专利名称：螺旋电磁铁线性动力装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电机技术，具体是一种螺旋电磁铁线性动力装置。
背景技术：
常见的机械设备的驱动装置为了实现线性传动，大都采用旋转电机配合曲柄连 杆、凸轮等运动副可以实现线性传动。譬如公告号CN2810570所公开的电动摇摆床，包括机 架、床身，床身通过固定于其底中部的转轴支撑于机架上，床身的一侧底部铰接有连杆，连 杆的另一端与采用电机驱动的曲柄铰接，电机驱动曲柄并通过连杆使床身摆动。鉴于上述结构中的运动副以偏心运转的方式工作，会产生很大的不平衡惯性力， 导致负载产生过高的振动及噪声。鉴于上述运动副体积庞大结构复杂，需要较高的制造精 度，而且具有较高的运动速度，会产生较大的摩擦损耗。由此可见，现有技术中所采用的驱动装置功耗大，易磨损，具有噪声污染，尤其难 以适用于日常生活的范畴，应用范围受到局限。
发明内容
本发明为了克服上述现有技术中采用旋转电机实现线性传动的诸多不足，提供了 一种螺旋电磁铁线性动力装置，采用螺旋电磁线圈驱动与之同轴的主轴做线性运动，结构 简单，摩擦小，又克服了振动及噪声。具体的，本发明的技术方案如下。螺旋电磁铁线性动力装置，包括
线圈架，为轱辘状，具有竖直的中空轴，线圈架通体采用非导磁材料制成，优选为奥氏 体型不锈钢；
主轴，恰能插设于线圈架的中空轴内并与之滑动配合，该主轴包括固接而成的上段和 下段，上段设为中空结构，其上部设有油咀，其下部设有油孔，主轴的上段采用非导磁材料 制成，优选为奥氏体型不锈钢，下段则采用导磁材料制成，优选为45号钢； 线圈，绕设于线圈架上，其高度与线圈架的中空轴匹配；
线圈保护罩，具有匹配线圈架的筒状外壳，该线圈保护罩配合线圈架构成容纳线圈的 密封空间，线圈保护罩与线圈架的顶部之间预留空腔，线圈保护罩上设有配合该空腔的油 咀，线圈保护罩的上下两端分别设有配合主轴的油封，该线圈保护罩通体采用非导磁材料 制成，优选为奥氏体型不锈钢；
固定座，与线圈架的底部法兰连接，具有与线圈架同轴配合的避空槽，该避空槽的口径 略大于线圈架的中空轴，固定座通体采用非导磁材料制成，优选为奥氏体型不锈钢。上述结构在静止状态下，主轴的下段落入固定座的避空槽内。当线圈连通电源时， 根据电磁学常识，线圈将产生一个磁场空间，此时主轴的下段若进入线圈的高度范围即被 自动吸进线圈架的中空轴内，当线圈断开电源后，由于磁场消失，在重力作用下主轴的下段 重新回落入固定座的避空槽，如此可通过主轴的行程来实现竖直方向的线性动力，而线圈的磁力大小则可以通过电流强度、线圈匝数等进行调节。进行润滑保养时，拉高主轴，使油孔位于线圈架的中空轴内，从主轴的油咀注入黄 油，黄油从油孔挤出后随主轴的行程均勻涂布于主轴与中空轴的配合面；同时，从线圈保护 罩的油咀注入黄油，黄油随主轴的行程均勻涂布于主轴的配合面。显然，主轴的上段是上述动力模式的主要输出途径，主轴的上段的长度可根据应 用环境进行适配。上述动力模式可替代现有电动摇摆床的动力装置或助力装置，也可以应 用于回转木马等游乐装置的升降动力装置或助力装置，以及其他类似的采用线性行程的机 械装置。为了精确的控制主轴的行程，设置线圈的高度为hl，设置主轴的下段的高度为 h2，设置h2<hl，优选为h2=hl。根据电磁学常识，主轴的下段被吸进线圈架的中空轴之 后为了达到稳定状态，两者的中心点趋于重叠。因此，采用上述设置时，主轴的行程大小为 (h 1 +h2 ) /2，线圈的高度越高，主轴的行程越大。由于主轴的行程启动时需要初始化主轴的下段与线圈的相对位置，使主轴的下段 进入线圈的高度范围内，可选择两种结构进行初始化 其一，设置避空槽的高度为h3，设置h3<h2，在静止状态下，主轴的下段的大部分落入 固定座的避空槽内，局部位于线圈的高度范围内；
