CN101821053A - 用于磁性保持设备的单片多极板、用于制造该板的工艺及使用该板的磁性设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于磁性夹持设备的单片多极板、用于制造此种板的工艺以及具有此种板的磁性设备(11)，其中，该磁性设备具有多个极片(13)，所述多个极片(13)从所述板(11)延伸并且与所述板(11)形成一体。

Description

用于磁性保持设备的单片多极板、用于制造该板的工艺及使用该板的磁性设备

技术领域

本发明涉及优选地但并不局限地用于磁性夹持设备的单片多极板(one-piece multipole plate)和用于制造该板的工艺。

背景技术

如这里所使用的，术语“磁性夹持设备”意图指代：

-永磁体设备，即，该设备在用于夹持或用于将其状态从运行状态改变至非运行状态、或将其状态从非运行状态改变至运行状态时不需要任何电源，并且在设备中以适当的配置形成有永磁体。

-电永磁体(electro-permanent)设备，即，该设备在用于夹持时不需要任何电源并且当其被激活和被停止时需要电源，并且在设备中以适当的配置形成有可逆永磁体，如果需要，还形成有静永磁体(static permanent magnet)。

-电磁设备，即，该设备在用于夹持时需要电源，该设备的磁芯由铁磁体材料制成。

在现有技术中，参考图1A和图1B，制造例如永电双磁体型(electro-permanent dual-magnet type)磁性夹持设备1的工艺包括第一步骤，在该步骤中由实心(solid)铁磁体材料形成框架，并且配置也称为螺线管的“N”个线圈3。

另外，框架2可以通过用本领域技术人员熟知的方法将各种组成部件组装在一起而形成。

螺线管3被适当地配置以获得N/S极，并且与位于框架2的外侧的电源(未示出)电连接。

螺线管3具有用以限定接收比如AlNiCo型磁体等可逆磁体(reversible magnet)4用的空间的构造，极片(pole piece)5被布置在该可逆磁体4上。

极片5通过对实心铁磁体材料进行机械加工而获得。

应注意，如这里所使用的，术语“极片”意图指代由铁磁体材料制成的元件，该元件典型地具有如下的表面：在磁性设备未被激活时该表面具有磁中性，并且在磁性设备被激活时该表面具有磁活性。

在图1B的具体示出中，极片5被示出为具有正方形截面的铁磁体元件，其六个面具有给定的宽度、长度和厚度。

具体地，极片5具有：六个面中的四个面，在该四个面中，磁场沿一个方向定向；第五面，在该面中磁场的方向即其N/S极的方向能够改变；以及第六面5A，该面在磁性设备未被激活时是中性的或者在磁性设备被激活时具有与其余五个面相同的极性。

应注意，磁性设备1包括多个极片5，它们彼此物理隔开并被联接到框架2以形成工件保持面2A，在保持面2A上配置待机械加工的工件。

换句话说，极片5的全部面5A形成磁性设备的磁性板的保持面2A，在磁性设备被激活时，待机械加工的工件被配置于该保持面2A并被稳固地夹持。

然后，该工艺包括例如利用螺钉6将极片5与框架2联接的步骤，使得螺线管3-可逆磁体4组件能被夹持为一组合件(pack)。

为此目的，为使各极片5联接到框架2，在框架2和极片5中均形成孔7，该孔被设计为与螺钉6接合，用于将各极片5联接于框架2。

另外，当加工工件特别需要时，极端(pole extension)(未示出)可以分别与一个或多个极片5联接。

极端可以例如通过极端在形成于极片5的另外的孔8的螺纹连接而与磁性设备1的极片5联接，此孔8沿孔7的长度方向轴线延伸。

另外，该工艺包括如下步骤：在该步骤中，也被适当地定向的比如铁氧体或NdFeB等静磁体(static magnet)9被装配在极片5之间的间隙中。

最后，该工艺包括：“校准(calibration)”步骤，在该步骤中，使可逆磁体4的磁通与静磁体9的磁通平衡；以及树脂10浇铸步骤，据此使磁性设备1基本不受杂质和/或液体渗透的影响，并且能够填充任何间隙。

