用于具有减小的电流需求的主动支承装置的磁阻促动器的制作方法

本发明涉及一种用于主动支承装置的、尤其是用于机动车中的发动机支承装置的磁阻促动器。

背景技术：

主动发动机支承装置是不同载客车辆的组成部分并且减小内燃机传递到底盘上的振动。这还减小了噪声的产生和传递。主动发动机支承装置例如由de102011081291a1公知。

例如使用液压支承装置作为主动发动机支承装置的基础。在此，作用的支承力fl被传递到液压室中的液压流体上，并且为了补偿该支承力引入反向力fg，其方式是，通过促动器改变液压流体的压力。作为主动发动机支承装置的液压支承装置例如由de102011011328a1公知。

作为促动器原理，磁阻促动器、洛伦兹促动器、压电促动器以及例如洛伦兹磁阻促动器的混合式解决方案是公知的。促动器通过与发动机控制器分开的外部控制器来操控。

de19634342a1描述了用于操控电磁负载的常见现有技术。de102014204165a1和de102014204286a1描述了用于制造用于电动机的促动器或定子的常见现有技术。

技术实现要素：

根据本发明研发出一种磁阻促动器。该磁阻促动器包括至少一个铁磁定子、至少一个用于将磁通量φ或磁链通量(magnetischerverketteterfluss)ψ引入到定子中的励磁线圈以及至少一个相对于定子可运动地支承的作用元件。与定子共同作用的励磁线圈的电感l局部强烈饱和，因此电感l不仅取决于作用元件的位置p而且取决于通过励磁线圈的电流i。

如果对励磁线圈通电，那么致力于使电感l最大化的力会作用到作用原件上。借助于单个磁阻促动器，通过对励磁线圈通电能够将作用元件从一定的进入区域中从围绕位置pm(在该位置中电感l最大化)的位置p转移到该位置pm中。对此替代地或相结合地，作用元件可以通过对励磁线圈通电向位置pm的方向运动，并且通过复位力、例如通过弹簧力沿另一方向从该位置运动离开。作用元件可以例如以一种方式可运动地支承，使得该作用元件可以在一个维度中直线地运动。

励磁线圈可以例如通过电压源和至少一个与励磁线圈串联连接的控制元件通电。

根据本发明，定子具有至少一个间隙，作用元件的铁磁区域可以被导入到该间隙中。

已经看出的是，与定子共同作用的励磁线圈的电感l非常强烈地取决于作用元件的铁磁区域是否被导入到间隙中。与此相应地，磁阻力作用到作用元件的铁磁区域上，该磁阻力致力于将该区域导入到间隙中并因此使电感l最大化。

在此，间隙与作用元件的铁磁区域的组合必然导致，在将铁磁区域导入到间隙中之后，在铁磁区域的两侧分别空出间隙的一部分。因此，作用元件的铁磁区域在两侧上分别通过一个气隙与定子分开。这两个气隙中的每一个气隙对于磁链通量ψ是一个阻抗。相对于目前的现有技术(在定子和作用元件之间仅有一个气隙)，磁链通量ψ的阻抗近似加倍。与此相应地，电感l近似地减半，由此能实现的磁阻力也近似减半。

然而已经看出的是，相反地，作用元件可以非常明显更轻地制造。恰恰在设置有用于施加反向力fg的磁阻促动器的主动支承装置中反向力fg应该快速地跟踪作用的支承力fl的变化，那么最重要的是能够使作用元件多快地加速。通过作用元件的仅一小部分必须构造为铁磁区域并且剩余部分可以由轻质结构材料制成的方式，作用元件的重量可以减小直到70％。与此相应地，对于相同加速度来说需要较小磁阻力，即磁阻力明显更小，以至于甚至可以减小通过励磁线圈的电流i。因此，磁阻促动器的操控需要明显较小的电流强度，由此主动支承装置整体也需要明显较小的电流强度。该较小的电流强度又可以在使用主动支承装置作为车辆中的发动机支承装置的情况下通过已经存在的发动机控制器来提供。

最后，根据本发明在定子上设置的间隙具有以下作用，即具有磁阻促动器的主动发动机支承装置可以被已存在的发动机控制器操控，并且仅用于操控主动发动机支承装置的附加控制器是多余的。

因此，通过双气隙首先减小磁阻力的可见缺点明显被完全补偿了。

与此相关，减小的电流需求还具有有利的作用，即用于操控磁阻促动器的组件可以针对较小的最大电流设计尺寸。与此相应地，对此可以使用较小构件，使得将针对主动发动机支承装置的操控集成到存在的发动机控制器中需要较小的附加空间。在此，这又有利地导致，通过双气隙总体减小与定子共同作用的励磁线圈的电感l。

