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电磁驱动装置

基本信息

  • 申请号 CN00810012.8 
  • 公开号 CN1360725A 
  • 申请日 2000/07/04 
  • 公开日 2002/07/24 
  • 申请人 动力发展有限公司  
  • 优先权日期  
  • 发明人 菲利普·雷蒙德·迈克尔·登内  
  • 主分类号  
  • 申请人地址 英国多塞特郡 
  • 分类号  
  • 专利代理机构 永新专利商标代理有限公司 
  • 当前专利状态 发明专利申请公布 
  • 代理人 刘兴鹏 
  • 有效性 发明公开 
  • 法律状态
  •  

摘要

一种形式为圆筒形磁性组件(11)的电磁驱动装置,其能够容纳一个沿缸体长度运动的配合电枢(12)。
电枢(12)设有一个横向延伸的元件(14),以便通过缸体(11)中的一个轴向延伸的槽(15)将电枢的运动输送至驱动装置的外部。
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权利要求书

1、一种电磁致动器,其包括一个第一磁性组件、一个第二磁性组件, 所述组件中的一个的极性可响应电控制信号而变化,以便沿相对运动的 轴线形成第一和第二组件之间的相对运动,其特征在于:所述组件中的 一个组件(12)设有一个翼片(14),该翼片相对于所述相对运动的轴线横 向延伸,且另一个组件设有一个槽(15),该槽平行于相对运动的轴线延 伸,且被设置成能够容纳所述翼片(14)。
2、根据权利要求1所述的致动器,其特征在于:所述第二组件采用 能够容纳第一组件的缸体的形式。
3、根据权利要求2所述的致动器,其特征在于:所述第二组件包括 多个永久磁铁部分,每一磁铁部分均具有极片(24b)。
4、根据权利要求3所述的致动器,其特征在于:所述极片(24b)向着 组件的外周逐渐缩减。
5、根据权利要求2、3或4所述的致动器,其特征在于:所述缸体的 端部被密封,且所述槽(15)设有一个滑动密封件(16),以便在第二组件中 对所述第一组件的运动提供制动。
6、根据权利要求2-5中任意一项所述的致动器,其特征在于:所述 第二组件包括多个线圈,这些线圈以这样的方式绕制,以便形成一个用 于容纳第一组件的翼片的通道。
7、根据权利要求6所述的致动器,其特征在于:所述线圈以数字8的 形状成对绕制。
8、一种根据前述权利要求中任意一项所述的组件。
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说明书

