电磁线圈磁力驱动运行方法、磁力驱动机构及冲击装置与流程

本发明涉及一种电磁线圈磁力驱动运行方法、磁力驱动机构及冲击装置。

背景技术

现有技术常见的电磁线圈驱动进行直线运行的产品有继电器、接触器、电磁阀等，由于电磁线圈磁场两极能量相等、方向相反的原理，即电磁线圈的磁场在两极是能量相等、磁极相反的，磁感体（由铁、钴、镍等铁磁性材料制成）在磁场的感应下产生间接的磁场而与线圈相互吸引，当磁感体相对于线圈移动时，磁感体在靠近线圈时受到吸引，在远离线圈时又会受到反向的吸引，导致磁感体无法全程通过线圈，导致磁感体的运动行程受限，这就制约了电磁产品的应用范围和领域。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种在磁感体的加速行程内线圈通电以吸引磁感体、在磁感体离开线圈驱动磁场时将线圈断电以避免反向磁场区域阻碍磁感体运动的冲击装置；本发明的目的还在于提供一种磁力驱动机构；本发明的目的还在于提供一个电磁线圈磁力驱动运行方法。

为实现上述目的，本发明的冲击装置采用如下的技术方案：冲击装置包括机架，所述机架上设有可相对机架上下运动的冲击体，冲击体通过蓄能器悬吊在机架上，且具有处于受力平衡状态的初始位置，冲击体包括冲击头以及磁力驱动机构，磁力驱动机构包括与冲击头连接的竖杆以及至少一个设在竖杆上的导程单元，导程单元包括竖向交替设置的磁感段和非磁感段，磁力驱动机构还包括至少一个固定设置在机架上的线圈，在冲击体位于所述初始位置时，竖杆上某个导程单元的磁感段位于最下侧线圈通电时线圈下端所形成的磁感区内，在冲击体位于上端的极限位置时，竖杆上某个导程单元的磁感段位于最上侧线圈通电时线圈上端所形成的磁感区内，机架上还设有控制线圈通断电的控制器。

所述机架包括横板，横板上设有供所述竖杆穿过的让位孔，所述冲击头位于横板下方，冲击头与横板之间连接有弹性绳索，横板与冲击头之间的竖杆上还套设有螺旋弹簧，弹性绳索和螺旋弹簧构成所述蓄能器。

所述机架上还安装有冲击体运动同步信号的传递装置以便为控制器反馈同步信号并使控制器控制线圈的通、断电。

本发明的磁力驱动机构采用如下的技术方案：磁力驱动机构包括线圈相对运动体，所述线圈相对运动体包括至少一个设在线圈相对运动体上的导程单元，导程单元包括沿线圈相对运动体的长度方向交替设置的磁感段和非磁感段，磁力驱动机构还包括至少一个与导程单元相对运动的线圈，磁力驱动机构还包括当线圈相对运动体上某个导程单元的磁感段位于某线圈通电时线圈前端所形成的磁感区内时控制该线圈通电、当该磁感段运动到其磁心位于该线圈的磁场的中心区域时控制该线圈断电的控制器。

所述线圈有多个且在线圈相对运动体的长度方向上间隔设置。

所述导程单元有多个且在线圈相对运动体的长度方向顺次设置。

本发明的电磁线圈磁力驱动运行方法采用如下的技术方案：通过对线圈的通、断电以在磁感体运动的单程上利用线圈的单极对磁感体进行驱动。

所述磁感体的运动为往复直线运动，在往返程的任意单程中，通过对线圈的通、断电，以利用线圈的单极的助力磁场为其提供驱动力，并消除线圈对其的阻力磁场，以使磁感体得到加速。

在磁感体的运动行程内，通过多级线圈对磁感体进行多次加速。

所述磁感体的运动为单向直线运动，在磁感体的运动过程中，通过控制多级线圈的通、断电，以利用线圈的单极的助力磁场为其提供驱动力，并消除线圈对其的阻力磁场，以使磁感体得到多级线圈的多次的持续加速。

本发明的有益效果是：本发明通过对线圈独特的控制方法，在磁感体位于线圈前端的磁感区域时为线圈通电使线圈产生磁场驱动磁感体，在磁感体运动到线圈的反向磁场区域位置时为线圈断电，以实现线圈对磁感体的单极单向驱动，构思巧妙，通过电磁驱动磁感体进行直线或者直线往复运动可以制造冲击锤、冲击夯、打桩机、破碎机、地基夯实机、振动器等，或者应用在有轨交通、运输领域及军事领域，可利用电磁进行单向长距离运行和往复运行做功，具有能量转换直接、无污染、磨损小等优点。

