CN116292709A - 磁力大小可调的磁弹簧、磁力调节方法及z轴驱动模组 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磁力大小可调的磁弹簧、磁力调节方法及Z轴驱动模组，其包括定子与动子；所述定子包括竖直的且左右相对设置的一对第一磁性板，所述一对第一磁性板之间形成有竖向通道，所述第一磁性板的相对侧表面上充磁有第一磁极；所述动子包括第二磁性板，所述第二磁性板在上下运动过程中始终至少有部分位于所述竖向通道内且所述第二磁性板的顶部端面始终位于所述竖向通道所在高度范围内；所述第二磁性板面朝所述第一磁性板的表面上充磁有第二磁极、顶部端面上充磁有第三磁极，所述第一磁极与所述第二磁极相同，所述第三磁极与所述第一磁极相反。本发明结构小巧，空间占用小，且能够灵活的调节磁力大小以适用各种不同数值大小的配重。
Description
技术领域
本发明涉及直线电机模组的配重技术领域，更具体地说，本发明涉及一种磁力大小可调的磁弹簧、磁力调节方法及Z轴驱动模组。
背景技术
近年来，随着光通讯、半导体的高速发展，行业内的生产对贴片效率的要求越来越高。直线电机得出现和大规模应用，大大提升了设备的运行速度，提高了设备的贴装效率。但是直线电机与伺服丝杠机构有一个天然的不足，用在Z轴垂直升降方向，无法自带刹车***；且若无外力平衡运动部件的重力，则运动部件在向上加速过程中，驱动器需要向电机提供额外的电流以补偿重力，造成电机发热增加；在突然断电的情况下，运动部件会因重力跌落，造成损伤。因此，Z轴直驱机构在使用时一般都会设计重力补偿结构。目前，直线电机模组的重力补偿方式一般分为三种：
(1)恒力磁弹簧配重：恒力磁弹簧在其行程内提供的作用力大小恒定，具有导向功能，移动稳定，且能够即时响应，但成本较高；
(2)机械弹簧配重：机械弹簧刚度差，且力不恒定，只能在固定位置平衡重力，不能在升降模组形成范围内任意位置提供恒力进行重力补偿；
(3)气缸配重：气缸配重需要外接气路，通过外部电源控制气压和气压差，一方面无法解决断电部件跌落问题，另一方面平衡气压需要时间，不能做到即时响应，存在配重滞后的现象。
在配重要求高的使用场景中，一般会优选恒力磁弹簧进行重力补偿。现有技术中专利公开号为CN214799260U公开了一种Z轴气动配重结构、专利公开号为CN217935414U公开了一种Z轴直线电机模组，其均采用磁弹簧来进行重力补偿，亦或实现缓冲或断电防坠功能。但该两个结构中的磁弹簧存在以下缺点：
(1) 恒力磁弹簧仅仅包含定子和动子两个组件，属于完全无源器件，不需任何外部能量供应，安全系数很高。其中定子为永磁体，动子为电工纯铁材质的铁环，两者之间留有一定的气隙，气隙越大，磁阻越大，磁力也会减小；恒力磁弹簧一般通过改变气隙大小和磁环横截面积控制磁力，目前，一种结构的磁弹簧只适用于一种重力的补偿，当重力改变时，只能重新设计永磁体和铁环的规格，造成浪费，提高了设备制作成本；
(2)磁弹簧的设置行程一般要与Z轴活动立板的升降行程一致，使得磁弹簧的空间占用较大，进而加大了Z轴移载模组整体的空间占用，不利于小空间情形下的结构设计。
因此，有必要提供一种新的磁力大小可调的磁弹簧、磁力调节方法及Z轴驱动模组来解决上述技术问题。
发明内容
本发明的主要目的之一在于提供一种磁力大小可调的磁弹簧，结构小巧，空间占用小，且能够灵活的调节磁力大小以适用各种不同数值大小的配重。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种磁力大小可调的磁弹簧，其包括定子与动子；所述定子包括竖直的且左右相对设置的一对第一磁性板，所述一对第一磁性板之间形成有竖向通道，所述第一磁性板的相对侧表面上充磁有第一磁极；所述动子包括第二磁性板，所述第二磁性板在上下运动过程中始终至少有部分位于所述竖向通道内且所述第二磁性板的顶部端面始终位于所述竖向通道所在高度范围内；所述第二磁性板面朝所述第一磁性板的表面上充磁有第二磁极、顶部端面上充磁有第三磁极，所述第一磁极与所述第二磁极相同，所述第三磁极与所述第一磁极相反。
