缩。

Description

恒力磁弹簧及具备恒力磁弹簧的作业机构

技术领域

本实用新型属于机械设计技术领域，涉及一种恒力磁弹簧及具备恒力磁弹簧的作业机构。

背景技术

弹簧被大量使用在工业中，现有弹簧有金属弹簧或者气动弹簧，金属弹簧利用金属材料弹性特性，来实现弹性变形；空气弹簧是在一个密封的容器中充入压缩空气，利用气体可压缩性实现其弹性作用，但空气弹簧悬架结构复杂、制造成本高。

金属弹簧与气动弹簧在使用时都无法实现达到最大程度的压缩，力的产生依赖于冲程，无法在整个行程范围内保持恒力，无法用于高精度的恒力场合，且实现超长行程防坠落结构非常困难。

实用新型内容

为了解决相关技术中金属弹簧与气动弹簧无法实现最大程度压缩，且在压缩过程中无法保持恒力的问题，本申请提供了一种恒力磁弹簧及具备恒力磁弹簧的作业机构。技术方案如下：

第一方面，本申请提供了一种恒力磁弹簧，所述恒力磁弹簧包括磁环、磁铁柱体以及磁铁保护层，其中：所述磁铁保护层裹覆于所述磁铁柱体外，裹覆有所述磁铁保护层的磁铁柱体同轴心地插入至所述磁环内，所述磁铁柱体在插入至所述磁环内的过程中，通过改变所述磁铁柱体或所述磁环的充磁参数产生不同的恒力值，所述磁环为一体成型。

通过设置同轴心的磁铁柱体和磁环，使得磁铁柱体插入至磁环的过程中，可以通过改变磁铁柱体或磁环的充磁参数产生不同的恒力值，即可以在压缩过程中保持恒力，实现了最大程度的压缩。

可选的，所述磁环包括被对称充磁的S极磁环部和N极磁环部，所述S极磁环部和所述N极磁环部为同心等长的圆弧形状。

通过将一体成型的磁环通过充磁的方式，将磁环的磁性充磁为对称的两个具备不同磁性的磁环部，由于不再需要设置单独的磁瓦式磁极片，因此也不需要对磁环的内部和外部增加支持部和固定部，简单了磁环结构和生产成本，且使得磁铁柱体可以更接近于磁环的磁性材料，压缩过程中恒力值的产生更为快速。

可选的，所述磁铁柱体为圆柱体，所述磁铁柱体包括镜面对称的S极磁体和N极磁体，所述磁铁柱体在插入至所述磁环内的过程中，所述S极磁体内贴于所述N极磁环部运动，所述N极磁体内贴于所述S极磁环部运动。

磁铁柱体在插入至所述磁环内的过程中，由于S极磁体内贴于N极磁环部运动，N极磁体内贴于S极磁环部运动，磁性之间的作用使得磁铁柱体可以产生不同方向和不同大小的恒力。

可选的，所述磁铁柱体为钕磁铁材质。

可选的，所述S极磁环部和所述N极磁环部的壁厚均为2mm。

可选的，所述磁铁保护层的厚度为0.2-0.3mm。

第二方面，本申请还提供一种具备恒力磁弹簧的作业机构，所述作业机构包括第一方面以及第一方面各种可选方式中提供的恒力磁弹簧，磁铁柱体安装部、直线导轨和磁环带动部；

所述裹覆有磁铁保护层的磁铁柱体与所述磁环同心轴设置，所述磁铁柱体固定安装于所述磁铁柱体安装部上，所述磁环固定在所述磁环带动部上，所述磁环带动部滑动安装于所述直线导轨上，所述直线导轨固定竖向安装于所述磁铁柱体安装部上。

所述磁环带动部沿着所述直线导轨移动时，所述磁铁柱体插入至所述磁环内，所述磁铁柱体与所述磁环之间产生的作用力为吸引力、恒力或排斥力，所述作用力随着所述磁铁柱体与所述磁环的相对位置的变化而发生变化。

通过在作业机构中设置恒力磁弹簧，通过带动磁环移动，使得磁铁柱体可以插入至磁环内，从而使得磁铁柱体与磁环之间产生的不同方向和不同大小的作用力，即吸引力、恒力或排斥力，可以在压缩过程中保持恒力，实现了最大程度的压缩。