作用元件的更轻的实施还具有以下作用，即提高作用元件的机械固有频率，由此也提高具有该作用元件的主动支承装置的机械固有频率。特别在主动发动机支承装置中使用磁阻促动器时重要的是，特别在作用的支承力fl的频谱具有最大部分的频率范围中，发动机支承装置可以特别好地吸收不希望的振动。与此相关，在作用元件的导入到定子上的间隙中的铁磁区域的两侧的双气隙(该双气隙首先导致可见缺点)也可以被解释为另一优点：该气隙的宽度是另一自由度，借助该自由度能够对主动支承装置的固有频率产生影响。能够被主动支承装置吸收的作用的支承力fl的频率f的带宽尤其可以通过双气隙而增大。

取消仅用于主动发动机支承装置的附加控制器相应地节省了安装空间、材料成本和用于附加缆线敷设的费用。此外，从车辆制造商的角度看来一般有利的是，通过尽可能少的控制器来应对。最后，主动发动机支承装置中的能量节省也在燃料消耗并且由此在co2排放方面起有利作用。

磁阻促动器在主动支承装置中一般具有以下优点：该磁阻促动器在没有永磁体的情况下运行，这些永磁体通常由稀土组成并且相应地造成高材料成本。此外，通过磁阻促动器施加的反向力fg的振幅和频率能被相互分开地调节。

间隙尤其可以为定子结构的一完全中断部，从励磁线圈引入到定子中的磁链通量ψ的至少一部分被引导通过该中断部。与定子共同作用的励磁线圈的电感l则以最大的对比反差反应出，作用元件的铁磁区域是否被导入到间隙中。相反地，如果间隙不是完全的中断部，那么磁链通量ψ的至少一部分集中在桥接该间隙的结构上。

有利地，间隙与作用元件的铁磁区域对应。这尤其可以意味着，间隙由作用元件的被导入的铁磁区域除了双气隙之外尽可能完全填充和/或作用元件的铁磁区域能被完全导入到间隙中。如果间隙与作用元件的铁磁区域对应，那么这另外也具有以下作用，即对于作用元件的位置p刚好有一个位置pm，在该位置pm中与定子共同作用的励磁线圈的电感l最大。在励磁线圈通电的情况下，作用元件具有限定的稳定静止位置，为此无需机械止挡。

有利地，作用元件除了铁磁区域之外还包括非铁磁支架，该支架尤其能够具有铁磁区域的至少十倍的体积。则作用元件的重量节省是特别显著的。

在本发明的一特别有利的构型中，定子至少由第一部件和第二部件组合而成，并且励磁线圈卷绕到这两个部件中的一个部件上。线圈可以在磁阻促动器的最终安装之前以高占空因数特别简单地分开卷绕。尤其能够通过与磁阻促动器的对称轴同心的励磁线圈的卷绕实现高占空因数。为了实现高占空因数有利地通过异型截面导线进行卷绕。

所述两个部件不必由相同材料组成。它们也可以由不同材料组成。每个部件例如也可以是由平行的、相互绝缘的铁磁叠片组成的叠片组。

有利地，定子至少部分由软磁复合材料smc制成。该复合材料例如可以包括电绝缘的基体，磁性颗粒被嵌入到该基体中。在定子中具有相应的欧姆损失的涡流形成则最大程度地被抑制，因为在定子中基本上仅还能够实现在单个磁性颗粒之间的感应式电流传输。

在本发明的另一有利的构型中，定子包括至少两个相互邻接的叠片组，所述叠片组由平行的、相互绝缘的铁磁叠片组成。在这些叠片之间的绝缘层也抑制了涡流垂直于叠片平面的输送。

有利地，两个相互邻接的叠片组之间的边界面与两个叠片组的每一个叠片组中的各至少一个叠片的平面围成在30度到60度之间、优选在40度到50度之间的角度。通过励磁线圈产生的磁链通量ψ则能够特别有效地从一个叠片组迁越到另一个叠片组中。

在本发明的另一特别有利的构型中，由励磁线圈产生的磁链通量ψ通过叠片组向着间隙的方向被引导。磁通量φ或者说磁链通量ψ越强地聚集到间隙上，将作用元件的铁磁区域吸引到间隙中的磁阻力就越大。

