本发明涉及一种行程可控的执行装置，其包括步进电机及其控制系统、由霍尔元件和永久磁铁构成的位置反馈机构、由转动组件和平移组件组成的执行机构；本发明通过丝杠副进行运动转换，以及用霍尔元件和永久磁铁作为位置反馈机构进行行程和位置检测及信号反馈，解决了现有行程控制机构结构复杂、位置控制机构抗干扰能力差的技术问题，具有体积小、启动力矩大、结构简单、定位一致性好、能够精确控制行程与位置、效率高、防尘、使用寿命长的优点，尤其可应用于各种液压阀门的电动控制。
1.一种行程可控的执行装置，其特征在于：其包括动力控制机构、位置反馈机构和执行机构；
所述动力控制机构包括步进电机(6)及步进电机控制系统(5)；
所述位置反馈机构包括位置传感器组(9)；所述位置传感器组(9)包括至少一个霍尔元件(10)和至少一个永久磁铁(18)；
所述执行机构包括转动组件和平移组件；所述转动组件包括轴承室(20)、丝杠(11)、设置在轴承室(20)内的两个压力轴承(19)；所述丝杠(11)的右端设置有外螺纹，其左端与步进电机(6)的电机轴(21)连接，其中部圆周侧面上设置与丝杠(11)轴心方向垂直的限位轴台(8)；所述限位轴台(8)设置在轴承室(20)内，所述两个压力轴承(19)分别设置在限位轴台(8)的左右两边；所述平移组件包括限位座(2)、设置在限位座(2)内的平移拉杆(12)、可与丝杠(11)组合成滚珠丝杠副或滑动丝杠副的螺母(17)；
所述平移拉杆(12)的右端设置有可与被执行机构(3)连接的连接头，所述平移拉杆(12)的左端面设置有盲孔(16)，所述螺母(17)嵌于盲孔(16)内，所述平移拉杆(12)的圆周侧面设置有两个外凸的限位块(23)；所述限位座(2)上设置有可供平移拉杆(12)左右移动的中心通孔(14)以及可供两个限位块(23)左右滑动的两个限位槽(24)；所述步进电机(6)固定在轴承室(20)的左侧面，所述轴承室(20)固定在限位座(2)的左侧面；所述永久磁铁(18)固定在平移拉杆(12)的圆周侧面上方，所述霍尔元件(10)固定在限位座(2)上与永久磁铁(18)相应的位置，所述霍尔元件(10)的输出信号送入步进电机控制系统(5)，所述执行机构还包括密封机构，所述密封机构包括密封罩(27)和密封套(26)，所述密封罩(27)设置在限位座(2)右侧并将限位座(2)的中心通孔(14)密闭，所述密封罩(27)的右端面设置有可供被执行机构(3)通过的开口(28)，所述密封套(26)的左端与开口(28)相连并将开口(28)密闭；所述密封套(26)设置在密封罩(27)和被执行机构本体(25)之间并被密封罩(27)和被执行机构本体(25)轴向压紧。
2.根据权利要求1所述的行程可控的执行装置，其特征在于：所述永久磁铁(18)与霍尔元件(10)之间的位置关系如下：各永久磁铁(18)的磁场方向(A)与每个霍尔元件(10)的霍尔片所在方向(B)平行，且永久磁铁(18)的靠近霍尔元件(10)的磁极端面与霍尔元件(10)保持合理的工作气隙(L)。
3.根据权利要求2所述的行程可控的执行装置，其特征在于：所述限位座(2)包括设置在中心通孔(14)和平移拉杆(12)间的耐磨衬套(13)。
4.根据权利要求3所述的行程可控的执行装置，其特征在于：所述耐磨衬套(13)采用石墨尼龙材料制备。
5.根据权利要求4所述的行程可控的执行装置，其特征在于：所述限位座(2)还包括用于密闭限位槽(24)的前盖板(1)和后盖板(4)。
6.根据权利要求5所述的行程可控的执行装置，其特征在于：所述行程可控的执行装置还包括定位平台(22)，所述前盖板(1)和后盖板(4)固定在定位平台(22)上。
7.根据权利要求6所述的行程可控的执行装置，其特征在于：所述限位块(23)为方形凸块或半圆球形凸块；所述压力轴承(19)为滚柱压力轴承或石墨压力轴承。
8.根据权利要求7所述的行程可控的执行装置，其特征在于：所述行程可控的执行装置还包括定位平台(22)。
