机电致动器的制造方法_2

文档序号:9893824阅读:来源:国知局
低效率,尤其是由于在行程起 动处的通常小的力和力转换率引起的长的调节时间。常规的双稳态的可逆线性螺线管通常 在电枢碰撞行程端部时达到其最高电枢速度。在运方面,传递到电枢的动能被转换成热、声 W及还不可避免地转换成驱动部件的塑性变形。一方面,在适用的情况下由于碰撞到端部 行程位置中的高速而产生的高动能对于为此目的的驱动器是浪费的,并且在其它方面,通 过剧烈磨损对其使用寿命构成威胁,并且在需要的情况下,使得复杂且昂贵的端部位置阻 尼是必要的。与此形成对照,利用根据本发明的驱动器,电枢的及可选地与其机械相关 的另外的部件的,例如在施加侧的另外的部件)动能依次主要存储在弹黃系统Γ恢复")中, 并从而可用于在相反的方向上的后续的调节过程(除了(摩擦)耗损之外)。
[0028] 总之,根据本发明的驱动器通常必须比常规的可逆线性螺线管执行更少的工作 量,W便能够在有限时间中从一个端部行程位置移动到另一端部行程位置。并且,由于通过 弹黃系统"预加速",因而它们还可较高的电效率执行该所需要的较小的工作量。运相 应地导致了小的功率耗损并且允许更高的切换频率,其中到目前为止,它们被耗损功率或 (积分)热耗损限制。
[0029] 对于小的行程,即当可W W良好的近似法假设工作气隙为"小"或"短"时,形成本 发明的主题的驱动器相对于常规的双稳态的可逆线性螺线管有巨大的优势。在此所描述的 驱动器的死区时间通常更短;调节时间更短;效率更高;进而端部位置速度更小。无可否认 地,在双稳态设计中的创新型磁体具有至少一个咬合点,该咬合点在非激励的情况下由于 弹黃系统而未对应于任何端部行程位置。然而,磁体可W容易地被设计成,使得对抗弹黃系 统的回复力而仍将电枢磁性地传送到所要求的端部行程位置中。在W可切换的(恒定的)电 压源操作时,磁体可W被配置成其在规定的调节过程时由于来自一个或多个线圈的相反感 应而远没有达到其平衡电流。如果现在驱动器由于机械负载(例如高的摩擦力)的行为而在 咬合点的环境中被"捕获",则电流增大并从而伴随由于自感应和满流效应、磁阻力而产生 的一定的延迟,该磁阻力作用在电枢上并可W最后总是足W再次使弹黃系统张紧且将电枢 传送到所要求的端部位置中。
[0030] 对于长行程的驱动器(即在纵向方向上的行程比在横向方向上的气隙的宽度长), 上面的"小气隙"的近似在该长行程驱动器中是不满足的,弹黃系统中的咬合相比更容易是 可能的。驱动器的长行程设计的可改正的缺点还可W在此看到:根据弹黃系统的设计和负 载行为,在中位行程位置的区域中(即,当简单的电枢的工作气隙全开时)可W达到最高的 电枢速度。然而,全开的气隙产生了低的"力常数"(实际上是力函数),即给定的电流仅仅产 生了小的磁阻力。运与上面所描述的目的相矛盾,只有在可W利用额外驱动器通过弹黃力 达到最高的电枢速度的情况下,高的电效率由此可W在理论上映射出,在根据本发明的驱 动器处的巧常数"是小的,而没有特性影响,运会削弱本发明的优势。
[0031] 如果本发明的驱动器的行程太大,使得相关的工作气隙在每一个规定的操作状态 中不能近似为"小的",则因此有利地是,根据本发明的驱动器配备有用于特性影响的装置。 如果该装置是几何特性影响,则其匹配到根据本发明的弹黃系统。该特性影响还可W减小 工作气隙的串联磁阻,并从而有助于使所需要的触发功率最小化。
