CN111313648B - 一种基于簧片阀散热的电磁直线执行器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于簧片阀散热的电磁直线执行器，包括簧片阀座、簧片、簧片阀盖、端盖、外磁轭、内磁轭、永磁阵列、线圈以及骨架，其特征在于：外磁轭与内磁轭之间为气隙，采用Halbach永磁阵列层增强气隙磁场，磁轭、端盖、簧片阀座、簧片阀盖固连，做定子；线圈组绕制在骨架上可在气隙中往复运动，做动子；骨架为一端开放的圆形桶状结构，内磁轭为中空圆柱结构，内磁轭内腔与骨架内腔一起构成泵气腔；簧片安装于簧片阀座中，簧片阀盖限制簧片的可开启行程；在动子往/复运动过程中，簧片开启/闭合，泵吸气体从簧片以及气隙处进入执行器内部、从气隙排出，从而带走电磁直线执行器内部热量；本发明有效提升电磁直线执行器散热性能、功率密度。
Description
技术领域
本发明涉及执行器技术领域，尤其涉及一种电磁直线执行器。
背景技术
旋转电机由于其优良的性能在工业的各个领域有着广泛的应用，然而在一些需要直线驱动的场合，往往采用旋转电机结合旋转到直线运动转换机构的技术方案，随着直驱技术的发展，直线执行器在一些需要快速响应、高精度控制的领域越来越受到青睐。
目前，直线执行器的功率密度与输出力密度是决定其应用性能的关键，然而功率密度与输出力密度的提升往往导致直线执行器能耗激增、从而引起严重的温升，直接影响了执行器工作的稳定性与可靠性。增加冷却装置等散热措施，往往带了装置体积、质量的增加，增加了系统的复杂程度，反而对直线执行器的功率密度与输出力密度有不利影响。如何提升功率密度与输出力密度的同时，进行有效的散热，成为了技术发展的重要限制因素。
本发明的一种基于簧片阀散热的电磁直线执行器，采用基于Halbach永磁阵列增强气隙磁场强度，提升直线执行器的功率密度与输出力密度，采用簧片阀泵吸气体，从而带走电磁直线执行器内部热量，以此强化对内部的强制风冷散热，同时簧片阀结构紧凑、无需附加供能，在不影响执行器结构紧凑性的前提下解决电磁直线执行器发热严重的问题，有利于提升电磁直线执行器的功率密度与工作可靠性。
发明内容
设计一种基于簧片阀散热的电磁直线执行器，采用基于Halbach永磁阵列增强气隙磁场强度，提升直线执行器的功率密度与输出力密度，采用簧片阀泵吸气体，在不影响执行器结构紧凑性的前提下解决电磁直线执行器发热严重的问题，有利于提升电磁直线执行器的功率密度与工作可靠性。
一种基于簧片阀散热的电磁直线执行器，包括簧片阀座（1）、簧片（2）、簧片阀盖（3）、端盖（4），外磁轭（5）、永磁阵列（6）、骨架（7）、内磁轭（8）、线圈（9），其特征包括：永磁阵列（6）为由轴向充磁永磁体和径向充磁永磁体相互交替紧贴排布构成的Halbach永磁阵列层，永磁阵列（6）表贴于外磁轭（5）内侧；内磁轭（8）与外磁轭（5）通过端盖（4）同轴固定，其间为气隙；外磁轭（5）与簧片阀座（1）、簧片阀盖（3）、端盖（4）同轴固连，作定子；线圈（9）绕制在骨架（7）的凹槽中，并可在气隙内做往复直线运动，作动子；骨架（7）为一端开放的圆形桶状结构，内磁轭（8）为中空圆柱结构，内磁轭（8）内腔与骨架（7）内腔一起构成泵气腔A；簧片（2）由三部分组成：内盘（2.1）、梁臂（2.2）以及外环（2.3）；其中外环（2.3）由簧片阀座（1）与簧片阀盖（3）固定，内盘（2.1）可在簧片阀盖（3）的中空区域中运动，梁臂（2.2）始终处于弹性形变状态，执行器不工作时内盘（2.1）与簧片阀座（1）紧贴。
