专利名称：磁阻力减小的直线电磁致动器的制作方法
技术领域：
本公开涉及磁阻力校正。
背景技术：
在典型的直线电磁致动器中，举例来说，磁阻力往往阻碍致动器的动元件相对于致动器的静元件的运动，并且有时通过使用能量以施加一个相反的力来克服。
所提出的一种用于补偿直线电磁致动器中的磁阻力的方法是在一系列极中的第一极之前和最后一极之后增加额外的、较小的极。另一种方案包括偏斜极的形状以使磁力更均匀分布，如美国专利5701039中所示，在此通过参考而并入。
发明内容
总体上，在一个方面，直线电磁致动器具有一系列磁极和一系列电磁体，以与永磁体相互作用从而感应永磁体沿路径的运动，并且各极具有不统一的配置。
设备可包括一个或多个下述特征。不统一的配置减小了沿路径产生的磁阻力。不统一的配置在致动器运动的范围内基本不影响致动器的力输出。极的不统一的配置包括极的不同宽度。极的宽度变化以使得极与永磁体之间的磁阻力的变化比由统一的宽度所导致的变化小。每一个极与沿该路径的一组共同间隔(commonly-spaced)的点中的一个点相关，并且极的不统一配置包括其中一个极的中心从该共同间隔的点偏移一个量，该量不同于另一个极的中心从与该极相关的共同间隔的点偏移的量。该一系列的极包括重复的极组，并且各组中的各个极与各其他组中的相应极的配置相同。每个极组包括两个对称的子极组。每个极与一组共同间隔的点中的一个点相关联，每个极具有第一边缘和第二边缘，并且至少一些极组中的极被定位为使得该组中的每个极的第一边缘与和该极相关的共同间隔的点的距离不同于另一个极的第一边缘与和该另一个极相关的共同间隔的点的距离。该组中的每个极的第二边缘和该极的第一边缘与和该极相关的该共同间隔的点的距离相同。该组中的每个极的第二边缘与和该极相关的共同间隔的点的距离也不同于另一个极的第二边缘与和该另一个极相关的共同间隔的点的距离。
总体上，在一个方面，驱动一个包括具有不统一配置的极的直线电磁致动器，并且减少在该致动器的电枢和定子之间的磁阻力以使得致动器的力输出在该致动器的运动范围内基本恒定。
总体上，在一个方面，直线电磁致动器的至少一些极被配置为不同于其他极以减少在致动器的电枢沿路径运动时所产生的磁阻力。
实施方式可包括一个或多个以下特征。极被配置为减少在电枢的不同位置所产生的磁阻力之间的差值。不同地配置极包括配置该极以使其具有不同的宽度。
总体上，在一个方面，用于车辆的主动悬挂系统包括一个直线电磁致动器，其具有一系列极和一系列电磁体，与一系列永磁体相互作用以感应永磁体沿一路径运动，极具有不统一的配置。一个安装组件在该车辆的主体和车轮组件之间耦合该致动器。
优点包括减少了克服直线电机中的被动磁阻力所需的能量和改进了直线电机的操作平滑性。
其他特点和优点将从说明书和权利要求中变得明显。
图1是致动器的剖开立体图。
图2A和图6是致动器的原理图。
图2B和图3是致动器的部分的原理图。
图4和图5是曲线图。
具体实施例方式 如图1中所示，直线电磁致动器100可用于车辆悬挂中(例如，位于车辆的车身和车轮组件之间)以取代减振器。致动器100包括往复(如箭头103所示)运动的电枢102和外壳104(所示为其外罩移除的情形)。一般而言，直线致动器可以用在任何直线力有用的应用中。
电枢包括一组永磁体110。外壳支撑对应的一组电磁体，该电磁体包括在电流流经其中时产生磁场的线圈112。线圈112所产生的磁场与永磁体110的磁场相互作用以产生使电枢102相对于外壳104运动的力。由线圈112构成的电磁体和外壳104中例如线圈所缠绕(未示出)的极的其他电磁元件组成致动器100的定子。