本发明涉及电磁驱动装置。
这种驱动装置是已知的且具有各种结构,但它们主要是活塞和缸体 装置的各种变型,且输出与驱动装置的中心线同轴。
这种结构在被用于 有限空间中时会产生问题,因为其意味着对于整个行程来说,其长度要 求为行程长度的两倍,以适于使一部分驱动装置容纳在台座中的一个槽 中。
这一问题已经导致电磁驱动装置在使用中受到限制。
本发明提供了一种电磁驱动装置,在该电磁驱动装置中采用了一个 相对于轴线方向横向延伸的元件,以通过一个轴向延伸的槽将电枢的运 动传送至驱动装置的外部。
在一个实施例中,驱动装置呈设有线圈的定子的形式,所述线圈与 通过电枢上的一个磁性组件产生的磁场配合,以在被激励时能够产生运 动。
其本身要求线圈的绕制方式应能形成所述横向元件可运动通过的间 隙。
最好是,每一个线圈均以近似“数字8”的形状被绕制成一对线圈部 分,且线圈被连接成一组三个,以便能够由彼此间相位相差120°的信号 激励,以形成三相驱动。
在另一个实施例中,驱动装置可采用定子的形式,该定子设有一个 用于产生交替磁极的固定场的永久磁铁,以及一个电枢,该电枢具有一 个或多个绕制在电枢上的线圈。
在这一实施例中,所述线圈为传统的线圈,但它要求设置一个特殊 的连接件,以便能够例如以可弯曲软管的形式对线圈提供电能。
较理想的是,定子的永久磁铁设有极片(磁极件),该极片可采取 带槽的盘的形式,且极片被设计成最好能提供磁场的理想形状。
为了更易于理解本发明,下面参照附图对本发明的实施例进行说 明,其中: 图1为本发明的电磁驱动装置的第一实施例的剖面侧视图; 图2为在图1中所示的驱动装置的端视图; 图3为由一对线圈段形成的一个线圈的示意性说明图; 图4为本发明的另一个实施例的示意性侧视图。
参见图1,一种电磁驱动装置包括一个由一根钢制外管形成的圆筒 形定子11,在该定子内部安装有一个沿定子11的长度运动的电枢12。
电枢12比定子11短,且设有一个横向延伸的元件14,该元件可采 用任意的传统形式,但是在本实施例中,如图所示,其为沿轴向延伸 的翼片14。
翼片14被容纳在设置于定子儿的壁中的一个轴向延伸的槽15 中。
电枢12由一个或多个永久磁铁件17的组件构成,所述永久磁铁件被 轴向磁化,且被夹在两个极片18之间。
如果需要,可使极片向着其径向 边缘逐渐缩减(呈锥形倾斜),以便减弱磁芯中的场以及电枢质量。
也 可在相邻磁性组件的极片之间插入一个较薄的柔性盘。
这种结构允许制 造公差,且还可允许形成具有较长定子的驱动装置,其利用了一个具有 多个磁性组件的电枢。
在钢制外管内部,所述定子设有特别绕制的线圈,这些线圈留有元 件14可延伸通过的间隙。
如图3所示,实现这种结构的一种方式为以“数 字8”的形状将每一个线圈绕制成两个线圈部分。
这些线圈被装配成三 个一组(每一磁化周期的三相中的每一个相均采用了一对线圈段)。
每一 相的电流必须沿线圈以在不交叉定子中轴向延伸的槽15的间隙的情况下 被绕制的方向交替改变。
一个或多个磁极组件使一个强磁场径向向外经 定子线圈伸出,从而磁通量通过装设所述组件的外部钢管返回。
定子11的内部最好衬设有一个硬的且开有槽的绝缘管,该绝缘管起 到了一个支承及密封面的作用。
电枢12设有一个或多个例如呈活塞环形 状的支承面,所述支承面被设置成可沿硬的绝缘管滑动。
每组夹在极片18之间的永久磁铁件17最好在轴向剖面上呈圆形。
由 于电枢12可由多个组件构成,因此其能够允许每一组件之间或组件组之 间沿相对于中央轴线的任意方向相对旋转运动。
因此,被装在一系列轴 承圈上的电枢能够沿缸体轴线的不规则的或者精密的弧线运动,其中, 所述轴承圈在由一种硬制绝缘材料制成的定子套管上延伸。
如果需要驱 动装置向上或绕一障碍物弯曲时,这种结构是非常有利的。
其还允许由 机械应力、温差或损坏引起的结构不规则误差。
在组件之间的柔性盘可 足以提供所需量的相对运动时,根据不同用途可使用其它更复杂的连接 结构。
另外,可以铰接翼片14或可以铰接形成电枢12和翼片14之间的连 接。
通过这种基本的电磁结构,能够形成多种不同的致动器。