可选的，所述磁铁柱体安装部包括抱块、固定座，所述裹覆有磁铁保护层的磁铁柱体通过所述抱块竖直固定在所述固定座的凸台上；所述磁环带动部包括磁环安装套筒和活动块，所述磁环固定在所述磁环安装套筒内，所述磁环安装套筒与所述活动块固定连接，所述活动块通过滑块安装于所述直线导轨上。

通过磁环带动部对磁环的带动，以及磁铁柱体安装部对磁铁柱体的固定，从而实现磁环和磁铁柱体之间的相对运动，使磁铁柱体具备插入至磁环的移动条件。

可选的，所述作业机构还包括驱动装置和执行机构，所述执行机构安装于所述活动块上，所述驱动装置的驱动端与所述执行机构固定连接，所述驱动装置驱动所述执行机构上下运动。

可选的，所述驱动装置驱动所述执行机构工作时，所述恒力磁弹簧提供恒定的斥力或者吸引力；所述驱动装置驱动失效时，所述恒力磁弹簧产生用于阻止所述执行机构坠落的推力或拉力。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本实用新型。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。

图1是本申请一个实施例中提供的恒力磁弹簧的截面示意图；

图2A是本申请一个实施例中提供的磁环中磁性的示意图；

图2B是本申请一个实施例中提供的磁铁柱体中磁性的示意图；

图3是本申请一个实施例中提供的磁铁柱体插入至磁环过程中的示意图；

图4A、图4B是本申请一个实施例中提供的具备恒力磁弹簧的作业机构在不同视角下的结构示意图。

其中，附图标记如下：

1、磁环；2、磁铁柱体；3、磁铁保护层；4、直线导轨；5、抱块；6、固定座；7、磁环安装套筒；8、活动块。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型的一些方面相一致的装置和方法的例子。

图1是本申请一个实施例中提供的恒力磁弹簧的截面示意图，本申请提供的恒力磁弹簧包括磁环1、磁铁柱体2以及磁铁保护层3。

磁铁保护层3裹覆于磁铁柱体2外，裹覆有磁铁保护层3的磁铁柱体2同轴心地插入至所述磁环1内，磁铁柱体2在插入至磁环1内的过程中，通过改变磁铁柱体2或磁环1的充磁参数产生不同的恒力值，磁环1为一体成型。

磁铁保护层3的材料厚度可以为0.2-0.3mm。

一体成型的磁环1不再需要在磁环内侧壁和外侧壁增加固定部，因此简化了磁环结构，且磁环1和磁铁柱体2可以更靠近，磁环1的体积也可以设置的更小，降低了磁环1的生成成本。

图2A是本申请一个实施例中提供的磁环1中磁性的示意图，本申请提供的磁环1包括被对称充磁的S极磁环部和N极磁环部，为了保证磁场的周向均匀分布，S极磁环部和N极磁环部通常为同心等长的圆弧形状。

本申请中通过将一体成型的磁环1通过充磁的方式，将磁环1的磁性充磁为对称的两个具备不同磁性的磁环部，由于不再需要设置单独的磁瓦式磁极片，因此也不需要对磁环1的内部和外部增加支持部和固定部，简单了磁环1结构和生产成本，且使得磁铁柱体2可以更接近于磁环1的磁性材料，压缩过程中恒力值的产生更为快速。

在一种可能的实现方式中，在磁环1中充磁的磁性物质层为可被磁化物质，即磁化后的S极磁环部和N极磁环部，且S极磁环部和N极磁环部的壁厚均相同，比如壁厚可以取值为2mm。

图2B是本申请一个实施例中提供的磁铁柱体2中磁性的示意图，磁铁柱体2为圆柱体，磁铁柱体2包括镜面对称的S极磁体和N极磁体，磁铁柱体2在插入至磁环1内的过程中，S极磁体内贴于所述N极磁环部运动，N极磁体内贴于S极磁环部运动。

在实际实现时，磁铁柱体2的S极磁体和N极磁体可以为两个单独的磁体部，也可以是磁铁柱体2在一体成型后通过对镜面对称的两个部分分别充磁得到的。

磁铁柱体2在插入至磁环1内的过程中，由于S极磁体内贴于N极磁环部运动，N极磁体内贴于S极磁环部运动，磁性之间的作用使得磁铁柱体2可以产生不同方向和不同大小的恒力。

