CN214314753U - 往复摆动直驱电机、转轴定位机构及开合机构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种往复摆动直驱电机、转轴定位机构及开合机构，往复摆动直驱电机包括定子以及转子，所述定子沿所述转子的周向布置，所述转子上设置有一个或多个沿周向方向布置的第一磁体；所述定子包括轭铁结构件，所述轭铁结构件的内部沿周向布置有多个第一容纳空间，所述第一容纳空间中布置有一个或多个第一电磁线圈；给所述第一电磁线圈通入正向电流或负向电流能够通过磁性吸引和/或斥力驱使所述第一磁体从第一位置带动所述转子转动且当所述第一电磁线圈断电后所述转子能够停止在第二位置，本实用新型中的直驱电机通过采用电磁体与永磁体的结构设置，使整个设备结构紧凑，有利于设备的小型化且成本低。

Description

往复摆动直驱电机、转轴定位机构及开合机构

技术领域

本实用新型涉及机械结构技术领域，具体地，涉及一种往复摆动直驱电机、转轴定位机构及开合机构。

背景技术

当前在转动角度小于360度的转动机构和器件的转动动作实现上，往往采用通常的转动马达加速器和编码器控制来实现。这种传统的方式，所需要的部件多，减速器往往需要多级齿轮传动，另外还需要编码器等部件进行实时角度检测的闭环控制，控制环节复杂，并且往往还需要转角过冲的防护机构，防护机构通过电控或机械限位实现，在设计、制造、装配、控制等各个环节都增加了复杂程度，造成成本升高，同时由于部件多也使整个设备的体积变大，结构不紧凑，不适用于空间受限的应用场景。

专利文献CN 108756579A公开了一种适用于小型闸门的电机驱动结构，所述小型闸门的门扇的近轴端通过门轴与门柱作活动连接，所述电机驱动结构设置在门柱的顶部，所述电机驱动结构包括与小型闸门处于同一垂直面的水平设置在门柱的顶部的横置电机，横置电机的输出轴与门轴互相垂直，横置电机输出轴所固定连接的主动伞齿轮与门轴所固定连接的从动伞齿轮互相齿合，主动伞齿轮与从动伞齿轮为减速齿轮组合，但该设计通过电机、齿轮配合驱动，结构不紧凑。

实用新型内容

针对现有技术中的缺陷，本实用新型的目的是提供一种往复摆动直驱电机、转轴定位机构及开合机构。

根据本实用新型提供的一种往复摆动直驱电机，包括定子以及转子；

所述定子沿所述转子的周向布置，所述转子上设置有一个或多个沿周向方向布置的第一磁体；

所述定子包括轭铁结构件，所述轭铁结构件的内部沿周向布置有多个第一容纳空间，所述第一容纳空间中布置有一个或多个第一电磁线圈；

给所述第一电磁线圈通入正向电流或负向电流能够通过磁性吸引和/或斥力驱使所述第一磁体从第一位置带动所述转子转动且当所述第一电磁线圈断电后所述转子能够停止在第二位置。

优选地，所述第二位置为所述第一磁体从第一位置转动设定角度所到达的位置，所述设定角度的选择范围为0～360°。

优选地，所述第一容纳空间的数量为四个且四个所述第一容纳空间沿所述转子的周向均匀布置，所述第一磁体的数量为四个且四个所述第一磁体沿所述转子的周向均匀布置。

根据本实用新型提供的一种转轴定位机构，采用所述的往复摆动直驱电机以及制动机构，包括转动轴体、第一轴承、第二轴承以及支撑架；

所述制动机构包括支撑壳体以及转轴结构，所述转轴结构沿周向布置有一个或多个制动体，所述制动体安装在所述支撑壳体上；

所述制动体包括第一磁体组件以及沿所述第一磁体组件周向设置的第二电磁线圈，当所述第二电磁线圈通入正向电流或负向电流时能够通过磁力吸引或磁力排斥进而驱使所述第一磁体组件在第三位置和第四位置之间运动；

