CN112688532B - 一种驱动力均衡的大行程电磁驱动装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种驱动力均衡的大行程电磁驱动装置及其控制方法，所述装置包括壳体、片状线圈、导电滑触板、动磁铁和碳刷；所述片状线圈依次紧贴并环绕于壳体外部，相邻片状线圈首尾相连并依次与所述导电滑触板连接，所述碳刷与动磁铁在壳体内可沿轴线方向同步运动，两个碳刷与导电滑触板接触，通过线圈形成电流回路，利用得电线圈产生的电磁场与动磁铁磁场的几何中心始终存在同一方向的错位，使得动磁铁始终受到一个同一方向的电磁推(或拉)力进行运动，改变电流方向即可改变动磁铁的运动方向。

Description

一种驱动力均衡的大行程电磁驱动装置及其控制方法

技术领域

本发明属于电磁驱动技术领域，特别涉及一种驱动力均衡的大行程电磁驱动装置及其控制方法。

背景技术

随着工业的发展以及无处不在的自动化技术应用，一些结构简单、动作迅速、控制方便、能适应各种环境的动力输出装置扮演的角色越来越重要；例如，电磁驱动装置等，特别是推拉式电磁驱动装置。然而，传统的推拉式电磁驱动装置，普遍采用闭合磁路的动铁、静铁结构，电磁驱动力的大小与磁路的间隙有关，间隙越小，产生的电磁力越大，当动铁芯和静铁芯远离时，电磁力急剧减小，大大限制了动铁芯的有效行程。

尽管以往也有采用开放的磁路***，无需导磁材料构成闭合磁路，规避了磁路间隙问题，从而实现较大行程的电磁驱动装置。例如，申请号为201010175164.X的中国发明专利，其利用通电空心线圈对永磁铁有电磁力的作用，采用开放的磁路***，从而能产生较大的行程，但其结构较复杂，且需要增加位置检测传感器和精准的电源控制，在运动过程中要随时检测或判断线圈与动磁铁之间的相对位置，然后根据一定原则确定需要通电的线圈及通电方向，一旦位置检测传感器和电源控制失效或者不准，或者两者配合不准确，该装置就无法正常工作，可靠性较弱。

发明内容

本发明的目的在于提供一种驱动力均衡的大行程电磁驱动装置及其控制方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明的装置，无需位置检测和精准的电源控制即可实现极大行程，增加线圈即可增加行程，可靠性较强；能够在大行程范围内提供均衡的电磁力。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种驱动力均衡的大行程电磁驱动装置，包括：

壳体，所述壳体的内壁沿轴线方向固定设置有n个导电滑触板，所述壳体的外壁沿轴线方向固定设置有n个片状线圈，n≥2；n个导电滑触板与n个片状线圈依次对应电连接；n个片状线圈中，相邻的片状线圈以首尾相连的方式电连接；

动磁铁，所述动磁铁可且仅可沿所述壳体轴线方向滑动的设置于所述壳体内；所述动磁铁的两端分别固定设置有碳刷，两个碳刷分别用于与电源的两极电连接；两个碳刷之间彼此绝缘，两个碳刷分别与不同的导电滑触板接触，实现电连接；

其中，所述壳体由不导磁材料制成；所述导电滑触板、碳刷由无磁性材料制成；

所述片状线圈的绕线方向满足同一电流回路内的所有得电的片状线圈中的电流流向相同；

所述片状线圈与与其连接的导电滑触板的几何中心，在所述壳体的轴线方向存在预设的错位距离；所述错位距离满足：动磁铁滑动到任何位置，利用得电的片状线圈产生的电磁场与动磁铁磁场的几何中心始终存在同一方向的错位，使得动磁铁始终受到一个同一方向的电磁推力或拉力进行运动。