9.一种行程可控的执行装置，其特征在于：其包括动力控制机构、位置反馈机构和执行机构；
所述动力控制机构包括步进电机(6)及步进电机控制系统(5)；
所述位置反馈机构包括位置传感器组(9)；所述位置传感器组(9)包括至少一个霍尔元件(10)和至少一个永久磁铁(18)；
所述执行机构包括转动组件和平移组件；所述转动组件包括轴承室(20)、丝杠(11)、设置在轴承室(20)内的两个压力轴承(19)；所述丝杠(11)的右端设置有外螺纹，其左端与步进电机(6)的电机轴(21)连接，其中部圆周侧面上设置与丝杠(11)轴心方向垂直的限位轴台(8)；所述限位轴台(8)设置在轴承室(20)内，所述两个压力轴承(19)分别设置在限位轴台(8)的左右两边；所述平移组件包括限位座(2)、设置在限位座(2)内的平移拉杆(12)、可与丝杠(11)组合成滚珠丝杠副或滑动丝杠副的螺母(17)；
所述平移拉杆(12)的右端设置有可与被执行机构(3)连接的连接头，所述平移拉杆(12)的左端面设置有盲孔(16)，所述螺母(17)嵌于盲孔(16)内，所述平移拉杆(12)的圆周侧面设置有两个外凸的限位块(23)；所述限位座(2)上设置有可供平移拉杆(12)左右移动的中心通孔(14)以及可供两个限位块(23)左右滑动的两个限位槽(24)；所述步进电机(6)固定在轴承室(20)的左侧面，所述轴承室(20)固定在限位座(2)的左侧面；所述永久磁铁(18)固定在平移拉杆(12)的圆周侧面上方，所述霍尔元件(10)固定在限位座(2)上与永久磁铁(18)相应的位置，所述霍尔元件(10)的输出信号送入步进电机控制系统(5)，所述平移拉杆(12)的右端面位于限位座(2)右端面的左侧。
10.根据权利要求9所述的行程可控的执行装置，其特征在于：所述永久磁铁(18)与霍尔元件(10)之间的位置关系如下：各永久磁铁(18)的磁场方向(A)与每个霍尔元件(10)的霍尔片所在方向(B)平行，且永久磁铁(18)的靠近霍尔元件(10)的磁极端面与霍尔元件(10)保持合理的工作气隙(L)。
11.根据权利要求10所述的行程可控的执行装置，其特征在于：所述限位座(2)包括设置在中心通孔(14)和平移拉杆(12)间的耐磨衬套(13)。
12.根据权利要求11所述的行程可控的执行装置，其特征在于：所述耐磨衬套(13)采用石墨尼龙材料制备。
13.根据权利要求12所述的行程可控的执行装置，其特征在于：所述限位座(2)还包括用于密闭限位槽(24)的前盖板(1)和后盖板(4)。
14.根据权利要求13所述的行程可控的执行装置，其特征在于：所述行程可控的执行装置还包括定位平台(22)，所述前盖板(1)和后盖板(4)固定在定位平台(22)上。
15.根据权利要求14所述的行程可控的执行装置，其特征在于：所述限位块(23)为方形凸块或半圆球形凸块；所述压力轴承(19)为滚柱压力轴承或石墨压力轴承。
16.根据权利要求15所述的行程可控的执行装置，其特征在于：所述行程可控的执行装置还包括定位平台(22)。
一种行程可控的执行装置
技术领域
[0001] 本发明涉及一种行程可控的执行装置。
背景技术
[0002] 现有的平移执行机构如数控机床、机械手、阀门控制器等，为了保证控制系统的顺利执行动作，其结构都很复杂，虽然带来了高精度的控制效果，但是复杂结构带来了成本的提高和可靠性的降低。 另外，为了保证行程的可控和高精度，必须采用诸如光电传感器等位置传感器进行定位和计数，但是该类传感器容易受到外界信号或电源信号的干扰，产生误动作或错误计数。
[0003] 另外，目前最常见的液压阀的控制为先导液压控制系统：它是用控制手柄来控制一个小的电磁液压阀门，用通过小电磁阀门的液压油来推动主控油路的大的液压阀门。从而起到用控制手柄来控制大液压阀门的目的。 这种先导液压控制系统结构复杂；先导液压电磁阀油路细小，油管易堵塞；系统液压油易出现泄漏；因油管较多，安装比较复杂，安装位置受到限制；并且价格较贵。 另一种常见的液压阀的控制为机械连杆或用钢绳与一个可以弯曲的外壳组成钢丝绳软轴，直接驱动主回路液压阀。 这种控制方法结构简单，价格便宜。 但控制手柄操作起来不灵活，工作强度大，控制手柄手感差；阀芯拉出时暴露在空气中，污染后阀芯与油封易损坏；需经常调节钢丝的推拉行程，以达到准确挂档；因限位装置简单、易造成脱档，对车辆的行驶安全造成较大威胁。
发明内容
[0004] 本发明目的是提供一种结构简单、能够精确可靠地控制行程与位置的执行装置，其解决了现有行程控制机构结构复杂、位置控制机构抗干扰能力差的技术问题，同时解决了现有的液压阀控制装置结构复杂、电磁阀油管易堵塞、安装位置受限、需经常调节推拉行程、易脱档、操作不方便、阀芯与油封易损坏、劳动强度大的技术问题。
[0005] 本发明的技术解决方案是：
[0006] 一种行程可控的执行装置，其特殊之处是，其包括动力控制机构、位置反馈机构和执行机构；所述动力控制机构包括步进电机及步进电机控制系统；所述位置反馈机构包括位置传感器组；所述位置传感器组包括至少一个霍尔元件和至少一个永久磁铁；所述执行机构包括转动组件和平移组件；所述转动组件包括轴承室、丝杠、设置在轴承室内的两个压力轴承；所述丝杠的右端设置有外螺纹，其左端与步进电机的电机轴连接，其中部圆周侧面上设置与丝杠轴心方向垂直的限位轴台；所述限位轴台设置在轴承室内，所述两个压力轴承分别设置在限位轴台的左右两边；所述平移组件包括限位座、设置在限位座内的平移拉杆、可与丝杠组合成滚珠丝杠副或滑动丝杠副的螺母；所述平移拉杆的右端设置有可与被执行机构连接的连接头，所述平移拉杆的左端面设置有盲孔，所述螺母嵌于盲孔内，所述平移拉杆的圆周侧面设置有两个外凸的限位块；所述限位座上设置有可供平移拉杆左右移动的中心通孔以及可供两个限位块左右滑动的两个限位槽；所述步进电机固定在轴承室的左侧面，所述轴承室固定在限位座的左侧面；所述永久磁铁固定在平移拉杆的圆周侧面上方，所述霍尔元件固定在限位座上与永久磁铁相应的位置，所述霍尔元件的输出信号送入步进电机控制系统。
[0007] 上述行程可控的执行装置还包括密封机构，所述密封机构包括密封罩和密封套，所述密封罩设置在限位座右侧并将限位座的中心通孔密闭，所述密封罩的右端面设置有可供被执行机构通过的开口，所述密封套的左端与开口相连并将开口密闭；所述密封套设置在密封罩和被执行机构本体之间并被密封罩和被执行机构本体轴向压紧。
[0008] 上述平移拉杆的右端面位于限位座右端面的左侧。
[0009] 上述永久磁铁与霍尔元件之间的位置关系如下：各永久磁铁的磁场方向与每个霍尔元件的霍尔片所在方向平行，且永久磁铁的靠近霍尔元件的磁极端面与霍尔元件保持合理的工作气隙。
[0010] 上述限位座包括设置在中心通孔和平移拉杆间的耐磨衬套。
[0011] 上述耐磨衬套采用石墨尼龙材料制备。
[0012] 上述限位座还包括用于密闭限位槽的前盖板和后盖板。
[0013] 上述行程可控的执行装置还包括定位平台。
[0014] 上述前盖板和后盖板固定在定位平台上。
[0015] 上述限位块为方形凸块或半圆球形凸块；所述压力轴承为滚柱压力轴承或石墨压力轴承。
[0016] 本发明具有的优点是：
[0017] 1、本发明采用霍尔元件和永久磁铁作为位置反馈机构进行行程、位置的检测与信号反馈，具有重复到位精度高、结构简单、可靠性高、使用寿命长的优点。
[0018] 2、本发明采用步进电机进行行程控制，具有操作灵活可靠、行程控制精度高、速度及位置可控、体积小及启动力矩大的优点。
[0019] 3、本发明采用滚珠丝杠副或滑动丝杠副进行运动转换，具有转换效率高、使用寿命长的优点。
[0020] 4、本发明以限位座为主体结构，在其上安装有动力控制机构、位置反馈机构和执行机构，具有结构紧凑、体积较小、推拉力大、耐冲击、电机工作时无轴向与径向力、不受安装位置的限制、使用场合广泛的优点。