本发明的另一目的在于提供一种如上所述磁弹簧的磁力调节方法，通过调节所述第二磁性板在前后方向上伸入至所述竖向通道内的深度实现所述磁弹簧的磁力大小调节。
本发明的还一目的在于提供一种Z轴驱动模组，其包括固定立板、相对于所述固定立板进行Z轴运动的活动立板以及上述磁弹簧，所述定子固定在所述固定立板上，所述动子设置在所述活动立板上。
进一步的，所述定子包括固定在所述固定立板上的安装座，所述安装座具有竖向的且左右相对分布的一对立板，所述第一磁性板固定设置在两个所述立板的相对侧表面上。
进一步的，所述动子包括固定在所述活动立板上的安装板，所述安装板包括与所述竖向通道配合的作用部以及与所述活动立板连接的安装部；所述第二磁性板固定设置在所述作用部上。
进一步的，所述第二磁性板设置有两块且分别固定设置在所述作用部的左右两侧表面上。
进一步的，还包括调节所述第二磁性板在前后方向上伸入至所述竖向通道内深度的调节组件。
进一步的，所述调节组件包括至少一对连接杆与调节螺杆，所述安装板通过所述连接杆与所述活动立板连接在一起，且所述安装板相对于所述活动立板在前后方向上具有活动范围，该活动范围通过所述连接杆进行限定；所述调节螺杆穿过所述活动立板上的螺纹孔且其自由端与所述安装板固定连接。
进一步的，所述安装板设置在所述活动立板的旁侧。
进一步的，所述安装板设置在所述活动立板的后侧且位于所述活动立板与所述固定立板之间。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：结构小巧，空间占用小，且能够灵活的调节磁力大小以适用各种不同数值大小的配重。具体的，
（1）在定子部设置竖向相对的两个第一磁性板，且两个第一磁性板的相对表面上充磁第一磁极（如N极），构成充满有均匀分布磁场线的竖向通道；而在动子部设置第二磁性板，在第二磁性板至少部分伸入到该竖向通道内，且面朝第一磁性板的左右两个表面上充磁有与第一磁极相同的第二磁极（如N极），同时在顶端端部充磁有与第一磁极相反的第三磁极（如S极），使得动子部在竖向通道内始终能够受到恒定大小的磁浮力；
（2）本方案所设计的磁弹簧通过调节动子部上的第二磁性板伸入到定子部上的第一磁性板的前后深度即可实现磁浮力调节，实现了磁力大小的灵活可调，满足了各种不同负载的配重实现了灵活的重力补偿，适用性更好，通用性更强，当Z轴负载变换后无需更换磁弹簧，降低了成本；
（3）整个磁弹簧结构布局紧凑，位于固定立板与活动立板之间的空间中，充分利用了Z轴直线驱动模组中现有的结构空间，不额外占用安装空间，相比于原有的磁弹簧结构，降低了空间占用，更利于升降驱动模组的小型化结构设计；
（4）通过设置调节组件直接调节第二磁性板与第一磁性板之间的重叠深度，进而实现磁浮力大小的灵活调节，大大提高了磁浮力调节的便捷度。
附图说明
图1为本发明实施例的立体结构示意图；
图2为本发明实施例的侧视结构示意图；
图3为本发明实施例标记有磁极的动子与定子配合结构示意图；
附图标记为：
100-Z轴直线驱动模组；101-固定立板；102-活动立板；
1-定子，11-安装座，12-立板，13-第一磁性板，14-竖向通道；
2-动子，21-安装板，22-第二磁性板；
3-调节组件，31-连接杆，32-调节螺杆。
具体实施方式