本发明的进一步改进在于，所述导电滑触板内嵌或贴合于所述壳体的内壁上，并在壳体内壁的一侧沿壳体的轴线方向排列；导电滑触板之间按预定间隔等距排列，彼此绝缘；n个导电滑触板的内侧面形成一条沿壳体轴线方向的滑道，用于实现与碳刷依次接触；

所述导电滑触板直接贯穿或者通过其外侧面的突起贯穿所述壳体的外壁，用于实现与片状线圈电连接。

本发明的进一步改进在于，所述片状线圈的厚度尺寸与相邻的两个导电滑触板的中心点之间的距离相等。

本发明的进一步改进在于，所述动磁铁为钕铁硼永磁铁。

本发明的进一步改进在于，还包括：直流电源，所述直流电源的两极分别通过电缆与两个碳刷相连接；所述直流电源输出电流的大小和方向可调。

本发明的进一步改进在于，所述电缆为弹簧电缆；或者，所述电缆通过弹性收纳杆缠绕。

本发明的进一步改进在于，还包括：限位块，所述限位块用于限制所述动磁铁的最大运动位置，保证碳刷始终接触到导电滑触板；所述限位块由软质材料制成。

本发明的进一步改进在于，还包括：输出件，所述输出件固定设置于所述动磁铁。

本发明的进一步改进在于，所述壳体内固定设置有滑杆或滑槽，所述动磁铁可且仅可沿所述壳体轴线方向滑动的设置于所述滑杆或滑槽上。

本发明的一种驱动力均衡的大行程电磁驱动装置的控制方法，包括以下步骤：

沿壳体轴线方向从起始端向末尾端，将n个片状线圈依次编号为L1、L2、…、Li、…、Ln，1≤i≤n；

将两个碳刷分别与直流电源的两极电连接；两个碳刷与不同的导电滑触板相接触，使得片状线圈Li+1、Li+2、...、Li+k得电，其中，i≥1，2≤i+k≤n；

得电的片状线圈Li+1、Li+2、...、Li+k共同产生一个沿轴线方向的电磁场，电磁场的几何中心与所述动磁铁的几何中心在沿所述壳体轴线方向上存在预定的错位距离；动磁铁受到得电的片状线圈产生的电磁场的推力或拉力进行运动；

其中，在动磁铁运动的过程，两个碳刷也同步运动；在两个碳刷运动的过程中，与其接触的导电滑触板也同步变化，使得得电的片状线圈同步变化，使得得电的片状线圈产生的电磁场的几何中心也同步变化；

通过改变电流的通电方向，改变动磁铁的运动方向；通过调整电流的大小，调整动磁铁的输出力大小或者运动速度。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开的驱动力均衡的大行程电磁驱动装置，无需位置检测和精准的电源控制即可实现极大行程，增加线圈即可增加行程，且能在大行程范围内提供均衡的电磁力；在动磁铁的整个运动过程中，得电线圈产生的电磁场的几何中心和动磁铁的几何中心在沿所述壳体轴线方向上的方位不变、距离也基本保持不变，在得电线圈产生的电磁场强度也基本不变的情况下，动磁铁所受到的电磁驱动力也基本保持均衡，并向预设方向继续运动；本发明结构简单、设计巧妙、控制容易、成本低、可应用于各种环境，具有现实意义和良好的应用前景。具体地：

(1)动磁铁的行程大，行程可以根据需要任意设计，只要片状线圈个数足够多，就能获得任意大的行程；

(2)在动磁铁的整个运动过程中，提供的电磁驱动力基本保持均衡，可以满足对输出动力要求均衡的场景；

(3)在动磁铁运动过程中，得电片状线圈也在同步变化，即同一个片状线圈只是短时间通电，因此可以增大电流的大小而不会出现因线圈长时间通电导致发热过大的问题，从而可以获得更大的电磁驱动力输出。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的一种驱动力均衡的大行程电磁驱动装置的结构示意图；

