CN116915017B - 线性致动装置、升降设备、控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种线性致动装置、升降设备、控制方法，线性致动装置包括：线性单元，以及用于驱动线性单元直线运动的驱动单元；与驱动单元连接的电磁缓冲单元，电磁缓冲单元被配置成在驱动单元失速时产生阻止力矩以降低线性单元的运动速度。本发明通过采用电磁缓冲单元实现对驱动轴的减速，一方面，不会对驱动轴的正常工作产生速度限制，以保证驱动轴的高速运转；另一方面，不会对旋转中的驱动轴形成额外的能量损耗，从而提高了驱动轴的转动效率。

Description

线性致动装置、升降设备、控制方法

技术领域

本发明涉及线性致动技术领域，具体涉及一种线性致动装置、升降设备、控制方法。

背景技术

线性致动装置是一种用于产生线性运动的装置。电动缸即为一种线性致动装置。电动缸可以用于升降设备的上下移动使用。在实际使用时，出现突然断电的情况，电动缸会抱死，导致升降设备停滞在空中。因为升降设备上一般会有工作人员在作业，升降设备停滞后，需要将升降设备慢慢回落至地面。

为了解决这一问题，现有方案是在减速机（减速机与电机的驱动轴传动连接）的一端安装机械式离心制动器，离心制动器与减速机的转轴永久连接，当升降设备回落时，离心制动器能够产生一定的阻力，阻止电机转动速度过快。

但是，现有的方式，离心制动器永久连接在减速机的转轴上，对电机正常工作时的转速也会产生限制，因为当电机转速超过一定值时，离心制动器就会起作用，因此，电机正常工作时的最大转速不能超过离心制动器的起效转速。这就导致电机轴的转动效率也会降低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：现有的减速制动方案会导致电动缸正常工作的转速受限，影响转动效率的技术问题。为此，本发明提供一种线性致动装置、升降设备、控制方法，采用电磁缓冲单元实现驱动单元的减速，不会影响驱动单元正常工作的转速，有利于提高转动效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种线性致动装置，包括：

线性单元，以及

用于驱动所述线性单元直线运动的驱动单元；

与所述驱动单元连接的电磁缓冲单元；

所述电磁缓冲单元被配置成在所述驱动单元失速时产生阻止力矩以降低所述线性单元的运动速度。

进一步的，还包括：控制元件，所述控制元件与所述电磁缓冲单元连接；所述控制元件被配置为调控所述线性单元运动速度的动态平衡。

进一步的，所述电磁缓冲单元包括：连接部件和磁性部件，所述连接部件与所述驱动单元的驱动轴相连接，所述磁性部件能够与所述连接部件磁性连接以减慢所述线性单元的运动速度。

进一步的，所述连接部件包括：连接法兰、弹性件和衔铁，所述连接法兰与所述驱动单元的驱动轴连接，所述衔铁通过所述弹性件与所述连接法兰连接。

进一步的，所述磁性部件包括：定子和设置在所述定子内部的线圈。

进一步的，所述衔铁与所述磁性部件相对设置，且所述衔铁与所述磁性部件之间具有气隙。

进一步的，所述电磁缓冲单元集成在所述驱动单元内部。

进一步的，所述连接法兰远离所述磁性部件的一端设有弹性挡圈，且所述弹性挡圈套设在所述驱动单元的驱动轴上。

进一步的，所述连接法兰与所述弹性挡圈之间设有垫片。

进一步的，所述驱动单元包括：驱动主体和后盖，所述驱动主体与所述后盖之间通过保护罩连接，所述保护罩内部形成一容纳空间，所述电磁缓冲单元位于所述容纳空间内。

进一步的，所述保护罩的一端连接有闷盖，所述闷盖与所述驱动单元的驱动轴之间通过轴承连接。

进一步的，所述驱动单元的驱动轴上还套设有隔套，所述隔套位于所述连接法兰靠近所述磁性部件的一端。

进一步的，所述后盖上设有操作手柄，拉动所述操作手柄时，能够释放所述驱动单元的制动部件对驱动轴的制动力。

进一步的，所述电磁缓冲单元安装在所述驱动单元的尾端或输出端。

进一步的，还包括：减速机，所述减速机的一端与所述驱动单元的输出端传动连接，所述电磁缓冲单元安装在所述减速机的另一端。

本发明还提供一种升降设备，包括：升降平台以及所述的线性致动装置。

本发明还提供一种所述的线性致动装置的控制方法，包括：

当驱动单元突然断电时，所述驱动单元的驱动轴抱死处于制动状态；当所述驱动单元解除制动时，驱动轴恢复转动状态，此时，电磁缓冲单元起作用，产生抵抗所述驱动单元的驱动轴转动的阻止力矩以使得所述驱动单元减速；所述阻止力矩大于驱动所述驱动轴旋转的驱动力矩，且阻止力矩小于使所述驱动轴停止旋转的制动力矩。