当所述第一磁体组件在第三位置时，所述第一磁体组件与所述转轴结构压力接触，当所述第一磁体组件在第四位置时，所述第一磁体组件与所述转轴结构间隔布置或非压力接触；

所述转动轴体的两端分别通过第一轴承、第二轴承可转动的安装在所述支撑架上；

所述往复摆动直驱电机安装在所述转动轴体上并能够驱使所述转动轴体转动到设定角度，所述制动机构能够允许所述转动轴体转动或不允许所述转动轴体转动。

优选地，所述转轴结构包括第二磁体组件、隔磁耐磨件以及用于带动所述第二磁体组件、隔磁耐磨件转动的转轴；

所述第二磁体组件安装在所述隔磁耐磨件内部并与所述转轴连接。

优选地，所述第一磁体组件包括耐磨体以及第二磁体，所述耐磨体安装在第二磁体上并设置在所述转轴结构和第二磁体之间。

优选地，所述转轴为磁体，所述第二磁体组件采用如下任一种结构：

多个连接所述转轴的条形永磁体；

套设在所述转轴上环形永磁体；

套设在所述转轴上的螺线管电磁线圈。

根据本实用新型提供的一种开合机构，包括一个或多个所述的转轴定位机构，还包括开关结构体以及一个或多个连接件；

所述开关结构体的数量大于或等于所述转轴定位机构的数量并能够在所述转轴定位机构的驱使下实现所述开关结构体的开关功能，所述开关结构体通过所述连接件连接开合机构并能够跟随所述转动轴体转动。

优选地，开合机构上设置有如下任一种设备：

开关传感器；

压力传感器；

距离传感器；

图像传感器；

声音传感器；

温度传感器；

射频传感器；

红外传感器。

与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：

1、本实用新型中的直驱电机通过采用电磁体与永磁体的结构设置，使整个设备结构紧凑，有利于设备的小型化且成本低。

2、本实用新型中的直驱电机通过采用电磁体与永磁体的结构设置，使转子和定子直径转动时形成吸力和斥力转动的合理，增大了电机的驱动力。

3、本实用新型中的制动机构通过采用电磁体与永磁体的结构设置实现制动效果，结构简单，制动稳定。

4、本实用新型中的转轴定位机构能够适用于多种转动应用的场景，应用范围广泛。

5、本实用新型中的直驱电机、制动机构结构简单，便于安装和维修。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本实用新型中直驱电机横截面的结构示意图，其中，第一磁体在0°位置；

图2为本实用新型中直驱电机横截面的结构示意图，其中，第一磁体从图1中的位置沿顺时针转动45°后的位置；

图3为本实用新型中直驱电机横截面的结构示意图，其中，第一磁体从图1中的位置沿顺时针转动90°后的位置；

图4为直驱电机中第一电磁线圈通电电流方向切换和第一磁体转动角度的坐标示意图，其中，横坐标为转动角度ω，纵坐标为通电电流I；

图5为直驱电机中第一电磁线圈通入正向电流时的结构示意图，其中，相邻的第一容纳空间中的第一电磁线圈通入的电流方向相反；

图6为直驱电机中第一电磁线圈不通电时的结构示意图；

图7为直驱电机中第一电磁线圈通入负向电流时的结构示意图，其中，相邻的第一容纳空间中的第一电磁线圈通入的电流方向相反；

图8为制动机构一个实施例的结构示意图；

图9为制动机构另一个实施例的结构示意图；

图10为制动机构再一个实施例的结构示意图；

图11为转轴定位机构的结构示意图；

图12为实施例2中开合机构的结构示意图。

图中示出：

定子1 第二轴承15

转子2 支撑架16

第一磁体3 第一端盖17

轭铁结构件4 第二端盖18

第一容纳空间5 开关结构体19

第一电磁线圈6 连接件20

支撑壳体7 转子铁芯21

第二电磁线圈9 电流流出22

第二磁体组件10 电流流入23

隔磁耐磨件11 耐磨体24

转轴12 往复摆动直驱电机100

转动轴体13 制动机构200

第一轴承14

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。

实施例1：

本实用新型提供了一种往复摆动直驱电机，包括定子1以及转子2，所述定子1 沿所述转子2的周向布置，所述转子2上设置有一个或多个沿周向方向布置的第一磁体3，第一磁体3优选采用永磁体，所述转子2中优选设置有转子铁芯21，所述第一磁体3安装在转子铁芯21上，所述定子1包括轭铁结构件4，所述轭铁结构件 4的内部沿周向布置有多个第一容纳空间5，所述第一容纳空间5中布置有一个或多个第一电磁线圈6，所述轭铁结构件4采用如硅钢片、电工纯铁、软磁合金、坡莫合金中任一种材质，也可以采用以上几种材质中的组合。

给所述第一电磁线圈6通入正向电流或负向电流能够通过磁性吸引和/或斥力驱使所述第一磁体3从第一位置带动所述转子2转动且当所述第一电磁线圈6断电后所述转子2能够停止在第二位置，其中，所述第二位置为所述第一磁体3从第一位置转动设定角度所到达的位置，所述设定角度的选择范围为0～360°，例如30°，再例如45°，又例如90°，还例如180°等。

