CN105186828A - 一种膜片散热式电磁直线执行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种膜片散热式电磁直线执行器，包括电磁线圈、线圈骨架、永磁体、膜片、外磁轭和内磁轭，永磁体分布在筒状的外磁轭与内磁轭之间，永磁体与内磁轭之间存在气隙并在气隙中形成稳定的磁场，可沿轴线方向上下运动的电磁线圈及线圈骨架位于气隙中，膜片固定在外磁轭的上边缘，下部为筒状的线圈骨架上部加工成一个支架，紧固件通过膜片中间的螺钉孔把膜片固定在线圈骨架上的支架上，线圈骨架运动时可以带动膜片一起做上下运动。本发明作为直线驱动的执行元件使用，可以实现高速、高精度的直线运动，膜片的使用可以在一定程度上降低电磁直线执行器的温度，可以有效提高其使用寿命。

Description

一种膜片散热式电磁直线执行器

技术领域

本发明涉及一种电磁直线执行器，特别涉及一种膜片散热式电磁直线执行器。

背景技术

电磁直线执行器作为一种直接把电能转化为直线运动形式的机械能的装置，由于其具有结构简单、组合性强、噪声小、磨损少、维护保养方便等优点越来越多的应用于工业自动化、智能操作等相关技术领域及产业。随着直线运动控制的应用范围的拓广，直线执行器得到了大力的发展，不同驱动方式、不同规格和不同应用领域的直线执行器相继出现，并取得了一些令人满意的效果。人们又对直线运动控制的精度和动态反应性能提出了越来越高的要求，由于电磁直线执行器在高精度和高动态反应性能的突出表现电磁直线执行器得到了越来越广泛的应用。

目前，现有技术中所采用的电磁直线执行器通常由内磁轭、外磁轭、端盖、永磁体、电磁线圈及线圈骨架构成，电磁直线执行器往往应用在高速运转和运动方向转换频率高的场合，电磁直线执行器运动速度和方向取决于电磁线圈中的电流大小和电流方向，即电磁线圈中电流大，电流方向转换频繁，容易引起电磁线圈温度升高，线圈骨架在气隙中做切割磁感线的高速运动也会产生大量热量，从而导致电磁直线执行器发热，使电磁直线执行器的使用寿命和工作精度下降，因而电磁直线执行器还需要进一步的改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单、操作简便、维护方便、制造成本较低、磨损少的具有良好的温度控制特性的高精度和动态响应性能良好的电磁直线执行器，并能提高使用寿命。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种膜片散热式电磁直线执行器，包括电磁线圈、线圈骨架、永磁体、膜片、外磁轭和内磁轭；所述永磁体分布在筒状的外磁轭与内磁轭之间，永磁体与内磁轭之间存在气隙并在气隙中形成稳定的磁场，可沿轴线方向上下运动的电磁线圈及线圈骨架位于气隙中，膜片固定在外磁轭的上边缘，下部为筒状的线圈骨架上部加工成一个支架，线圈骨架上的支架与膜片利用紧固件相互连接。

所述的膜片包括中间一层橡胶制成的中间部位凸起的主体、不锈钢材料的两片圆形先导组件和紧固件，橡胶主体贴合在两片先导组件之间与主体的中间凸出部位一同运动，膜片的中心部位留有一个螺钉孔，紧固件通过螺钉孔把膜片紧固在线圈骨架的支架上，膜片的边缘固定在外磁轭上部。

由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比，其显著优点为：1）可以在一定程度上改善电磁直线执行器的温度特性、有效提高电磁直线执行器的使用寿命，并给电磁直线执行器的精度提供了很大的保障，可使电磁直线执行器更适合在高速、高精度的直线运动中使用，而且对原电磁直线执行器改动较小，易于加工生产；2）发明中采用的膜片可以使用市场中已有的膜片类型，而且选择类型多种多样，材料种类也有多种选择，不需要专门定制生产就可以达到使用要求；3）牵引膜片的线圈骨架只需要延伸出一部分呈现为支架形即可，具有结构简单、加工方便、增加成本少等优点，线圈骨架与膜片利用螺钉连接可牵引膜片上下运动，并引起膜片上下的空气振动，加速空气流通而促使热量的散失。