但是，制造该设备1的该工艺仍存在一定的问题，包括与校准步骤有关的一些问题。

除耗时之外，校准步骤必须由特定的技术人员执行。

应注意，由于尤其与磁性设备1有关的特定问题，需要校准步骤，比如：

a)即使预先统计算出，但是可以从各极片的静磁体获得的总的磁通值在质和量等方面可能与所使用的可逆磁体的值不同；

b)形成磁性板的保持面的各对极片5之间的中心到中心的距离以及各对极片5的面之间的距离可能由于不同材料(静磁体，极片)的尺寸公差而改变；

c)由于极片与框架之间的螺纹连接，其间装配有静磁体9的各对极片5的面是不平行的。

除如上所述的问题之外，更多的问题与磁性设备的制造有关，不管该磁性设备是否是永电双磁体型，比如：

-不可能实现形成于极片5的顶部的孔8的精确对齐和相等间隔；

-极片5吸收由保持在夹持板上的工件的机械加工所造成的振动的能力较弱，特别是当使用极端时；

-上述振动能造成填充树脂10破裂，并使冷却液渗透到螺线管区域3而造成短路。

发明内容

考虑到如上现有技术，本发明的目的是消除如上参考现有技术提出的问题。

根据本发明，通过如下的用于磁性夹持设备的板来实现该目的。

一种用于磁性夹持设备的板，该磁性夹持设备具有多个极片，所述板的特征在于，多个极片从所述板延伸并与所述板形成一体。

另外，可以通过如下的用于制造磁性夹持设备用的板的工艺来实现该目的。

一种用于制造磁性设备的元件的工艺，其包括如下步骤：

提供具有预定的宽度(L)、长度(1)及厚度(S)的铁磁板；该工艺还包括步骤，即从铁磁板移除铁磁体材料，以形成适于限定多个极片的多个槽。

最后，可以通过如下的磁性夹持设备来实现该目的。

一种用于保持铁磁性工件(ferrous workpiece)的磁性保持设备，其包括：框架，该框架适于容纳多个极片，该多个极片中的每个极片均具有限定保持面部的铁磁极构件；以及绕可逆磁体布置的螺线管，所述磁性保持设备的特征在于，其包括板，多个极片从所述板延伸并与所述板形成一体，所述板是如先前所述的板。

利用本发明，能从单件的铁磁体材料形成单片多极板，由此极大地节省时间。

另外，在组装过程中也节省了时间，因为本发明仅需要处理单个部件，即单片多极板。

这样获得的单片多极板允许易于将“N”个极片安装到螺线管-可逆磁体单元，不需要注意各极片之间的对齐及中心到中心的距离。

而且，利用本发明，可以在不使极片移位的情况下插入静磁体，与现有技术的设备不同，不需要极片的位置调整，仅需要相对于框架对准极片。

本单片多极板的其它的优点如下：

-当使用极端时，它们的间隔能确保在百分之一的精度，这提高了使用该磁性设备时的加工精度；

-因为单片多极板在螺线管区域和工作面之间生成了金属隔膜，防止了液体渗透到螺线管区域；

-由于工件加工而施加到板上的应力被施加于整个板，这确保了更高的耐振动性。

最后，如果本发明的板被用于双磁体磁性设备，可以避免两个磁体(静磁体和可逆磁体)的校准，这是因为：

1)极片被以恒定的间隔配置，极片间距的公差小于毫米级公差(millimeter tolerance)的1/10。

2)本发明的板允许任何过量的磁通的局部短接(short-circuit)；这使得不需要平衡两个磁体(静磁体和可逆磁体)的磁通，由此在组装期间节省了时间。

附图说明

下面对实际的实施方式的详细说明将使本发明的特征和优点清楚明了，在附图中非局限性地示出了该实施方式，在附图中：

图1A和图1B分别是根据现有技术的磁性设备的横向截面图和此磁性设备的元件的平面图；

图2A是本发明的单片多极板的第一实施方式的平面图；

图2B是沿图2A中的单片多极板的线X-X截取的横向截面图；

图2C是本发明的单片多极板的第二实施方式的平面图；

图2D是沿图2C中的单片多极板的线X’-X’截取的横向截面图；

图3示出了与框架联接以形成本发明的磁性设备的图2A或图2C的板；

图4示出了与框架联接以形成本发明的另一磁性设备的图2A或图2C的板；

图5A是本发明的单片多极板的第三实施方式的平面图；

图5B是沿图5A中的单片多极板的线X”-X”截取的横向截面图；

图6示出了与框架联接以形成本发明的磁性设备的图5A的板；

图7A是本发明的单片多极板的第四实施方式的平面图；

图7B是沿图7A中的单片多极板的线X’”-X’”截取的横向截面图；

图7C是本发明的单片多极板的第五实施方式的平面图；

图7D是沿图7C中的单片多极板的线X””-X””截取的横向截面图；

具体实施方式

参考附图2A至7D，其中，为上面所说明的元件标注相同的附图标记，用于磁性夹持设备12的板总体上由标记11标注。

板11包括多个极片13，极片13可以具有例如正方形截面(图2A、7A)或圆形截面(图2C、5A、7C)，尽管未示出，极片13还可以设置为例如三角形外形等更多外形。

极片13从板11延伸并且与所述板11形成为一体，即，多个极片13是所述板的一部分。

因此，板11是单片多极板。

具体地，多个极片13从板11突出以限定磁性设备12的保持面12A，待加工的工件(未示出)可以放置在保持面12A上。

因此，具有预定宽度L、长度l和厚度S的平的铁磁板经受若干加工步骤以获得板11，在板11中通过形成凹部或槽15来获得多个极片13，该多个根据特定的应用需求可以是六个、八个或更多个。

更具体地，槽15限定了各极片13的外周，以形成用于各极片13的至少一个保持区域或面13A。

磁性设备12的保持面12A由全部的保持面13A限定。

应注意，如果板11与双磁体磁性设备(具有静磁体和可逆磁体)联接，那么这些槽15可以形成静磁体9和树脂10用的接收部(receptacle)(图3和图4)，如果板11与单磁体磁性设备(仅具有可逆磁体)联接，板11可以形成仅用于树脂10的接收部(图6)。

板11的槽15处的剩余材料部限定各极片13之间的连接部11A，以允许各对极片13之间的连接。

具体地，此部分11A在磁性设备运行时在极片13的静磁体9之间产生某种局部短接，并且能够增强极片13的刚性，进而增强板11的刚性，由此增加板对机械应力的抗力。

该部分11A的总的截面应优选地、但并不限定地小于各极片13的区域13A的30％，即，应不超过由极片13的保持面13A限定的面积的30％。

如果部分11A的截面大于各极片13的保持面13A的面积的30％，那么磁性设备12可能会表现出差的夹持性能。

仍参考附图，能观察到各极片13的通孔14。

通孔14延伸穿过板11的厚度S(因此延伸穿过极片13的厚度)，并穿过框架2的用作磁性设备12用的基座的厚度S”的一部分。

应注意，孔14可以优选地形成在各极片13的中心C处。

不管孔14的位置在哪里，能够在各对中心C之间实现恒定的节距P。

有利地，如果孔14形成在极片13的中心C处，则这样的孔14沿与带有正交笛卡尔轴X-Y的参考系的轴平行的预定轴对齐。

应注意，各通孔14可以具有与其联接的紧固装置17，在意大利专利申请MI2007A001227中说明了紧固装置17的特征，其能够将螺线管3-可逆磁体4单元夹持在极片13和框架2的基座之间的部件(pack)。