附图说明

图1为本发明的冲击装置的第一种实施例的结构示意图；

图2为图1中冲击体和线圈部分的示意图；

图3为展示冲击装置的工作原理的示意图；

图4为冲击装置的第二种实施例中的冲击体及电磁驱动部分的示意图；

图5为冲击装置的第三种实施例中的冲击体及电磁驱动部分的示意图；

图6为冲击装置的第四种实施例中的冲击体及电磁驱动部分的示意图；

图中：1-机架，11-立柱，12-第一横板，13-第二横板，14-工作台，2-冲击体，21-冲击头，22-竖杆，221-磁感段，222-非磁感段，23-销柱，3-蓄能器，41-第一线圈，42-第二线圈，5-控制器，6-行程开关，7-线缆，8-开关，9-电源。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

为了方便对本部分内容的理解，对下面所要使用的以下词汇进行定义和说明：

初始位置：是指本发明的冲击体通过蓄能器悬吊在机架上时，冲击体的受力平衡位置，该位置为冲击体在静止时的位置。

极限位置：是指冲击体在向上运动时的最高位置，冲击体在该位置时的上下运动的速度为零，而且该位置位于最上面线圈通电时其上端所形成的磁感区域内。

磁心：是指磁感体处于线圈产生的磁场中时，磁感体受到各个方向的磁力作用，可将磁感体所受磁力看作是集中在一个点上，对于形状规则的对称图形如圆柱形，圆筒形、球形、正方体、长方体等，该点与这些形状的几何中心重合，在磁感段静止在通电的线圈中时，该点处于线圈的磁场的中心位置，如果该点偏离线圈的磁场的中心位置时磁感体会受到不均衡的磁力而导致磁感体运动。

前极限位：在本发明的电磁线圈磁力驱动运行方法中，在仅有一个线圈时，前极限位是指磁感体在沿线圈的轴线方向运动到线圈的前端且距离该线圈最远的位置处的位置，在该位置时磁感体的速度为零；在有两个以上线圈时，前极限位是指磁感体在沿线圈的轴线方向运动到第一个线圈的前端且距离第一个线圈最远的位置，在该位置时磁感体的速度为零。

后极限位：在本发明的电磁线圈磁力驱动运行方法中，在仅有一个线圈时，后极限位是指磁感体在沿线圈的轴线方向运动到线圈的后端且距离该线圈最远的位置处的位置，在该位置时磁感体的速度为零；在有两个以上线圈时，后极限位是指磁感体在沿线圈的轴线方向运动到最后一个线圈的后端且距离最后一个线圈最远的位置，在该位置时磁感体的速度为零。

前初始位：在本发明的电磁线圈磁力驱动运行方法中，在仅有一个线圈时，前初始位是指线圈在通电时于其前端所形成的磁感区域的某处，在该位置时磁感体受到该线圈的吸引力；在有两个以上线圈时，前初始位是指磁感体在沿线圈的轴线方向运动到第一个线圈在通电时于其前端所形成的磁感区域的某处，在该位置时磁感体受到第一个线圈的吸引力。

后初始位：在本发明的电磁线圈磁力驱动运行方法中，在仅有一个线圈时，后初始位是指线圈在通电时于其后端所形成的磁感区域的某处，在该位置时磁感体受到该线圈的吸引力；在有两个以上线圈时，后初始位是指磁感体在沿线圈的轴线方向运动到最后一个线圈在通电时于其后端所形成的磁感区域的某处，在该位置时磁感体受到最后一个线圈的吸引力。

本发明的冲击装置的实施例，如图1至图3所示，冲击装置包括机架1和通过蓄能器3悬吊在机架1上的冲击体2，冲击体2可在上下方向上往复直线移动，冲击体静止时处于初始位置，冲击体2上设置有磁感体，机架1上还安装有线圈和控制线圈通断电的控制器5，通过线圈提供的电磁力吸引冲击体2上的磁感体从而带动冲击体2运动。

如图1所示，机架1包括四根立柱11和第一横板12、第二横板13，还包括工作台14，立柱11的底端固定在工作台14上，立柱11向上依次穿过第二横板13和第一横板12，两块横板与立柱11上的外螺纹配合以便对两块横板定位和调节横板在立柱11上的高度。