所述线圈（9）由正向绕组线圈及反向绕组线圈组成，相邻绕组的线圈缠绕方向相反，其中，正向绕组数为m个，反向绕组数为n个，m、n均为正整数，m=n或m-n=±1；永磁阵列（6）中径向充磁永磁体数目为（m+n）个，轴向充磁永磁体数目相等且为（m+n+1）个。
所述簧片阀座（1）上的圆形流道直径小于内盘（2.1）的直径，簧片阀盖（3）中流道分为两部分：主流道（3.1）与辅助流道（3.2），主流道（3.1）直径大于外环（2.3）内径且小于外环（2.3）外径，主流道（3.1）直径也大于气隙内径且小于气隙外径；主流道（3.1）长度为内盘（2.1）可运动行程。
所述端盖（4）轴心处开有圆形通孔，气隙处开有通气孔，辅助流道（3.2）与端盖（4）轴心通孔以及气隙处通气孔相通。
所述线圈（9）与永磁阵列（6）之间的气隙宽度远小于内磁轭（8）与外磁轭（5）间的气隙宽度。
所述泵气腔A仅通过线圈（9）与永磁阵列（6）之间的气隙以及簧片阀座（1）、簧片（2）与簧片阀盖（3）组成的簧片阀与环境相通。
本发明的一种基于簧片阀散热的电磁直线执行器，采用基于Halbach永磁阵列增强气隙磁场强度，提升直线执行器的功率密度与输出力密度，采用簧片阀泵吸气体，从而带走电磁直线执行器内部热量，以此强化对内部的强制风冷散热，同时簧片阀结构紧凑、无需附加供能，在不影响执行器结构紧凑性的前提下解决电磁直线执行器发热严重的问题，有利于提升电磁直线执行器的功率密度与工作可靠性。
本发明的一种基于簧片阀散热的电磁直线执行器，电磁直线执行器动子直接驱动负载取消了旋转到直线的运动转换机构，动力传递路径缩短；采用基于Halbach永磁阵列增强气隙磁场强度，提升了驱动力与响应速度，在需要直线驱动的领域具有，效率提高、响应迅速的优势。
本发明的一种自散热式电磁直驱柱塞泵，骨架为一端开放的圆形桶状结构，内磁轭为中空圆柱结构，内磁轭内腔与骨架内腔一起构成泵气腔；在动子往/复运动过程中，簧片开启/闭合，泵吸气体从簧片以及气隙处进入执行器内部、从气隙排出，从而带走电磁直线执行器内部热量。
本发明的一种自散热式电磁直驱柱塞泵，采用的簧片阀由簧片、簧片阀座、簧片阀盖组成，结构紧凑、无需附件功能，执行器具有自散热能力，对执行器的结构紧凑性影响较小，有利于进一步提升执行器功率密度。
本发明的一种基于簧片阀散热的电磁直线执行器具有结构紧凑、响应迅速、自散热等优点，投入产业化应用后将带来巨大的经济效益。
附图说明
图1为本发明的一种基于簧片阀散热的电磁直线执行器结构示意图。
图2为本发明的一种基于簧片阀散热的电磁直线执行器的簧片阀盖示意图。
图3为本发明的一种基于簧片阀散热的电磁直线执行器的簧片示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
如图1至3所示，包括簧片阀座（1）、簧片（2）、簧片阀盖（3）、端盖（4），外磁轭（5）、永磁阵列（6）、骨架（7）、内磁轭（8）、线圈（9），其特征包括：
永磁阵列（6）为由轴向充磁永磁体和径向充磁永磁体相互交替紧贴排布构成的Halbach永磁阵列层，永磁阵列（6）表贴于外磁轭（5）内侧；内磁轭（8）与外磁轭（5）通过端盖（4）同轴固定，其间为气隙；外磁轭（5）与簧片阀座（1）、簧片阀盖（3）、端盖（4）同轴固连，作定子；线圈（9）绕制在骨架（7）的凹槽中，并可在气隙内做往复直线运动，作动子；骨架（7）为一端开放的圆形桶状结构，内磁轭（8）为中空圆柱结构，内磁轭（8）内腔与骨架（7）内腔一起构成泵气腔A；簧片（2）由三部分组成：内盘（2.1）、梁臂（2.2）以及外环（2.3）；其中外环（2.3）由簧片阀座（1）与簧片阀盖（3）固定，内盘（2.1）可在簧片阀盖（3）的中空区域中运动，梁臂（2.2）始终处于弹性形变状态，执行器不工作时内盘（2.1）与簧片阀座（1）紧贴。