请参照图1-图3，本实施例为一种Z轴直线驱动模组100，其固定立板101与活动立板102、以及用于实现重力补偿的磁弹簧（图中未标识）。所述磁弹簧包括设置在固定立板101上的定子1以及设置在活动立板102上的动子2；所述活动立板102上设置有调节组件3。
定子1包括固定在固定立板101上的安装座11，安装座11具有竖向的且左右相对分布的一对立板12，两个立板12的相对侧表面上设置有第一磁性板13，两个第一磁性板13之间形成有竖向通道14。两个第一磁性板13的相对侧表面上充磁有第一磁极，使得竖向通道14内充满磁场。
动子2包括固定在活动立板102上的安装板21，安装板21包括与竖向通道14配合的作用部211以及与活动立板102连接的安装部，所述作用部至少部分伸入至竖向通道14内，所述作用部的左右两侧表面上设置有第二磁性板22，第二磁性板22面朝第一磁性板13的表面上充磁有第二磁极、顶部端面上充磁有第三磁极，第一磁极与第二磁极相同，第三磁极与第一磁极相反。本实施例中第一磁极为N极，第二磁极为N极，第三磁极为S极。两个第一磁性板13构成定子部，两个第二磁性板22形成与所述定子部配合实现上下移动的动子部，所述动子部伸入至竖向通道14内且在竖向通道14内上下运动。
动子2在随活动立板102在上下运动过程中，第二磁性板22始终有部分伸入至竖向通道14内，且第二磁性板22的顶部始终位于竖向通道14所在高度范围内，以保障定子1在活动立板102的活动行程范围内始终保持对动子2的磁浮作用力。
通过两个第一磁性板13相对设置，并在相对侧的表面上充磁相同的第一磁极N极，确保了竖向通道14内的N极磁感线分布均匀，使得第二磁性板22在竖向通道14内的任意位置时，形成的磁场力均匀恒定，实现恒力作用。
本实施例的动子部需要满足面朝两个第一磁性板13的左右两侧表面充有与第一磁极相同的磁极，顶部端面上充磁与第一磁极相反的磁极，其制作比较复杂，成本比较高，本实施例采用两个第二磁性板22背靠背设置，安装板21上的所述作用部采用钢材质，两个第二磁性板22直接利用磁吸作用吸附设置在所述作用部上，既满足了所述动子部的磁力分布需求，有降低了制作难度和制作成本。
在其他实施例中，也可以采用一个第二磁性板22。
调节组件3主要用于调节第二磁性板22在前后方向上伸入至竖向通道14内的深度，即第二磁性板22在左右方向上投影在第一磁性板13上的投影图形中，该投影图形在前后方向上的宽度尺寸L。第二磁性板22***竖向通道14后受到的磁力大小主要来源于由第一磁性板13侧面N极和第二磁性板22顶部端面上的S极形成的磁场力，因此，第二磁性板22***的越深，则第二磁性板22上的S极区域进入到竖向通道14内的N极磁场区域内越多，磁场越多，磁感线越多，形成的磁场力也就越大。因此，所述宽度尺寸L越大，则动子2受到的磁浮力越大，反之动子2受到的磁浮力越小。因此，通过调节第二磁性板22在前后方向上伸入至竖向通道14内的深度，即可调节磁弹簧的磁力大小，以匹配各种不同负重的配重，实现重力补偿。
本实施例中，调节组件3包括连接活动立板102与安装板21的至少一对连接杆31，安装板21通过连接杆31与活动立板102连接在一起，且安装板21相对于活动立板102在前后方向上具有一定的活动范围，该活动范围可通过连接杆31进行限定。活动立板102上设置有调节安装板21在前后方向上陷入竖向通道14内深度的调节螺杆32。活动立板102上设置有螺纹孔（图中为表示），调节螺杆32的螺杆部穿过所述螺纹孔且其自由端与安装板21固定连接。
本实施例中安装板21设置在活动立板102的左侧或右侧，在其他实施例中，安装板21也可以设置在活动立板102的后侧，位于活动立板102与固定立板101之间。