图2是本发明一实施例中，磁场方向、磁场几何中心、动磁铁受力方向和运动方向的示意图；

图3是本发明又一实施例中，磁场方向、磁场几何中心、动磁铁受力方向和运动方向的示意图；

图4是本发明又一实施例中，磁场方向、磁场几何中心、动磁铁受力方向和运动方向的示意图；

图5是本发明又一实施例中，磁场方向、磁场几何中心、动磁铁受力方向和运动方向的示意图；

图6是本发明又一实施例中，磁场方向、磁场几何中心、动磁铁受力方向和运动方向的示意图；

图中，1、壳体；2、导电滑触板；

3、片状线圈；31、1号线圈；32、2号线圈；33、3号线圈；34、4号线圈；35、5号线圈；36、6号线圈；37、7号线圈；38、8号线圈；

4、动磁铁；41、1号动磁铁；42、2号动磁铁；43、3号动磁铁；44、4号动磁铁；

5、碳刷；6、直流电源；7、电缆；8、滑套；9、滑杆；10、限位块；11、输出件。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例。基于本发明公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，都应属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例的一种驱动力均衡的大行程电磁驱动装置，包括：壳体、导电滑触板、片状线圈、动磁铁、碳刷、直流电源、电缆、滑套、滑杆、限位块和输出件。

其中，所述壳体是由不导磁的材料制成，内部为一腔体结构。

所述导电滑触板的数量为n，n≥2，导电滑触板内嵌或贴合于所述壳体的内壁上，并在壳体内壁的一侧沿壳体的轴线方向整齐排列，同时导电滑触板直接贯穿或者通过其外侧面的突起贯穿壳体的外壁，使得导电滑触板与壳体外部以电的方式相连通；具体地，导电滑触板之间按一定间隔等距排列，彼此绝缘；所述导电滑触板的内侧面平整光滑，整齐排列后形成一条沿壳体轴线方向的平滑滑道。

所述片状线圈的数量等于所述导电滑触板的数量n，片状线圈依次紧贴并环绕于所述壳体外部，相邻片状线圈首尾相连并依次与导电滑触板连接，片状线圈的厚度与相邻两个导电滑触板的中心点距离相等；所述片状线圈的绕线方向满足同一电流回路内的所有得电片状线圈中的电流流向相同，即满足同一电流回路内的所有得电片状线圈产生的电磁场方向相同。

所述动磁铁为中间设有通孔的永磁铁，动磁铁沿轴线方向充磁，所述滑套安装在动磁铁的通孔内，与动磁铁形成一体，同步运动。

所述碳刷安装在所述动磁铁两端的相对应位置，两个碳刷之间彼此绝缘，两个碳刷之间存在一定距离，确保在任何时候，两个碳刷不会与同一个所述导电滑触板同时接触，碳刷与动磁铁形成一体，同步运动。

所述滑杆作为滑轨，安装在所述壳体的腔体内，滑杆的轴线与壳体轴线共线或者平行，所述动磁铁通过滑套套装在滑杆上；所述滑杆的横截面为非圆形，所述滑套的横截面形状与滑杆的横截面对应，使所述滑套、动磁铁和碳刷以滑杆作为滑轨，只能沿壳体轴线方向***，无法在壳体内旋转；或者，所述滑杆的横截面为圆形，所述滑套的横截面形状与滑杆的横截面对应，滑杆上设有定位杆，滑套对应位置设有定位槽，定位杆与定位槽配合，使所述滑套、动磁铁和碳刷以滑杆作为滑轨，只能沿壳体轴线方向***，无法在壳体内旋转。

本发明实施例的一种驱动力均衡的大行程电磁驱动装置的控制方法，包括以下步骤：

首先沿所述壳体轴线方向从起始A端向末尾B端将n个所述片状线圈依次编号为L1、L2、…、Li、…、Ln，沿同样的方向将n个导电滑触板依次编号为P1、P2、…、Pi、…、Pn，片状线圈Li和导电滑触板Pi的几何中心在所述壳体的轴线方向存在一定的错位距离，其中1≤i≤n；

