哑铃型电永磁锁紧装置 |
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| 申请号 | CN201610435190.9 | 申请日 | 2016-06-17 | 公开(公告)号 | CN107514184A | 公开(公告)日 | 2017-12-26 |
| 申请人 | 中国科学院宁波材料技术与工程研究所; | 发明人 | 许珍; 林旻; 胡晨; 闫阿儒; | ||||
| 摘要 | 本 发明 所提供的 哑铃 型电永磁 锁 紧装置，包括相对设置的两 块 导磁轭 铁 ，设于两块导磁轭铁相对面间的至少一个 磁性 单元，以及设于两块导磁轭铁工作面上的 锁板 ，所述磁性单元的外围分别包裹有由不导磁材料制备而成的 外壳 ，其中每个磁性单元均包括主磁体、可逆磁体、以及缠绕在可逆磁体上的励磁线圈，所述主磁体与可逆磁体相对于两块导磁轭铁垂直设置，且该主磁体与可逆磁体的两侧端面分别设置在同一平面上。本发明具有可重复使用、可靠性高、结构简单等优点。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种哑铃型电永磁锁紧装置，其特征在于：包括相对设置的两块导磁轭铁，设于两块导磁轭铁相对面间的至少一个磁性单元，以及设于两块导磁轭铁工作面上的锁板，所述磁性单元的外围分别包裹有由不导磁材料制备而成的外壳，其中每个磁性单元均包括主磁体、可逆磁体、以及缠绕在可逆磁体上的励磁线圈，所述主磁体与可逆磁体相对于两块导磁轭铁垂直设置，且该主磁体与可逆磁体的两侧端面分别设置在同一平面上。 |
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| 说明书全文 | 哑铃型电永磁锁紧装置技术领域背景技术[0002] 锁紧装置广泛应用于各类门、窗以及其他一些需要固定的场所。普通的手动或液压锁紧机构，通常没有自动复位、自动锁紧等功能，开启和关闭时操作不便。 [0003] 目前，现有的锁紧装置多以电机驱动和电磁铁为主，这些锁紧装置需持续供电。其中，由电机驱动的锁紧装置，由于其需要齿轮传动等传动装置，对应会使得该锁紧装置结构复杂，另外，由于存在多种活动部件，会使其质量较大，从而造成锁紧装置的可靠性降低。而，由电磁铁驱动的锁紧装置，其相比由电机驱动的锁紧装置，其减少了多种活动部件，但是，该锁紧装置也存在一定的问题，其工作需长时通电，这样对励磁线圈的损耗较大，存在锁紧装置寿命降低、能源损耗、成本较高的缺陷。 [0004] 故此，，提供一款新的由电磁铁驱动的锁紧装置，来克服上述的问题就显得尤为重要。 发明内容[0005] 本发明的目的是提供一种用于解决上述技术问题的哑铃型可重复锁紧装置。 [0006] 为解决上述技术问题，本发明所提供的哑铃型可重复锁紧装置，包括相对设置的两块导磁轭铁，设于两块导磁轭铁相对面间的至少一个磁性单元，以及设于两块导磁轭铁工作面上的锁板，所述磁性单元的外围分别包裹有由不导磁材料制备而成的外壳，其中每个磁性单元均包括主磁体、可逆磁体、以及缠绕在可逆磁体上的励磁线圈，所述主磁体与可逆磁体相对于两块导磁轭铁垂直设置，且该主磁体与可逆磁体的两侧端面分别设置在同一平面上。 [0007] 作为本发明的优选方案，所述两块导磁轭铁在其两相对面上分别开设有两个凹槽，以匹配主磁体与可逆磁体。 [0008] 作为本发明的优选方案，所述主磁体与可逆磁体分别设置为体积相同的圆柱体、正方体、长方体或多边体结构。 [0009] 作为本发明的优选方案，所述导磁轭铁的横截面设置为正方形或者长方形，且锁板贴合在两块导磁轭铁的工作面，并与磁性单元留有一气隙。 [0010] 作为本发明的优选方案，所述锁盘贴合于两块导磁轭铁的一侧端面设置为平面或者开设有缺槽，以匹配两块导磁轭铁上的工作面。 [0011] 作为本发明的优选方案，所述两块导磁轭铁的相对面间设置有一个磁性单元。 [0012] 作为本发明的优选方案，所述两块导磁轭铁的相对面间设置有多个磁性单元，且该磁性单元相对于该两块导磁轭铁进行纵向、横向或者纵向及横向叠加设置。 [0013] 作为本发明的优选方案，所述导磁轭铁和锁盘均由金属软磁材料制备而成。 [0016] 本发明的哑铃型电永磁锁紧装置在具体应用时，其可重复实行锁紧、解锁功能。具体地：当需要锁紧时，给励磁线圈通入正向电流，使通电励磁线圈产生的磁场将可逆磁体充以与主磁体相同方向的磁场，于此同时，设于两块导磁轭铁间的磁性单元就会对外产生很大磁力，以牢固地吸持着锁盘，呈现锁紧的状态。可以理解，该锁紧装置仅需在完成锁紧状态转换瞬间(0.1-2s)需要电源，完成锁紧状态转换后励磁线圈便无需电流流通。当需要解锁时，给励磁线圈通入反向电流(与锁紧时电流方向相反)，使通电励磁线圈产生的磁场将可逆磁体充以与主磁体相反方向的磁场，于此同时，设于两块导磁轭铁间的磁性单元与锁盘间吸持力基本为0，呈解锁的状态。对应地，该锁紧装置仅在完成解锁状态转换瞬间(约0.1-2s)需要电源，完成解锁状态转换后励磁线圈便无需电流通过。 [0017] 由于上述技术方案的运用，本发明具备以下优点： [0018] 本发明所提供的哑铃型电永磁锁紧装置，通过合理的结构及磁极设计，使得该锁紧装置相比现有技术，其充分利用了有效磁通，具有体积小，耗材少，可重复使用，稳定度高，可双面吸持作业，其在工作时只需在转换锁紧或解锁状态时通电，无需持续通电仍可保持锁紧或解锁状态，具有节能环保的优势；这样该锁紧装置在工作时受力平衡，可通过纵向叠加磁性单元的方式，提高该锁紧装置单位面积的吸力，也可采用横向排布磁性单元的方式，以增加该锁紧装置的总吸力；而且，该锁紧装置整体结构简单且加工方便， 使得磁性单元的体积可以容易地缩小或者放大，进而使得应用该磁性单元的锁紧机构装置制作出微型机电开关装置或者微型哑铃式电永磁吸盘等。附图说明 [0019] 图1为本发明较佳实施例所提供的哑铃型电永磁锁紧装置的结构示意图。 [0020] 图2为本发明较佳实施例所提供的哑铃型电永磁锁紧装置的俯视图。 [0021] 图3为本发明中磁性单元设置为圆柱体结构的哑铃型电永磁锁紧装置的剖视图。 [0022] 图4为本发明中磁性单元设置为长方体结构的哑铃型电永磁锁紧装置的剖视图。 [0023] 图5为本发明中磁性单元设置为多边体结构的哑铃型电永磁锁紧装置的剖视图。 [0024] 图6为本发明所提供的磁性单元矢量磁场强度示意图，其中该状态为锁紧状态。 [0025] 图7为本发明所提供的磁性单元矢量磁场强度示意图，其中该状态为解锁状态。 具体实施方式[0026] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。 [0027] 请参阅图1-图5，本发明所提供的哑铃型可重复电永磁锁紧装置，包括相对设置的两块导磁轭铁10，设于两块导磁轭铁10相对面间的至少一个磁性单 元20，以及设于两块导磁轭铁10工作面上的锁板30，其中，每个磁性单元20的外围均包裹由不导磁材料制备而成的外壳40，以将磁性单元20工作时所产生的磁力线全部途经两块导磁轭铁10进行分布，以有效利用磁通。所述外壳40具体可采用不导磁金属或塑料，优选为塑料材质。