[0032] 常规的双稳态的可逆线性螺线管的另一缺点可W在W下事实中看到:它们具有额 外的磁通量导向。W永磁方式产生的磁通量一方面必须被提供到电枢中,并且必须关于至 少一个线圈被供应到电枢的磁极面(通常前表面)。运导致了增大的驱动横截面。
[0033] 如果根据本发明的驱动器应当具有特别紧凑的构造形状,则它包括两个或更多个 软磁材料的框架部件,在两个或更多个框架部件之间W永磁方式产生磁张力。该驱动器还 包括至少两个软磁电枢部件下为电枢板),即为第一电枢板和第二电枢板,两个软磁电 枢板彼此刚性连接。根据本发明,该驱动器具有两个端部行程位置,即为第一端部行程位置 和第二端部行程位置。该驱动器被配置成,在第一端部行程位置中,第一电枢板使框架部件 磁短路,除了不可避免地冗余的气隙,而在第二电枢板处的工作气隙打开至最大值。在第二 端部行程位置中,第二电枢板相应地使框架部件磁短路,且在第一电枢板处的工作气隙打 开至最大值。彼此刚性连接的电枢部件(在此为电枢板)从第一端部行程位置到第二端部行 程位置的强制性的位移因此有W下结果永磁方式产生的磁通量主要从第一电枢板向第 二电枢板整流。(两个电枢板的工作气隙(朝向框架)关于借助于驱动器线圈所产生的磁通 量彼此磁性地串联连接。所称的两个电枢板的工作气隙关于W永磁方式所产生的磁通量磁 性地并联连接)。
[0034] 图la示出了侧视图,图化为根据本发明的驱动器的一个实施方式的几乎按比例的 正视图,该驱动器具有两个电枢或电枢板(通常说来电枢部件)。弹黃系统并未示出,运是由 于本领域技术人员根据权利要求的措施、可选择地配合具体的应用而容易地设计运种弹黃 系统。两个电枢的刚性的机械连接同样地也未示出,本领域技术人员可W利用其常规技能 设计出该刚性的机械连接,例如W杆布置的形式。
[0035] 图laW侧视图示出了形成磁体的框架的电片材包30、电片材包31和电片材包32。 在运方面,通过永磁体50、永磁体51在张力下将内框架部件31磁性地设置成倚靠外框架部 件30、外框架部件32。磁体具有两个线圈40、41,例如,两个线圈40、41可^串联连接或者可 W单独地被激励。然而,他们通常是W同样的方式被激励。如所提到的,磁体具有两个电枢 (电枢板),即为电枢10和电枢20。电枢20由于与线圈41所产生的径向的"气隙"而不具有任 何狭义上的几何特性影响,线圈41的设计用来使经由其工作气隙δ20和工作气隙δ21而传递 到电枢20的磁阻力最大化。
[0036] 相比之下,电枢10和框架形成为电枢/电枢对件系统,其大大地提高了磁体吸引电 枢的利用度。电枢10和框架部件30、31、32的电枢/电枢对件系统包括工作气隙δ 10、δ 12、δ 13、δ 14,工作气隙δ 10、δ 12、δ 13、δ 14由于驱动器的镜像对称而双倍地出现,但是单一地标 称。同样的情况应用于径向气隙S11和径向气隙δ15,径向气隙δ11和径向气隙δ15同样是几 何特性影响的部分。如在图lb中所看到的,驱动器具有带正方形忍部的线圈。运是有利的, 但并不是必要的。优选地,电枢10和电枢20同样由软磁金属片材包组成。由于根据本发明的 驱动器可W具有高动力,因而在满流阻尼方面满足相对高的需求,例如可W借助于典型的 金属片材包而实现。金属片材包用于平行六面体形磁体的设计的使用尤其被推荐,那些平 行六面体形磁体的磁回路在第一近似结构中仅仅具有两个或Ξ个镜平面。根据本发明的较 小的旋转对称/圆柱形的磁体的磁回路可W由典型的软磁固体材料(例如纯铁、铁素体钢、 铁娃合金、铁钻基合金)构成。