CN105048758B - 电磁直驱式冲击振动体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及工程机械技术领域，尤其是一种电磁直驱式冲击振动体。包括由定子、动子冲锤、检测装置、控制及驱动器组成，所述定子上固定安装有若干块永磁体，永磁体靠近动子冲锤一侧为N、S极交替排列，根据动子冲锤的长度及行程要求排列永磁体的长度，所述动子冲锤行程的两端设置冲程极限位置和回程极限位置，所述动子冲锤上固定安装有带铁芯的电磁线圈，线圈的排列方式按照三相A、B、C顺序，以三个为一组循环排列；动子冲锤非冲击一侧安装有检测装置。本发明减少了传统电动式冲击振动体的机构转换装置，减小重量和体积、提高效率，并提高冲击振动体的冲击作业力和动子的耐冲击性。

Description

电磁直驱式冲击振动体

技术领域

本发明涉及工程机械技术领域，尤其是一种电磁直驱式冲击振动体。

背景技术

在工程机械中冲击振动作业机械一般包括凿岩机、植桩机、破碎镐、振动铲等，它对坚硬土壤和岩石的破碎能力是其他机械无法比拟的。冲击振动机械(机具)的核心部件为冲击振动体，冲击振动体按动力源有内燃式、气动式、液压式、电动式等，内燃式不需要配备动力源，但是重量和体积较大、可靠性较差；气动式结构简单、技术难度低，但所配的动力源(空压机)体积、重量大，气源传递效率低，噪声较大；液压式体积小、重量轻，但也存在着制造难度大、成本高、油液易漏损、维修保养要求高、液压动力源不适合较长距离传输等缺点；电动式具有动力源获取便捷、动力传输效率高、传输距离远、控制性能好、制造容易、价格较低等优点，然而，现有的电动式冲击振动机械(机具)的冲击振动体采用的是将旋转电机产生的运动通过机械机构转换为直线运动，转换机构复杂，增加了重量和体积，降低了效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种电磁直驱式冲击振动体，减少了传统电动式冲击振动体的机构转换装置，减小重量和体积、提高效率，并提高冲击振动体的冲击作业力和动子的耐冲击性。

为了解决上述技术问题，本发明包括由定子、动子冲锤、检测装置、控制及驱动器组成，所述定子上固定安装有若干块永磁体，永磁体靠近动子冲锤一侧为N、S极交替排列，根据动子冲锤的长度及行程要求排列永磁体的长度，所述动子冲锤行程的两端设置冲程极限位置和回程极限位置，所述动子冲锤上固定安装有带铁芯的电磁线圈，线圈的排列方式按照三相A、B、C顺序，以三个为一组循环排列；动子冲锤非冲击一侧安装有检测装置，检测装置由三个开关型霍尔传感器和一个线性型霍尔传感器组成，三个开关型霍尔传感器用来检测与定子上永磁体的相对位置，线性型霍尔传感器用来检测极限位置以控制动子冲锤的行程。

优选地，所述定子的永磁体、线圈及三个检测相对位置的霍尔传感器之间的尺寸关系为：不同磁极的永磁体之间、不同相的动子线圈之间在动子运动方向上的尺寸相等，且两个永磁体的尺寸等于三个线圈的尺寸，第一个霍尔传感器距离其最近的线圈距离为3/4个线圈尺寸，后两个霍尔传感器距离前一个的距离分别为1/2个线圈尺寸，霍尔传感器的信号传递给控制及驱动器，控制三相线圈的供电大小及方向。

本发明减少了传统电动式冲击振动体的机构转换装置，减小重量和体积、提高效率，并提高冲击振动体的冲击作业力和动子的耐冲击性。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为图1A-A位置剖视图；

图3为永磁体安装关系；

图4为电磁线圈安装结构图；

图5为多组电磁线圈接线原理图；

图6为单组线圈连线示意图；

图7为电磁直驱式冲击振动体工作过程图；

图8为控制程序流程图；

图9为电磁线圈供电控制方式；

具体实施方式

本发明所列举的实施例，只是用于帮助理解本发明，不应理解为对本发明保护范围的限定，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明思想的前提下，还可以对本发明进行改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求保护的范围内。