其二，设置避空槽的高度为h3，设置h3>h2，在静止状态下，主轴的下段的全部落入固 定座的避空槽内，主轴的行程开始前，通过外部连接结构向上牵引主轴的上段，使主轴的下 段局部进入线圈的高度范围内。考虑到固定座与线圈架连接处具有一定的气密性，主轴的运动可能导致避空槽内 产生负压，也可能在避空槽内产生活塞效应，为了克服这些缺陷，可在所述的固定座在避空 槽的侧壁上开设排气口。上述技术方案可以进行降温保护方面的改进，具体是在线圈保护罩的下部设有进 风口，上部设有出风口，进风口旁设有安装板，安装板上设置风机，风机与进风口连接，风机 从进风口鼓入冷风，在线圈保护罩内形成上升涡流，将热量从出风口排出。为了便于使用，可以在上述结构的基础上的增设减震轴承副，该减震轴承副由减 震座、减震轴、减震橡胶、轴承和轴承座构成，减震座为横置固定于主轴顶端的筒状结构，减 震轴穿设于减震座内，并通过减震橡胶与减震座紧配，减震轴的两端分别伸出减震座，并分 别通过轴承与轴承座连接；
更进一步的，还设有缓冲轴承副，由支撑轴、轴承和轴承座构成，在固定座的两侧各设 一根支撑轴，各支撑轴分别通过轴承与轴承座连接。比如在应用于摇摆床时，上述结构中的减震轴承副与摇摆床的床身连接，缓冲轴 承副与摇摆床的机架连接，通过主轴的行程为摇摆床提供自动摇摆的动力或助力，其中的 减震轴承副可以大幅度的削弱震动和噪声，而缓冲轴承副可以为固定座提供一定的摆幅缓 冲空间。当然，在应用于摇摆床时，可利用上述技术方案的结构特点实现两种摇摆床的激 活模式
其一，h3<h2时，主轴的下段局部位于线圈的高度范围内，线圈连通电源后即被吸入线 圈架的中空轴内；其二，h3>h2时，主轴的下段的全部落入固定座的避空槽内，需依靠人体的重力使摇摆 床的床体倾斜，通过减震轴承副拉高主轴，使主轴的下段进入线圈的高度范围内，线圈连通 电源后即被吸入线圈架的中空轴内。主轴要完成完整的行程，还需要控制线圈断开电源的时机，根据一般的电路控制 常识，通过霍尔元件等位置传感器对主轴的位置进行判断便可以准确的控制线圈断开电 源。当线圈断开电源后，由于磁场消失，在重力和惯性作用下主轴完成一个行程，并开始下
一行程。 和现有技术相比，本发明的有益效果在于
以螺旋电磁线圈驱动与之同轴的主轴做线性运动，通过主轴的行程实现竖直方向的线 性动力，结构简单，摩擦小，克服了振动及噪声；应用范围广泛，可替代现有电动摇摆床的动 力装置或助力装置，也可以应用于回转木马等游乐装置的升降动力装置或助力装置，以及 其他类似的采用线性行程的机械装置。
图1是本发明的外观示意图。图2是本发明的结构分解图。图3是本发明的工作原理示意图。图4是本发明的工作状态一。图5是本发明的工作状态二。图6是本发明的工作状态三。
具体实施例方式下面结合说明书附图和具体实施方式
对本发明做进一步的说明。如图1到图6所示，螺旋电磁铁线性动力装置，包括
线圈架1，为轱辘状，具有竖直的中空轴11，线圈架1通体采用奥氏体型不锈钢制成； 主轴2，恰能插设于线圈架1的中空轴11内并与之滑动配合，该主轴2包括固接而成 的上段21和下段22，上段21设为中空结构，其上部设有油咀23，其下部设有油孔24，主轴 2的上段21采用奥氏体型不锈钢制成，下段22则采用45号钢制成； 线圈3，绕设于线圈架1上，其高度与线圈架1的中空轴11匹配； 线圈保护罩4，具有匹配线圈架1的筒状外壳，该线圈保护罩4配合线圈架1构成容纳 线圈3的密封空间，线圈保护罩4与线圈架1的顶部之间预留空腔，线圈保护罩4上设有配 合该空腔的油咀41，线圈保护罩4的上下两端分别设有配合主轴2的油封42，该线圈保护 罩4通体采用奥氏体型不锈钢制成；线圈保护罩4的下部设有进风口 43，上部设有出风口 44，进风口 43旁设有安装板45，安装板45上设置风机46，风机46与进风口 43连接，风机 46从进风口 43鼓入冷风，在线圈保护罩4内形成上升涡流，将热量从出风口 44排出；