如图2A中示意性地所示，在一些示例中，直线电磁致动器200具有包括永磁体204的电枢202和包括铁磁齿或极206的定子203。线圈302(仅示出一个)缠绕在各个极上以形成电磁体。(在一些示例中，永磁体是定子的一部分，极和线圈是电枢的一部分)。应当注意，图2A所示为对称致动器结构的一半，沿永磁体的第一水平轴镜像对称的另一半未示出(双边电枢)。还应当注意，尽管是根据对称两侧电枢进行了图示和描述，但本说明还可应用于单边电枢结构。
在一些示例中，极以极206a-f的重复(repeating)组208a，b进行排列(沿第二垂直轴对称)。极206和永磁体204的大小和位置被设置为使得不同数量的极和磁体装入给定长度的致动器中。在图2A的示例中，在致动器的长度213内一组六个极206a-f与七个永磁体204a-g对齐。对于各个重复的组208a和208b，极与永磁体的比相同。
在操作中，电流被施加给线圈302以形成电磁体，电磁体产生与永磁体204的磁场相互作用的磁场。如图2B中所示，各个极206i具有第一边缘210i和第二边缘212i。各个极206i具有宽度216i，并与下一极间隔距离214i，并且与电枢202相距距离218i。从一个极206i的第一边缘210i到下一极206j的第一边缘210j的距离220被称为极距(pole pitch)。从一个永磁体204的一端到下一永磁体204的同一端的距离222为磁距。极206与沿轴线226均匀间隔的各中心点224相关联，轴线226在运动方向上沿致动器的长度延长。如下文所解释那样，极206的中心不需位于中心点224之上，也就是说，极的中线225不需包含其中一个中心点224。
施加在电枢上的总的力可以被分为两个分量一个分量是由流经线圈的电流所生成的励磁力；另一分量是由永磁体与铁磁定子材料相互作用所生成的被动力。同样被称作磁阻力的该被动水平力在幅度和方向上均变化。在相对于定子的电枢任何给定的位置，从而可在特定的方向上推或拉动电枢。在典型的配置中，将具有平衡的点，即，无磁阻力的位置，且电枢将被朝向这些位置偏置。
在操作期间，随着电枢沿定子运动，磁阻力的特定分量将变化地有助于或阻止该运动，从而使其变得不平稳。有时将这称为齿槽(cogging)，并将该磁阻力称为齿槽力。
在图3的示例中，极206i邻近永磁体204m，因此二者之间具有很强的力320im。另一方面，极206i和永磁体204n之间的力320in要弱得多。随着电流在交替的极中以相反的方向流动用于交替的磁极性，其他极206j，206k与永磁体204n，204o，204p之间的力320jn，jo，ko和kp进行类似的变化，从而产生净磁阻力322。如果电枢202由某一外部的力推向平衡点以外的位置，则磁阻力将阻止该运动并倾向于将电枢推或拉回平衡点。当电枢处于操作过程时，则磁阻力仍然存在，并将干扰电枢进行平滑直线运动的目标。
在此所述的是通过改变电枢的设计减少磁阻力的方式。在一些示例中，改变是对极做出的，例如，对其配置做出，从而减小和平滑磁阻力。通过改变配置，这意味着，在图2B所示统一大小、平均间隔、矩形配置的标称制造容许误差内，可以对一个或多个极的尺寸、间距、或形状的标称值进行修改。对不同的极进行不同的修改以使得这些极具有不统一的配置。
在一些示例中，进行改变以使其共同地减少磁阻力，但不改变致动器的输出力。这可以通过保证各个改变很小来实现-每个极的小的改变可导致磁阻力的显著变化而不显著增加或减小激活操作过程中的输出力。
在直线电磁致动器中，磁阻力基本上随电枢的位置周期变化，这是由于导致平衡位置的极和永磁体的排列往往是重复的。例如，在图3中，如果电枢移动一个磁体的长度222(图2B)，则在极206i-k以及永磁体204n，o，p和q之间的磁阻力与其位于原始位置时的磁阻力相同。该周期性的力具有与各个永磁体中的每一个的长度222成反比的基本空间频率。由于定子的长度不是无限长(在旋转电机的情况下有效)，所以作用于各端最后一个极的力与作用于中间极的力不相同，且随着电枢相对于致动器移动，净磁阻力322的幅值强度也不相同，如图4所示。