可以理解，相对设置的两块导磁轭铁10应用在该锁紧装置100中，具体会形成两个工作面，亦即，该锁紧装置100中的磁性单元20工作时所产生的磁力线，在两块导磁轭铁10的引导下，会途经该两块导磁轭铁10的其中两个相对面侧，相应地，本实施例的锁紧装置100中的锁板30具体是设置在两块导磁轭铁10的其中一个工作面，当然了，根据使用的需求，本实施例的锁紧装置100具有双面吸持作业的性能。 [0028] 所述磁性单元20包括主磁体21、可逆磁体22、以及缠绕在可逆磁体22上的励磁线圈23，其中，所述主磁体21与可逆磁体22相对于导磁轭铁10时垂直设置的，且该主磁体21与可逆磁体22的两侧断面分别设置在同一平面上，亦即本实施例的主磁体21与可逆磁体22的两侧端部分别与两导磁轭铁10时贴合设置的，这样该磁性单元20在工作时，其主磁体21与可逆磁体22工作时所产生的磁通可在导磁轭铁10的引导下途经两导磁轭铁10的工作面。 [0029] 其中，所述主磁体21与可逆磁体22可分别设置为体积相同的圆柱体、正方体、长方体或者多边体结构，而两者的两侧底面又分别相等，这样应用该主磁体21与可逆磁体22的磁性单元20，其工作是所产生的磁力线分布均匀，进而促使了该锁紧装置100在工作时对锁板30进行吸合时的受力平衡。而，所述导磁轭铁10的横截面具体设置为正方形或者长方形，以形成该锁紧装置100的两个相对工作面，相应地，所述锁板30具体是贴合在两块导磁轭铁10的工作面上的，并与磁性单元20之间留有一气隙，以方便该锁紧装置100在工作时， 对锁板30的锁紧或者解锁。 [0030] 由上可知，本实施例的锁紧装置100的整体结构呈现一种哑铃状，其在具体使用的过程中，可以根据使用的需求，在两块导磁轭铁10之间设置多个磁性单元20，具体可以通过在两块导磁轭铁10之间以横向叠加的方式来设置多个磁性单元20，以增加该锁紧装置100的总吸力，对应地，提高了该锁紧装置100中锁板30的使用长度，也可以通过纵向叠加的方式来设置多个磁性单元20，以提高该锁紧装置100在工作时对单位面积的吸力，对应地，提高了该锁紧装置100在工作时对锁板吸合锁紧的强度，当然了，也可以在两块导磁轭铁10之间以既横向叠加又纵向叠加的方式来设置磁性单元20，在本实施例中，所述两块导磁轭铁10之间具体设置了一个磁性单元20。 [0031] 在本实施例中，所述导磁轭铁10和锁盘30均由金属软磁材料制备而成，以起导磁的作用，具体可以采用的材料包括硅钢、45号钢和A3钢等，其中低碳钢的磁导率和饱和磁感应强度均较高，有利于增大哑铃型锁紧机构的表面磁场和吸力。 [0032] 所述主磁体21的材料包括永磁铁氧体、钐钴或者钕铁硼，其矫顽力为600—2000kA/m。亦即，本发明的主磁体21的材料具体可选用的永磁铁氧体、钐钴或者钕铁硼的至少一种。永磁铁氧体的材料价格便宜，但性能较低。为提高吸力，优选地，所述的主磁体21采用钕铁硼磁体。这是因为钕铁硼磁体具有常温下最优异的磁性能，但其磁性能受温度影响较大，随温度增加剩磁和矫顽力均逐渐下降，矫顽力温度系数约千分之五每度。因此为了保证较高的工作温度下(如100度)，其磁体还具有一定的磁性能，则需要其常温磁性能尤其是矫顽力足够高，因此综合考虑，此类磁体的矫顽力不低于600kA/m为宜。 和钕铁硼磁体最高 200度左右工作温度相比，钐钴磁体的矫顽力温度系数极低，最高工作温度近500度，因此对于高温条件(大于200度)下使用的哑铃型锁紧装置，采用钐钴最为合适。 [0033] 依据本实施例的锁紧装置100的结构及功能特点，可逆磁体22通常选用矫顽力较低的永磁材料，以便容易地进行磁场的换向，本发明的可逆磁体22的材料具体包括永磁铁氧体、钐钴或者钕铁硼，其矫顽力为30-200kA/m。为获得尽可能高的剩磁，也可以采用铝镍钴磁体。