冲击体2包括冲击头21和磁力驱动机构，磁力驱动机构包括与冲击头连接的竖杆22，冲击头21和竖杆22焊接固定，第二横板13下方通过两根螺旋弹簧（即蓄能器3）与冲击头21连接并将冲击体2悬吊在第二横板13上，螺旋弹簧不仅用于在冲击体2静置时平衡冲击体2的重量，还具有储能作用，当冲击体运动到极限位置需要反向运动时由蓄能器提供回复力，以便冲击体2运动时更顺利。竖杆22从下至上依次穿过第二横板13和第一横板12中间的孔，该孔具有导向作用，竖杆22可相对于该孔上下滑动，竖杆22下部的冲击头21位于第二横板13和工作台14之间，在冲击体2上下运动时可锤击工作台14或工作台14上的物品。竖杆22上自下而上依次设置磁感段221、非磁感段222、磁感段221、非磁感段222，一个磁感段221与相邻的非磁感段222共同构成一个导程单元，本实施例中竖杆22上共设置两个导程单元。磁感段221是由磁感体制成或者包覆有磁感体，磁感体主要是指铁、钴、镍等铁磁性材料，本实施例采用价廉的铁作为磁感体，非磁感体采用木材或者铝合金，磁感体在磁场中会受到吸引力，故线圈通电时产生的磁场可驱动磁感体向靠近线圈的方向运动。线圈套设在竖杆22上且有两个，其中第一线圈41的布置位置需保证冲击体2静置时其第一导程单元的磁感段221位于第一线圈41的下方的磁感区域中，从而保证在第一线圈41通电时第一导程单元的磁感段221受到第一线圈41的吸引力而向上运动，第二线圈42的布置位置需保证在第一导程单元的磁感段221的磁心运动到第一线圈41的中间位置时，第二导程单元的磁感段221运动到第二线圈42的下部且位于第二线圈42的磁感区域中。

第一线圈41和第二线圈42通过线缆7与安装在机架1上的控制器5电连接，由控制器5控制两个线圈上的开关8的通断，两个线圈采用电源9供电，本实施例中的电源9才采用同一电源。竖杆22的上部还设有凸出的销柱23，机架1上对应竖杆22上销柱23上行的极限位置处设有行程开关6，在竖杆22运动到上极限位置时其销柱23刚好触碰行程开关6以使行程开关6闭合，行程开关6通过线缆7将到位信号反馈给控制器5，由控制器5依次控制第二线圈42和第一线圈41通电，从而进行下行的驱动，在销柱23脱离行程开关6以后，行程开关6的弹指即可自动弹开。线圈和竖杆之间有气隙，以尽量减小线圈和竖杆相对运动时来自线圈的摩擦力。

机架上还安装有冲击体运动同步信号的传递装置以便为控制器反馈同步信号并使控制器控制线圈的通、断电，冲击体运动同步信号的传递装置可以是红外距离传感器或接近开关等。

本发明的冲击装置在工作过程中：当静置时，螺旋弹簧悬吊冲击体2，可平衡冲击体2的重量，以便通过电磁力启动时更省力，工作开始时，控制器5控制第一线圈41通电，第一线圈41产生磁场吸引第一导程单元的磁感段，带动冲击体2上行，当第一导程单元的磁感段运动至其磁心位于第一线圈41的磁场的中心位置时控制第一线圈41断电，此时竖杆22上的第二导程单元刚好处于第二线圈42的下部磁感区域中，控制器5控制第二线圈42通电，第二线圈42通电后产生的磁场力对第二导程单元的磁感段221进行吸引，从而提供给冲击体2第二个加速度，第二导程单元的磁感体的磁心运动到第二线圈42的中心位置时控制第二线圈42断电，冲击体2继续上行一段距离到达上极限位置，此时竖杆22上的销柱23碰撞行程开关6，行程开关6闭合产生到位信号反馈给控制器5，由于冲击体2上行时压缩螺旋弹簧进行了储能，同时冲击体2本身具有重力势能，在弹簧力和重力势能作用下冲击体2开始下行，当第二导程单元的磁感体运动至第二线圈42上部的磁感区域时，控制器5控制第二线圈42通电，从而施加给冲击体2磁场力，在冲击体2经过两个磁场力施加以及自身重力势能、弹簧力的作用后会给冲击体2一个向下的巨大的冲击力，达到冲击的目的，在冲击体2冲击完成后螺旋弹簧因被拉扯而蓄能后又会提供一个向上的弹力驱动冲击体2上行，当上行至第一导程单元的磁感段221处于第一线圈41的磁感区域时又重复上述步骤运动，从而实现冲击锤的上下直线往复运动，实现对工作台14上物品的多次冲击。