本发明电磁直驱式冲击振动体如图1和图2所示，包括外壳1、第一磁轭2和第二磁轭9、第一永磁体3和第二永磁体8、以及冲程极限位置141和回程极限位置142组成定子部分；第一电磁线圈4和第二电磁线圈7、动子支架5、极限位置检测传感器11和相对位置检测装置12组成动子部分，其中极限位置检测传感器11和相对位置检测传感器12安装在动子支架5非受冲击的一端；动子与定子之间通过第一导轨6和第二导轨10连接，第一导轨6和第二导轨10固定在外壳1内侧，导轨的滑块固定在动子支架5上，通过滑块在轨道上的滑动实现动子相对定子的滑动；护线拖链13的一端与动子部分非冲击端相连，另一端连接到控制及驱动器。定子上有两排永磁体组、动子上有两排电磁线圈，均为对称布置，以达到互相抵消永磁体与电磁线圈之间在垂直运动方向上的力、减少对导轨的磨损。

定子部分中永磁体的排列安装方式如图3所示，多块第一永磁体3整齐排列固定安装在磁轭2上，排列时第一永磁体3靠近线圈的一侧分别为N极和S极循环，即每相邻两块永磁体3其靠近线圈侧的磁极不一样。磁轭2固定安装在壳体1上，安装方式可以采用图2所示的螺栓15连接，但不局限于该方式。

动子部分中电磁线圈在动子支架上的安装方式如图4所示。电磁线圈4分为A、B、C三相，循环排列安装在线圈磁轭16上，线圈磁轭16固定安装在动子支架5上，其安装方式可以采用图4中所示的螺栓螺母式、但不局限于该固定连接方式，线圈对称分布在动子支架的两侧。A、B、C三相线圈之间的连接方式如图4所示，三相线圈采用“Y”型连接方式，即三个线圈的一端连接在一起、另一端与外界驱动电源相连，属于同一相的线圈与外界驱动电源连接的一端连接在一起，由驱动电源统一供电，如图4中所有的A相线圈连接到驱动电源的U口、B相线圈连接到驱动电源的V口、C相线圈连接到驱动电源的W口。单组三相线圈的接线示意图如图6所示，线圈均采用逆时针的缠绕方式，也可采用顺时针，三相线圈缠绕方向一致即可。

电磁直驱式冲击振动体的工作过程如图7所示。在动子冲锤上安装极限位置传感器，在定子上安装两个可供极限位置传感器检测的极限位置点。工作初始状态时，不论冲锤位于任何位置，启动动子回程程序，此时由三个霍尔传感器来检测其对应的磁极，判断给三相线圈的通电方向，使得各动子冲锤受如图7中位置一所示的向上作用力，在该力作用下冲锤向上运动，当到达上极限位置时，极限位置传感器检测后输出信号，控制器运行的程序切换到冲程程序，此时虽然冲锤运动方向向上，但其受电磁力为相反方向，见图7中位置二，在电磁力作用下动子减速直到速度为零(位置三)，然后动子在电磁力作用下开始加速向下运动(位置四)，动子持续加速至下极限位置(位置五)时，为避免冲击作业过程中线圈损坏，将三相线圈全部断电，进入冲击过程(位置六)，动子冲击后回弹，极限位置传感器检测到下极限位置(位置七)，控制器运行程序切换为回程程序，冲锤进入回程过程，若冲锤在断电延时短暂时间(该时间内足以完成冲击过程，可取为100ms)没有回弹，则直接进入回程程序。如此循环实现电磁冲击振动体持续进行冲击作业。

根据电磁直驱式冲击振动体工作过程设定，控制程序流程如图8所示，过程主要分为：上电，进入回程程序，检测到回程极限位置时，运行冲程程序，极限位置传感器检测到冲程极限位置时，断电进入冲击过程，冲击过程结束再次通过冲程极限位置或断电时间超过某一值(可取100ms)时进入回程程序。

在回程程序中，三个相对位置传感器不断判断其对应的永磁体的磁极(传感器通过输出高电平或低电平检测对应的为S极或N极，由传感器与三相线圈的固定位置即可判断各相线圈对应的永磁体磁场)，根据表1所示的对应情况，对三相线圈供应对应的电流使动子实现回程运动。动子的回程判断如表1所示。表1所示的回程判断表表明的相对位置检测传感器输出信号与三相线圈供电之间的关系为：三个相对位置检测传感器对应的永磁体磁极为N、N、S时，A、B、C三相线圈通电后磁极分别为0(表示不上电)、N、S；传感器对应磁极为N、S、S时，线圈通电后磁极分别为：N、0、S；传感器对应磁极为S、S、S时，线圈通电后磁极分别为：N、S、0；传感器对应磁极为S、S、N时，线圈通电后磁极分别为：0、S、N；传感器对应磁极为S、N、N时，线圈通电后磁极分别为：S、0、N；传感器对应磁极为N、N、N时，线圈通电后磁极分别为：S、N、0。

