專利名稱：用于產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)的電磁設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于產(chǎn)生直線運(yùn)動(dòng)的電磁設(shè)備。已經(jīng)產(chǎn)生有時(shí)也稱作直線電動(dòng)機(jī)的直線電磁致動(dòng)器的一些設(shè)計(jì)。在W093／01646中描述了各種直線電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)有技術(shù)涉及的裝置具有軸對(duì)稱性并形成為動(dòng)子在圓筒中式電機(jī)。軸對(duì)稱的本質(zhì)優(yōu)點(diǎn)在于定子磁元件和電樞磁元件之間很強(qiáng)大的吸力平衡于中軸，從而電機(jī)軸承無需承受吸力。
軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于無論是由導(dǎo)體中電流產(chǎn)生的電機(jī)磁場(chǎng)或由永磁體產(chǎn)生的電機(jī)磁場(chǎng)都包含在致動(dòng)器的外部鋼殼內(nèi)。不管怎樣產(chǎn)生的磁場(chǎng)都能高效地橫切電機(jī)的電線圈。
軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)的再一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于通過利用圓柱形定子能在定子和電樞之間形成滑動(dòng)密封，這允許通過封閉定子的一端來在定子和電樞之間產(chǎn)生氣體彈力。這種布置在本申請(qǐng)人的國(guó)際申請(qǐng)PCT／GB98／02823中有更詳細(xì)的描述。
所有這些公知的直線致動(dòng)器都被構(gòu)造并設(shè)計(jì)為在連接或機(jī)械連接到定子和電樞上的電機(jī)組成部分之間提供一個(gè)力，為了這種目的，其具有允許這種連接的構(gòu)造。然而存在這樣的機(jī)械系統(tǒng)，其中不必將運(yùn)動(dòng)部件機(jī)械地連接到驅(qū)動(dòng)部件上。在這種情況下，致動(dòng)器的電樞不必連續(xù)的直接連接到外部環(huán)境中。例如，可能需要反復(fù)驅(qū)動(dòng)部件以沿導(dǎo)向件往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而當(dāng)其改變方向時(shí)在其沖程的末端傳輸能量。筑路用軋碎機(jī)(road breaker)或所謂“汽動(dòng)錘”就是如此工作的，其通過交替地將加壓流體導(dǎo)入具有抖動(dòng)值汽缸的相對(duì)腔中來交替施加相反的力。
如果運(yùn)動(dòng)件具有大的慣量，使得電機(jī)的外部“定子”被設(shè)計(jì)為可經(jīng)受一個(gè)反抗慣量的作用力，那么提供一個(gè)可控的振動(dòng)這可用于例如與運(yùn)土機(jī)相關(guān)的例子中。第三個(gè)例子中，無約束動(dòng)子的運(yùn)動(dòng)用于改變整個(gè)封閉的體積和／或其上連接動(dòng)子腔的流體系統(tǒng)的壓力。這樣的電機(jī)可用做流體泵用于分配測(cè)量的流體，以改變靈敏座的壓力或形成靈敏及精確的流體壓力抑制系統(tǒng)部分。
本發(fā)明提供一種包括定子和電樞的直線致動(dòng)器，其中電樞沒有固定到從定子突出的輸出件，如公知致動(dòng)器的致動(dòng)器臂或動(dòng)子桿上。也就是說，本發(fā)明的電樞是可以在定子體積內(nèi)自由(基本上自由)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)子。在本說明書中所用的術(shù)語(yǔ)“自由動(dòng)子”將理解為可以在工作體積內(nèi)運(yùn)動(dòng)并且不具有力傳輸件如動(dòng)子桿的部件。