可分为高剩磁的五类和高矫顽力的八类两种，其中八类磁体的矫顽力温度系数可达万分之二每度，长时间工作温度可以在500度，但由于其矫顽力过高，实际上并不适合哑铃式电永磁锁紧机构的应用。因而这里选用五类磁钢更为合适，满足矫顽力适中、使用温度高、稳定性好的要求。 [0034] 由上述磁性单元20具体构件的组合及各构件之间位置关系的设置可知，本发明的磁性单元20具体为对称的结构，这样将该磁性单元20的左右两个端面均可作为操作面使用，进而使得将该磁性单元20具体装配到锁紧装置100中使用，使得该锁紧装置左右两个端面可同时进行锁紧与解锁功能，从而弥补了现有锁紧机构只有一个工作面的不足。同时，该磁性单元20整体结构简单且加工方便，使得磁性单元20的体积可以容易地缩小或者放大，进而使得应用该磁性单元20的锁紧装置100可以制作出微型机电开关装置等。 [0035] 作为本发明的优选方案，所述两块导磁轭铁10在其两相对面上分别开设有两个凹槽(图未示)，以匹配主磁体21与可逆磁体22。这样，本实施例的锁紧装置100在具体装配时，所述被励磁线圈23包裹的可逆磁体22和主磁体21一端底部设置在导磁轭铁10的凹槽中，并使用金属胶进行固定。固定完好后， 将另一个导磁轭铁10凹槽对准可逆磁体22和主磁体21端面放置，同样适用金属胶进行固定。待磁性单元固定好后，将塑料密封层涂在被励磁线圈23包裹的可逆磁体22和主磁体21外侧，对除导磁轭铁24之外的磁性单元20进行包裹覆盖设置，亦即形成外壳40对磁性单元20的包裹设置。而所述锁盘30可直接装在门窗等装置的固定端，也可单独设置，留有螺丝孔待固定在所需锁紧的设备上。 [0036] 请参阅图6、图7：当给励磁线圈23通入正向电流，使通电励磁线圈23产生的磁场将可逆磁体22充以与主磁体21相同方向的磁场，主磁体21的磁场与可逆磁体22的磁场相互叠加，大量磁通通过从与主磁体21和可逆磁体22N极接触的导磁轭铁10流出，经过锁盘30，通过与主磁体21和可逆磁体22S级接触的导磁轭铁10，回到S极，于此同时锁盘30被吸合为锁紧状态；当给励磁线圈23通入反向电流，主磁体21与可逆磁体22磁极取向相反时，磁力线在磁性单元20内形成闭合回路，基本无磁通通过锁盘30，此时磁性单元20对锁盘30的吸力很小或接近于零为解锁状态。可以理解，实现上述锁紧、解锁状态时，只需要往励磁线圈23上通以瞬间(约0.1-2s)电源即可。 [0037] 可以理解，为使得该锁紧装置100进行正常工作，还需要一个控制器(图未示)，并通过对励磁线圈23的通电来实现该锁紧装置100的锁紧与解锁功能。优选地，所述的控制器是利用电容充放电实现脉冲充磁，具有电流方向切换、电路保护、和锁紧解锁检测等功能。 [0038] 综上所述，本发明所提供的哑铃型电永磁锁紧装置，与现有技术相比具有下列优点：1、使用哑铃式磁路设计，充分利用了有效磁通，具有体积小，耗材少，可重复使用，稳定度高，具有双面吸持的优点；2、通过合理的磁极 设计，只需在转换锁紧或解锁状态时通电，断电后仍可锁紧，具有节能环保的优势3、由于整个哑铃型电永磁锁紧装置为中心对称，使得该磁性单元的磁力线分布均匀，进而促进哑铃型电永磁锁紧装置作用工件时受力平衡；4、将该磁性单元应用在哑铃型电永磁锁紧装置中，可通过纵向叠加磁性单元的方式，提高哑铃型电永磁锁紧装置单位面积吸力，也可采用横向排布磁性单元的方式，以增加哑铃型电永磁锁紧装置的总吸力；5、由于该磁性单元整体结构简单且加工方便，使得磁性单元的体积可以容易地缩小或者放大，进而使得应用该磁性单元的哑铃型电永磁锁紧装置可以制作出微型机电开关装置或者微型哑铃式电永磁吸盘等。 |
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