进一步的，当所述驱动单元的制动解除时，所述驱动单元的驱动轴反转倒驱线性单元缩回，此时，驱动轴转动会切割磁感线产生感应电流；控制元件接收该感应电流使得电磁缓冲单元得电，线圈产生磁力吸附衔铁，降低驱动轴的转动速度；当驱动轴转速降低时，产生的感应电流也随之降低，使得所述电磁缓冲单元产生的阻止力矩减小；阻止力矩减小又使得驱动轴的转速得以增加，产生的感应电流也随之增加，使得所述电磁缓冲单元产生的阻止力矩增加；由此，通过动态平衡的方式使得所述线性单元能够缓慢缩回。

本发明的有益效果是，

本发明的线性致动装置、升降设备、控制方法，通过采用电磁缓冲单元实现对驱动轴的减速，一方面，不会对驱动轴的正常工作产生速度限制，以保证驱动轴的高速运转；另一方面，不会对旋转中的驱动轴形成额外的能量损耗，从而提高了驱动轴的转动效率。

将电磁缓冲单元集成在驱动单元内，提高了驱动单元的高度集成性，减少了现有离心制动器外接所需的安装空间。

通过控制元件能够实现对线性单元在回落时的运动速度的动态调控，进一步的提升升降平台回落的稳定性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明实施例一的线性致动装置的剖视图。

图2是本发明实施例一的电磁缓冲单元集成在驱动单元内的结构示意图。

图3是本发明的实施例一的电磁缓冲单元的局部示意图。

图4是本发明实施例一操作手柄的结构示意图。

图5是本发明实施例一垫片的结构示意图。

图6是本发明实施例一的控制元件与线圈的连接示意图。

图7是本发明实施例三的线性致动装置的剖视图。

图8是本发明实施例三的电磁缓冲单元安装在减速机上的示意图。

图中：1、线性单元；2、驱动单元；3、电磁缓冲单元；4、弹性挡圈；5、闷盖；6、轴承；7、保护罩；8、隔套；9、操作手柄；10、控制元件；11、减速机；12、铜套；21、驱动主体；22、后盖；24、制动部件；25、限位槽；31、连接部件；32、磁性部件；33、气隙；34、垫片；231、容纳空间；311、连接法兰；312、弹性件；313、衔铁；321、定子；322、线圈；323、电源线。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

如图1至图6所示，本实施例的线性致动装置，包括：线性单元1、用于驱动线性单元1直线运动的驱动单元2、与驱动单元2连接的电磁缓冲单元3。电磁缓冲单元3被配置成在驱动单元2失速时产生阻止力矩以降低线性单元1的运动速度。

例如，电磁缓冲单元3可以集成在驱动单元2内部。在本实施例中，电磁缓冲单元3集成在驱动单元2的尾端。线性单元1例如是丝杆模组，驱动单元2例如是电机，当驱动单元2启动时，可以驱动线性单元1做直线伸缩运动。

例如，在本实施例中，电磁缓冲单元3与驱动单元2的驱动轴刚性连接，当电磁缓冲单元3起效时，能够对驱动单元2的驱动轴的转速进行限制，实现线性致动装置的减速。

与机械式离心制动器不同，本实施例的电磁缓冲单元3是通过电磁来实现对驱动单元2的驱动轴的缓冲减速。虽然电磁缓冲单元3是与驱动轴刚性连接的，但是，在驱动单元2正常的高速运转过程中，不会对驱动轴产生速度限制，也不会对旋转中的驱动轴形成额外的能量损耗，从而提高了驱动轴的转动效率。

具体的，电磁缓冲单元3包括：连接部件31和磁性部件32，连接部件31与驱动单元2的驱动轴相连接，磁性部件32能够与连接部件31磁性连接以减慢线性单元1的运动速度。需要说明的是，连接部件31与驱动轴是固定连接的，即，连接部件31可以跟随驱动轴的转动而做旋转运动。磁性部件32固定不动的，磁性部件32具有定子321和设置在定子321内部的线圈322。连接部件31包括：连接法兰311、弹性件312和衔铁313，连接法兰311套设在驱动单元2的驱动轴上，衔铁313通过弹性件312与连接法兰311连接。衔铁313与磁性部件32相对设置，且衔铁313与磁性部件32之间具有气隙33。