可选的，磁铁柱体2可以为钕磁铁材质。显然，磁铁柱体2也可以选用其他的磁性材料，只要保证磁铁柱体2和磁环1之间产生对应的磁场作用即可。

图3是本申请一个实施例中提供的磁铁柱体插入至磁环过程中的示意图，磁铁柱体2从磁环1上部向下插入至磁环1的过程如下：

(1)磁铁柱体2的下端面穿入至磁环1A面，磁铁柱体2受向下拉力，在下端面靠近磁环1B面的过程中，拉力呈增大趋势。

(2)从磁铁柱体2下端面进入磁环1的BC区域至磁铁柱体2的H面与磁环1的C面重合，磁铁柱体2受向下拉力，移动的整个过程中，磁铁柱体2所受拉力为恒力。

(3)磁铁柱体2的H面由磁环1的C面移动至磁环1的D面过程中，磁铁柱体2受向下拉力，拉力呈减小趋势。

(4)磁铁柱体2的轴向中心H面与磁环1轴向中心D面重合后，磁铁柱体2处于平衡状态，在无外力作用情况下，可一直处于该状态。

(5)磁铁柱体2的轴向中心H面由磁环1的D面移动至磁环1的E面过程中，磁铁柱体2受向上拉力，拉力呈增大趋势。

(6)从磁铁柱体2的轴向中心H面穿出磁环1的E面至磁铁柱体2的上端面传出磁环1的F面，磁铁柱体2受向上拉力，移动的整个过程中，磁铁柱体2所受拉力为恒力。

(7)磁铁柱体2上端面从磁环1的F面移动至磁环1的G面的过程中，磁铁柱体2受向上的拉力，拉力呈较小趋势。

(8)磁环1各面之间的距离与磁环1本身属性有关，在外界条件发生变化而引起磁环1属性变化时，磁环1各面间的距离也会发生变化。

综上所述，本申请提供的恒力磁弹簧，通过设置同轴心的磁铁柱体和磁环，使得磁铁柱体插入至磁环的过程中，可以通过改变磁铁柱体或磁环的充磁参数产生不同的恒力值，即可以在压缩过程中保持恒力，实现了最大程度的压缩；本申请提供的恒力磁弹簧与传统机械弹簧不同，可以在一定行程范围内提供恒定的力，较易实现超长距离防坠落。

图4A、图4B是本申请一个实施例中提供的具备恒力磁弹簧的作业机构在不同视角下的结构示意图，结合图4A和图4B，本申请提供的具备恒力磁弹簧的作业机构可以包括恒力磁弹簧，磁铁柱体安装部、直线导轨4和磁环带动部。

恒力磁弹簧可以参见图1所示，这里就不再赘述。

裹覆有磁铁保护层3的磁铁柱体2与磁环1同心轴设置，磁铁柱体2固定安装于磁铁柱体安装部上，磁环1固定在磁环带动部上，磁环带动部滑动安装于直线导轨4上，直线导轨4固定竖向安装于磁铁柱体安装部上。

磁环带动部沿着直线导轨4移动时，磁铁柱体2插入至磁环1内，磁铁柱体2与磁环1之间产生的作用力为吸引力、恒力或排斥力，作用力随着磁铁柱体2与磁环1的相对位置的变化而发生变化。