在上述示例中，七个永磁体对应有六个极，磁阻力呈现出显著的六次谐波分量，为基本空间频率的六倍。图形400示出了测得的在一个致动器中的磁阻力，其中曲线402示出了作为沿着其沿致动器的长度运动的可能范围的电枢位置的函数的磁阻力。在该示例中，重复的七个永磁体或六个极的组中的每一个组长98mm(磁距14mm，极距16.3mm)。顶峰404间隔距离为永磁体的宽度，这表示其对应于基本空间频率(一次谐波)，即磁距222的倒数。次级顶峰406在主峰404之间出现五次，这表示曲线402(包括六次次级顶峰的相邻顶峰404中的任意一个)上呈现出很强的六次谐波分量。图形400中已经除去了可能对磁阻力的测量产生影响的非周期性的力，这些力例如由涡流电流和摩擦所导致。
在一些示例中，增加两个重复的极组208(图2A)之间的间距230就减少了磁阻力的六次谐波分量。所增加的对应于1/12磁距的间距230使得由两个极组208所产生的磁阻力的六次谐波分量异相，从而消除了该分量。如图5中所示，图形500示出了作为在两个极组间具有或不具有间隙的致动器的电枢的位置的函数的磁阻力。曲线502(实线)为没有间隙时的致动器中的磁阻力，曲线504(虚线)为具有间隙时的致动器中的磁阻力。
在一些示例中，附加于或代替增加极组间的间隙，也可以更改单个的极。例如，重新参见图2B，可以改变极的宽度216，并且可以将极中心225从其标称中心点224偏移。在一些示例中，采用移动极的各个边缘210、212而不是用其宽度216和中心225对这些改变进行描述。极的不统一的配置包括如下特意使至少两个极(可能是多于两个或者甚至是全部极)具有被选择用来对磁阻力产生特定影响的不同的配置。在一些示例中，相邻的极具有不同的(即，不统一的)配置，并且可以在致动器的不同极之间具有不统一的配置的模式。
在一些示例中，极组的对称性和周期性被用来确定对这些极的配置所作的改变。举例来说，对一个组中的极所作的改变同样可作用于另一组中的相应的极上，如图6所示。在图6的示例中，第一组208a的第一极206a的左边缘602偏移特定的量(箭头613)，第二组208b的第一极206a的左边缘604在相同的方向上(箭头615)偏移相同的量。
对于致动器202在两个相反方向209，211(箭头所示)中的每一个方向上的动作来说，每一组208经历对称的行为，这是因为当永磁体204从左边(在图6中为右移时)接近第一极206a时，其经受与永磁体204从右边(在图6中为左移时)接近最后一极206f时相同的磁效应。由于该原因，为了减少磁阻力，对每一组的后半部分中的极所作的改变与对前半部分中的极所作的改变相反。例如，如果每一组208中的极206a的左边缘602朝向极中心(箭头613，615)移动某一量，则每一组208中的极206f的右边缘606朝其中心(箭头617)移动相同的量。
对两组中的每一组具有六个极的三相致动器来说，对极的改变的周期性和对称性约束的结果在表1中示出。该描述可用于任意数目相的致动器。在表1中，每一列代表一个电位变化，该列的各行表示哪些极一起改变，以及各个极的哪一边缘改变。在一列中示出的所有边缘朝向或者离开极中心移动相同的量。例如，第3列表示如果极2的左边缘移动，则极8的左边缘以及极5和11的右边缘也移动相同的量。可结合不同列中所示的改变来确定对所有极的改变。
表1
在一些示例中，端部的极206a和206f变更最大，中央的极206c和206d变更最小，居间的极206b和206e变更的量居中。在一些示例中，对内部和外侧的极的调整类似，对居间的极的调整不同。在一些示例中，改变呈现出基于致动器的基本频率的模式，从而由配置的变化而引起的磁阻力的变化将具有与原始磁阻力的相同的谐波频率的分量，并且能够将其消除。如果磁阻力的变化具有与磁阻力的谐波分量不同的频率，则其可能在某些位置减小但是在其他位置增加。