在本实施例中，线性致动装置还包括：控制元件10，控制元件10与电磁缓冲单元3连接，控制元件10被配置为调控线性单元1运动速度的动态平衡。线圈322通过电源线323与控制元件10连接。

需要说明的是，在驱动单元2正常工作时，电磁缓冲单元3处于断电状态，线圈322未产生磁力，衔铁313与磁性部件32分开，驱动轴可以自由转动。当驱动单元2断电时，驱动单元2抱死，此时，解除驱动单元2的制动后，驱动轴反向旋转切割驱动单元2内部磁体的磁感线产生感应电流，该感应电流被控制元件10接收，并使得电磁缓冲单元3得电。电磁缓冲单元3得电后产生磁力吸附衔铁313，产生一个阻止力矩，连接法兰311的转动速度减慢，从而降低驱动轴的转动速度。

当感应电流值较大时，电压值也较大，当电压过高时，电磁缓冲单元3会失效，导致缓冲减速效果失效。为了改善这一问题，本实施例将控制元件10设置为电流保护或者电压保护的电路模块，只需避免超负载工作即可。

需要说明的是，气隙33的大小会影响阻止扭矩的大小，气隙33越小，阻止扭矩越大。因此，可以通过改变气隙33的大小来改变扭矩的大小。

本实施例在连接法兰311远离磁性部件32的一端设有述弹性挡圈4，且弹性挡圈4套设在驱动单元2的驱动轴上。连接法兰311与弹性挡圈4之间设有垫片34。通过增设垫片34可以改变气隙33的大小。此外，由于连接部件31会跟随驱动轴转动，因此，还需要考虑连接部件31的轴向定位，防止在转动过程中因转速过快，连接部件31被甩出。为了解决这一问题，驱动轴上开设有限位槽25，弹性挡圈4位于限位槽25内，驱动单元2的驱动轴上还套设有隔套8，隔套8位于所述连接法兰311靠近所述磁性部件32的一端。通过弹性挡圈4和隔套8能够对连接部件31的轴向移动进行限制。另外，限位槽25的宽度大于弹性挡圈4的厚度，这样，在安装时，可以对连接部件31的轴向位置进行微调，也能够调整气隙33的大小。

例如，驱动单元2包括：驱动主体21和后盖22，驱动主体21与后盖22之间通过保护罩7连接，保护罩7内部形成一容纳空间231，电磁缓冲单元3位于容纳空间231内。保护罩7可以与驱动主体21可拆卸连接，也可以是固定连接。后盖22上设有操作手柄9，拉动操作手柄9时，能够释放驱动单元2的制动部件24对驱动轴的制动力。

由于本实施例的磁性部件32在通电后具有磁性，因此，需要进行隔磁处理，避免影响电机的运行。本实施例采用的方案是，保护罩7的一端连接有闷盖5，闷盖5与驱动单元2的驱动轴之间通过轴承6连接。即，闷盖5和保护罩7将电磁缓冲单元3隔离在容纳空间231内。隔套8位于磁性部件32内圈，隔套8与闷盖5相配合可以防止磁性部件32的磁场影响驱动主体21。例如，闷盖5、保护罩7和隔套8可以采用隔磁金属材料铝或铜。

例如，磁性部件32可以通过螺钉与闷盖5连接，以保证磁性部件32不会转动。制动部件24位于保护罩7和后盖22之间，操作手柄9通过连接杆与制动部件24连接。当驱动单元2突然断电抱死时，制动部件24将驱动轴锁死，此时，工作人员拉动操作手柄9可以将制动部件24松开，使得驱动轴能够自由转动。

线性致动装置可以驱动升降平台上下移动，当线性致动装置在工作中突然出现断电时，驱动轴被制动部件24抱死，升降平台被停滞在空中，非常危险，此时，需要将升降平台慢慢回落至地面。如果没有电磁缓冲单元3，工作人员拉动操作手柄9将制动部件24松开，驱动轴得以转动，此时，在升降平台重力作用下，线性单元1回缩，驱动轴开始反转，且驱动轴转动速度较快，升降平台下落非常快，容易出现事故。在本实施例中，工作人员拉动操作手柄9后，电磁缓冲单元3对驱动轴的转动产生一定的阻止力矩，以降低驱动轴的转动速度，从而降低平台的下落速度。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于，电磁缓冲单元3安装在驱动单元2的输出端（即前端）。