本实用新型中还提供了一种制动机构，包括支撑壳体7以及转轴结构，所述转轴结构沿周向布置有一个或多个制动体，所述制动体安装在所述支撑壳体7上，所述制动体包括第一磁体组件以及沿所述第一磁体组件周向设置的第二电磁线圈9，当所述第二电磁线圈9通入正向电流或负向电流时能够通过磁力吸引或磁力排斥进而驱使所述第一磁体组件在第三位置和第四位置之间运动，第二电磁线圈9通过通电产生不同方向的磁场进而产生与第一磁体组件同向或反向的磁场，进而通过磁场的引力或磁场的斥力驱使所述第一磁体组件运动。

进一步地，当所述第一磁体组件在第三位置时，所述第一磁体组件与所述转轴结构压力接触，由于第一磁体组件与所述转轴结构之间压力产生摩擦进而能够对所述转轴结构的转动进行摩擦制动，当所述第一磁体组件在第四位置时，所述第一磁体组件与所述转轴结构间隔布置或非压力接触，当所述第一磁体组件与所述转轴结构间隔布置或非压力接触时都不影响所述转轴结构的转动。所述第一磁体组件包括耐磨体24以及第二磁体8，第二磁体8优选采用永磁体，也可以采用硅钢片制作，所述耐磨体24安装在第二磁体8上并设置在所述转轴结构和第二磁体8之间。

具体地，所述转轴结构包括第二磁体组件10、隔磁耐磨件11以及用于带动所述第二磁体组件10、隔磁耐磨件11转动的转轴12，所述第二磁体组件10安装在所述隔磁耐磨件11内部并与所述转轴12连接。

所述转轴12为磁体，所述第二磁体组件10也为磁体，通过所述转轴12与第二磁体组件10磁极方向的布置形成沿所述转轴12径向方向的磁场，使第二磁体组件 10连接隔磁耐磨件11的一端的为N极或S极，即第二磁体组件10沿周向方向均为 N极或S极，同时隔磁耐磨件11能够屏蔽一部分磁场，能够避免耐磨体24远离所述隔磁耐磨件11运动时不至于磁力过强而难以分离，同时隔磁耐磨件11、耐磨体 24都采用耐磨材质制作，隔磁耐磨件11优选采用陶瓷材料制作，能够提高设备的使用寿命，其中，所述第二磁体组件10采用如下任一种结构：

-多个连接所述转轴12的条形永磁体；

-套设在所述转轴12上环形永磁体；

-套设在所述转轴12上的螺线管电磁线圈。

进一步地，所述耐磨体24为弧形结构，所述耐磨体24的弧形内面与所述隔磁耐磨件11外圆面相匹配，通过设置相匹配的结构能够提高制动的效果，实现稳定制动。

本实用新型还提供了一种转轴定位机构，采用所述往复摆动直驱电机以及所述制动机构，包括转动轴体13、第一轴承14、第二轴承15以及支撑架16，所述转动轴体13的两端分别通过第一轴承14、第二轴承15可转动的安装在所述支撑架16 上，所述往复摆动直驱电机安装在所述转动轴体13上并能够驱使所述转动轴体13 转动到设定角度，所述制动机构能够允许所述转动轴体13转动或不允许所述转动轴体13转动。其中，所述制动机构允许所述转动轴体13转动包括转动轴体13不受外力下的自由转动以及所述转动轴体13在小于设定转动阻力下的摩擦转动，因此，所述制动机构可根据实际的应用场景从结构上灵活设定进而实现不同转动阻力的制动或非制动的效果，以满足实际产品的需求。

进一步地，所述支撑架16的两端分别可拆卸的安装有第一端盖17以及第二端盖18，可以方便更换轴承或日常进行内部润滑保养等操作。

本实用新型还提供了一种开合机构，包括一个或多个所述转轴定位机构，还包括开关结构体19以及一个或多个连接件20，如图11所示，所述开关结构体19的数量大于或等于所述转轴定位机构的数量并能够在所述转轴定位机构的驱使下实现所述开关结构体19的开关功能，所述开关结构体19通过所述连接件20连接开合机构并能够跟随所述转动轴体13转动。所述开关结构体19可以为门，例如应用于小区进出口的门闸，也可以为杆，例如停车库进出口的转动杆，当应用于转动杆时，为提高扭矩，可以增加简易的齿轮结构，例如换向齿轮，实现大扭矩的传动。