部分地由软磁复合材料smc制成的定子尤其能够有利地通过向着间隙的方向引导磁通量的附加叠片组来补充。叠片组对于磁通量φ来说具有强烈各向异性的阻抗。在沿叠片的平面进行通量输送时的阻抗小于在smc材料中的阻抗，相反地，在垂直于叠片的平面进行通量输送时的电阻明显大于在smc材料中的阻抗。如果磁通量φ在围绕拐角的封闭路径上被引导，那么smc材料一方面具有以下优点，即该smc材料能够通过挤压而容易地变成合适的几何形状。另一方面针对在smc材料内部的通量输送的阻抗是各向同性的，因为各个磁性颗粒是统计定向的。

在本发明的另一特别有利的构型中，至少两个定子设置有附属的励磁线圈和间隙。作用元件具有至少两个这样相互布置的铁磁区域，使得与一定子共同作用的一励磁线圈的电感l的提高导致与另一定子共同作用的另一励磁线圈的电感l的减小。

通过该构型能够特别简单地实现沿两个相反方向的运动，其方式是，对两个励磁线圈交替地通电。与仅具有一个励磁线圈的磁阻促动器不同，可以取消用于复位力的弹簧或其他来源，该弹簧或其他来源预给定一不希望的机械固有频率。

在本发明的另一特别有利的构型中，主动支承装置构造为具有用于接收液压流体的液压室的液压支承装置。其中，液压室在用于接收作用的支承力fl的接收膜片和耦合到磁阻促动器上的、用于施加反向力fg的促动器膜片之间延伸。由此，可以有利地扩宽频率范围，在该频率范围内主动支承装置吸收不希望的振动，并且同时可以进一步降低对电功率的需求。如果例如液压室通过节流的连接部与副室连接，那么通过在流体输送时产生的摩擦损失在没有主动电动作的情况下也已经在支承装置中产生阻尼。这已经可以足够用于减弱具有低于流体柱固有液压频率的频率f的振动。仅对于更高频率需要磁阻促动器，并且磁阻促动器相应地消耗较少电能。

由控制元件和励磁线圈组成的串联电路可以例如构造为至少四个控制元件的h桥，励磁线圈连接到该h桥之间。h桥能够例如是对称的或非对称的晶体管桥。则励磁线圈可以通过各两个对角线对置的控制元件被激励到两个不同的电压极性中。励磁线圈的这种接线类型能够实现，使引入到定子中的磁链通量ψ的导数的正负号反向。此外可能的是，使励磁线圈短路，并因此在放弃电容中的作为电磁制动器的能量存储的情况下运行该磁力线圈。作用元件通过外支承力fl实现的运动在没有永磁体的情况下也通过作用元件的剩余磁化而在励磁线圈中产生磁通量，该磁通量根据楞次定律反作用于所述运动。

如果存在多个励磁线圈，那么每个励磁线圈可以通过单独的h桥由相同的直流电压源、例如由车辆的车载电网供电。包含h桥的发动机控制器则产生例如矩形操控脉冲，其中，例如能够这样调节工作频率、振幅和脉冲宽度因数，使得反向力fg在时间平均值方面尽可能地跟踪作用的支承力fl。

接下来参照附图一起详细示出改进本发明的其他措施和本发明优选实施例的说明。

附图说明

附图示出：

图1具有根据本发明的磁阻促动器1的主动支承装置100的实施例；

图2在作用元件4上具有较小铁磁区域41a和41b的主动支承装置100的另一实施例；

图3在图2中的固定板109上方的区域的部分剖面立体图；

图4由相互邻接的叠片组23a-23d组成的定子2的构成图。

具体实施方式

图1示出围绕轴线100a旋转对称构造的主动液压支承装置100。在壳体106中布置有用于接收液压流体102的液压室101。该液压室向上通过由弹性体构成的接收膜片103限界，并且向下通过促动器膜片104来限界，该促动器膜片由固定部104a保持在壳体106中。接收膜片103接收作用的支承力fl；通过促动器膜片104施加反向力fg。接收膜片103通过基本上不可压缩的液压流体102机械耦合到促动器膜片104上。液压室101能够通过节流的连接部与副室交换液压流体102并因此耗散低频振动的能量。然而这不是本发明的主题，因此在图1中由于概要性而未画出。

促动器膜片104通过柱塞107与轴105连接，该轴本身可以通过磁阻促动器1运动。柱塞107沿对称轴100a可运动地支承在第一滑动支承部108a中。轴105的轴线与主动支承装置100的对称轴线100a一致。轴105沿对称轴100a可运动地支承在第二滑动支承部108b中。第一滑动支承部108a通过第一法兰108c固定在壳体106中。第二滑动支承部108b通过第二法兰108d固定在壳体106中。磁阻促动器1在壳体106中在固定板109两侧延伸，该固定板本身通过固定螺栓109a被保持。