因此，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供一種用于產(chǎn)生軸向方向力的電磁設(shè)備，其包括定子和電樞，所述定子具有多個(gè)沿工作體積周圍軸向隔開的線圈，在該工作體積中以自由動(dòng)子形式的電樞可軸向移動(dòng)，所述電樞具有產(chǎn)生磁場(chǎng)的裝置，所述磁場(chǎng)的基本上徑向部分橫切至少部分定子線圈，從而當(dāng)線圈中流過電流時(shí)產(chǎn)生合成的軸向力。
優(yōu)選所述裝置的結(jié)構(gòu)參數(shù)為使得將電線圈連接到一個(gè)電子驅(qū)動(dòng)單元上，用于控制線圈中電流的相位、頻率或幅值以在電樞和定子之間產(chǎn)生期望的軸向電磁力。
在一個(gè)實(shí)施例中，電樞和定子具有圓形斷面。這使得電樞的外表面易于相對(duì)于定子的內(nèi)表面密封，以阻止或至少限致動(dòng)子任一側(cè)邊上的體積之間的流體流。
本發(fā)明提供一種裝置，用于傳感動(dòng)子位置以優(yōu)化通過電子驅(qū)動(dòng)單元提供到線圈上的電流的構(gòu)造。
電子驅(qū)動(dòng)單元被布置為能產(chǎn)生代表提供到致動(dòng)器上的電流的信號(hào)，用于控制氣體壓力的該信號(hào)整體被提供到密封電樞的至少一側(cè)上。
下面，通過例子參考附圖來更具體地描述本發(fā)明的各種實(shí)施例，其中

圖1是本發(fā)明第一實(shí)施例的自由動(dòng)子致動(dòng)器的示意性軸向斷面圖；圖2是具有感應(yīng)驅(qū)動(dòng)和工作器具的可替換實(shí)施例的軸向斷面圖；圖3是用于壓力座驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中的可替換實(shí)施例的示意性軸向斷面圖；以及圖4是應(yīng)用環(huán)形磁鐵的另一個(gè)可替換實(shí)施例的軸向斷面圖。
圖1表示其中電樞(動(dòng)子)需要密封到電樞管的內(nèi)表面上的裝置的具體結(jié)構(gòu)。在本例中，定子1裝有圍繞圓柱軸圓周向延伸的線圈組件2。動(dòng)子3可在軸承9和密封墊6上運(yùn)動(dòng)，其布置有磁鐵4和極靴5以沿圓柱軸產(chǎn)生極性交變的磁場(chǎng)。所述裝置的端部包括蓋板7，在該實(shí)施例中，隔板7中設(shè)有流體通道8以允許通過動(dòng)子3的作用使流體運(yùn)動(dòng)，這是在該運(yùn)動(dòng)相對(duì)于封閉的體積是大的情況。
圖2表示用于將重復(fù)的沖擊傳輸?shù)狡骶?0上的自由動(dòng)子致動(dòng)器的一個(gè)例子。該裝置的電樞由含鉛以增加其質(zhì)量的淬火鐵心11組成。鐵心用鍵固定到外部磁性鋼柱12上，外部磁性鋼柱12設(shè)有一系列其中有銅環(huán)13的槽。
線圈組件2被通電以產(chǎn)生沿動(dòng)子軸傳送的交變磁場(chǎng)。這在電樞環(huán)13中感應(yīng)電流從而產(chǎn)生第二交變磁場(chǎng)，其與第一磁場(chǎng)相互作用來加速動(dòng)子。動(dòng)子上有必要安裝簡(jiǎn)單的軸承環(huán)(未示，但與圖1中的9相似)。不過，應(yīng)該注意的是加速動(dòng)子的感應(yīng)力也用來在運(yùn)動(dòng)中夾持動(dòng)子以離開圓柱側(cè)面；從而這樣的軸承不需要高的品質(zhì)。
布置(未示)為允許空氣或圓柱12中的其它氣體自由通過圖2所示裝置的相對(duì)端之間，從而不阻礙動(dòng)子的運(yùn)動(dòng)。