狭缝的成熟引入(特别是引入到一个或多个电枢中)有助于额 外的阻尼。特别短的死区时间和非常小的满流损耗(在"铁"中)可W借助于软磁复合材料 (例如3P Somaloy 1000,所谓的SMC材料)来实现。运些SMC材料还可W通过粉末喷射成型来 转换成具有复杂的=维几何结构的组件。例如,运还允许形成旋转对称驱动器的"腔室",该 腔室可W容置永磁体。形成腔室必要的SMC材料的腹板Γ横梁")无可否认地W运种构造形 成了磁短路;然而,它们可W被设计成其磁饱和或在运方面产生足够小的磁通量。W类似的 方式,用于容纳永磁体的腔室也可W形成金属片材包,运是由于某些金属片材被设计为连 续的,而其它的金属片材具有开孔;用于容纳永磁体的蜂窝构造可W由此产生,该蜂窝构造 在机械上也是非常稳健的,即刚性的。
[0037] 特别显而易见的是,不仅旋转对称的驱动器而且根据本发明的具有两个电枢的平 行六面体的驱动器都通过中屯、布置的杆来实现电枢之间的刚性连接,该中屯、布置的杆例如 同轴于圆柱形磁体的圆柱轴线而延伸。如果连接到电枢的运一杆由一个或多个驱动线圈围 绕,则可W有利的是杆本身包括软磁材料并用来磁通量导向。因此在设计磁极面的尺寸中, 自然必须考虑该额外的磁通量。
[0038] 图la和图lb的示意性图示是按规定比例的,从而它可W用作阳Μ仿真的良好基础。 为了由此而绘制根据本发明的驱动器,应当在仿真中考虑根据本发明的弹黃系统(未示出) 的特性。通过改变弹黃功能、铜电解液液面、线圈的数量等等来最优化驱动器属于被委托有 电驱动器的FEM仿真的本领域技术人员的日常工作。
[0039] 图化、图2c、图2d、图2e示意性地示出了相较于常规的可逆线性螺线管2a不同的驱 动器构造,甚至是不同的拓扑结构。示出的所有的驱动器应当被假设具有平行六面体形,并 且可选择地由金属片材包组成。根据本发明的驱动器自然可W是W示出的所有构造形式及 其结合的装置;关于构造尺寸,具有两个电枢的实施方式(2b-2e)的优点是显而易见的,运 是由于此处穿过示意性地示出(但相对地按照比例示出)的所有驱动器的工作气隙的磁极 面具有相等的幅值。因此,相较于那些仅仅具有一个电枢的驱动器,具有两个电枢的驱动器 可W具有更加紧凑的构造,运尤其是由于省去了额外的磁通量返回。另外,对于根据本发明 的具有两个电枢的磁体的动力,有利的是,总的电枢质量由于W下两个原因而可W比常规 的几何构造的磁体(如2a中)更小:第一,更大的磁极距允许相对薄的"电枢板";第二,待移 动的(总的)电枢质量不会增大到与标称行程的磁体增大的相同的程度,而只是与增大的线 圈长度或永磁体长度一样小。
[0040] 如果仅仅需要小的横截面执行本发明,并且如果构造长度(如果有的话)是不显著 的,则W永磁方式极化的两个定子和单个电枢也可W用来替代两个电枢和W永磁方式极化 的单个定子。运种实施方式无可否认地需要大约两倍的永磁体材料数量(每个有效的磁极 面),并且在构造方面,还是那些具有两个电枢的驱动器的大约两倍的长度。然而,利用恰当 的设计,它们由于较小的电枢质量而可W具有特别高的动力,至少在短行程设计中具有特 别高的动力。为了进一步提高动力,除了电动的额外的驱动器(参照例如W0 2011 /003547 A1),也可W考虑增加磁极对的数目来减小电枢质量Γ电枢板"之后可W具有较薄的设计); 在运种情况下,一个或多个框架
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