控制动磁铁运动的具体步骤及原则如下：

(1)将两个所述碳刷分别与所述电源的两极相连，并通以直流电，所述碳刷与所述导电滑触板相接触后，使得所述片状线圈Li+1、Li+2、...、Li+k得电，其中i≥1，2≤i+k≤n；

(2)得电片状线圈Li+1、Li+2、...、Li+k共同产生一个沿轴线方向的电磁场，此电磁场的几何中心与所述动磁铁的几何中心在沿所述壳体轴线方向上存在一定的错位距离，此时动磁铁会受到得电片状线圈产生的电磁场的推(或拉)力进行运动；

(3)在动磁铁运动的过程，两个碳刷也同步运动，在两个碳刷运动的过程中，与其接触的导电滑触板也同步变化，从而使得得电的片状线圈也同步变化，进而使得得电片状线圈产生的电磁场的几何中心也同步变化；即，在动磁铁的整个运动过程中，得电片状线圈产生的电磁场的几何中心和动磁铁的几何中心在沿所述壳体轴线方向上的方位不变、距离也基本保持不变，在得电线圈产生的电磁场强度也基本不变的情况下，动磁铁所受到的电磁驱动力也基本保持均衡，并向预设方向继续运动；

(4)根据得电线圈产生的电磁场的几何中心和动磁铁的几何中心的相对位置，以及计划控制动磁铁运动的方向，判断片状线圈的通电方向，可以控制动磁铁向预设方向运动；

(5)改变电流的通电方向可以改变动磁铁的运动方向，调整电流的大小(或者调整电压的大小)可以调整电磁推(或拉)力的大小，从而调整动磁铁的输出力大小或者运动速度。

本发明实施例中，所述片状线圈Li和导电滑触板Pi的几何中心在所述壳体的轴线方向存在一定的错位距离，且该错位距离要满足无论动磁铁运动到什么位置，当前得电线圈产生的电磁场的几何中心和动磁铁的几何中心在沿所述壳体轴线方向上的方位保持不变，其距离也不宜太近或太远，保证任何时候得电线圈产生的电磁推(或拉)力足够驱动动磁铁继续运动，更优选的是使得动磁铁所受电磁推(或拉)力最大。

本发明实施例中，所述直流电源可以控制电流方向，并且可以调节输出电流的大小(或者输出电压的大小)。

本发明实施例中，所述电缆为弹簧电缆或者通过弹性收纳杆缠绕，一端与所述碳刷连接，当碳刷随所述动磁铁移位到远处，需要拉长电缆时，由于拉力大于收纳弹力，弹簧电缆被拉伸或者电缆从弹性收纳杆拉出；当碳刷随动磁铁移位到近端时，由于收纳弹力将拉长的电线收起。

本发明实施例中，在所述壳体的两端还安装有限位块，所述限位块为软质材料制成；其一方面作用在于限制所述动磁铁的运动位置，确保动磁铁不会脱离所述壳体，且保证两个所述碳刷始终接触到所述导电滑触板，从而保证通过所述片状线圈形成电流回路，另一方面是对所述动磁铁起到缓冲的作用，避免因运动冲击力损坏动磁铁。

本发明实施例中，所述碳刷沿所述壳体轴线方向上的宽度大于相邻两个导电滑触板之间的间隔，确保碳刷始终能与一个或者相邻两个导电滑触板接触，避免因运动到相邻两个导电滑触板中间而无法与任何一个导电滑触板接触。

本发明实施例中，所述碳刷与所述导电滑触板接触的平面，在碳刷沿所述壳体轴线方向运动过程中，始终与导电滑触板内侧面形成的平滑滑道接触，并沿滑道平滑滑动。

本发明实施例中，所述动磁铁是以所述滑杆作为滑轨，也可以换另一种方式，即在所述壳体内壁上设置两个滑槽，所述动磁铁上设置两个滑杆，滑杆能在对应的滑槽内滑动，从而使动磁铁只能沿壳体轴线方向***，无法在壳体内旋转。