可以理解本發(fā)明的電磁結(jié)構(gòu)不限于如圖1中實(shí)施例所示的永磁體和無鐵心定子組件的使用，也不限于如圖2中實(shí)施例所示的感應(yīng)技術(shù)的應(yīng)用。電樞或動(dòng)子應(yīng)用可變磁阻驅(qū)動(dòng)技術(shù)和／或定子可具有內(nèi)部安裝線圈的槽，這在某些情況下具有優(yōu)點(diǎn)。
圖3表示與裝有負(fù)載19的壓力座15有關(guān)的致動(dòng)器的具體結(jié)構(gòu)。致動(dòng)器裝置的主要部件與圖1中所述的類似。
在這個(gè)例子中，示出動(dòng)子配有軸承9并且通過波紋管18被密封到壓力座15和加壓流體源上。
圖4表示圖3中所示裝置的改型結(jié)構(gòu)，其中，動(dòng)子的軸向交變磁場(chǎng)由平面環(huán)形而不是盤形磁材料所產(chǎn)生。這種技術(shù)允許該裝置具有輕便的結(jié)構(gòu)而將力提供到具有大于磁鐵面積區(qū)域的隔片20上。
如本申請(qǐng)人的國(guó)際專利申請(qǐng)PCT／GB98／02823中所述，裝置消耗的電流的時(shí)間積分是連續(xù)計(jì)算的，并且動(dòng)子下面的體積17中的流體壓力經(jīng)常地被調(diào)節(jié)以使得所述積分為零。這種控制技術(shù)確保動(dòng)子上面和下面的壓力平均值相等。
同時(shí)，控制系統(tǒng)利用位置傳感裝置(未示)以確保動(dòng)子的中間位置位于致動(dòng)器中部區(qū)域中。
可以理解代替動(dòng)子密封墊的波紋管的使用解除了動(dòng)子和電樞的內(nèi)部表面應(yīng)該為圓形斷面的限制。
還可以理解使用彈力部件或等效柔量以在沒有電功率的情況下提供機(jī)械偏移到動(dòng)子位置并沒有損害本發(fā)明的原理，以及這種柔量偏移裝置可利用永磁場(chǎng)。在電樞用于以高頻反復(fù)移動(dòng)的實(shí)施例中，密封在動(dòng)子任一側(cè)上的定子圓柱中的氣體可作為氣體彈力部件以在其沖程的每端緩沖動(dòng)量。動(dòng)子／圓柱密封墊不必非常氣密，周期運(yùn)動(dòng)可具有足夠高的頻率用于使得泄漏影響為最小。
權(quán)利要求
1．一種用于產(chǎn)生軸向力的電磁設(shè)備，其包括定子和電樞，所述定子具有多個(gè)沿工作體積周圍軸向隔開的線圈，在該工作體積中以自由動(dòng)子形式的電樞可軸向移動(dòng)，所述電樞具有產(chǎn)生磁場(chǎng)的裝置，所述磁場(chǎng)的基本上為徑向的部分橫切至少部分定子線圈，從而當(dāng)線圈中流過電流時(shí)產(chǎn)生合成的軸向力。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的電磁設(shè)備，其中定子具有開口以允許流體根據(jù)其中電樞位移而從定子的工作體積流入和流出。
3．根據(jù)權(quán)利要求1的所述電磁設(shè)備，其中，電樞具有開口以允許流體根據(jù)定子的工作體積中的電樞的位移從其一側(cè)移動(dòng)到另一側(cè)。
4．根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任一個(gè)所述的電磁設(shè)備，其中，設(shè)有用于彈性地阻止電樞在定子中的其運(yùn)動(dòng)范圍的一端或相鄰的至少一端移動(dòng)的裝置。
5．根據(jù)權(quán)利要求4所述的電磁設(shè)備，其中所述彈性裝置包括在電樞和定子的所述一端之間密封的可壓縮流體的封閉體積。
6．根據(jù)任意在先權(quán)利要求所述的電磁設(shè)備，其中，電樞包括或包含用于產(chǎn)生所述磁場(chǎng)的永磁體。
7．根據(jù)權(quán)利要求6所述的電磁設(shè)備，其中永磁體的磁化方向取向平行于定子軸，并在每端設(shè)有極靴用于從極靴的周圍面徑向?qū)虼盆F產(chǎn)生的磁場(chǎng)以橫切線圈。
8．根據(jù)權(quán)利要求7所述的電磁設(shè)備，其中，多個(gè)永磁體的每個(gè)具有極靴，其取向與相鄰磁鐵磁化方向相反。