同理，在动子冲锤冲程过程中，冲程判断如表2所示，三个相对位置检测传感器对应的永磁体磁极为N、N、S时，A、B、C三相线圈通电后磁极分别为N、S、0(表示不上电)；传感器对应磁极为N、N、N时，线圈通电后磁极分别为：N、0、S；传感器对应磁极为S、N、N时，线圈通电后磁极分别为：0、N、S；传感器对应磁极为S、S、N时，线圈通电后磁极分别为：S、N、0；传感器对应磁极为S、S、S时，线圈通电后磁极分别为：S、0、N；传感器对应磁极为N、S、S时，线圈通电后磁极分别为：0、S、N。

电磁直驱式冲击振动体在冲程或回程的运行工程中电磁线圈的供电控制方式如图6所示。相对位置检测传感器的信号I1、I2、I3输入到控制器，通过控制器的判断，输出6个控制信号(分别从O、P、Q、X、Y、Z六个接口输出)对六个IGBT功率放大管进行控制。六个功率放大管分为三组并联，每组中为两个串联，如图9中F1和F2串联、F3和F4串联、F5和F6串联，并联六个IGBT采用“二二通电”方式，每一瞬间有二个功率管同时通电，每组串联的两个功率放大管同时只允许一个导通。以实现电磁直驱式冲击振动体在上电后回程工作为例说明通过控制原理。上电后若相对位置传感器检测到的磁极为N、N、S，则A相线圈不上电、B相线圈要产生N极磁极、C相线圈产生S极磁极，根据图5所示的接线图，电流方向应从V口进入B相线圈，从C相线圈的W口流出，此时，需要图7中控制器根据三个相对位置检测传感器输入信号I1、I2、I3，对P、Z三个端口输出高电平信号，此时F3、F6二个功率放大管导通，电流从电源的正极经过功率放大管F3从V口进入B相线圈，然后从C相线圈的W口流过功率放大管F6进入线圈的负极，动子冲锤回程运动到三个相对位置传感器检测其对应磁极为N、S、S，控制器将P端口高电平变为低电平、同时将O口低电平变为高电平，则功率管F1导通、F3截止，电流从U端进入线圈A、从线圈C的W口流出，依次方式，控制器根据相对位置检测传感器的信号，控制六个功率放大管的导通，即可实现动子冲锤的回程运动。

图8所示的控制流程中需要读取的回程程序及冲程程序，回程程序即按表1所示不断的进行回程判断；冲程程序即按表2所示不断的进行冲程判断。

表1回程程序判断表

表2冲程程序判断表

注：表1和表2中“●”表示驱动信号高电位，“-”表示线圈无磁场或驱动信号低电位。

Claims (2)

1.电磁直驱式冲击振动体，其特征在于，包括由定子、动子冲锤、检测装置（11）、控制及驱动器组成，所述定子上固定安装有若干块永磁体（3，8），永磁体（3，8）靠近动子冲锤一侧为N、S极交替排列，根据动子冲锤的长度及行程要求排列永磁体的长度，所述动子冲锤行程的两端设置冲程极限位置（141）和回程极限位置(142)，所述动子冲锤上固定安装有带铁芯的电磁线圈（4，7），线圈的排列方式按照三相A、B、C顺序，以三个为一组循环排列；动子冲锤非冲击一侧安装有相对位置检测装置（11），检测装置（11）由三个开关型霍尔传感器和一个线性型霍尔传感器组成，三个开关型霍尔传感器用来检测与定子上永磁体的相对位置，线性型霍尔传感器用来检测极限位置以控制动子冲锤的行程。

2.根据权利要求1所述的电磁直驱式冲击振动体，其特征在于，所述定子的永磁体（3，8）、电磁线圈（4，7）及三个检测相对位置的霍尔传感器之间的尺寸关系为：不同磁极的永磁体之间、不同相的动子线圈之间在动子运动方向上的尺寸相等，且两个永磁体的尺寸等于三个线圈的尺寸，第一个霍尔传感器距离其最近的线圈距离为3/4个线圈尺寸，后两个霍尔传感器距离前一个的距离分别为1/2个线圈尺寸，霍尔传感器的信号传递给控制及驱动器，控制三相线圈的供电大小及方向。