本发明实施例中，所述输出件可以在所述动磁铁的两端都安装，或者只在动磁铁的一端安装，通过输出件将动磁铁的运动形式或力输出。

本发明实施例中的所述壳体、导电滑触板、碳刷、电缆、滑套、滑杆、限位块、输出件都为无磁性材料制成。所述滑杆和滑槽都为无磁性材料制成。

本发明实施例的装置具有的优点包括：

(1)动磁铁的行程大，行程可以根据需要任意设计，只要片状线圈个数足够多，就能获得任意大的行程；

(2)在动磁铁的整个运动过程中，提供的电磁驱动力基本保持均衡，可以满足对输出动力要求均衡的场景；

(3)在动磁铁运动过程中，得电片状线圈也在同步变化，即同一个片状线圈只是短时间通电，因此可以适当增大电流的大小而不会出现因线圈长时间通电导致发热过大，从而可以获得更大的电磁驱动力输出；

(4)本发明结构简单、设计巧妙、控制容易、成本低、可应用于各种环境。

实施例1

本发明实施例的一种由1个动磁铁构成的驱动力均衡的大行程电磁驱动装置，如图1所示，包括：内部为空腔结构的壳体1，多个导电滑触板2内嵌于所述壳体1的内壁上，并在壳体1内壁的一侧沿壳体1的轴线方向整齐排列，同时导电滑触板2贯穿壳体1的外壁，使得导电滑触板2与壳体1外部以电的方式相连通，导电滑触板2之间按一定间隔等距排列，彼此绝缘；所述导电滑触板2的内侧面平整光滑，整齐排列后形成一条沿壳体1轴线方向的平滑滑道。

多个片状线圈3依次紧贴并环绕于所述壳体1外部，相邻的片状线圈3首尾相连并依次与导电滑触板2连接，片状线圈3的厚度与相邻两个导电滑触板2的中心点距离相等；所述片状线圈3的绕线方向满足同一电流回路内的所有得电的片状线圈3中的电流流向相同，即满足同一电流回路内的所有得电片状线圈3产生的电磁场方向相同。

动磁铁4为中间设有通孔的钕铁硼永磁铁，所述动磁铁4沿轴线方向充磁，所述滑套8安装在动磁铁4的通孔内，与动磁铁4形成一体，同步运动；两个碳刷5安装在所述动磁铁4两端的相对应位置，两个所述碳刷5之间彼此绝缘且存在一定距离，确保在任何时候，两个所述碳刷5不会与同一个所述导电滑触板2同时接触，碳刷5与动磁铁4形成一体，同步运动。

滑杆9作为滑轨，安装在所述壳体1的腔体内，所述滑杆9的轴线与壳体1轴线共线或者平行，所述动磁铁4通过滑套8套在滑杆9上；所述滑杆9的横截面为非圆形，所述滑套8的横截面形状与滑杆9的横截面对应，使所述滑套8、动磁铁4和碳刷5以滑杆9作为滑轨，只能沿所述壳体1轴线方向***，无法在壳体1内旋转。

直流电源6可以控制电流方向和调节输出电流的大小(或者输出电压的大小)；电缆7为弹簧电缆，一端与所述碳刷5连接，一端与所述直流电源6连接，所述电缆7足够长，不会限制所述碳刷5的运动。

在所述壳体1的两端还安装有限位块10，用于限制所述动磁铁4的运动位置，确保动磁铁4不会脱离所述壳体1，且保证两个所述碳刷5始终接触到所述导电滑触板2，所述限位块10为软质材料制成，可以对所述动磁铁4起到缓冲的作用，避免因运动冲击力损坏动磁铁4。

