[发明专利]一种电磁驱动直线运动的方法及装置

说明书

一、技术领域

本发明属于机电一体化技术领域，将电磁能直接转换为机械能，具体地说，属于一种用电力电子驱动器将电能转化为磁能，再由磁能转化为机械能，形成可控直线机械运动动力源的方法及装置，并可以广泛设计应用于制造新型的直线运动和直线往复运动的原动机。

二、背景技术

分析直线运动尤其是直线往复运动的动力来源，一般有通过旋转电机带动曲轴或偏心轮机构转换获得，或由直线电机直接产生，或由燃气压力作为动力推动气缸活塞做直线运动，或由液压方式传递动力推动油缸活塞做直线运动。由曲轴或偏心轮机构作为能量转化方式，机构较复杂，必然影响转化效率；由直线电机以其转子作为工作部件，还必须与固定的定子对应运行，在应用中有着较大的局限性；由燃气压力做功推动活塞，能量转化效率较低，四个冲程仅有一个冲程做功，废气严重污染环境，机构复杂；由液压方式传递能量，液压工作站需占用较多空间，液压油路机构复杂，液压油路节流及沿程损失也直接影响能量传递效率。

另外还有一种电磁直线驱动方式，就是利用磁场的N、S极同性相斥、异性相吸的基本原理，通过励磁电流，或是平面布局实现较长距离的N、S极的不断地相吸相斥，达到运动的目的，或是通过螺线管绕组与磁芯的瞬间吸力或斥力，达到短距离的离合(常见于电力工程中的产品)的目的，以上方式的直线运动也都存在较大的应用局限性。

发明一种直接用于直线运动的电力驱动的动力源，并且结构简单、便于控制、无污染、可靠性高，就是本发明的任务。

三、发明内容

本发明提出的一种电磁驱动直线运动的方法及装置，就是要提供一种新型的直线运动动力源，并具有结构简单可靠、便于控制、节能高效、能够产业化推广应用的方法及装置。

本发明的具体实施技术方案如下：

所述一种电磁驱动直线运动的方法及装置，其特征在于：它包括电力电子驱动装置、1个或1组(2个)U型电磁铁，一直金属导体，在金属导体的两端设有位置传感器，金属导体与电磁铁呈形结构。

所述电力电子驱动装置由功率电子器件和集成电路等构成，其输出端至少有两路在同一周期上下半周期锯齿波脉冲电流输出，其功能是：提供频率可调，由逻辑电路判断起始电流i值，当i值为最小域值i₁或为最大域值i₂时，按周期时序通断输出两路分别为Δi/Δt>0(i≥0)、Δi/Δt<0(i≥0)的锯齿波脉冲电流，分别作用在两个电磁铁上，两个铁芯上绕组电流在一种工作状态(前进或后退)下脉冲电流变化的方式是固定的，即甲为Δi/Δt>0，则乙就为Δi/Δt<0；当工作状态(前进或后退)需要改变时，由驱动装置自动根据控制信号对两路不同特征的输出电流进行切换控制。

所述U型电磁铁装置与金属导体为，U型电磁铁为高导磁率的软磁材料(如冷轧硅钢片)制成的叠片铁芯，金属导体材料可以为铁磁导体(如钢铁)，或为非铁磁导体(如铝合金、合金钢、超导体等)更佳，U型电磁铁的伸出部分(铁芯脚)与金属导体的平面垂直线有一个夹角θ，一般设计成θ≥45°，与金属导体一个面保持均匀气隙δ，δ越小磁损就越小。

所述U型电磁铁上的绕组可以是1组，也可以是2组或3组，其绕组连接按电流方向围绕铁芯同向串接，且铁芯两端励磁磁极N、S在装置中的方向固定。两个绕有绕组的电磁铁并列放置，与金属导体相对的励磁磁极排列为N、S、S、N或为S、N、N、S，或者两个绕有绕组的电磁铁对象放置，一个电磁铁的N、S极分别对应另一个电磁铁的N、S极，金属导体有两个平行的面，置于两个铁芯之间，在两个电磁铁上的绕组始终分别加载Δi/Δt>0(i≥0)、Δi/Δt<0(i≥0)的周期锯齿波脉冲电流。

所述导体两端设置位置传感器，位置信号可触发电力电子驱动装置自动切换运行控制，直线运动装置做直线往复运动，位置信号可反馈速度信号，实现运行速度的自动控制往复运动模式和手动控制运动模式。

所述电磁铁磁极截面的面积尺寸在金属导体的面幅尺寸之内，保证电磁感应有足够的感应面积，如果运动方式是一定的往复冲程运动，金属导体的长度λ为U型电磁铁N、S磁极两端的长度2倍以上。