实施例三

如图7至图8所示，本实施例与实施例一的区别在于，电磁缓冲单元3安装在减速机11上。需要说明的是，线性致动装置还包括减速机11和传动部件，减速机11的传动轴的一端通过联轴器与驱动单元2的驱动轴传动连接，减速机11的传动轴通过传动部件与线性单元1连接。这样，当驱动单元2启动时，可以带动减速机11的传动轴转动，通过传动部件使得线性单元1做直线伸缩运动。

本实施例将电磁缓冲单元3安装在减速机11的传动轴的另一端。减速机11的另一端连接有保护罩7，电磁缓冲单元3位于保护罩7内部。其中，磁性部件32通过螺钉与保护罩7连接，连接部件31安装在减速机11的传动轴上。当驱动单元2的驱动轴抱死时，减速机11的传动轴也停止，松开制动部件24时，驱动单元2和减速机11均可恢复转动。当电磁缓冲单元3通电时，对连接部件31产生一个扭矩，从而对减速机11的传动轴形成一个阻止力矩，以减小驱动单元2的驱动轴的转动速度。在本实施例中，限位槽25设置在减速机11的传动轴上，传动轴的端部套设有铜套12，铜套12通过螺钉与传动轴连接，铜套12、弹性挡圈4分别位于连接部件31的两端，对连接部件31的轴向位置进行定位。

本实施例的减速缓冲原理与实施例一相同，此处不再展开详细描述。

实施例四

本实施例提供一种升降设备，包括：升降平台以及实施例一或实施例二或实施例三的线性致动装置。

通过线性致动装置能够驱动升降平台上下移动，通过升降平台可以驱动剪叉式支架、高空作业设备、起重机等设备的承载平台。当升降平台突然断电需要应急下降时，需要对升降平台进行减速回落保护。此时，工作人员拉动操作手柄9后，电磁缓冲单元3对驱动轴的转动产生一定的阻止力矩，以降低驱动轴的转动速度，从而降低平台的下落速度，从而能够对位于升降平台上的作业人员起到有效保护作用。

实施例五

本实施例提供一种线性致动装置的控制方法，包括：当驱动单元2突然断电时，驱动单元2的驱动轴抱死处于制动状态；当驱动单元2解除制动时，驱动轴恢复转动状态，此时，电磁缓冲单元3起作用，产生抵抗驱动单元2的驱动轴转动的阻止力矩以使得驱动单元2减速；阻止力矩大于驱动驱动轴旋转的驱动力矩，且阻止力矩小于使驱动轴停止旋转的制动力矩。

当驱动单元2的制动解除时，驱动单元2的驱动轴反转倒驱线性单元1缩回，此时，驱动轴转动时会切割磁感线（这里的磁感线指驱动单元2自身内部磁体的磁感线）产生感应电流；控制元件10接收该感应电流使得电磁缓冲单元3得电，线圈322产生磁力吸附衔铁313，降低驱动轴的转动速度。当驱动轴转速降低时，切割磁感线的速度减慢，产生的感应电流也随之降低，衔铁313与线圈322之间的吸附力减小，使得所述电磁缓冲单元3产生的阻止力矩减小；阻止力矩减小又使得驱动轴的转速得以增加，切割磁感线的速度又会加快，产生的感应电流也随之增加，使得电磁缓冲单元3产生的阻止力矩增加，驱动轴的转速又会减慢。当驱动轴转速降低时，切割磁感线的速度减慢，产生的感应电流也随之降低，衔铁313与线圈322之间的吸附力减小，使得所述电磁缓冲单元3产生的阻止力矩减小，以此交替循环，使得驱动轴的转速保持在一个相对稳定的范围内，通过动态平衡的方式使得线性单元1能够缓慢缩回。

综上所述，本发明的线性致动装置、升降设备、控制方法，通过采用电磁缓冲单元3实现对驱动轴的减速，一方面，不会对驱动轴的正常工作产生速度限制，以保证驱动轴的高速运转；另一方面，不会对旋转中的驱动轴形成额外的能量损耗，从而提高了驱动轴的转动效率。此外，将电磁缓冲单元3集成在驱动单元2内，提高了驱动单元2的高度集成性，减少了现有离心制动器外接所需的安装空间。通过控制元件10能够通过动态平衡的方式使得线性单元1能够缓慢缩回。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要如权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (15)