所述Z轴直线驱动模组中，活动立板102通过滑块滑动设置在滑轨上，受驱动件驱动进行上下运动。所述滑块、所述滑轨以及所述驱动件与固定立板101相对固定，所述滑块、所述滑轨以及所述驱动件可固定在固定立板101上，也可与固定立板101共同固定在另一固定板上。
活动立板102与固定立板101在前后方向上具有间距，该间距为安装板21在前后方向上的位置调节提供了调节空间，以便实现第二磁性板22向后伸入竖向通道14内的深度调节。
本实施例磁力大小可调的磁弹簧，通过结构的优化设计，一方面实现了磁力大小的灵活可调，满足了各种不同负载的配重实现了灵活的重力补偿，适用性更好，通用性更强，当Z轴负载变换后无需更换磁弹簧，降低了成本；另一方面，整个磁弹簧结构布局紧凑，位于固定立板101与活动立板102之间的空间中，充分利用了Z轴直线驱动模组中现有的结构空间，不额外占用安装空间，相比于原有的磁弹簧结构，降低了空间占用，更利于升降驱动模组的小型化结构设计；另外，本方案所设计的磁弹簧通过调节动子部上的第二磁性板伸入到定子部上的第一磁性板的前后深度即可实现磁浮力调节，大大提高了磁浮力调节的便捷度。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种磁力大小可调的磁弹簧，其特征在于：其包括定子与动子；所述定子包括竖直的且左右相对设置的一对第一磁性板，所述一对第一磁性板之间形成有竖向通道，所述第一磁性板的相对侧表面上充磁有第一磁极；所述动子包括第二磁性板，所述第二磁性板在上下运动过程中始终至少有部分位于所述竖向通道内且所述第二磁性板的顶部端面始终位于所述竖向通道所在高度范围内；所述第二磁性板面朝所述第一磁性板的表面上充磁有第二磁极、顶部端面上充磁有第三磁极，所述第一磁极与所述第二磁极相同，所述第三磁极与所述第一磁极相反。
2.一种如权利要求1所述磁弹簧的磁力调节方法，其特征在于：通过调节所述第二磁性板在前后方向上伸入至所述竖向通道内的深度实现所述磁弹簧的磁力大小调节。
3.一种Z轴驱动模组，其特征在于：其包括固定立板、相对于所述固定立板进行Z轴运动的活动立板以及如权利要求1或2所述的磁弹簧，所述定子固定在所述固定立板上，所述动子设置在所述活动立板上。
4.如权利要求3所述的Z轴驱动模组，其特征在于：所述定子包括固定在所述固定立板上的安装座，所述安装座具有竖向的且左右相对分布的一对立板，所述第一磁性板固定设置在两个所述立板的相对侧表面上。
5.如权利要求3所述的Z轴驱动模组，其特征在于：所述动子包括固定在所述活动立板上的安装板，所述安装板包括与所述竖向通道配合的作用部以及与所述活动立板连接的安装部；所述第二磁性板固定设置在所述作用部上。
6.如权利要求5所述的Z轴驱动模组，其特征在于：所述第二磁性板设置有两块且分别固定设置在所述作用部的左右两侧表面上。
7.如权利要求5所述的Z轴驱动模组，其特征在于：还包括调节所述第二磁性板在前后方向上伸入至所述竖向通道内深度的调节组件。
8.如权利要求7所述的Z轴驱动模组，其特征在于：所述调节组件包括至少一对连接杆与调节螺杆，所述安装板通过所述连接杆与所述活动立板连接在一起，且所述安装板相对于所述活动立板在前后方向上具有活动范围，该活动范围通过所述连接杆进行限定；所述调节螺杆穿过所述活动立板上的螺纹孔且其自由端与所述安装板固定连接。
9.如权利要求5所述的Z轴驱动模组，其特征在于：所述安装板设置在所述活动立板的旁侧。
10.如权利要求5所述的Z轴驱动模组，其特征在于：所述安装板设置在所述活动立板的后侧且位于所述活动立板与所述固定立板之间。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20230623 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |