CN100387945C - 线性致动器及制造线性致动器中保持件的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种线性致动器(400)，通过增加捕捉的磁力线并保持制造成本和质量相对低，该致动器使得将要工作处的气隙内的磁通密度最大。这通过改进的线性致动器来实现，该致动器的特征在于保持件(300)包括铁磁材料的十字形部件，该部件弯曲成使得十字形的四个端部(34)垂直于磁体的纵向轴线(350)定位。
Description
技术领域
本发明总体涉及质量流量和密度测量装置，本发明尤其涉及一种具有改进灵敏度的流量传感器。
背景技术
如1985年1月1日授予J.E.Smith等人的US专利4491025和1982年2月11日授予J.E.Smith的Re.31450披露那样，公知的是使用科里奥利质量流量计测量质量流量和与流过管道的材料相关的其它信息。流量计具有直的、弯曲或不规则构造的一个或多个导管。每个导管具有一组自然振动模式，该模式可以是简单弯曲、扭转或扭曲类型。填充材料的每个导管受到驱动以便以正弦自然模式之一在共振下振动。自然振动模式部分通过流动导管和流动导管内的材料的组合质量来确定。如果需要，流量计不需要在自然模式下驱动。
材料在入口侧上从连接的材料源流入流量计。材料流通过一个或多个导管并排出流量计的出口侧。
驱动机构施加力以便振动导管。当没有材料流时，沿着导管的所有点在导管的第一弯曲模式下以相同相位振动。对于材料流来说，科里奥利加速造成导管上的每个点相对于导管上的其它点具有不同的相位：导管入口侧上的相位延迟驱动器，而出口侧上的相位导前驱动器。传感器放置在导管上以便产生表示导管运动的正弦信号。两个传感器信号之间的相位差通过振动频率来划分，以便获得与材料流的质量流量成正比的延迟。
科里奥利流量计的驱动机构固定在导管上，并振动导管，以响应来自驱动器控制电路的信号。科里奥利流量计的传统驱动机构具有磁路，该磁路包括保持件、磁体和与线圈相对安装的极片。驱动器控制电路施加电流或驱动信号到驱动机构的线圈上。流过线圈的电流在驱动线圈和磁体之间产生电磁力，由此造成导管振动。
驱动机构的结构和作用是重要的，这是由于驱动机构可以产生的功率越大，流量计在高阻尼应用中的作用越好。
现有驱动机构的结构把注意力集中在减小成本和质量上，而对于增加功率输出作得很少。该结构以及工业上降低科里奥利流量计的成本和尺寸相结合增加了驱动系统结构中的难度。
典型的驱动结构按照以下两个等式进行开发：
P消耗＝-2*ω*ξ*K*A2(1)
其中：
ω是系统的角速度；
ξ是系统的临界阻尼比率；
K是系统刚度；
A是系统振幅；
P是系统功率；以及
P输出＝2*ω*I*B*L*A (2)
其中
ω是系统的角速度；
I是得到的电流；
B是总磁通；
L是线圈上线的长度；
A是系统振幅；
P是系统功率。
等式(1)表示科里奥利流量计消耗的功率，而等式(2)表示驱动机构输送到流量计的功率。在某些情况下，根据应用以及流量计放置的位置，输送到流量计的功率大小受到地区核准协会(即UL，CENELEC，TIIS)的限制。
在正常操作中，预先确定频率和导管振幅，使得等式(1)和(2)相等。但是，许多因素造成流量计偏离正常操作。这些因素包括吸入的空气、高粘度流体和包括大量固体的材料流。偏离正常操作造成系统振动特性的衰减，因此需要增加供应导流量计的功率以便使得流量计正常操作。为了确保传感器在流量计偏离正常操作的情况下继续操作，设计者设计出“额外”或“备用功率”。“额外”指的是在正常操作中被驱动系统所需功率划分的传感器所得的最大功率。
为了产生传感器所需的“额外”功率，驱动机构的设计者必须试图增加传感器所得功率。但是，由于等式(1)和(2)中的变量(变量K、ω和ξ)通过传感器的几何形状确定，而I由地区核准协会限制，设计者只有针对B、L和A进行设计。
从等式(1)和(2)中可以清楚的是增加导管振幅A将造成功率消耗比功率供应更快。增加线圈的线长度将增加功率，但是，增加线长度将增加电阻，并由此减小输送功率。另外，核准协会对于线圈电感和电阻之间的关系作出另外的安全限制。但是，可以增加磁通B而不影响消耗功率，也不影响核准协会限制的这些变量。
总磁通B表示包括磁场的磁力线如何紧密排列(密度)。为了有效地利用磁场，“保持件”围绕磁体放置。保持件是例如碳钢的铁磁材料的部件，该部件用作磁力线的导体。磁力线集中在钢保持件内，这是由于与空气相比，铁磁材料将支持更大的集中。除了用作磁力线的导体之外，保持件还引导磁力线，以便在将进行操作的气隙内产生最大磁通密度。在磁体/线圈驱动器的情况下，线圈定位在气隙内并进行定向，以使得磁体和当前矢量之间的矢量积最大。
一个现有技术的结构使用弯曲成开放通道(图1)的金属带。通道结构的制造成本相对低，但只围绕磁体的一个小部分，不能“捕获”大量的磁力线。另一现有技术使用杯形保持件(图2A和2B)。由于其360度导通区域，杯形保持件结构使得捕捉的磁力线最多，但是该结构制造成本高，并且质量很大。
发明内容
本发明的目的在于一种线性致动器，通过增加捕捉的磁力线并保持制造成本和体积相对低，该致动器使得在将要工作的气隙内的磁通密度最大。该目的通过一种改进的线性致动器来实现，其中该致动器的特征在于包括铁磁材料制成的十字形部件，该部件弯曲成使得十字形的四个端部垂直于磁体的纵向轴线定位。
保持件增加驱动机构所得到的总磁通，而没有不利地影响系统的其它变量。另外，保持件质量轻，并且便于制造。
本发明线性致动器的一个可能的优选实施例的特征在于保持件包括优选是钢的铁磁材料。保持件通过将材料部件成形为十字形来形成，其中十字形的腿部的端部构造成与磁体外轮廓匹配。腿部弯曲成形成90度的角度，使得端部垂直于磁体的纵向轴线。
本发明线性致动器的另一个可能的优选实施例的特征在于铁磁材料制成的安装支架。在某些情况下，磁体产生的磁通密度超过保持件承载能力，造成保持件的磁通饱和。当保持件变得饱和时，磁通产生的任何另外的磁通穿过空气。为了捕捉另外的磁通，铁磁安装支架位于磁极处。
本发明使得大部分磁力线被线性致动器捕捉，并且以优选的角度引导通过线圈。本发明还显著地减小磁体之间以及磁体附近的间隙。
可以看出本发明的一个方面是大致封闭磁体的保持件，保持件的特征在于底部和从底部延伸的至少三个腿部，每个腿部具有连接到底部并径向延伸离开底部的底部构件，连接到底部构件上并向上延伸离开底部构件的侧部构件，其中侧部构件的至少一部分平行于底部的纵向轴线，以及连接到侧部构件上并向内朝着底部纵向轴线延伸离开侧部构件的顶部构件，其中顶部构件的至少一部分垂直于底部的纵向轴线。
最好是所述保持件的特征在于每个腿部的底部、侧部和顶部构件限定连续弯曲的带。
最好是所述保持件的特征在于底部构件大致垂直于底部的纵向轴线，侧部构件大致平行于底部的纵向轴线；并且顶部构件大致垂直于底部的纵向轴线。
最好是所述保持件的特征在于顶部构件各自具有弧形末端。
最好是所述保持件的特征在于每个顶部构件的组合末端围绕磁体周边的至少50％，但小于100％。
最好是所述保持件的特征在于构成材料是铁磁性的。
最好是所述保持件包括从底部延伸的四个腿部。
最好是所述保持件包括连接到一个或多个顶部构件上的盘形构件。
最好是所述保持件与线性致动器相结合，其中线性致动器包括具有磁体和线圈组件的磁体组件，线圈组件具有可滑动地与磁体组件相互作用的线圈。
最好是所述线性致动器包括极片。
最好是所述线性致动器包括磁体套筒。
最好是所述线性致动器包括安装支架。
最好是所述线性致动器的特征在于安装支架的构成材料是铁磁的。
最好是所述保持件和科里奥利质量流量计相结合，其中科里奥利质量流量计包括接收所述材料流的导管和连接到流动导管上的线性致动器。连接到一个或多个顶部构件上。
本发明的另外方面包括一种制造所述保持件的方法，该方法包括以下步骤：形成材料部件以便与具有底部和从底部延伸的至少三个腿部的形状相匹配，弯曲材料部件使得每个腿部包括径向延伸离开底部的底部构件、向上延伸离开底部构件的侧部构件，其中侧部构件的至少一部分平行于底部的纵向轴线，以及向内朝着底部的纵向轴线延伸离开侧部构件的顶部构件，其中顶部构件的至少一部分垂直于底部的纵向轴线。
最好是所述方法包括成形步骤，成形步骤包括激光切削。
附图说明