尽管按照“移动”边缘或改变其几何形状对极的配置进行了描述，但实际中这些改变可以作为设计过程的一部分来完成，并且一组极可以在各极以一开始所述的方式成形和定位的情况下作为单件制造。这具有的优点是，避免当在生产过程中如果极由标准形状发生变化可能产生的制造变化。由于对任意单个极所作的改变很小，因此制造变化可抵消任何预期的标称尺寸的改变。
其他实施例落入下面权利要求的范围中。
权利要求
1.一种装置，包括
直线电磁致动器(100)，具有一系列铁磁极(206)、线圈(302)、和一系列永磁体(204)，与所述极(206)相互作用以感应所述致动器(100)沿路径(103)运动，
所述极(206)具有不统一的配置(图2A中的230，图2B中的225，图6中的206a)。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述不统一的配置减少沿所述路径出现的磁阻力。
3.根据权利要求1所述的装置，其中所述不统一的配置在所述致动器的运动范围内基本不影响所述致动器输出的力。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述极的不统一的配置包括所述极的不同宽度。
5.根据权利要求4所述的装置，其中所述极的宽度发生变化，以使得所述极与永磁体之间的磁阻力的变化比由统一的宽度所导致的变化小。
6.根据权利要求1所述的装置，其中
每个极与沿所述路径的一组共同间隔的点中的一个点相关联，并且
所述极的不统一的配置包括其中一个极的中心从所述共同间隔的点偏移一个量，所述量不同于另一个极的中心从与所述极相关的共同间隔的点偏移的量。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述一系列的极包括重复的极组，并且各组中的各个极与各其他组中的相应极的配置相同。
8.根据权利要求7所述的装置，其中每个极组包括两个对称的子极组。
9.根据权利要求1所述的装置，其中
每个极与一组共同间隔的点中的一个点相关联，
每个极具有第一边缘和第二边缘，并且
至少一些极的组中的极被定位为使得所述组中的每个极的第一边缘与和所述极相关的共同间隔的点的距离不同于另一个极的第一边缘与和所述另一个极相关的共同间隔的点的距离。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述组中的每个极的第二边缘和所述极的第一边缘与和所述极相关的所述共同间隔的点的距离相同。
11.根据权利要求9所述的装置，其中所述组中的每个极的第二边缘与和所述极相关的共同间隔的点的距离也不同于另一个极的第二边缘与和所述另一个极相关的共同间隔的点的距离。
12.一种方法，包括
将直线电磁致动器(100)的至少一些极(图6中的206a)配置为不同于其他的极(图6中的206b)，以减少所述致动器(100)的电枢(102)沿路径(103)运动时所产生的磁阻力(322)。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括配置所述极以减少在不同电枢位置产生的磁阻力之间的差别。
14.根据权利要求12所述的方法，其中不同地配置所述极包括配置所述极以使其具有不同的宽度。
全文摘要
一种装置，包括一个直线电磁致动器(100)，其具有一系列铁磁极(206)、线圈(302)、和一系列永磁体(204)，与极相互作用以感应致动器沿路径运动。极(206)具有不统一的配置。
文档编号H02K41/03GK101611530SQ200880002368
公开日2009年12月23日 申请日期2008年1月17日 优先权日2007年1月18日
发明者M·吉奥瓦纳迪 申请人:伯斯有限公司