[0021] 5、本发明在中心通孔和平移拉杆间设置有石墨尼龙材料制成的耐磨衬套，延长了执行机构的使用寿命。
[0022] 6、本发明永久磁铁与霍尔元件之间采用了独特的位置关系，只有当霍尔片运动到永久磁铁磁极的中心线的延伸线上时，才没有切割磁力线输出电压。 所以，当霍尔元件的输出电压为零时，则表明霍尔片与磁极的中心线重合。 本发明的定位准确度只与霍尔元件的输出电压的检测灵敏度有关。 尤其重要的是，不管输出电压的检测灵敏度高低如何，本发明系统的定位一致性都非常好。
[0023] 7、本发明采用了多种防尘措施，能够用于粉尘多使得光线不能够照射穿透但磁力线能够穿透的环境。 首先，霍尔元件和永久磁铁对工作环境没有特殊要求，粉尘的堆积不影响其工作和精度；其次，本发明在限位座的限位槽上设置有前盖板和后盖板，用于阻止粉尘进入限位槽和限位块之间的空隙，同时也防止其间的润滑油的挥发；最后，本发明平移拉杆的右端面位于限位座右端面的左侧，可将被执行机构和平移拉杆的接头部位以及被执行机构本身置于限位座内形成防尘密封结构；本发明还可将被执行机构和平移拉杆的接头部位以及被执行机构本身置于一个或两个相对密封的密封罩内，用销钉将被执行机构和平移拉杆的接头部连接后，使得原被执行机构外露部分与本实用新型的平移拉杆外露部分被一个能够满足位移量需要的相对空间密封。
[0024] 8、本发明采用步进电机作为动力装置，可保证被执行机构或阀门按照设定输出位移和速度，可靠性高，可应用在有特殊需求的场合(比如有换挡速度要求的换挡装置)，尤其可应用于各种液压阀门的电动控制。
附图说明
[0025] 图1是本发明的结构示意图；
[0026] 图2是图1的右视图；
[0027] 图3是图1的俯视图；
[0028] 图4是图1耐磨衬套、平移拉杆和限位座的位置关系示意图；
[0029] 图5是耐磨衬套的结构示意图；
[0030] 图6是图5的左视图；
[0031] 图7至图10是不同霍尔元件的距离与感应信号的关系示意图
[0032] 图11是本发明采用多个霍尔元件和一个永久磁铁进行多次定位的工作原理示意图；
[0033] 其中：1-前盖板，2-限位座，3-被执行机构，4-后盖板，5-步进电机控制系统，6-步进电机，7-引线，8-限位轴台，9-位置传感器组，10-霍尔元件，11-丝杆，12-平移拉杆，13-耐磨衬套，14-中心通孔，15-销钉，16-盲孔，17-螺母，18-永久磁铁，19-压力轴承，20-轴承室，21-电机轴，22-定位平台，23-限位块，24-限位槽，
25-被执行机构本体，26-密封套，27-密封罩，28-开口，A-磁场方向，B-霍尔片所在方向，L-工作气隙，C-运动方向，X轴-霍尔片与磁场中心轴的垂直距离，Y轴-霍尔元件的感应信号大小，O’-磁场中心轴。
具体实施方式
[0034] 参见图1、图2和图3，本发明一种具体的行程可控的执行装置包括动力控制机构、位置反馈机构和执行机构。动力控制机构包括步进电机6及步进电机控制系统5；位置反馈机构包括位置传感器组9；位置传感器组9包括四个霍尔元件10和一个永久磁铁18；执行机构包括转动组件和平移组件。转动组件包括轴承室20、丝杠11、设置在轴承室20内的两个压力轴承19，压力轴承19可选用为滚柱压力轴承或石墨压力轴承，优选滚柱压力轴承。 丝杠11的右端设置有外螺纹，其左端与步进电机6的电机轴21连接，其中部圆周侧面上设置与丝杠11轴心方向垂直的限位轴台8，限位轴台8是一个与丝杠11同轴的圆柱，其直径比丝杠11的直径大且与压力轴承19的外径近似；限位轴台8设置在轴承室20中部，两个滚柱压力轴承分别设置在限位轴台8的左右两边用于限制丝杠11的轴向位移；平移组件包括设计成方块状的限位座2、设置在限位座2内的平移拉杆12、可与丝杠11右端的外螺纹组合成滚珠丝杠副或滑动丝杠副的螺母17；因阻力小、使用寿命长，滚珠丝杠副可作为首选。平移拉杆12的右端设置有可与被执行机构3连接的连接头，如可用销钉15连接的扁平头，平移拉杆12的左端面设置有盲孔16，螺母17嵌于盲孔16内，平移拉杆12的圆周侧面有两个水平方向对称设置的外凸的限位块23，限位块