例如,如 果定子为封闭的缸体,例如在图1所示的管上设有封闭端,且致动器设 有一环形密封从而形成一个活塞,那么当内部填充了如空气这样的气体 时,所述如空气这样的气体可从一固定式压力源或可变式压力源供给, 从而能够形成一种无杆式气动致动器。
其本身要求一个被设置在槽15中 的滑动压力密封件16。
另外,槽15必须单独设置一个防止灰尘和其它杂 质的防护性密封。
而且,所述缸体的形状不必严格地具有圆形横截面,相反,其可以 呈椭圆形,以便确保翼片14能够确实沿槽的中央向下延伸并能够承受侧 向力。
另外,带有槽的定子本身可被弯曲,且如果以均匀的半径弯曲,将 会允许电枢的翼片沿一段圆弧运动。
在这种结构中,考虑到电枢滑靠在设 置在定子上的套管中的实际情况,必需在每一磁性组件之间使用柔性盘。
因此,如果用一根半径臂代替翼片14或将翼片14连接至该半径杆上,则 可将该臂连接至一根正交轴上,以便施加在电枢上的力会在其轴上施加 力矩。
应理解,通过这种装置,以最少量的运动部件便可直接产生较大 的力矩。
另外,如果使所述圆弧延伸至环绕上述轴的整个圆,那么其允 许加长电枢,以便填充整个定子,从而产生最大可能的力矩。
随后,如 果需要则使电枢同步转动。
其本身形成了可被用于光学或其它特殊设备 中精确角定位的环状(曲面)回转马达。
作为可选择的方案是,可使用多个驱动装置来实现单一元件的运动。
换句话说,可将两个或三个驱动装置固定至一公共致动件的任意一侧并 使这些驱动装置连接至该致动件上,所述致动件本身可具有伸出壳体的 延伸部分。
该系统的整个长度不必比一个驱动装置的长度长,但是输出 量当然应是单一驱动装置输出量的数倍。
上述实施例被描述为这样一种驱动装置,其具有一个永久磁铁电枢 且作为一种三相同步器工作。
其它的结构也是允许的,如电枢使用了线 圈而定子设有永久磁铁。
图4示意性地显示了具有这种结构的驱动装置的 一种形式。
此处,电枢12由多个绕在一个钢芯21上的常用线圈20构成, 这些线圈通过具有足够长度的后部导线22被供给电能,以允许电枢沿定 子运动。
定子11由多个永久磁铁部分24形成,这些磁铁部分被架设成沿定子11 的长度形成交替的电磁极。
每一永久磁铁部分24均包括一个永久磁铁24a 和多个极片24b。
最好这样成形极片24b,即它们能够适当地形成电磁场。
在这种情况下,它们均匀地朝每一部分的永久电磁铁的周边逐渐变小。
其效果在于能够减小每一部分24外侧周围的强磁场。
每一部分24均开有槽且使这些槽对准,以便允许被固定至电枢12上 的横向进入的翼片(未示出)能够如在第一实施例中那样与电枢一起自由 运动。
也可这样构造线圈,以便形成所述的定子或电枢。
在这种技术中, 当应用于定子时,定子可由一组平面钢环构成,这些钢环彼此由圆柱形 钢环分离,以便在一个大致连续的钢制缸体中形成槽。
每一铜制线圈均 被独立地装配在平面钢环之间的槽内,且能够被适当地激励以提供轴向 交替的磁极。
钢制构件可由铸造和/或金属件代替。
另外,可以将定子设 计成能够将涡流引入一无源电枢内,以便制造出适于打开门或移动幕帘 的低成本机器。
所述驱动装置的一种特殊用途在于用于一种升降机中,其中,设置 两个或四个带有槽的驱动装置抵靠在升降机轴的内壁上,从而能够无噪 音、直接并精确地驱动并导引升降机箱。
应理解,致动器的大量使用要求设置一位置传感器,以便为了通过 定子线圈的适当转换操作来正确控制致动器的相对运动,从而对一个控 制单元提供一个反馈信号。
虽然在图中未示出这一内容,但是其位置在 较大程度上取决于致动器的用途以及致动器的实际结构。
就升降机而言,升降机箱的静止载荷以及其有效载荷均由定子内的 气体支承。
其压力的确切值由一个较小的阀系统和一个较小的备用空气 压缩机调节。
气体压力通过一简单的规则系统控制,该规则系统能够对 被供给至致动器的电流值进行积分,以便校正温度变化、镜头、载荷变 化以及升降机停止机构。
由于在升降机运动期间不会消耗空气,因此压 缩机不必具有较大的容量。
在采用较长定子(如根据升降机设计的定子)的情况下,定子线圈 应被分为相对较短的几个部分。
这种结构允许仅与电枢相邻的定子线圈 组件的那些部分被激励且被转换,以此可提高能量效率。
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