线圈（9）由正向绕组线圈及反向绕组线圈组成，相邻绕组的线圈缠绕方向相反，其中，正向绕组数为m个，反向绕组数为n个，m、n均为正整数，m=n或m-n=±1；永磁阵列（6）中径向充磁永磁体数目为（m+n）个，轴向充磁永磁体数目相等且为（m+n+1）个。
簧片阀座（1）上的圆形流道直径小于内盘（2.1）的直径，簧片阀盖（3）中流道分为两部分：主流道（3.1）与辅助流道（3.2），主流道（3.1）直径大于外环（2.3）内径且小于外环（2.3）外径，主流道（3.1）直径也大于气隙内径且小于气隙外径；主流道（3.1）长度为内盘（2.1）可运动行程。
端盖（4）轴心处开有圆形通孔，气隙处开有通气孔，辅助流道（3.2）与端盖（4）轴心通孔以及气隙处通气孔相通。
线圈（9）与永磁阵列（6）之间的气隙宽度远小于内磁轭（8）与外磁轭（5）间的气隙宽度。
泵气腔A仅通过线圈（9）与永磁阵列（6）之间的气隙以及簧片阀座（1）、簧片（2）与簧片阀盖（3）组成的簧片阀与环境相通。
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 (4)
1.一种基于簧片阀散热的电磁直线执行器，包括簧片阀座(1)、簧片(2)、簧片阀盖(3)、端盖(4)，外磁轭(5)、永磁阵列(6)、骨架(7)、内磁轭(8)、线圈(9)，其特征包括：永磁阵列(6)为由轴向充磁永磁体和径向充磁永磁体相互交替紧贴排布构成的Halbach永磁阵列层，永磁阵列(6)表贴于外磁轭(5)内侧；内磁轭(8)与外磁轭(5)通过端盖(4)同轴固定，其间为气隙；外磁轭(5)与簧片阀座(1)、簧片阀盖(3)、端盖(4)同轴固连，作定子；线圈(9)绕制在骨架(7)的凹槽中，并可在气隙内做往复直线运动，作动子；骨架(7)为一端开放的圆形桶状结构，内磁轭(8)为中空圆柱结构，内磁轭(8)内腔与骨架(7)内腔一起构成泵气腔A；簧片(2)由三部分组成：内盘(2.1)、梁臂(2.2)以及外环(2.3)；其中外环(2.3)由簧片阀座(1)与簧片阀盖(3)固定，内盘(2.1)可在簧片阀盖(3)的中空区域中运动，梁臂(2.2)始终处于弹性形变状态，执行器不工作时内盘(2.1)与簧片阀座(1)紧贴；所述线圈(9)由正向绕组线圈及反向绕组线圈组成，相邻绕组的线圈缠绕方向相反，其中，正向绕组数为m个，反向绕组数为n个，m、n均为正整数，m＝n或m-n＝±1；永磁阵列(6)中径向充磁永磁体数目为(m+n)个，轴向充磁永磁体数目相等且为(m+n+1)个；所述簧片阀座(1)上的圆形流道直径小于内盘(2.1)的直径，簧片阀盖(3)中流道分为两部分：主流道(3.1)与辅助流道(3.2)，主流道(3.1)直径大于外环(2.3)内径且小于外环(2.3)外径，主流道(3.1)直径也大于气隙内径且小于气隙外径；主流道(3.1)长度为内盘(2.1)可运动行程。
2.根据权利要求1所述的基于簧片阀散热的电磁直线执行器，其特征在于所述端盖(4)轴心处开有圆形通孔，气隙处开有通气孔，辅助流道(3.2)与端盖(4)轴心通孔以及气隙处通气孔相通。
3.根据权利要求1所述的基于簧片阀散热的电磁直线执行器，其特征在于所述线圈(9)与永磁阵列(6)之间的气隙宽度远小于内磁轭(8)与外磁轭(5)间的气隙宽度。
4.根据权利要求1所述的基于簧片阀散热的电磁直线执行器，其特征在于所述泵气腔A仅通过线圈(9)与永磁阵列(6)之间的气隙以及簧片阀座(1)、簧片(2)与簧片阀盖(3)组成的簧片阀与环境相通。
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