在具体实施中，所述碳刷5沿所述壳体1轴线方向上的宽度大于相邻两个导电滑触板2之间的间隔，确保碳刷5始终能与一个或者相邻两个导电滑触板2接触，避免因运动到相邻两个导电滑触板2的中间而无法与任何一个导电滑触板2接触；所述碳刷5与所述导电滑触板2接触的平面，在碳刷5沿所述壳体轴线方向运动过程中，始终与导电滑触板2内侧面形成的平滑滑道接触，并沿滑道平滑滑动。

以上所述的壳体1、导电滑触板2、碳刷5、电缆7、滑套8、滑杆9、限位块10、输出件11都为无磁性材料制成。

请参阅图2至图4，本发明实施例中的运动过程，包括：首先沿所述壳体1轴线方向从起始A端向末尾B端将n个所述片状线圈3依次编号为31、32、…、3i、…、3n，沿同样的方向将n个导电滑触板2依次编号为21、22、…、2i、…、2n，片状线圈3i和导电滑触板2i的几何中心在所述壳体1的轴线方向存在一定的错位距离(本实例设置为相邻两个导电滑触板2的中心点距离)，其中1≤i≤n；作为示意的，1号线圈31、2号线圈32、3号线圈33、4号线圈34、5号线圈35、6号线圈36、7号线圈37、8号线圈38。

控制所述动磁铁4运动的具体步骤及原则如下：

第一阶段：将动磁铁4放置在本实施例装置的A端，两个碳刷5分别与直流电源6的两极相连，碳刷5与导电滑触板2相接触，使得2号线圈32、3号线圈33、4号线圈34、5号线圈35、6号线圈36、7号线圈37得电形成电流回路；

第二阶段：得电片状线圈共同产生一个沿轴线方向的电磁场，此电磁场的几何中心在动磁铁4的几何中心的B端方向，并且存在一定的错位距离，此时动磁铁4会受到得电片状线圈共同产生的电磁场的拉力作用下向B端运动，图2是本阶段的磁场方向、磁场几何中心、动磁铁受力方向和运动方向的示意图；

第三阶段：动磁铁4在电磁力的作用下向B端运动，两个碳刷5也同步运动，与碳刷5接触的导电滑触板2发生变化，从而使得得电片状线圈3也发生变化，如图3所示，此阶段3号线圈33、4号线圈34、5号线圈35、6号线圈36、7号线圈37得电形成电流回路；得电片状线圈共同产生一个沿轴线方向的电磁场，此电磁场的几何中心在动磁铁4的几何中心的B端方向，并且存在一定的错位距离，此时动磁铁4会受到得电片状线圈共同产生的电磁场的拉力作用下继续向B端运动，图3是本阶段的磁场方向、磁场几何中心、动磁铁受力方向和移动方向的示意图；继续按照上述过程可知，在动磁铁4的整个运动过程中，得电线圈3产生的电磁场的几何中心和动磁铁4的几何中心在沿壳体1轴线方向上的方位不变、距离也基本保持不变，在得电线圈3产生的电磁场强度也基本不变的情况下，动磁铁4所受到的电磁驱动力也基本保持均衡，并继续向B端运动；

第四阶段：当动磁铁4运动到本实施例装置的末尾B端时，由B端的限位块10进行缓冲和限位，动磁铁4停留在B端位置；

第五阶段：如果要控制动磁铁4向本实施例装置的起始A端运动，通过改变直流电源6的输出电流方向，即改变得电片状线圈3的电磁场方向，从而改变动磁铁4的受力方向使其向本实施例装置的A端运动，图4是本阶段的磁场方向、磁场中心位置、动磁铁受力方向和移动方向的示意图；