进一步地，根据不同的应用场景，开合机构上可以设置有如下任一种设备：

-开关传感器，能够实现开合机构开关状态或中间状态的检测；

-压力传感器，既可以通过压力传感器检测开合机构的开关状态，也可以通过压力传感器实现转动扭矩的检测，进而可以对设备异常情况能够及时发现；

-距离传感器，能够对人、物等距离开合机构的距离进行检测进而实现其他功能，如，当人离开合机构5米时开合机构打开；再例如，当车距离开合机构2米时打开等；

-图像传感器，采集周围的图像，进而实现人、物的识别等，如人脸识别，进而实现更多的功能。

-声音传感器，通过声音进而实现进一步的功能，例如，当有人说“开门”时，声音传感器识别并通知设备执行开门的动作；

-温度传感器，通过设置温度传感器可以对温度进行检测，例如可以预防火灾，当温度到达某一温度时通过信号传输实现报警的功能；

-射频传感器，可以实现可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，可优选采用如专利文献CN110594346A中公开的一种RFID射频传感器，应用在图书馆，门禁系统，食品安全溯源等领域，实现特定功能；

-红外传感器，可以通过获得人、物的温度进行传感并实现进一步地动作指令。

实施例2：

本实施例为实施例1的一个优选例。

本实施例中提供了一种往复摆动直驱电机，如图1所示，所述第一容纳空间5 的数量为四个且四个所述第一容纳空间5沿所述转子2的周向均匀布置，所述第一磁体3的数量为四个且四个所述第一磁体3沿所述转子2的周向均匀布置。

本实施例提供了一种制动机构，所述第二磁体组件10采用多个连接所述转轴 12的条形永磁体，如图8所示，通过多个沿径向方向均匀布置的多个第二磁体组件 10与转轴12磁铁的连接形成沿转轴12径向方向的磁场，由于所述隔磁耐磨件11 与条形永磁体连接使所述隔磁耐磨件11为与条形磁体连接端相同的磁极，能够在制动时吸引第二磁体8，既不影响转轴12转动，同时也能够在制动时产生一定的磁性阻尼，增加制动的稳定效果。

本实施例中提供了一种开合机构，应用于小区的门闸，包括两个所述转轴定位机构、两个开关结构体19以及四个连接件20，如图12所示，所述开关结构体19 为塑料门，每个塑料门通过两个所述连接件20连接转动轴体13并能够跟随所述转动轴体13转动。

实施例3：

本实施例为实施例2的一个变化例。

本实施例提供了一种制动机构，所述第二磁体组件10采用套设在所述转轴12 上环形永磁体，同样也能够实现实施例2中的效果。

实施例4：

本实施例为实施例2的又一个变化例。

本实施例提供了一种制动机构，所述第二磁体组件10采用套设在所述转轴12 上的螺线管电磁线圈，螺线管电磁线圈通电后产生电磁场并与转轴12磁铁配合，同样也能够实现实施例2中的效果。

以实施例2为例，本实用新型中往复摆动直驱电机的工作原理如下：

如图1所示，左下方的第一磁体3定义为1号永磁体，沿图1中的顺时针的方向将其他第一磁体3依次命名为2号永磁体、3号永磁体、4号永磁体，图1中与1 号永磁体、2号永磁体、3号永磁体、4号永磁体相对应的第一容纳空间5分别定义为1号腔、2号腔、3号腔、4号腔。

对1号腔、3号腔内的第一电磁线圈6通入沿纸面垂直向外的电流，对2号腔、 4号腔内的第一电磁线圈6通入沿纸面垂直向里的电流，如图5所示，对于1号永磁体而言同时受到1号腔内第一电磁线圈6顺时针转动的吸力以及4号腔内第一电磁线圈6顺时针转动的斥力，2号永磁体、3号永磁体、4号永磁体同理也同时受到顺时针转动的吸力以及斥力，在所述吸力以及所述斥力的共同作用下第一电磁线圈 6带动转子顺时针转动。

当1号永磁体运动到如图2、图6所示的位置时，即1号永磁体转动了45°，此时，各个第一电磁线圈6通电电流换向，通电电流如图7所示，此时对于1号永磁体而言同时受到1号腔内第一电磁线圈6顺时针转动的斥力以及2号腔内第一电磁线圈6顺时针转动的吸力，2号永磁体、3号永磁体、4号永磁体同理也同时受到顺时针转动的吸力以及斥力，在所述吸力以及所述斥力的共同作用下第一电磁线圈 6带动转子继续顺时针转动，当运动到如图3所示的位置时，继续对第一电磁线圈 6通电电流换向进而继续驱使所述转子2顺时针运动。