关于控制器的控制：在冲击体上行过程中，当导程单元的磁感段移动到对其提供驱动磁力的适配线圈的下端所形成的磁感区内时，控制器控制该适配线圈通电，当导程单元的磁感段的磁心移动到该适配线圈的磁场中心位置时，控制器控制该适配线圈断电；在冲击体下行过程中，当导程单元的磁感段移动到对其提供驱动磁力的适配线圈的上端所形成的磁感区内时，控制器控制该适配线圈通电，当导程单元的磁感段的磁心移动到该适配线圈的磁场中心位置时，控制器控制该适配线圈断电。

需要说明的是，本实施例的冲击装置为电磁锤，在其他实施例中也可替换为冲击夯、打桩机、破碎机、地基夯实机、振动器等。

在本发明的冲击装置的其他实施例中：竖杆也可替换为空心套管结构，此时将线圈设置在竖杆内部，即此时的空心的竖杆在线圈外部运动；行程开关也可替换为红外接近开关、距离传感器或者其他的到位检测传感器等；行程开关的设置位置也可替换为机架的中部，即设置在第一横板与第二横板之间的机架上，相应地，在冲击头上设置触头杆，触头杆竖向设置，第二横板的相应位置设置穿孔，触头杆的上端设置横向延伸至行程开关的下方的触头，在冲击体上行到极限位置时触头刚好能触碰到行程开关的弹指；导程单元的数量可以替换为一个，如图4所示，此时线圈的数量可以为一个、两个或者多个，当然，导程单元的数量也可替换为三个或者更多，此时相应的应配置与导程单元数量相等或者比导程单元的数量更多的线圈；磁力驱动机构的数量也不仅限于一个，可以采用如图5所示的两个或者更多，此时需要保证导程单元和线圈的位置在竖杆22的长度方向上一一对应，一一对应的意思是指位于同一高度，间隔距离一致，且同步控制；蓄能器3也不仅限于采用螺旋弹簧，也可替换为空气弹簧或者液压弹簧等；蓄能器也可替换为如下组合，在冲击头和第二横板之间连接橡皮筋等弹性绳索，在冲击头和第二横板之间的竖杆上套设螺旋弹簧，当冲击体下行时弹性绳索提供拉力，当冲击体上行时螺旋弹簧提供回复力；磁力驱动机构的线圈可作为活动部件，而将竖杆及其上的导程单元设置成固定部件；如图6所示，第一线圈41和第二线圈42也不限于依次控制，也可使第一线圈41和第二线圈42同时通断电对两个磁感段221进行驱动；当然，此时第一线圈和第二线圈作为一对，可以设置多对，多对之间依次控制，即每次控制两个线圈通断电。

本发明的磁力驱动机构的实施例与本发明的冲击装置的各实施例中的磁力驱动机构的各实施例相同，不再赘述。

本发明的电磁线圈磁力驱动运行方法的实施例1：本实施例是针对一个线圈，即线圈数m=1，且磁感体为移动体，线圈为固定体的方案进行描述。在线圈的轴线方向的一侧设置磁感体，将磁感体设置在线圈通电后其一端所形成的磁感区域中以便线圈通电后能够对其进行吸引，然后通过控制器控制线圈通电，线圈产生的磁场对磁感体进行吸引，从而使磁感体沿着线圈的轴线方向向靠近线圈的方向运动，当磁感体运动至其磁心位于线圈磁场的中间位置时控制线圈断电，磁感体在惯性作用下继续向前运动，从而使线圈只提供给磁感体一个向前运动的驱动力，而对磁感体开始远离线圈时的吸引的阻力予以消除，保证磁感体的直线运动的顺利进行。

本发明的电磁线圈磁力驱动运行方法的实施例2：本实施例是针对两个以上线圈线圈，即线圈数m≥2，且磁感体为移动体，线圈为固定体的方案进行描述。沿设定直线顺次设置两个以上线圈，线圈的数量根据使用需要选取，线圈的轴线与该设定直线共线，在第一个线圈轴线方向的前侧设置磁感体且使磁感体位于第一个线圈通电后其前端所形成的磁感区域内，通过控制器控制第一个线圈通电，磁感体沿线圈轴线方向朝向第一个线圈移动，然后采用如下控制步骤：当磁感体的磁心运动到第一个线圈磁场的中心位置时控制第一个线圈断电，磁感体在惯性作用下继续直线移动；当磁感体运动到处于第二个线圈通电后其前端所形成的磁感区域内时，控制器控制第二个线圈通电，磁感体沿线圈轴线方向继续朝向第二个线圈移动，当磁感体的磁心运动到第二个线圈磁场的中心位置时控制第二个线圈断电，磁感体在惯性作用下继续直线移动；然后依次重复上述控制步骤控制后边的线圈通断电，该方法可通过多个线圈依次提供的加速度最终提供给磁感体一个较大的速度，该方法可用于有轨交通运输及相关领域。

