一种轴向移动周向分步转动的电磁铁

摘要

本发明公开了一种轴向移动周向分步转动的电磁铁，涉及电磁铁，包括壳体、设置在所述壳体内的绕线轴以及缠绕所述绕线轴的线圈，还包括：芯轴，其沿轴向方向贯穿所述绕线轴且从所述壳体两端伸出；上衔铁和下衔铁，其固定套装在所述芯轴上且对称设置在所述线圈的两侧；上磁盖和下磁盖，其与所述芯轴同轴设置并固定封盖所述壳体的两端，且二者磁极朝向相反；所述上磁盖与上衔铁以及下磁盖与下衔铁各自相对的表面都分别设有互相啮合的齿牙，所述芯轴具有在线圈通正向电流后被磁力带动向上移动的第一状态以及在线圈通反向电流后被磁力带动向下移动第二状态。本发明具有功能多样，实用性好的优点。

权利要求

1.一种轴向移动周向分步转动的电磁铁，包括壳体(1)、设置在所述壳体(1)内的绕线轴(2)以及缠绕所述绕线轴(2)的线圈(3)，其特征在于，还包括：芯轴(4)，其沿轴向方向贯穿所述绕线轴(2)且从所述壳体(1)两端伸出；

上衔铁(5)和下衔铁(6)，其固定套装在所述芯轴(4)上且对称设置在所述线圈(3)的两侧；

上磁盖(7)和下磁盖(8)，其与所述芯轴(4)同轴设置并固定封盖所述壳体(1)的两端，且二者磁极朝向相反；

所述上磁盖(7)与上衔铁(5)以及下磁盖(8)与下衔铁(6)各自相对的表面都分别设有互相啮合的齿牙(9)，所述芯轴(4)具有在线圈(3)通正向电流后被磁力带动向上移动的第一状态以及在线圈(3)通反向电流后被磁力带动向下移动第二状态，在第一状态和第二状态时所述芯轴(4)会通过相互啮合的齿牙(9)发生周向旋转；

所述齿牙(9)呈绕轴心等分均布的扇环斜坡，每个所述齿牙在水平面上的角度为α，其一侧的直边与另一侧的直边存在高度差且形成一个倾斜角度为β的斜面；

所述上衔铁(5)和下衔铁(6)的齿牙(9)旋向相同或者旋向相反。

2.根据权利要求1所述的轴向移动周向分步转动的电磁铁，其特征在于：所述上磁盖(7)的齿牙(9)与下磁盖(8)的齿牙(9)之间的角度存在偏差角度γ，上衔铁(5)和下衔铁(6)的齿牙(9)之间存在α/2的偏差角度。

3.根据权利要求2所述的轴向移动周向分步转动的电磁铁，其特征在于：所述上磁盖(7)的齿牙(9)与下磁盖(8)的齿牙(9)之间的偏差角度γ大于α/2且小于α。

4.根据权利要求2所述的轴向移动周向分步转动的电磁铁，其特征在于：所述上磁盖(7)的齿牙(9)与下磁盖(8)的齿牙(9)之间的偏差角度γ大于0°且小于α/2。

5.根据权利要求2所述的轴向移动周向分步转动的电磁铁，其特征在于：所述上磁盖(7)的齿牙(9)与下磁盖(8)的齿牙(9)之间的偏差角度γ等于0°。

6.根据权利要求3-4任一项所述的轴向移动周向分步转动的电磁铁，其特征在于：所述芯轴(4)与所述上磁盖(7)和下磁盖(8)之间设有轴承(10)，所述芯轴(4)与绕线轴(2)之间设有导向铜套(11)。

说明书

一种轴向移动周向分步转动的电磁铁

技术领域

[0001] 本发明涉及电磁铁，具体涉及一种轴向移动周向分步转动的电磁铁。

背景技术

[0002] 目前市场上的电磁铁主要是以单个运动形式为主，一般只能单独实现轴向推拉，或者单独实现周向转动且转动过程无分步控制功能。

发明内容

[0003] 为了克服背景技术的不足，本发明提供一种功能多样，实用性好的轴向移动周向分步转动的电磁铁。

[0004] 本发明所采用的技术方案：一种轴向移动周向分步转动的电磁铁，包括壳体、设置在所述壳体内的绕线轴以及缠绕所述绕线轴的线圈，还包括：

[0005] 芯轴，其沿轴向方向贯穿所述绕线轴且从所述壳体两端伸出；

[0006] 上衔铁和下衔铁，其固定套装在所述芯轴上且对称设置在所述线圈的两侧；

[0007] 上磁盖和下磁盖，其与所述芯轴同轴设置并固定封盖所述壳体的两端，且二者磁极朝向相反；

[0008] 所述上磁盖与上衔铁以及下磁盖与下衔铁各自相对的表面都分别设有互相啮合的齿牙，所述芯轴具有在线圈通正向电流后被磁力带动向上移动的第一状态以及在线圈通
反向电流后被磁力带动向下移动第二状态，在第一状态和第二状态时所述芯轴会通过相互
啮合的齿牙发生周向旋转。