可选的，磁铁柱体安装部包括抱块5、固定座6，裹覆有磁铁保护层3的磁铁柱体2通过抱块5竖直固定在固定座6的凸台上；

磁环带动部包括磁环安装套筒7和活动块8，磁环1固定在磁环安装套筒7内，磁环安装套筒7与活动块8固定连接，活动块8通过滑块安装于直线导轨4上。

通过磁环带动部对磁环1的带动，以及磁铁柱体安装部对磁铁柱体2的固定，从而实现磁环1和磁铁柱体2之间的相对运动，使磁铁柱体2具备插入至磁环1的移动条件。

可选的，作业机构还包括驱动装置和执行机构，执行机构安装于活动块8上，驱动装置的驱动端与执行机构固定连接，驱动装置驱动执行机构上下运动。

可选的，驱动装置驱动执行机构工作时，恒力磁弹簧提供恒定的斥力或者吸引力；驱动装置驱动失效时，恒力磁弹簧产生用于阻止执行机构坠落的推力或拉力。

综上所述，本申请提供的具备恒力磁弹簧的作业机构，通过在作业机构中设置恒力磁弹簧，通过带动磁环移动，使得磁铁柱体可以插入至磁环内，从而使得磁铁柱体与磁环之间产生的不同方向和不同大小的作用力，即吸引力、恒力或排斥力，可以在压缩过程中保持恒力，实现了最大程度的压缩，较易实现超长距离防坠落。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里实用新型的实用新型后，将容易想到本实用新型的其它实施方案。本申请旨在涵盖本实用新型的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本实用新型的一般性原理并包括本实用新型未实用新型的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本实用新型的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种恒力磁弹簧，其特征在于，所述恒力磁弹簧包括磁环、磁铁柱体以及磁铁保护层，其中：

所述磁铁保护层裹覆于所述磁铁柱体外，裹覆有所述磁铁保护层的磁铁柱体同轴心地插入至所述磁环内，所述磁铁柱体在插入至所述磁环内的过程中，通过改变所述磁铁柱体或所述磁环的充磁参数产生不同的恒力值，所述磁环为一体成型。

2.根据权利要求1所述的恒力磁弹簧，其特征在于，所述磁环包括被对称充磁的S极磁环部和N极磁环部，所述S极磁环部和所述N极磁环部为同心等长的圆弧形状。

3.根据权利要求2所述的恒力磁弹簧，其特征在于，所述磁铁柱体为圆柱体，所述磁铁柱体包括镜面对称的S极磁体和N极磁体，所述磁铁柱体在插入至所述磁环内的过程中，所述S极磁体内贴于所述N极磁环部运动，所述N极磁体内贴于所述S极磁环部运动。

4.根据权利要求2所述的恒力磁弹簧，其特征在于，所述S极磁环部和所述N极磁环部的壁厚均为2mm。

5.根据权利要求1所述的恒力磁弹簧，其特征在于，所述磁铁保护层的厚度为0.2-0.3mm。

6.根据权利要求1-5中任一所述的恒力磁弹簧，其特征在于，所述磁铁柱体为钕磁铁材质。

7.一种具备恒力磁弹簧的作业机构，其特征在于，所述作业机构包括如权利要求1-6中任一所述的恒力磁弹簧，磁铁柱体安装部、直线导轨和磁环带动部；

所述裹覆有磁铁保护层的磁铁柱体与所述磁环同心轴设置，所述磁铁柱体固定安装于所述磁铁柱体安装部上，所述磁环固定在所述磁环带动部上，所述磁环带动部滑动安装于所述直线导轨上，所述直线导轨固定竖向安装于所述磁铁柱体安装部上，

所述磁环带动部沿着所述直线导轨移动时，所述磁铁柱体插入至所述磁环内，所述磁铁柱体与所述磁环之间产生的作用力为吸引力、恒力或排斥力，所述作用力随着所述磁铁柱体与所述磁环的相对位置的变化而发生变化。

8.根据权利要求7所述的具备恒力磁弹簧的作业机构，其特征在于，所述磁铁柱体安装部包括抱块、固定座，所述裹覆有磁铁保护层的磁铁柱体通过所述抱块竖直固定在所述固定座的凸台上；

所述磁环带动部包括磁环安装套筒和活动块，所述磁环固定在所述磁环安装套筒内，所述磁环安装套筒与所述活动块固定连接，所述活动块通过滑块安装于所述直线导轨上。

9.根据权利要求8所述的具备恒力磁弹簧的作业机构，其特征在于，所述作业机构还包括驱动装置和执行机构，所述执行机构安装于所述活动块上，所述驱动装置的驱动端与所述执行机构固定连接，所述驱动装置驱动所述执行机构上下运动。

10.根据权利要求9所述的具备恒力磁弹簧的作业机构，其特征在于，所述驱动装置驱动所述执行机构工作时，所述恒力磁弹簧提供恒定的斥力或者吸引力；所述驱动装置驱动失效时，所述恒力磁弹簧产生用于阻止所述执行机构坠落的推力或拉力。

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