本发明的电磁线圈磁力驱动运行方法的实施例3：本实施例是针对一个线圈，即线圈数n=1，且磁感体为移动体，线圈为固定体的方案进行描述。在线圈轴线方向的一侧设置磁感体，在磁感体运动的前、后极限位分别设置限位件以将磁感体的运动范围限制在两个限位件之间；磁感体在其移动行程内还具有分别处于线圈在通电时前后两端所形成的磁感区内的前、后初始位，采用如下控制步骤：在磁感体位于前初始位处时，通过控制器控制线圈通电，磁感体沿线圈轴线方向朝向线圈移动，当磁感体的磁心运动到线圈磁场的中心位置时控制线圈断电，磁感体在惯性作用下继续直线移动；在磁感体运动到后极限位时，使磁感体上的触头刚好触碰对应位置处的行程开关，行程开关将磁感体运行到前极限位时的到位信号反馈给控制器，磁感体移动到后极限位并返程运动，在磁感体返程运动至后初始位时，控制器控制线圈通电，磁感体沿线圈轴线方向朝向线圈移动，当磁感体的磁心运动到线圈磁场的中心位置时控制线圈断电，磁感体继续移动到前极限位，此时磁感体上的触头刚好触碰对应位置处的行程开关，行程开关将磁感体运行到前极限位时的到位信号反馈给控制器，磁感体继续反向再次返程到前初始位，然后重复上述控制步骤以实现磁感体的直线往复运动，本实施例中的前、后极限位和前、后初始位在前后方向上错开布置，在磁感体从前极限位返回到前初始位时，或者从后极限位返回到后初始位时，是通过蓄能器为磁感体提供的反向运动的回复力。

本发明的电磁线圈磁力驱动运行方法的实施例4：本实施例是针对两个以上线圈线圈，即线圈数n≥2，且磁感体为移动体，线圈为固定体的方案进行描述。沿设定直线顺次设置两个以上线圈，线圈的轴线与该直线共线，在第一个线圈轴线方向的前侧设置磁感体，在磁感体运动的前、后极限位分别设置限位件以将磁感体的运动范围限制在两个限位件之间，磁感体在其移动行程内还具有分别处于第一个和最后一个线圈在通电时相背端所形成的磁感区内的前、后初始位；

在磁感体去程的起始时，磁感体位于前初始位，通过控制器控制去程的第一个线圈通电，磁感体沿线圈轴线方向朝向第一个线圈移动，采用如下控制步骤：当磁感体的磁心运动到第一个线圈磁场的中心位置时控制第一个线圈断电，磁感体在惯性作用下继续直线移动；当磁感体运动到处于第二个线圈通电后其前端所形成的磁感区域内时，控制器控制第二个线圈通电，磁感体沿线圈轴线方向继续朝向第二个线圈移动，当磁感体的磁心运动到第二个线圈磁场的中心位置时控制第二个线圈断电，磁感体在惯性作用下继续直线移动；然后依次重复采用以上步骤控制后续线圈通断电实现磁感体去程的磁力驱动过程；

在磁感体运动到后极限位时，使得磁感体上的触头刚好触碰对应位置处的行程开关，行程开关将磁感体运行到后极限位时的到位信号反馈给控制器，磁感体移动到后极限位后开始返程行程，在移动到后初始位处时，通过控制器控制返程的第一个线圈通电，磁感体沿线圈轴线方向朝向第一个线圈移动，然后依照上述控制步骤控制返程过程中的线圈通断电并在移动到前极限位后开始再次去程，并移动到前初始位；然后重复上述往返动作。

在其他实施例中：也可使线圈为移动体，将磁感体设置为固定体，使线圈相对于磁感体移动；也可将磁感体设置成具有空腔的结构，使线圈位于磁感体内部。也可不设置蓄能器，相应地将前初始位与前极限位设置在一起，将后初始位与后极限位设置在一起，此时可通过将限位件设置在前、后初始位处的方式实现，当磁感体运动到前、后初始位处的挡止件处时被挡止件挡止而停止运动，进行反向运动；也可仅在磁感体运动到前、后极限位中的一个时，使磁感体上的触头触碰行程开关，如本发明的冲击装置的第一种实施例中，在冲击体上行时的最高位置处时对应的极限位置设置行程开关，在下行过程中不设置行程开关；当然，行程开关也可替换为红外接近开关、距离传感器等。

利用本发明的直线往复运动电磁驱动方法还可以在有轨交通、运输领域及军事领域进行推广使用，可利用电磁进行单向长距离运行和往复运行做功，具有能量转换直接、无污染、磨损小等优点。