固定座5，与线圈架1的底部法兰连接，具有与线圈架1同轴配合的避空槽51，该避空 槽51的口径略大于线圈架1的中空轴11，固定座5通体采用奥氏体型不锈钢制成，所述的 固定座5在避空槽51的侧壁上开设排气口 52 ；
设置线圈3的高度为hl，设置主轴2的下段的高度为h2，设置避空槽11的高度为h3，设置h2=hl，设置h3>h2，在静止状态下，主轴2的下段22的全部落入固定座5的避空槽51 内。 上述实施方式需进行润滑保养，具体做法是拉高主轴2，使油孔24位于线圈架1 的中空轴11内，从主轴2的油咀23注入黄油，黄油从油孔24挤出后随主轴2的行程均勻 涂布于主轴2与中空轴11的配合面；同时，从线圈保护罩4的油咀41注入黄油，黄油随主 轴2的行程均勻涂布于主轴2的配合面。如图3所示，上述实施方式在静止状态下，主轴2的下段22落入固定座5的避空槽 51内。当线圈3连通电源时，根据电磁学常识，线圈3将产生一个磁场空间，此时主轴2的 下段22若进入线圈3的高度范围即被自动吸进线圈架的中空轴内，当线圈3断开电源后， 由于磁场消失，在重力作用下主轴2的下段22重新回落入固定座5的避空槽51。上述实施方式的动力大小则由线圈3的磁力决定，而线圈3的磁力大小则可以通 过电流强度、线圈匝数等进行调节。根据电磁学常识，主轴2的下段22被吸进线圈架1的 中空轴11之后为了达到稳定状态，两者的中心点趋于重叠。因此，采用上述设置时，线圈3 的高度越高，主轴2的行程越大。显然，主轴2的上段21是上述动力模式的主要输出途径， 主轴2的上段21的长度也可根据应用环境进行适配。如图1和图2所示，在上述结构的基础上的增设减震轴承副6，该减震轴承副6由 减震座61、减震轴62、减震橡胶63、轴承64和轴承座65构成，减震座61为横置固定于主轴 2顶端的筒状结构，减震轴62穿设于减震座61内，并通过减震橡胶63与减震座61紧配，减 震轴62的两端分别伸出减震座61，并分别通过轴承64与轴承座65连接；
如图1和图2所示，还设有缓冲轴承副7，由支撑轴71、轴承72和轴承座73构成，在固 定座5的两侧各设一根支撑轴71，各支撑轴71分别通过轴承72与轴承座73连接。上述实施方式可替代现有电动摇摆床的动力装置或助力装置，也可以应用于回转 木马等游乐装置的升降动力装置或助力装置，以及其他类似的采用线性行程的机械装置。比如在应用于摇摆床时，上述实施方式中的减震轴承副6与摇摆床的床身连接， 缓冲轴承副7与摇摆床的机架连接，通过主轴2的行程为摇摆床提供自动摇摆的动力或助 力，其中的减震轴承副6可以大幅度的削弱震动和噪声，而缓冲轴承副7可以为固定座提供 一定的摆幅缓冲空间。如图4到图6所示，采用上述实施方式的设定，h3>h2，主轴2的下段22的全部落 入固定座5的避空槽51内，依靠人体的重力使摇摆床的床体倾斜，通过减震轴承副6拉高 主轴2，使主轴2的下段22进入线圈3的高度范围内，线圈3连通电源后即被吸入线圈架1 的中空轴11内。主轴2要完成完整的行程，还需要控制线圈3断开电源的时机，根据一般的电路控 制常识，通过霍尔元件等位置传感器对主轴2的位置进行判断便可以准确的控制线圈3断 开电源。当线圈3断开电源后，由于磁场消失，在重力和惯性作用下主轴2完成一个行程， 并开始下一行程。对于本领域的技术人员来说，可根据本发明所揭示的结构和原理获得其它各种相 应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都属于本发明的保护范畴。