图1是现有技术的磁体保持件；
图2A是现有技术的另一磁体保持件；
图2B是图2A的截面图；
图3是本发明磁体保持件；
图4是表示本发明线性致动器的组装视图；
图5是图4的分解视图；
图6表示本发明的另一磁体保持件；
图7表示本发明的又一磁体保持件；
图8表示本发明的再一磁体保持件。
具体实施方式
图1的描述
图1表示结合在线性致动器结构内的现有技术磁体保持件100。磁体保持件100包括构造成与安装结构(未示出)配合的大致平部分110、两个侧部部分120和两个顶部部分130。两个顶部部分具有成形为容纳磁体(未示出)外部的弧形表面140。磁体位于平部分110的内表面上，其中在磁体外部和顶部部分130的弧形表面140之间具有间隙。间隙使得线圈(未示出)通过保持件和磁体之间。保持件100通过将金属片弯曲成所示形状来形成。
图2A和2B的描述
图2A和2B表示适用于结合在线性致动器结构中的另一现有技术的保持件200。现有技术的保持件200指的是杯形保持件。杯形结构包括底部圆形平部分210、圆形侧壁220和在侧壁220的顶部上形成凸缘的圆形顶部部分230。顶部部分230具有成形为与磁体(未示出)的外部形状匹配的内部表面240。磁体位于平部分210的内表面上，其中在磁体外部和平部分230的表面240之间具有间隙。间隙使得线圈(未示出)通过保持件和磁体之间。保持件200通过压制、弯曲或机加工来形成。
图3的描述
图3表示本发明优选实施例的保持件300。保持件300包括具有纵向轴线350的大致平的底部部分305和从平底部部分305延伸的四个腿部315。每个腿部315包括从平底部部分305延伸的下部分310、从下部分310以直角延伸的侧部部分320和从侧部部分320以直角延伸的顶部部分330。顶部部分330具有成形为与磁体(未示出)的外部形状匹配的弧形内表面340。磁体位于平下部分305的内表面上，其中在磁体外部和弧形表面340之间具有间隙。间隙使得线圈(未示出)通过保持件300和磁体之间。保持件300通过将金属片弯曲成所示形状来形成。
图4的描述
图4表示固定在科里奥利流量计的导管411和413上的线性致动器结构400。线性致动器结构包括两个部分，即磁体部分410和线圈部分460。
磁体部分410包括将磁体418和保持件300安装到导管413上的磁体安装支架412。保持件300通过螺钉416和垫片417连接到安装支架412上。使用粘合剂、定位结构以及磁体组件418和保持件412支架磁性吸引相结合，使得磁体组件418在保持件412上保持就位。
线圈部分460包括将线圈464安装在导管411上的线圈安装支架462。线圈464通过螺钉466和垫片467连接到线圈安装支架462上。当安装时，线圈464定位在保持件300的内表面340(图3所示)和磁体组件418的外部之间的间隙内。
在操作中，功率经由电子器件并通过端子468供应到线圈464上。一旦施加功率，线圈的极性间断地颠倒，吸引或排斥磁体，造成导管411和413振动。
图5的描述
图5是表示图4线性致动器的进一步细节的分解视图。如上所述，线性致动器400包括两个部分，即磁体部分410和线圈部分460。
磁体部分410包括连接到导管413上的安装支架412、通过螺钉416和垫片417连接到安装支架412上的保持件300和磁体组件418。磁体组件418还包括下磁体部分518、上磁体部分519和容纳在磁体套筒527内的极片530。磁体套筒527具有从底部部分延伸的两个突出部524，突出部安装在保持件的相应细槽526内。突出部524和细槽526确保磁体组件在磁体部分410内适当对准。
线圈部分460包括连接到导管411上的线圈安装支架462和通过螺钉466和垫片467连接到线圈安装支架462上的线圈464。组装的线圈464位于保持件300和磁体组件418之间的间隙内。
图6的描述
图6表示另一保持件600。保持件600包括平的底部部分605和弯曲的侧部腿部615。每个腿部615终止于成形为与磁体(未示出)的外部形状匹配的弧形内表面640。
图7的描述
