逆磁軸復(fù)線螺旋管型雙向應(yīng)衡器的制造方法
【專利說明】逆磁軸復(fù)線螺旋管型雙向應(yīng)衡器
[0001] 該發(fā)明涉及逆磁軸復(fù)線螺旋管型雙向應(yīng)衡器。
[0002] 電螺旋管又稱螺線管，原意指一層極細(xì)的圓線圈。它的通道與普通磁體相互作用 力弱，因此在力方面應(yīng)用極少。近年來，強(qiáng)磁體發(fā)展很快，市場上現(xiàn)有3000高斯磁鐵。我現(xiàn) 在利用這種條件發(fā)明有關(guān)產(chǎn)品。雙向應(yīng)衡器也稱直線電動(dòng)機(jī)，它主要由一根設(shè)制的磁導(dǎo)軸 穿過一組線圈通道構(gòu)成，線圈長度與伸出長度最大比例值為15 : 7。常用方式以額定線圈 電流值工作，直流電、非直流均可用。用直流電時(shí)，無負(fù)載時(shí)自動(dòng)伸出至最大值，伸出方向隨 電流方向確定；在有負(fù)載時(shí)，導(dǎo)軸與通道相對(duì)移動(dòng)位置是電流值的正向函數(shù)，線性良好；用 非直流電自動(dòng)循環(huán)滑動(dòng)。工作時(shí)導(dǎo)軸與通道間有一定的懸滑性。適用于自動(dòng)支撐、連續(xù)自 動(dòng)正、逆滑動(dòng)，測(cè)量各種力、控制位移、機(jī)器人活動(dòng)器件等。
[0003] 現(xiàn)在先參照附表和附圖，介紹該發(fā)明的原理、構(gòu)思及有關(guān)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)規(guī)范系列所 需用的實(shí)用公式來源。
[0004] 圖1是普通雙向應(yīng)衡器的試樣品。圖2是帶有散熱器的雙向應(yīng)衡器試樣品。圖3 和圖4是小型普通雙向應(yīng)衡器的試樣品。圖4是該試樣品的特性曲線。圖5和圖6是本產(chǎn) 品生產(chǎn)中線圈和導(dǎo)軸組合指導(dǎo)圖。
[0005] 圖7是本產(chǎn)品結(jié)構(gòu)剖面圖。其各部分的標(biāo)號(hào)和意義參考附表。
[0006] 在經(jīng)典物理學(xué)里，螺線管通道里磁通密度分布為：設(shè)線圈由載有電流I的n匝細(xì)導(dǎo) 線繞成。線圈長為L。，半徑為R。，線匝間的間隔比線圈半徑R。小，積分得出：線圈中心處的
磁率、半徑。
[0007] 我在有關(guān)實(shí)踐過程得出：普通空芯多層均勻分布的線圈載入電流時(shí)，產(chǎn)生線圈通 道磁通密度的分布曲線與原始螺旋線管相似，因此稱為復(fù)線螺旋管。雖然失去一些精確性， 而是建立雙向應(yīng)衡器的基本條件?？紤]線圈通道長度方向的磁通密度為兩端頭相等，中心 處為高峰。形如1 : 2 : 1。可以利用這個(gè)條件，設(shè)定導(dǎo)軸磁分布為SN*SN- (j)-NS-NS 或NS?NS-小一SN?SN形式，既構(gòu)成導(dǎo)軸磁性與線圈通道長度方向磁通密度的推力或拉 力關(guān)系。產(chǎn)品系列化之前，必須確定一條有關(guān)其結(jié)構(gòu)和功能及尺寸的參考公式，應(yīng)以物理學(xué)
[0008] 這里參照?qǐng)D3和圖4，舉一實(shí)例說明該種應(yīng)衡器有關(guān)結(jié)構(gòu)及尺寸的適應(yīng)關(guān)系。線圈 長度L。= 15mm，線圈基層直徑為2R。= 10mm，導(dǎo)軸直徑為2R= 9mm，導(dǎo)軸長度為L3 = 22mm， 在自由條件下對(duì)稱放置時(shí)，導(dǎo)軸伸出長度為2L2 = 22mm-15mm= 2X3. 5mm，可伸出最大長 度為7mm，線圈殼架厚度為0? 25mm，因而導(dǎo)軸實(shí)際伸出長度為6. 5mm。線圈繞數(shù)為n= 1950 匝。額定電流為64mA時(shí)，線圈基層半徑（R。）處磁鐵產(chǎn)生的磁場強(qiáng)度為2600GS= 0. 26wb/ m2。用測(cè)定線圈和導(dǎo)軸的相對(duì)拉脫重力為0.069kg。將其數(shù)據(jù)與期望公式套試融合，得出 力的上限范圍。
[0009] 現(xiàn)在對(duì)該發(fā)明產(chǎn)品系列方案的具體實(shí)施情況給以說明。