极端的螺杆(shank)(未示出)可以与此种紧固装置17联接。

可以例如在意大利专利IT1222875中和在专利申请MI2007A001353中发现对极端的技术和操作特性的说明及使用该极端的优点。

有利地，虽然制造磁性设备12的工艺类似于上述参考图1A的现有技术说明的工艺，其包括单个步骤，在该步骤中板11能够与设备的框架2联接，因此全部的极片13能够与设备的框架2联接。

该特性使得在极片的制造过程中以及在装配过程中都节省了大量的时间，有利地，在装配过程中仅处理一片，而不用处理将被安装到磁性设备12的极片5的数量相同的片数。

应注意，当使用极端时，构建工艺保证了各对极端之间的中心到中心距离的百分之一的精度，这提高了工件的加工精度。

具体地，参考示出了本发明的第一实施方式的图2A和图2B，示出了从板11突出六个极片13。

通过从平板上去除材料，例如通过磨削(milling)或钻孔步骤去除材料，能够由平板形成板11，因此能够由平板形成六个极片13。

具体地，磨削步骤限定凹部或槽15。

在图2A的具体示例中，槽15被形成为延伸穿过板11的厚度S的至少一个深度H。

换句话说，连接部11A的厚度S’由下面的关系式限定：

S’＝S-H

其中，S是板11的厚度，H是槽15的深度。

应注意，多个极片13的各极片的槽15沿与具有正交笛卡尔轴X-Y的参考系的轴X平行的线和与轴Y平行的线延伸，使得极片13具有正方形形状并且沿平行的列配置。

钻孔步骤形成延伸穿过板11的部分S的通孔14和另外的通孔16。

有利地，这些通孔16使得板11更易于与框架2对齐，这些通孔16还提供树脂10的通道。

具体地，参考示出了本发明的第二实施方式的图2C和图2D，示出了从板11突出的八个极片13。

这里，同样地，通过从平板移除材料，例如通过使用比如钻心装置(corer)等磨机从平板移除材料，而由平板形成板11和八个极片13。

具体地，这种磨削与各极片13的中心C同心地执行。

因此，获得具有圆形截面的多个极片13。

同样地，在图2C和图2D中示出的实施方式中，连接部11A的厚度S’由关系式S’＝S-H限定，其中，S是板11的厚度，H是槽15的深度。

现在参考示出了磁性设备12的截面图的图3和图4，图2A或图2C中示出的板11被一次组装到磁性设备12的框架2。

从图3和图4中能观察到，根据板在组装过程中的位置，板11能用于两种类型的磁性设备12，比如永电双磁体型磁性设备(具有静磁体和可逆磁体)。

具体地，可以定义称为“前方”位置或传统位置的位置(参见图4)，其中，图2A或图2C中示出的板11在该位置被示出为具有暴露出极片13的保持面12A，并且能够定义称为“后方”位置或金属位置的第二位置(参见图3)，图2A或图2C中示出的板11在该位置被示出为具有保持面12A，在该保持面12A中看不到极片。

应注意，板11位于传统位置(图4)的设备12提供的优点在于允许从磁性设备12的保持面12A移除更多的材料，因为在非运行状态(inactive condition)中磁通不会损伤作用部分(activepart)。

这是特别有利的，因为，由于加工造成的保持面的恶化，随着时间的进行不能确保所要求的工件的加工精度。为避免该缺点，使用板11并根据如图4所示的图案来布置板11，这使得能在防止对作用部分的任何损伤的状态下执行多个步骤来研磨设备12的保持面12A。