以上为本实施例的具体实施过程，另外，通过调整所述直流电源6的电流大小(或者电压大小)可以调整电磁推(或拉)力的大小，从而调整动磁铁4的输出力大小或者运动速度。

实施例2

本发明实施例的一种由2个动磁铁构成的驱动力均衡的大行程电磁驱动装置，本实施例与实施例1的区别在于，动磁铁为2个，其他部分与实施例1相同。

请参阅图5，本实施例中，1号动磁铁41、2号动磁铁42的磁极方向相反安装于滑套8上，位置固定且同步运动，本实施例的控制方法和运动过程与实施例1相同。图5是本实施例中，当1号动磁铁41处于本实施例装置的A端准备向B端运动时动磁铁位置、磁场方向、磁场几何中心、动磁铁受力方向和运动方向的示意图。

本实施例相对于实施例1，额外增加了一块动磁铁，从而增大了动磁铁所受电磁推(或拉)力的合力，通过输出件11对外输出更大的力或者速度。

实施例3

本发明实施例的一种由4个动磁铁构成的驱动力均衡的大行程电磁驱动装置，本实施例与实施例2的区别在于，本实施例中动磁铁和碳刷为实施例2的两倍，其他部分与实施例2相同。本实施例中1号动磁铁41、2号动磁铁42磁极方向相反，3号动磁铁43与2号动磁铁42磁极方向相同，4号动磁铁44与3号动磁铁43磁极方向相反，4个动磁铁都安装在滑套8上，位置固定且同步运动。本实施例的控制方法和运动过程与实施例2相同，图6是本实施例中，当1号动磁铁41处于本实施例装置的A端准备向B端运动时动磁铁位置、磁场方向、磁场几何中心、动磁铁受力方向和运动方向的示意图。

本实施例相对于实施例2，额外增加了一组动磁铁，从而使得动磁铁所受电磁推(或拉)力的合力增加一倍，通过输出件11对外输出更大的力，适合需要大驱动力输出的应用场景。

上述各实施例中动磁铁的个数只是举例说明，并不构成对动磁铁数量的限制，可以根据需要改变动磁铁的数量。

综上，本发明公开了一种驱动力均衡的大行程电磁驱动装置及其控制方法，所述装置包括壳体、片状线圈、导电滑触板、动磁铁、碳刷。所述片状线圈依次紧贴并环绕于壳体外部，相邻片状线圈首尾相连并依次与所述导电滑触板连接，所述碳刷与动磁铁在壳体内可沿轴线方向同步运动，两个碳刷与导电滑触板接触，通过线圈形成电流回路，利用得电线圈产生的电磁场与动磁铁磁场的几何中心始终存在同一方向的错位，使得动磁铁始终受到一个同一方向的电磁推(或拉)力进行运动，改变电流方向即可改变动磁铁的运动方向。本发明结构简单、设计巧妙、控制容易，增加线圈即可增加行程，解决了传统电磁驱动装置行程短、或者需要位置检测和精准复杂的控制实现大行程等问题，具有很高的实施价值。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种驱动力均衡的大行程电磁驱动装置，其特征在于，包括：

壳体(1)，所述壳体(1)的内壁沿轴线方向固定设置有n个导电滑触板(2)，所述壳体(1)的外壁沿轴线方向固定设置有n个片状线圈(3)，其中，n≥2；n个导电滑触板(2)与n个片状线圈(3)依次对应电连接；n个片状线圈(3)中，相邻的片状线圈(3)以首尾相连的方式电连接；

动磁铁(4)，所述动磁铁(4)可且仅可沿所述壳体(1)轴线方向滑动的设置于所述壳体(1)内；所述动磁铁(4)的两端分别固定设置有碳刷(5)，两个碳刷(5)分别用于与电源的两极电连接；两个碳刷(5)之间彼此绝缘，两个碳刷(5)分别与不同的导电滑触板(2)接触，实现电连接；