9．根據(jù)權(quán)利要求1至7中的任一項(xiàng)所述的電磁設(shè)備，其中，電樞設(shè)有至少一個(gè)封閉的環(huán)形導(dǎo)體件，在所述導(dǎo)體件中，通過線圈中流動(dòng)的電流所致的磁場(chǎng)感應(yīng)電流，所述的感應(yīng)電流產(chǎn)生所述磁場(chǎng)，其基本上徑向部分與一部分線圈橫切從而產(chǎn)生所述的合成軸向力。
10．根據(jù)權(quán)利要求9所述的電磁設(shè)備，其中，電樞裝有多個(gè)固定到公共鐵磁體上的封閉的環(huán)形導(dǎo)體。
11．根據(jù)任意在先權(quán)利要求所述的電磁設(shè)備，還包括用于控制電流到所述線圈傳輸?shù)难b置，其具有這樣的相位關(guān)系使得電樞相對(duì)于定子軸向移動(dòng)。
12．根據(jù)權(quán)利要求11所述的電磁設(shè)備，其中，控制裝置可操作地傳輸循環(huán)控制功能從而使得電樞在定子的工作體積內(nèi)往復(fù)移動(dòng)。
13．根據(jù)權(quán)利要求12所述的電磁設(shè)備，其中，電樞的軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)包括沖擊在工作體積內(nèi)的電樞的移動(dòng)范圍的至少一端處的一個(gè)止端。
14．根據(jù)權(quán)利要求13所述的電磁設(shè)備，其中，止端由在定子上被導(dǎo)向的工作器具形成，并至少在運(yùn)動(dòng)的限定范圍內(nèi)能相對(duì)于其運(yùn)動(dòng)。
15．根據(jù)權(quán)利要求1至13中的任一項(xiàng)所述的電磁設(shè)備，其中，工作體積通過定子中的膜片或波形管封閉，以及定子中封閉的體積與定子外部可變尺寸的工作體積是互通的，從而在工作體積中的電樞的位移促使從定子移到可變尺寸的所述體積的流體中的壓力變化。
16．根據(jù)權(quán)利要求15所述的電磁設(shè)備，其中，可變尺寸的體積與壓力座機(jī)械連接用于改變施加到其區(qū)域的至少限定部分上的壓力。
17．根據(jù)任意在先權(quán)利要求所述的電磁設(shè)備，其中，定子在其內(nèi)表面上具有耐用套墊，并且電樞裝有軸承和／或與所述套墊配合的密封墊從而沿定子中工作體積內(nèi)的其軸向位移導(dǎo)向電樞，以及密封墊在定子中隔開兩個(gè)相對(duì)的腔體以彼此不能連通。
18．一種用于產(chǎn)生軸向力的電磁設(shè)備，其包括定子和電樞，所述定子限定工作空間或體積并具有一排軸向延伸的周圍線圈，所述電樞被導(dǎo)向以在定子中軸向移動(dòng)并具有用于產(chǎn)生磁場(chǎng)的裝置，至少部分磁場(chǎng)基本為徑向并至少橫切部分線圈的繞組，從而當(dāng)電流在線圈中流動(dòng)時(shí)通過磁場(chǎng)和線圈中電流相互作用在定子和電樞之間產(chǎn)生軸向力，電樞被限定為在定子中的相應(yīng)對(duì)端位置之間運(yùn)動(dòng)，從而電樞運(yùn)動(dòng)的能量完全通過定子，或通過一個(gè)并不是機(jī)械連接到電樞上的裝有的部件傳輸。
全文摘要
一種用于產(chǎn)生軸向力的電磁設(shè)備,其包括定子和電樞,所述定子具有多個(gè)沿工作體積周圍軸向隔開的線圈,在該工作體積中以自由動(dòng)子形式的電樞可軸向移動(dòng),所述電樞具有產(chǎn)生磁場(chǎng)的裝置,所述磁場(chǎng)的基本上徑向部分橫切至少部分定子線圈,從而當(dāng)線圈中流過電流時(shí)產(chǎn)生合成的軸向力。
文檔編號(hào)H02K41/02GK1278963SQ9881117
公開日2001年1月3日 申請(qǐng)日期1998年10月15日 優(yōu)先權(quán)日1997年10月15日
發(fā)明者菲利普·雷蒙德·邁克爾·鄧尼 申請(qǐng)人:高級(jí)運(yùn)動(dòng)技術(shù)有限責(zé)任公司