[0009] 所述齿牙呈绕轴心等分均布的扇环斜坡，每个所述齿牙在水平面上的角度为α，其一侧的直边与另一侧的直边存在高度差且形成一个倾斜角度为β的斜面。

[0010] 所述上衔铁和下衔铁的齿牙旋向相同。

[0011] 所述上衔铁和下衔铁的齿牙旋向相反。

[0012] 所述上磁盖的齿牙与下磁盖的齿牙之间的角度存在偏差角度γ，上衔铁和下衔铁的齿牙之间存在α/2的偏差角度。

[0013] 所述上磁盖的齿牙与下磁盖的齿牙之间的偏差角度γ大于α/2且小于α。

[0014] 所述上磁盖的齿牙与下磁盖的齿牙之间的偏差角度γ大于0°且小于α/2。

[0015] 所述上磁盖的齿牙与下磁盖的齿牙之间的偏差角度γ等于0°。

[0016] 所述芯轴与所述上磁盖和下磁盖之间设有轴承，所述芯轴与绕线轴之间设有导向铜套。

[0017] 本发明的有益效果是：通过对线圈通电，使上衔铁和下衔铁产生磁性，交叉通正向电流和反向电流时，会发生一端相互吸引，另一端相互排斥，实现往复的轴向运动；同时，在上衔铁和上磁盖或者下衔铁和下磁盖通过设置齿牙再根据磁阻最小原理，上衔铁或者下衔
铁会带动芯轴做周向转动，每一次的变换方向的轴向运动都会发生适当角度的旋转，具有
功能多样，实用性好的优点。

附图说明

[0018] 图1为本发明实施例轴向移动周向分步转动的电磁铁的拆分结构示意图。

[0019] 图2为本发明实施例轴向移动周向分步转动的电磁铁的剖面示意图。

[0020] 图3为实施例二未通电时的状态示意图。

[0021] 图4为实施例二通正向电流时的状态示意图。

[0022] 图5为实施例二通正向电流时的上磁盖和上衔铁完全啮合的状态示意图。

[0023] 图6为实施例二通反向电流时的状态示意图。

[0024] 图7为上磁盖和上衔铁的结构示意图。

[0025] 图8为上衔铁的俯视图。

[0026] 图9为电流的波形图。

[0027] 图10为上磁盖和下磁盖存在偏差角度的俯视图。

具体实施方式

[0028] 下面结合附图对本发明实施例作进一步说明：

[0029] 如图所示，一种轴向移动周向分步转动的电磁铁，包括壳体1、设置在所述壳体1内的绕线轴2以及缠绕所述绕线轴2的线圈3，还包括：

[0030] 芯轴4，其沿轴向方向贯穿所述绕线轴2且从所述壳体1两端伸出；

[0031] 上衔铁5和下衔铁6，其固定套装在所述芯轴4上且对称设置在所述线圈3的两侧；

[0032] 上磁盖7和下磁盖8，其与所述芯轴4同轴设置并固定封盖所述壳体1的两端，且二者磁极朝向相反；

[0033] 所述上磁盖7与上衔铁5以及下磁盖8与下衔铁6各自相对的表面都分别设有互相啮合的齿牙9，所述芯轴4具有在线圈3通正向电流后被磁力带动向上移动的第一状态以及
在线圈3通反向电流后被磁力带动向下移动第二状态，在第一状态和第二状态时所述芯轴4
会通过相互啮合的齿牙9发生周向旋转，通过对线圈通电，使上衔铁和下衔铁产生磁性，交
叉通正向电流和反向电流时，会发生一端相互吸引，另一端相互排斥，实现往复的轴向运
动；同时，在上衔铁和上磁盖或者下衔铁和下磁盖通过设置齿牙再根据磁阻最小原理，上衔
铁或者下衔铁会带动芯轴做周向转动，每一次的变换方向的轴向运动都会发生适当角度的
旋转，具有功能多样，实用性好的优点。

[0034] 装配时，上、下磁盖通过壳体的阶梯台阶进行定位，利用冲压的方式使磁盖与圆柱壳体紧密绞合。轴承通过冲压工艺压入磁盖的圆孔内，用于芯轴伸出壳体部分的导向作用。
绕有线圈的绕线轴固定在圆柱壳体的中间部位，线轴的内部放有导向和耐摩作用的导向铜
套，将芯轴放入导向铜套内。

[0035] 所述齿牙9呈绕轴心等分均布的扇环斜坡，每个所述齿牙在水平面上的角度为α，其一侧的直边与另一侧的直边存在高度差且形成一个倾斜角度为β的斜面，对端面圆周进
行等份划分360°/α份。

[0036] 上衔铁和下衔铁与上、下磁盖相啮合的表面，其上的牙形参数与上、下磁盖牙形参数相一致，上衔铁和下衔铁的牙形在空间上夹角为2β，且上衔铁和下衔铁的牙形在垂直方
向上有α/2偏差角度。在芯轴上套入铜套和绕有线圈的线圈轴之后，将上衔铁和下衔铁焊接
在芯轴上。