当需要转子2停止时，对第一电磁线圈6断电，由于多个第一磁体3与轭铁结构件4的存在的磁性吸力产生对第一磁体3惯性转动的阻尼进而使转子2停止运动，实现转子2设定转动角度的控制。

在实际应用中，通过对第一磁体3的数量的调整以及设置匹配的第一电磁线圈 6能够实现转子2不同角度的转动控制，同时借助本实用新型中的制动机构更增加了设备制动的稳定性和准确性。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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申请和简化描述，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申请的限制。

以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种往复摆动直驱电机，其特征在于，包括定子(1)以及转子(2)；

所述定子(1)沿所述转子(2)的周向布置，所述转子(2)上设置有一个或多个沿周向方向布置的第一磁体(3)；

所述定子(1)包括轭铁结构件(4)，所述轭铁结构件(4)的内部沿周向布置有多个第一容纳空间(5)，所述第一容纳空间(5)中布置有一个或多个第一电磁线圈(6)；

给所述第一电磁线圈(6)通入正向电流或负向电流能够通过磁性吸引和/或斥力驱使所述第一磁体(3)从第一位置带动所述转子(2)转动且当所述第一电磁线圈(6)断电后所述转子(2)能够停止在第二位置。

2.根据权利要求1所述的往复摆动直驱电机，其特征在于，所述第二位置为所述第一磁体(3)从第一位置转动设定角度所到达的位置，所述设定角度的选择范围为0～360°。

3.根据权利要求1所述的往复摆动直驱电机，其特征在于，所述第一容纳空间(5)的数量为四个且四个所述第一容纳空间(5)沿所述转子(2)的周向均匀布置，所述第一磁体(3)的数量为四个且四个所述第一磁体(3)沿所述转子(2)的周向均匀布置。

4.一种转轴定位机构，其特征在于，采用权利要求1至3中任一项所述的往复摆动直驱电机以及制动机构，包括转动轴体(13)、第一轴承(14)、第二轴承(15)以及支撑架(16)；

所述制动机构包括支撑壳体(7)以及转轴结构，所述转轴结构沿周向布置有一个或多个制动体，所述制动体安装在所述支撑壳体(7)上；

所述制动体包括第一磁体组件以及沿所述第一磁体组件周向设置的第二电磁线圈(9)，当所述第二电磁线圈(9)通入正向电流或负向电流时能够通过磁力吸引或磁力排斥进而驱使所述第一磁体组件在第三位置和第四位置之间运动；

当所述第一磁体组件在第三位置时，所述第一磁体组件与所述转轴结构压力接触，当所述第一磁体组件在第四位置时，所述第一磁体组件与所述转轴结构间隔布置或非压力接触；

所述转动轴体(13)的两端分别通过第一轴承(14)、第二轴承(15)可转动的安装在所述支撑架(16)上；

所述往复摆动直驱电机安装在所述转动轴体(13)上并能够驱使所述转动轴体(13)转动到设定角度，所述制动机构能够允许所述转动轴体(13)转动或不允许所述转动轴体(13)转动。

5.根据权利要求4所述的转轴定位机构，其特征在于，所述转轴结构包括第二磁体组件(10)、隔磁耐磨件(11)以及用于带动所述第二磁体组件(10)、隔磁耐磨件(11)转动的转轴(12)；

所述第二磁体组件(10)安装在所述隔磁耐磨件(11)内部并与所述转轴(12)连接。

6.根据权利要求4所述的转轴定位机构，其特征在于，所述第一磁体组件包括耐磨体(24)以及第二磁体(8)，所述耐磨体(24)安装在第二磁体(8)上并设置在所述转轴结构和第二磁体(8)之间。

7.根据权利要求5所述的转轴定位机构，其特征在于，所述转轴(12)为磁体，所述第二磁体组件(10)采用如下任一种结构：

多个连接所述转轴(12)的条形永磁体；

套设在所述转轴(12)上环形永磁体；

套设在所述转轴(12)上的螺线管电磁线圈。

8.一种开合机构，其特征在于，包括一个或多个权利要求4中所述的转轴定位机构，还包括开关结构体(19)以及一个或多个连接件(20)；

所述开关结构体(19)的数量大于或等于所述转轴定位机构的数量并能够在所述转轴定位机构的驱使下实现所述开关结构体(19)的开关功能，所述开关结构体(19)通过所述连接件(20)连接开合机构并能够跟随所述转动轴体(13)转动。

9.根据权利要求8所述的开合机构，其特征在于，开合机构上设置有如下任一种设备：

开关传感器；

压力传感器；

距离传感器；

图像传感器；

声音传感器；

温度传感器；

射频传感器；

红外传感器。

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