在固定板109上方布置了由第一部件21a和第二部件22a组合而成的第一定子2a。第一励磁线圈3a卷绕到第二部件22a上。第一定子2a的两个部件21a和22a限界了第一环绕间隙5a，作用元件4的第一环绕铁磁区域41a在构成第二气隙6a和6b的情况下可导入到该第一环绕间隙中。第一励磁线圈3a可通过输入导线31a通电。

类似地，在固定板109下方布置了由第一部件21b和第二部件22b组合而成的第二定子2b。第二励磁线圈3b卷绕到第二部件22b上。第二定子2b的两个部件21b和22b限界了第二环绕间隙5b，作用元件4的第二环绕铁磁区域41b在构成第二气隙6c和6d的情况下可导入到该第二环绕间隙中。第二励磁线圈3b可通过输入导线31b通电。

作用元件4固定在轴105上。作用元件4的铁磁区域41a和41b这样相互布置，使得这两个区域41a和41b中总是仅一个区域能够完全填充其配属的间隙5a或5b并且因此能够使其配属的励磁线圈3a或3b的电感l最大化。

对励磁线圈3a和3b交替地通电。如果对励磁线圈3a通电，那么磁阻力作用到作用元件4的铁磁区域41a上，该磁阻力将该区域41a吸引到定子2a上的间隙5a中。那么轴105和由此促动器膜片104向下运动到图1中示出的状态中。相反地，如果对励磁线圈3b通电，那么磁阻力作用到作用元件4的铁磁区域41b上，并且将该区域41b吸引到定子2b上的间隙5b中。那么轴105和由此促动器膜片104从图1中示出的状态出发向上运动。

图2示出具有根据本发明的磁阻促动器1的主动支承装置100的另一实施例。该功能原理与图1中的功能原理相同。但是为了概要性省略了液压组件以及支承部。作用的支承力fl从外部作用到柱塞107上；反向力fg通过磁阻促动器1来施加并且通过轴105传递到柱塞107上，磁阻促动器3的作用元件4安装到该轴上。轴105通过气隙105a与定子2a和2b间隔开。磁阻促动器1的耦合到轴105上的作用元件4在该气隙105a中运动。

与图1不同，第一定子2a由通过smc材料制成的第一部件21a和作为第二部件22a起作用的铁磁叠片组25a组合而成。第一部件21a和叠片组25a限界了第一间隙5a，作用元件4的第一铁磁区域41a在构成两个气隙6a和6b的情况下可导入到该第一间隙中。

类似地，第二定子2b由通过smc材料制成的第一部件21b和作为第二部件22b起作用的铁磁叠片组25b组合而成。第一部件21b和叠片组25b限界了第二间隙5b，作用元件4的第一铁磁区域41b在构成两个气隙6c和6d的情况下可导入到该第二间隙中。

根据图2的安装方式整体上更短并且更紧凑。作用元件4的铁磁区域41a和41b在尺寸上尤其小于根据图1的铁磁区域。这导致由励磁线圈3a和3b产生的磁通量φ通过叠片组25a和25b到环绕间隙5a和5b上的更好聚集。

图3是在图2中示出的主动支承装置100的部分剖面立体视图。这里仅示出在固定板109上方的区域。具有最复杂形状的部分是第一部件21a，该第一部件与叠片组25a共同构成第一定子2a。相反地，第一励磁线圈3a是预制成的环绕线圈，叠片组25a是预制成的层压环。励磁线圈3a和层压环25a能够简单地装入到第一部件21a中。第一部件21a的较复杂形状可以由smc材料通过挤压而简单地制造。

图4阐明，如何能够由四个相互邻接的相同叠片组23a-23d构成定子2。通过叠片组23a-23d的铁磁叠片限定的平面全部垂直绘图平面走向。这些平面还在叠片组23a和23c中水平地从左向右走向，以及在叠片组23b和23d中垂直地从上向下走向。叠片组23a-23d中的各两个叠片组在边界面24a-24d上相互对顶。在此，各个边界面24a-24d与在相互邻接的叠片组23a-23d中的叠片分别围成45度角。以这种方式，由环绕的励磁线圈3所产生的磁链通量ψ在叠片组23a-23d中能够完全围绕通过气隙105a与定子2间隔开的轴105。