附图说明

图1为本发明的一种膜片散热式电磁直线执行器的结构示意图。

图2为本发明的一种膜片散热式电磁直线执行器中膜片的俯视图。

图3为本发明的一种膜片散热式电磁直线执行器中线圈骨架的俯视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述。

结合图1，本发明的一种膜片散热式电磁直线执行器，包括电磁线圈1、线圈骨架2、永磁体3、膜片4、外磁轭5和内磁轭6；所述永磁体3分布在筒状的外磁轭5与内磁轭6之间，永磁体3与内磁轭6之间存在气隙并在气隙中形成稳定的磁场，可沿轴线方向上下运动的电磁线圈1及线圈骨架2位于气隙中，膜片4固定在外磁轭5的上边缘，下部为筒状的线圈骨架2上部加工成一个支架，线圈骨架2的支架与膜片4利用紧固件相互连接。

所述的膜片4包括中间一层橡胶制成的中间部位凸起的主体、不锈钢材料的两片圆形先导组件和紧固件，橡胶主体贴合在两片先导组件之间与主体的中间凸出部位一同运动，膜片4的中心部位留有一个螺钉孔，紧固件通过螺钉孔把膜片4紧固在线圈骨架2的支架上，膜片4的边缘固定在外磁轭5上部。

本发明的电磁直线执行器可采用圆筒型结构，即电磁线圈1、线圈骨架2、永磁体3、外磁轭5、内磁轭6均按照同轴心线的圆筒形布置，膜片4周边固定在外磁轭5上并与电磁直线执行器的整体结构保持同轴。

电磁线圈1及线圈骨架2位于外磁轭5与内磁轭6之间的径向气隙中，并与永磁体3、内磁轭6之间留有一定气隙并在气隙中形成稳定的磁场，可以使电磁线圈1及线圈骨架2在气隙中沿轴线做往复直线运动。在电磁线圈1中通入方向和大小一定的直流电流可以产生一个大小、方向与此电流大小、方向相关的电磁力，电磁力可以推动电磁线圈1及线圈骨架2运动。电磁线圈1及线圈骨架2在气隙中做切割磁感线的高速运动会产生大量的热量，电流流过电磁线圈1也会产生大量的热量，大量的热量会使得电磁直线执行器的温度升高，从而影响电磁直线执行器的工作精度和永磁体3的性能，进而影响电磁直线执行器的使用寿命。膜片4固定在外磁轭5的顶部，膜片4的直径与外磁轭5的外径相等，在膜片4靠近边缘的部分留有8个均匀分布的螺钉孔，外磁轭5顶部相应部分也开有螺钉孔，利用8个螺钉把膜片4紧固在外磁轭5的上部，膜片的上方应留有一定的空间以免对膜片的变形产生干涉。

附图2是本发明的膜片散热式电磁直线执行器中膜片4的俯视图，膜片4的主体为富有弹性的橡胶材料制成，，可以对膜片4中心位置施加一个轴向力使得膜片4产生变形。膜片4的中间部分向一方凸出，凸出部分的两面各贴合有一个不锈钢材料的圆形先导组件可以使膜片4的中间部分受力均匀，不易引起其与连接件连接的部分发生恶性变形，先导组件可以与橡胶主体一同受力运动，膜片4中心位置留有一个小孔用来使用紧固件与线圈骨架2上的支架连接。

附图3是本发明的电磁直线执行器线圈骨架2的俯视图，从图中可以看出线圈骨架2的主体为一个圆筒形结构，电磁线圈1沿一定绕向缠绕在线圈骨架2上。线圈骨架2的上部延伸出一个支架来，支架可以是沿圆筒上边缘处在一条直径上的两点向上延伸出一部分然后沿直径连接起一条横梁，在横梁的中间位置加工一个凸台并开有一个螺钉孔，用螺钉把线圈骨架2与膜片4通过膜片4中间的孔连接起来。支架横梁在线圈骨架2位于下止点时的位置应该高于内磁轭6以免发生运动干涉。

