[发明专利]一种新型电磁驱动器及其应用

说明书

技术领域

一种机电领域用的自动驱动装置，广泛应用于智能电器和作直线式往复运动的自动控制机械，属于自动控制机电产品。

背景技术

随着社会的发展和进步，控制电器的智能化被提到了议事日程上来了。目前已有很多单位和个人在大力开发，但都未能取得突破性进展，特别是智能化技术的核心部件驱动器，未能取得突破。作为智能技术的核心部件驱动器，必须考虑其通用性、实用性、可操作性以及极佳的工作性能，这给开发和设计提出了苛刻的要求，使得新一代智能电器的开发进展缓慢，迟迟未能研发出有突破性的新一代智能电器来。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型电磁驱动器，做到工作性能良好，具有通用性、实用性，可作为智能化技术的核心部件。

本发明包括由绝缘材料制作的线圈架和绕制其上的线圈，改进之处是线圈架内腔里固装有软磁纯铁制作的铁芯，铁芯中心孔内套有非导磁材料制作的轴杆，轴杆两端分别固装有I号永磁铁和II号永磁铁，两块永磁铁的磁极分布相反，一个为轴向SN分布，另一个则为轴向NS分布。

为了讲述工作原理方便，我们假设上述驱动器横向放置，即线圈架、铁芯和轴杆的轴线为水平方向，I号永磁铁位于轴杆左端，暂称为左永磁铁，II号永磁铁位于轴杆右端，暂称为右永磁铁。

驱动原理如下：线圈未充电前，左永磁铁或右永磁铁靠近铁芯的一端会自动吸上铁芯。只要磁吸力足够大，就可以固定住轴杆及另一端永磁铁。当线圈上端接入电源正极、下端接入电源负极，向其充入脉冲直流电流时，线圈迅速建立电磁场，磁场方向遵循右手螺旋定则，左端为n极，右端为s极，并使线圈磁场强度大于永磁铁磁场强度。位于线圈内部的铁芯是软磁铁，具有很小的矫顽力，也被磁化跟着建立起和线圈同为ns极性的磁场，而永磁铁的磁极是固定的，左永磁铁磁极为轴向SN极分布，右永磁铁磁极为轴向NS极分布，两磁铁轴向对应面为相同磁性N。在左永磁铁与铁芯的接触面上，它们同为N极，根据磁铁同性相斥、异性相吸的原理可知，铁芯和左永磁铁是相互排斥的，而铁芯是固定在线圈架上的，因此左永磁铁被驱动向左运动，同时带动轴杆一起向左。铁芯右端为S极，而右永磁铁的左边为N极，它们之间是相互吸引的，异性相吸更加速了左、右永磁铁和轴杆向左运动的速度。由于充入的是脉冲直流电流，电源很快撤销，永磁铁、连杆依靠惯性和两端静磁力继续向左运动，由于距离短、速度快，很快运行到位，右永磁铁吸上铁芯，整个驱动过程结束。右永磁铁吸上铁芯将铁芯磁化，使铁芯成充电时的ns极性分布，左永磁铁与铁芯相互排斥，右永磁铁与铁芯相互吸引，更增强了轴杆和永磁铁的稳定。如果要左永磁铁、右永磁铁和连杆向右端运动，只需要将直流脉冲电源反向充入线圈即可，使线圈建立起sn极性分布的磁场，铁芯也跟着建立起成sn分布的磁场，左永磁铁和铁芯在左边相互吸引，右永磁铁和铁芯在右边相互排斥，从而快速推动永磁铁和连杆向右边运动，最终左永磁铁固定在铁芯上。选用合适的永磁铁就可以有足够的吸引力吸住铁芯，且驱动器的启动时间可以随意控制，其表现出双稳态特性，这一特性特别适合智能电器的分合控制。

由于驱动器的驱动时间和间隔时间长短可以任意控制，在短时间内，反复多次调换线圈的正负电极，驱动器将高速往复运动，其表现出电动机特性，这一特性特别适合作直线式往复电动机使用。

驱动器作直线往复运动的前提就是不断地改变线圈的电源极性，而交流电磁线圈是一种自动改变磁场极性的线圈，其改变的频率为工频，只要满足其线圈磁场强度大于永磁铁固定铁芯和负载的总功率，就可以直接接入工频和变频交流电源，来启动驱动器运行，成为交流往复式直线电机。

在交流电源状态下运行，可以通过控制输入单个正、反波形来启动驱动器，使其具有双稳态特性。

本发明所述的驱动器，铁芯由软磁材料纯铁制成，铁芯可长可短，最长不超过线圈的1.5倍，最短不小于0.5倍，铁芯长度和线圈长度一样长为最佳，如超过或低于线圈长度，将降低驱动器的效率和速度。轴杆由非导磁材质铜、不锈钢、塑料等制作，轴杆长度和运动间隙可长可短，最长不超过线圈的3-5倍，最短只要有运动间隙就可以。间隙越短驱动器的效率和速度越高，间隙越长驱动器的效率和速度越低。永磁铁选用高矫顽力和高磁能积的稀土永磁，保证永磁铁的极性和磁场强度不受干扰，工作尺寸不受限制，只需满足机械强度即可。