权利要求
1.螺旋电磁铁线性动力装置，其特征在于，包括线圈架，为轱辘状，具有竖直的中空轴，线圈架通体采用非导磁材料制成；主轴，恰能插设于线圈架的中空轴内并与之滑动配合，该主轴包括固接而成的上段和 下段，上段设为中空结构，其上部设有油咀，其下部设有油孔，主轴的上段采用非导磁材料 制成，下段则采用导磁材料制成；线圈，绕设于线圈架上，其高度与线圈架的中空轴匹配；线圈保护罩，具有匹配线圈架的筒状外壳，该线圈保护罩配合线圈架构成容纳线圈的 密封空间，线圈保护罩与线圈架的顶部之间预留空腔，线圈保护罩上设有配合该空腔的油 咀，线圈保护罩的上下两端分别设有配合主轴的油封，该线圈保护罩通体采用非导磁材料 制成；固定座，与线圈架的底部法兰连接，具有与线圈架同轴配合的避空槽，该避空槽的口径 略大于线圈架的中空轴，固定座通体采用非导磁材料制成。
2.如权利要求1所述的螺旋电磁铁线性动力装置，其特征在于线圈架、主轴的上段、 线圈保护罩和固定座采用奥氏体型不锈钢制成，主轴的下段则采用45号钢制成。
3.如权利要求2所述的螺旋电磁铁线性动力装置，其特征在于设置线圈的高度为hl， 设置主轴的下段的高度为h2，设置h2 < hi。
4.如权利要求3所述的螺旋电磁铁线性动力装置，其特征在于设置h2=hl。
5.如权利要求4所述的螺旋电磁铁线性动力装置，其特征在于设置避空槽的高度为 h3，设置 h3<h2。
6.如权利要求4所述的螺旋电磁铁线性动力装置，其特征在于设置避空槽的高度为 h3，设置 h3>h2。
7.如权利要求1所述的螺旋电磁铁线性动力装置，其特征在于所述的固定座在避空 槽的侧壁上开设排气口。
8.如权利要求1所述的螺旋电磁铁线性动力装置，其特征在于线圈保护罩的下部设 有进风口，上部设有出风口，进风口旁设有安装板，安装板上设置风机，风机与进风口连接。
9.如权利要求1到8任一项所述的螺旋电磁铁线性动力装置，其特征在于设有减震 轴承副，该减震轴承副由减震座、减震轴、减震橡胶、轴承和轴承座构成，减震座为横置固定 于主轴顶端的筒状结构，减震轴穿设于减震座内，并通过减震橡胶与减震座紧配，减震轴的 两端分别伸出减震座，并分别通过轴承与轴承座连接。
10.如权利要求9所述的螺旋电磁铁线性动力装置，其特征在于还设有缓冲轴承副， 由支撑轴、轴承和轴承座构成，在固定座的两侧各设一根支撑轴，各支撑轴分别通过轴承与 轴承座连接。
全文摘要
螺旋电磁铁线性动力装置，包括线圈架，为轱辘状，具有竖直的中空轴；主轴，恰能插设于线圈架的中空轴内并与之滑动配合；线圈，绕设于线圈架上；线圈保护罩，具有匹配线圈架的筒状外壳，该线圈保护罩配合线圈架构成容纳线圈的密封空间；固定座，与线圈架的底部法兰连接，具有与线圈架同轴配合的避空槽。线圈的高度越高，主轴的行程越大，主轴的长度也可根据应用环境进行适配。上述技术方案结构简单，摩擦小，克服了振动及噪声；应用范围广泛，可替代现有电动摇摆床的动力装置或助力装置，也可以应用于回转木马等游乐装置的升降动力装置或助力装置，以及其他类似的采用线性行程的机械装置。
文档编号H01F7/06GK102074328SQ20101057780
公开日2011年5月25日 申请日期2010年12月7日 优先权日2010年12月7日
发明者陈军 申请人:陈军