1.一种线性致动装置，其特征在于，包括：

线性单元（1），以及

用于驱动所述线性单元（1）直线运动的驱动单元（2）；

与所述驱动单元（2）连接的电磁缓冲单元（3）；

所述电磁缓冲单元（3）被配置成在所述驱动单元（2）失速时产生阻止力矩以降低所述线性单元（1）的运动速度；所述电磁缓冲单元（3）内设有线圈（322）和衔铁（313）；

控制元件（10），所述控制元件（10）与所述电磁缓冲单元（3）连接；所述控制元件（10）被配置为调控所述线性单元（1）运动速度的动态平衡；

其中，当驱动单元（2）突然断电时，所述驱动单元（2）的驱动轴抱死处于制动状态；

当所述驱动单元（2）解除制动时，驱动轴恢复转动状态，所述驱动单元（2）的驱动轴反转倒驱线性单元（1）缩回，此时，驱动轴转动会切割磁感线产生感应电流；

控制元件（10）接收该感应电流使得电磁缓冲单元（3）得电，线圈（322）产生磁力吸附衔铁（313），降低驱动轴的转动速度；阻止力矩大于驱动所述驱动轴旋转的驱动力矩，且阻止力矩小于使所述驱动轴停止旋转的制动力矩；

当驱动轴转速降低时，产生的感应电流也随之降低，使得所述电磁缓冲单元（3）产生的阻止力矩减小；阻止力矩减小又使得驱动轴的转速得以增加，产生的感应电流也随之增加，使得所述电磁缓冲单元（3）产生的阻止力矩增加；由此，通过动态平衡的方式使得所述线性单元（1）能够缓慢缩回。

2.如权利要求1所述的线性致动装置，其特征在于，所述电磁缓冲单元（3）包括：连接部件（31）和磁性部件（32），所述连接部件（31）与所述驱动单元（2）的驱动轴相连接，所述磁性部件（32）能够与所述连接部件（31）磁性连接以减慢所述线性单元（1）的运动速度。

3.如权利要求2所述的线性致动装置，其特征在于，所述连接部件（31）包括：连接法兰（311）、弹性件（312）和衔铁（313），所述连接法兰（311）与所述驱动单元（2）的驱动轴连接，所述衔铁（313）通过所述弹性件（312）与所述连接法兰（311）连接。

4.如权利要求2所述的线性致动装置，其特征在于，所述磁性部件（32）包括：定子（321），所述线圈（322）设置在所述定子（321）内部。

5.如权利要求3所述的线性致动装置，其特征在于，所述衔铁（313）与所述磁性部件（32）相对设置，且所述衔铁（313）与所述磁性部件（32）之间具有气隙（33）。

6.如权利要求3所述的线性致动装置，其特征在于，所述电磁缓冲单元（3）集成在所述驱动单元（2）内部。

7.如权利要求6所述的线性致动装置，其特征在于，所述连接法兰（311）远离所述磁性部件（32）的一端设有弹性挡圈（4），且所述弹性挡圈（4）套设在所述驱动单元（2）的驱动轴上。

8.如权利要求7所述的线性致动装置，其特征在于，所述连接法兰（311）与所述弹性挡圈（4）之间设有垫片（34）。

9.如权利要求6所述的线性致动装置，其特征在于，所述驱动单元（2）包括：驱动主体（21）和后盖（22），所述驱动主体（21）与所述后盖（22）之间通过保护罩（7）连接，所述保护罩（7）内部形成一容纳空间（231），所述电磁缓冲单元（3）位于所述容纳空间（231）内。

10.如权利要求9所述的线性致动装置，其特征在于，所述保护罩（7）的一端连接有闷盖（5），所述闷盖（5）与所述驱动单元（2）的驱动轴之间通过轴承（6）连接。

11.如权利要求7所述的线性致动装置，其特征在于，所述驱动单元（2）的驱动轴上还套设有隔套（8），所述隔套（8）位于所述连接法兰（311）靠近所述磁性部件（32）的一端。

12.如权利要求9所述的线性致动装置，其特征在于，所述后盖（22）上设有操作手柄（9），拉动所述操作手柄（9）时，能够释放所述驱动单元（2）的制动部件（24）对驱动轴的制动力。

13.如权利要求6所述的线性致动装置，其特征在于，所述电磁缓冲单元（3）安装在所述驱动单元（2）的尾端或输出端。

14.如权利要求1所述的线性致动装置，其特征在于，还包括：减速机（11），所述减速机（11）的一端与所述驱动单元（2）的输出端传动连接，所述电磁缓冲单元（3）安装在所述减速机（11）的另一端。

15.一种升降设备，其特征在于，包括：升降平台以及如权利要求1～14任一项所述的线性致动装置。