23为方形凸块或半圆球形凸块。限位座2上设置有可供平移拉杆12左右移动的中心通孔
14以及可供两个限位块23左右滑动的两个限位槽24。 平移拉杆12穿过中心通孔14。
步进电机6固定在轴承室20的左侧面，轴承室20固定在限位座2的左侧面。 永久磁铁
18通过一个铝制托盘固定在平移拉杆12的侧面正上方，限位座2正上方相应位置设置有与中心通孔14贯通的长方形槽，其内固定有四个霍尔元件10，然后用盖板盖住霍尔元件
10，四个霍尔元件10的位置就是平移拉杆12需要的到位位置；霍尔元件10的输出信号通过引线7送入步进电机控制系统5。永久磁铁18与霍尔元件10之间的位置关系如下：
永久磁铁18的磁场方向与霍尔片所在方向平行，且永久磁铁18的靠近霍尔元件10的磁极端面与霍尔元件10保持合理的工作气隙。 为了减小中心通孔14和平移拉杆12之间的摩擦，可在中心通孔14和平移拉杆12间设置一层石墨尼龙材料制备的耐磨衬套13。 为了防止粉尘进入限位槽24和中心通孔14，可在限位座2前后两侧面外加用于密闭限位槽
24的前盖板1和后盖板4。 为了便于执行装置的安装，还可将限位座2通过前盖板1和后盖板4固定在一个定位平台22上。 因为被执行机构3也需要长期平移，如果其摩擦配合面也需要防尘处理，则可将平移拉杆12的右端面设计在限位座2右端面的左侧，也就是用限位座2的中心通孔14将被执行机构3及其摩擦配合面进行密封防尘。 也可以用密封机构进行密封防尘，密封机构包括密封罩27和密封套26，密封罩27设置在限位座2右侧并将限位座2的中心通孔密闭，密封罩27的右端面设置有可供被执行机构通过的开口
28，密封套26的左端与开口28相连并将开口28密闭；密封套26设置在密封罩27和被执行机构本体25之间并被密封罩27和被执行机构本体25轴向压紧。
[0035] 本发明中位置反馈机构的工作原理参见图11：当永久磁铁18和平移拉杆12从远处沿平移拉杆12的运动方向向霍尔片运动时，最初永久磁铁18的磁力线穿过霍尔片的密度较小，霍尔元件中产生一定的霍尔电压，随着霍尔元件与永久磁铁18距离的靠近，霍尔电压也越来越大，当霍尔片所在方向与磁场方向平行时，则没有磁力线穿过霍尔片，则此时霍尔元件没有输出电压。 所以，当永久磁铁18也就是平移拉杆12由远处向霍尔元件平移运动时，霍尔元件没有输出电压的位置就是平移拉杆12所希望的定位位置。 其中，图7为采用双向开关型霍尔元件时的距离与感应信号的关系示意图；图8为采用单向开关型霍尔元件时的距离与感应信号的关系示意图；图9为采用单向线性霍尔元件时的距离与感应信号的关系示意图；图10为采用双向线性霍尔元件时的距离与感应信号的关系示意图。
[0036] 本发明工作过程：步进电机6带动丝杠11旋转，限位轴台8用于限制丝杠11的左右窜动，丝杠11和螺母17的配合将旋转运动变换为平移拉杆12的平移运动，限位凸台被限位槽24所限，使平移拉杆12不能转动只能左右平移，平移拉杆12带动被执行机构3平移，完成平移动作。 当平移到位后，霍尔元件反馈位置信号，送入步进电机控制系统5，控制步进电机6进行设定的动作，完成行程控制。
[0037] 本发明具体应用在液压控制阀上时，步进电机控制系统接受的控制信号来自控制手柄或组合控制开关。 如果控制手柄或组合控制开关有多个，或者液压控制阀有多个，则可以一个控制手柄或组合控制开关控制多个执行机构，或者多个控制手柄或组合控制开关控制多个并列放置的执行机构。
[0038] 对于传感器组中的霍尔元件信号，可以直接传给步进电机控制系统；也可以先进行电路处理，或软件处理，再将处理后的模拟信号或数字信号传给步进电机控制系统。