膜片4把电磁直线执行器中的空间分成上下两个部分，膜片4固定在线圈骨架2上，随线圈骨架2的运动而产生变形，当线圈骨架2上行时，膜片4产生向上的应变挤压膜片4上方的空气，造成膜片4上方附近的压强瞬时增加，空气会流向压强低的方向，带走一部分热量，膜片4下方产生一定的真空，下方的气体会沿着气隙补充过来；当线圈骨架2下行时，膜片4产生向下的应变挤压膜片4下方的空气，造成膜片4下方附近的压强瞬时增加，空气会沿着气隙流出，带走一部分热量，膜片4上方的空间产生真空，周围会有空气补充过来。线圈骨架2的往复运动，使空气不断地带走热量然后再补充来新空气，产生一个气流循环使热量不断散发出去，从而使电磁直线执行器的温度得到一定的改善。

膜片4安装在外磁轭5的上部，安装的原始状态为凸面朝下，由于膜片4具有一定的弹性，使电磁直线执行器的常态为线圈骨架2位于最大行程的下止点位置。当线圈骨架2向上运动时膜片4的弹力与电磁推力方向相反，需要加大电流输出，输出电能上升：当线圈骨架2向下运动时膜片4的弹力与电磁力方向同向，可适当减小电流，所需电能也相应下降。由于膜片4的变形中会产生一定的损耗，膜片4在向上运动时消耗的功大于向下运动时对线圈骨架2做的功，从总体上看添加膜片4会造成电能消耗的增加。

膜片4的工作压力一般在0.4MPa~0.8MPa之间，推动膜片4的推力一般比较小，相对于推动线圈骨架2的电磁力约在5%左右，所以添加膜片4所消耗的电能与之前相比增加的很少，可以认为膜片4的添加起到了散热作用的同时所产生的能量消耗微乎其微。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种膜片散热式电磁直线执行器，其特征在于：包括电磁线圈（1）、线圈骨架（2）、永磁体（3）、膜片（4）、外磁轭（5）和内磁轭（6）；所述永磁体（3）分布在筒状的外磁轭（5）与内磁轭（6）之间，永磁体（3）与内磁轭（6）之间存在气隙并在气隙中形成稳定的磁场，可沿轴线方向上下运动的电磁线圈（1）及线圈骨架（2）位于气隙中，膜片（4）固定在外磁轭（5）的上边缘，下部为筒状的线圈骨架（2）上部加工成一个支架，线圈骨架（2）上的支架与膜片（4）利用紧固件相互连接。

2.根据权利要求1所述的膜片散热式电磁直线执行器，其特征在于：所述的膜片（4）包括中间一层橡胶制成的中间部位凸起的主体、不锈钢材料的两片圆形先导组件和紧固件，橡胶主体贴合在两片先导组件之间与主体的中间凸出部位一同运动，膜片（4）的中心部位留有一个螺钉孔。

3.根据权利要求1或2所述的膜片散热式电磁直线执行器，其特征在于：所述膜片（4）安装在内磁轭（6）的上部，膜片（4）的上方留有一定的空间，膜片（4）的下部与线圈骨架（2）上的支架连接，线圈骨架（2）位于下止点时支架的横梁应该高于内磁轭（6）。

4.根据权利要求1所述的膜片散热式电磁直线执行器，其特征在于：所述线圈骨架（2）的下部呈圆筒形并绕有电磁线圈（1），线圈骨架（2）的上部加工成一个支架，支架中间位置沿轴线向上加工一个凸起部分并在凸起的中间部位留有螺钉孔。

5.根据权利要求1或4所述的膜片散热式电磁直线执行器，其特征在于：所述线圈骨架（2）位于下止点位置时膜片（4）处于向下凸出的初始状态；线圈骨架（2）位于上止点位置时膜片（4）变形为向上凸出的状态，膜片的最大变形量大于或等于电磁直线执行器的最大行程。