[0037] 所述上、下磁盖都是采用永磁体材料，且上、下磁盖的工作面所属的磁性相同，假设上磁盖带齿牙的一侧的磁性为N极，则下磁盖的带齿牙的一侧的磁性仍为N极。

[0038] 通过PWM波形控制器设置给电磁铁线圈供电的电压的波形，如电磁铁线圈通电后，线圈内产生电流I：

[0039]

[0040] 式中：U为电磁铁线圈的供电电压；R为电磁线圈的电阻值；电磁铁线圈的磁路长度为L(cm)；则磁阻Rm：

[0041]

[0042] 式中，μ为导磁系数；S为磁路截面积(cm2)。

[0043] 在电流为I匝数为N的条件下，电磁铁所产生的磁通为φ：

[0044]

[0045] 磁感应强度B(Wb/cm2)：

[0046]

[0047] 电磁铁所产生的轴向吸力F(KG)：

[0048]

[0049] 式中，a为修正系数，一般为3～5；δ为气隙长度(cm2)。

[0050] 由于电磁铁的上、下磁盖是具有磁性且两个带齿牙的工作面之间磁极的极性相同，线圈在通入正向或者反向电流后，根据右手螺旋定则确定线圈内所产生的磁场方向，套
在线圈上的上、下衔铁被磁场所磁化，在上、下衔铁带齿牙的一面与磁盖之间产生磁力，依
据同性相斥异性相吸的原则，衔铁受到线圈产生的磁场作用力和磁盖对衔铁的永磁力共同
作用下，衔铁在绕线轴内的铜管导向作用下进行快速轴向运动，具有较快的响应时间。

[0051] 其中，芯轴的转动方向可以有两端同向转动和异向转动两个实施例：

[0052] 实施例一、(本实施例未图示)所述上衔铁5和下衔铁6的齿牙9旋向相同，上磁盖7与上衔铁相适配，下磁盖8与下衔铁相适配，电磁铁的上、下磁盖齿牙旋向是相一致的，而固定在芯轴上的上衔铁和下衔铁齿牙存在偏差角度，所以在线圈通电后，衔铁运动到与磁盖
间隙很小时，两者的齿牙会存在偏差角度，由磁阻最小原理可知，即磁通总是沿着磁阻最小
的路径闭合，衔铁的齿牙面会沿着磁阻减小的方向运动，而空气的磁阻远远大于铁磁材料
的磁阻，在衔铁齿牙面与磁盖齿牙面快要结合时，两个齿牙间会产生一个转矩力使衔铁在
圆周上转动适当的偏差角度，最终衔铁的齿牙与磁盖的齿牙完全啮合，完成一次轴向移动
和周向转动的工作过程，这个实施例的芯轴两次轴向移动的动作分别完成不同方向的转
动。

[0053] 实施例二、如图3-6所示，所述上衔铁5和下衔铁6的齿牙9旋向相反，上磁盖7与上衔铁相适配，下磁盖8与下衔铁相适配，本实施例与实施例一的原理相同，但是由于电磁铁
的上、下磁盖齿牙旋向是相反的，因此芯轴两次轴向移动的动作分别完成相同方向的转动。

[0054] 在实施例一和实施例二的基础上，所述上磁盖7的齿牙9与下磁盖8的齿牙9之间的角度存在偏差角度γ，上衔铁5和下衔铁6的齿牙9之间存在α/2的偏差角度。

[0055] 以下为在实施例一和实施例二的基础上延伸的多个实施例：

[0056] 实施例三、所述上磁盖7的齿牙9与下磁盖8的齿牙9之间的偏差角度γ大于α/2且小于α，此时上磁盖和上衔铁之间的相互作用使芯轴的每次转动角度大于下磁盖和下衔铁
之间的相互作用使芯轴的每次转动角度。

[0057] 实施例四、所述上磁盖7的齿牙9与下磁盖8的齿牙9之间的偏差角度γ大于0°且小于α/2，此时上磁盖和上衔铁之间的相互作用使芯轴的每次转动角度小于下磁盖和下衔铁
之间的相互作用使芯轴的每次转动角度。

[0058] 实施例五、所述上磁盖7的齿牙9与下磁盖8的齿牙9之间的偏差角度γ等于0°，此时上磁盖和上衔铁之间的相互作用使芯轴的每次转动角度等于下磁盖和下衔铁之间的相
互作用使芯轴的每次转动角度。

[0059] 所述芯轴4与所述上磁盖7和下磁盖8之间设有轴承10，所述芯轴4与绕线轴2之间设有导向铜套11，所述轴承采用复合干式滑动轴承，是用于承受径向负荷的轴承配置的干
式滑动滑动轴承，只需很小的径向空间。此类轴套允许往复运动或旋转运动。

[0060] 在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对
本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0061] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本
发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

[0062] 各位技术人员须知：虽然本发明已按照上述具体实施方式做了描述，但是本发明的发明思想并不仅限于此发明，任何运用本发明思想的改装，都将纳入本专利专利权保护
范围内。