[0010] 1、參照?qǐng)D1、圖2、圖3、圖7。該產(chǎn)品系列的結(jié)構(gòu)主要由一組線圈SQ和導(dǎo)軸CZ組 成。一組線圈端子D^D2。接入額定電流下運(yùn)作。當(dāng)接入交流型電流時(shí)，導(dǎo)軸跟隨著電源頻 率在線圈通道直線方向正、反滑動(dòng)，連續(xù)正反滑動(dòng)頻率< 15Hz/S;當(dāng)接入直流時(shí)，導(dǎo)軸隨既 定的方向移動(dòng)，移動(dòng)至位置由導(dǎo)軸所承載力確定。
[0011] 根據(jù)復(fù)線螺旋管與原始螺旋管磁性共同性，既具有線圈兩端頭與中心處的磁通密 度值為I: 2 : 1特點(diǎn)，設(shè)定與其相對(duì)應(yīng)的導(dǎo)軸恒磁結(jié)構(gòu)。
[0012] 考慮到導(dǎo)軸磁性分布、線圈通道磁通密度分布、導(dǎo)軸輸出長度等形式不變關(guān)系， 在主結(jié)構(gòu)及其尺寸采用比例方式實(shí)施：選取導(dǎo)軸長度L3 = 22,線圈凈寬度L。= 15導(dǎo)軸最 大輸出長度為C= 7jPL3 :L。：C= 22 : 15 : 7。導(dǎo)軸長度1^3與直徑2R適宜比值為 22 : 8~10。線圈L。長度與線圈直徑2R。，適宜比例值為15 : 10。
[0013] 2、導(dǎo)軸CZ主要由強(qiáng)磁鐵和聯(lián)結(jié)器LZ(螺栓）及檔板DD構(gòu)成。疊壓型強(qiáng)磁鐵在導(dǎo) 軸長度中心小分成極性對(duì)斥、磁場感應(yīng)強(qiáng)度相同。參考圖5和圖6,為確定生產(chǎn)時(shí)產(chǎn)品系列 規(guī)范化及線圈電流和導(dǎo)軸與線圈通道相對(duì)位移方向，導(dǎo)軸中疊壓磁片的方向按照螺旋右手 定則實(shí)施：導(dǎo)軸磁片疊壓的形式為SN*SN- (4〇 -NS*NS對(duì)稱形式。既導(dǎo)軸兩端頭均為 磁塊的"S"面，軸中心小界為"N" 一 "N"。，在接近中心小處磁壓力大疊壓困難時(shí)，允許在 導(dǎo)軸中心小處留為空間或非導(dǎo)磁材料，其區(qū)間長度不大于導(dǎo)軸全長度的即磁空比最大 值為6 : 1。
[0014] 磁片方向、電流方向、導(dǎo)軸移動(dòng)方向的相容性，也可以用另一個(gè)方式確認(rèn)：按照螺 旋右手定則，令應(yīng)力器的螺旋管直線通道對(duì)照目光前方，這時(shí)，看著導(dǎo)軸磁片的"S"面，線圈 繞線方向是順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)方向。當(dāng)線圈的載入電流方向是順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)方向時(shí)，導(dǎo)軸向目光前 方移動(dòng)；電流反向時(shí)，導(dǎo)軸反向移動(dòng)。
FniaxS導(dǎo)軸磁性與線圈通道長度方向的磁性相對(duì)拉或推力上限范圍，F(xiàn)單位為kg。u0是空 氣導(dǎo)磁率4 X107H/m，n是線圈匝數(shù)。Bt是導(dǎo)軸恒磁場感應(yīng)在多層線圈基層處的強(qiáng)度。 S=JIRi。L。是線圈長度，I是載入線圈的電流值，K是參考系數(shù)，在該產(chǎn)品系列中K= 4，g= 9. 81N/kg〇
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 該產(chǎn)品系列的結(jié)構(gòu)主要由一組線圈SQ和導(dǎo)軸CZ組成。一組線圈端子口^%。接入 額定電流下運(yùn)作。當(dāng)接入交流型電流時(shí)，導(dǎo)軸跟隨著電源頻率在線圈通道直線方向正、反滑 動(dòng)，連續(xù)正反滑動(dòng)頻率< 15Hz/S;當(dāng)接入直流時(shí)，導(dǎo)軸隨既定的方向移動(dòng)，移動(dòng)至位置由導(dǎo) 軸所承載力確定。 根據(jù)復(fù)線螺旋管與原始螺旋管磁性共同性，既具有線圈兩端頭與中心處的磁通密度值 為1 : 2 : 1特點(diǎn)，設(shè)定與其相對(duì)應(yīng)的導(dǎo)軸恒磁結(jié)構(gòu)。 