其中，n个片状线圈(3)的绕线方向满足同一电流回路内的所有得电的片状线圈(3)中的电流流向相同；

片状线圈(3)与与其连接的导电滑触板(2)的几何中心，在所述壳体(1)的轴线方向存在预设的错位距离；所述错位距离满足：动磁铁(4)滑动到任何位置，利用得电的片状线圈(3)产生的电磁场与动磁铁(4)磁场的几何中心始终存在同一方向的错位，使得动磁铁(4)始终受到同一方向的电磁推力或拉力；

其中，

所述导电滑触板(2)内嵌或贴合于所述壳体(1)的内壁上，并在壳体(1)内壁的一侧沿壳体(1)的轴线方向排列；导电滑触板(2)之间按预定间隔等距排列，彼此绝缘；n个导电滑触板(2)的内侧面形成一条沿壳体(1)轴线方向的滑道，用于实现与碳刷(5)的依次接触；所述导电滑触板(2)直接贯穿或者通过其外侧面的突起贯穿所述壳体(1)的外壁，用于实现与片状线圈(3)电连接；

所述片状线圈(3)的厚度尺寸与相邻的两个导电滑触板(2)的中心点之间的距离相等；所述碳刷(5)沿所述壳体(1)轴线方向上的宽度大于相邻两个导电滑触板(2)之间的间隔。

2.根据权利要求1所述的一种驱动力均衡的大行程电磁驱动装置，其特征在于，所述动磁铁(4)为钕铁硼永磁铁；所述动磁铁(4)沿轴线方向充磁；所述动磁铁(4)的数量为1个或多个。

3.根据权利要求1所述的一种驱动力均衡的大行程电磁驱动装置，其特征在于，还包括：

直流电源(6)，所述直流电源(6)的两极分别通过电缆与两个碳刷(5)相连接；所述直流电源(6)输出电流的大小和方向可调。

4.根据权利要求3所述的一种驱动力均衡的大行程电磁驱动装置，其特征在于，所述电缆(7)为弹簧电缆；

或者，所述电缆(7)通过弹性收纳杆缠绕。

5.根据权利要求1所述的一种驱动力均衡的大行程电磁驱动装置，其特征在于，还包括：

限位块(10)，所述限位块(10)用于限制所述动磁铁(4)的最大运动位置，保证碳刷(5)始终接触到导电滑触板(2)；所述限位块(10)由软质材料制成。

6.根据权利要求1所述的一种驱动力均衡的大行程电磁驱动装置，其特征在于，还包括：

输出件(11)，所述输出件(11)固定设置于所述动磁铁(4)。

7.根据权利要求1所述的一种驱动力均衡的大行程电磁驱动装置，其特征在于，所述壳体(1)内固定设置有滑杆或滑槽，所述动磁铁(4)可且仅可沿所述壳体(1)轴线方向滑动的设置于所述滑杆或滑槽上；滑杆或滑槽的轴线与壳体(1)的轴线共线或者平行。

8.一种权利要求1所述的驱动力均衡的大行程电磁驱动装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

沿壳体轴线方向从起始端向末尾端，将n个片状线圈依次编号为L1、L2、…、Li、…、Ln，1≤i≤n；

将两个碳刷分别与直流电源的两极电连接；两个碳刷与不同的导电滑触板相接触，使得片状线圈Li+1、Li+2、...、Li+k得电，其中，i≥1，2≤i+k≤n；

得电的片状线圈Li+1、Li+2、...、Li+k共同产生一个沿轴线方向的电磁场，电磁场的几何中心与所述动磁铁的几何中心在沿所述壳体轴线方向上存在预定的错位距离；动磁铁受到得电的片状线圈产生的电磁场的推力或拉力进行运动；

其中，在动磁铁运动的过程，两个碳刷也同步运动；在两个碳刷运动的过程中，与其接触的导电滑触板也同步变化，使得得电的片状线圈同步变化，使得得电的片状线圈产生的电磁场的几何中心也同步变化；

通过改变电流的通电方向，改变动磁铁的运动方向；通过调整电流的大小，调整动磁铁的输出力大小或者运动速度。