图7表示又一保持件700。保持件700包括平底部部分705和三个弯曲侧部腿部715。每个腿部715包括从平底部部分705延伸的下部分710、从下部分710以直角延伸的侧部部分720和从侧部部分720以直角延伸的顶部部分730。顶部部分730具有成形为与磁体(未示出)的外部形状匹配的弧形内表面740。磁体位于下部分705的内表面上，其中磁体外部和弧形表面740之间具有间隙。间隙使得线圈(未示出)通过保持件700和磁体之间。
图8的描述
图8表示再一保持件800。保持件800包括具有纵向轴线850的大致平的底部部分805和从平底部部分805延伸的四个腿部815。每个腿部815包括从平底部部分805延伸的下部分810、从下部分810以直角延伸的侧部部分820和从侧部部分820以直角延伸的顶部部分830。顶部部分830具有成形为与磁体(未示出)的外部形状匹配的弧形内表面840。盘形构件860固定在腿部815的顶部部分830上。添加盘形构件860可以完全围绕磁体的周边，同时保持制造成本低。磁体位于平下部分805的内表面上，其中磁体外部和弧形表面840以及盘形构件860之间具有间隙。间隙使得线圈(未示出)通过保持件800和磁体(未示出)之间。
总的来说，从以上说明看到通过增加有效性和可制造性，提供具有改进保持件结构的线性致动器可显著地改善驱动系统的性能。便于理解的是所要求保护的本发明不局限于优选实施例的描述，而是包括其它变型和改型。
Claims (15)
1.一种线性致动器，包括大致包围磁体的保持件(300)，保持件的特征在于：
底部(305)；以及
从底部延伸的至少三个腿部(315)，每个腿部具有：
连接到底部上并径向延伸离开底部的底部构件(310)；
连接到底部构件上并向上延伸离开底部构件的侧部构件(320)，其中侧部构件的至少一部分平行于底部的纵向轴线(350)；以及
连接到侧部构件上并向内朝着底部的纵向轴线延伸离开侧部构件的顶部构件(330)，其中顶部构件的至少一部分垂直于底部的纵向轴线。
2.如权利要求1所述的线性致动器，其特征在于，每个腿部的侧部和顶部构件限定连续弯曲的带(615)。
3.如权利要求1所述的线性致动器，其特征在于，
底部构件垂直于底部的纵向轴线；
侧部构件平行于底部的纵向轴线；
顶部构件垂直于底部的纵向轴线。
4.如权利要求1所述的线性致动器，其特征在于，顶部构件各自具有弧形末端(340)。
5.如权利要求1所述的线性致动器，其特征在于，每个顶部构件的组合末端包围磁体周边的至少50％，但小于100％。
6.如权利要求1所述的线性致动器，其特征在于，保持件由铁磁材料构成。
7.如权利要求1所述的线性致动器，其特征在于，具有从底部延伸的四个腿部。
8.如权利要求1所述的线性致动器，其特征在于，还包括连接到一个或多个顶部构件上的盘形构件(860)。
9.如权利要求1所述的线性致动器，其特征在于，线性致动器包括：
具有保持件(300)和磁体(518)的磁体组件(418)；以及
具有可滑动地与磁体组件相互作用的线圈(464)的线圈组件(460)。
10.如权利要求9所述的线性致动器，其特征在于，还包括极片(530)。
11.如权利要求9所述的线性致动器，其特征在于，还包括磁体套筒(527)。
12.如权利要求9所述的线性致动器，其特征在于，还包括安装支架(412)。
13.如权利要求12所述的线性致动器，其特征在于，安装支架的构成材料是铁磁的。
14.一种制造权利要求1所述的保持件的方法，该方法包括如下步骤：
形成材料部件以便与具有底部和从底部延伸的至少三个腿部的形状匹配；以及
弯曲材料部件使得每个腿部包括：
径向延伸离开底部的底部构件；
向上延伸离开底部构件的侧部构件；
其中侧部构件的至少一部分平行于底部的纵向轴线；以及
向内朝着底部的纵向轴线延伸离开侧部构件的顶部构件；其中顶部构件的至少一部分垂直于底部的纵向轴线。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，形成材料部件的这一步骤包括激光切削。
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