考慮到導(dǎo)軸磁性分布、線圈通道磁通密度分布、導(dǎo)軸輸出長度等形式不變關(guān)系，在主結(jié) 構(gòu)及其尺寸采用比例方式實(shí)施：選取導(dǎo)軸長度L3 = 22,線圈凈寬度L。= 15導(dǎo)軸最大輸出長 度為C= 7,即L3 :L。：C= 22 : 15 : 7。導(dǎo)軸長度L3與直徑2R適宜比值為22 : 8~ 10。線圈L。長度與線圈直徑2R。，適宜比例值為15 : 10。2. 依據(jù)權(quán)利要求1，導(dǎo)軸CZ主要由強(qiáng)磁鐵和聯(lián)結(jié)器LZ(螺栓）及檔板DD構(gòu)成。疊壓 型強(qiáng)磁鐵在導(dǎo)軸長度中心分成極性對(duì)斥、磁場感應(yīng)強(qiáng)度相同。參考圖5和圖6,為確定生 產(chǎn)時(shí)產(chǎn)品系列規(guī)范化及線圈電流和導(dǎo)軸與線圈通道相對(duì)位移方向，導(dǎo)軸中疊壓磁片的方向 按照螺旋右手定則實(shí)施：導(dǎo)軸磁片疊壓的形式為SN*SN-(?。┮籒S*NS對(duì)稱形式。既導(dǎo) 軸兩端頭均為磁塊的"S"面，軸中心小界為"N"一"N"。，在接近中心小處磁壓力大疊壓困 難時(shí)，允許在導(dǎo)軸中心小處留為空間或非導(dǎo)磁材料，其區(qū)間長度不大于導(dǎo)軸全長度的+，即 磁空比最大值為6 : 1。 磁片方向、電流方向、導(dǎo)軸移動(dòng)方向的相容性，也可以用另一個(gè)方式確認(rèn)：按照螺旋右 手定則，令應(yīng)力器的螺旋管直線通道對(duì)照目光前方，這時(shí)，看著導(dǎo)軸磁片的"S"面，線圈繞線 方向是順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)方向。當(dāng)線圈的載入電流方向是順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)方向時(shí)，導(dǎo)軸向目光前方移 動(dòng)；電流反向時(shí)，導(dǎo)軸反向移動(dòng)。3. 依據(jù)權(quán)利要求1，該發(fā)明產(chǎn)品系列設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中的實(shí)用公式為。其 中：意指線圈中心處的總磁通密度為，線圈L。長度遠(yuǎn)大于其半徑（L。>R。） 時(shí)，& = ^，F(xiàn)_為導(dǎo)軸磁性與線圈通道長度方向的磁性相對(duì)拉或推力上限范圍，F(xiàn)單位 為kg。u。是空氣導(dǎo)磁率4X10 7H/m，n是線圈匝數(shù)。BT是導(dǎo)軸恒磁場感應(yīng)在多層線圈基 層處的強(qiáng)度。S=HR2。。L。是線圈長度，I是載入線圈的電流值。K是參考系數(shù)，在該產(chǎn)品 系列中K= 4,g= 9. 81N/kg。
【專利摘要】該發(fā)明涉及逆磁軸復(fù)線螺旋管型雙向應(yīng)衡器。逆磁軸復(fù)線螺旋管型雙向應(yīng)衡器也稱直線電動(dòng)機(jī)，它主要由一根設(shè)制的磁導(dǎo)軸穿過一組線圈通道構(gòu)成，線圈長度與伸出長度最大比例值為15∶7。常用方式以額定線圈電流值工作，直流電、非直流均可用。用直流電時(shí)，無負(fù)載時(shí)自動(dòng)伸出至最大值，伸出方向隨電流方向確定；在有負(fù)載時(shí)，導(dǎo)軸與通道相對(duì)移動(dòng)位置是電流值的正向函數(shù)，線性良好；用非直流電自動(dòng)循環(huán)滑動(dòng)。工作時(shí)導(dǎo)軸與通道間有一定的懸滑性。適用于自動(dòng)支撐、連續(xù)自動(dòng)正、逆滑動(dòng)，測(cè)量各種力、控制位移、機(jī)器人活動(dòng)器件等。
【IPC分類】H02K41/02
【公開號(hào)】CN105024520
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410184871
【發(fā)明人】趙秀卿
【申請(qǐng)人】趙秀卿
【公開日】2015年11月4日
【申請(qǐng)日】2014年4月24日