另一方面，板11位于“后方”位置(图3)的设备12提供的优点在于与图4所示的设备相比具有更宽的金属面，特别是具有更宽的无树脂保持面。

后一特性在如下方面是非常有利的：在涉及升高保持面12A的温度的加工处理的情况下，保持面上的无树脂确保了不会出现故障、变形和/或树脂的剥离。

此外，不管为磁性设备12选择什么样的板位置，因为单片板11在螺线管3和工作面之间生成了金属隔膜，液体不能渗透到螺线管区域3。

应注意，在双磁体设备(具有静磁体和可逆磁体)的特定情况下，在极片13的中心C之间具有恒定距离的特性使得不需要校准，因为由板11的部分11A提供的静磁体9之间的局部短接使得不需要完美地平衡静磁体9和可逆磁体4的磁通。

另外，应注意，与图2A和图2B的实施方式相比，板11具有圆形极片的磁性设备12允许更好的机械应力分布，因为剩余金属隔膜被配置在极片13的整个圆周上。

图5A到图6示出了本发明的不同于参考图3和图4所说明的实施方式的第三实施方式的，现在参考图5A到图6，板11是用于单磁体磁性设备(仅具有可逆磁体)的特定的板。

应注意，在图5B所示的特定实施方式中，连接部11A的厚度S’由下面的关系式限定：

S’＝S-H-h

其中，S是板11的厚度，H是沿从与保持面13A相反的面13B到保持面13A的方向测量的槽15的深度，h是沿从保持面13A到与保持面13A反向的面13B的方向测量的槽15的深度。

此外，应注意，保持面13A具有收纳环19A用的环形凹部19，环19A优选地由非磁性金属材料制成，该环19A用于在磁性设备运行时将夹持力集中到磁性设备12的保持面13A上。

现在参考图7A至图7B和图7C至图7D，板11的极片13通过材料移除的机械步骤而获得，即通过对材料进行钻孔而获得。

具体地，这些步骤包括从板11移除全部材料以限定在其中没有材料的通孔18。

换句话说，通孔18是这样的开口：在板11的整个厚度S上移除材料，即，通孔18的深度H(或者h)等于板11的厚度S。

槽18限定或形成极片13的外形，其能够呈现为任何形状，例如四边形形状(图7A和图7B)、圆形形状(图7C和图7D)、或比如三角形形状(未示出)等其它形状。

换句话说，板11的槽18限定了凹部的外形，各凹部反过来限定了极片13的外周。

具体地，槽18可以结束于具有点状外形的交叉点18A，以允许极片13之间的连接、静磁体(如果有的话)之间的局部短接，以及允许下部的磁泄漏。

因此，沿板11的周缘和在交叉点18A处，允许极片13之间的连接，用于在磁性设备12运行时局部短接静磁体。

应注意，在图7A和图7B示出的实施方式中，区域18与具有正交笛卡尔轴X-Y的参考系的轴X、Y大致平行地延伸。

相反地，在图7C至图7D的实施方式中，区域18与各极片13的中心C同心地延伸。

本领域技术人员将明显地理解，在不偏离本发明的如权利要求书中所限定的范围的情况下，可以对如上所述的配置作出改变和变型，以满足特定的需要。

Claims (23)

1.一种用于磁性夹持设备(12)的板(11)，所述磁性夹持设备(12)具有多个极片(13)，所述板(11)的特征在于，所述多个极片(13)从所述板(11)延伸并与所述板(11)形成一体。

2.根据权利要求1所述的板，其特征在于，所述板(11)包括多个槽(15，18)，所述多个槽(15，18)适于限定所述多个极片(13)中的每一个极片的外周，并且适于形成用于将所述多个极片(13)彼此连接的连接部(11A)。

3.根据权利要求2所述的板，其特征在于，

所述多个极片(13)中的每一个极片具有至少一个适于限定保持面(13A)的面，

所述连接部(11A)的截面的面积小于所述至少一个适于限定保持面(13A)的面的面积的30％。

4.根据权利要求3所述的板，其特征在于，所述连接部(11A)具有一厚度(S’)，该厚度(S’)等于所述板(11)的厚度(S)减去所述多个槽(15，18)的第一深度(H)之后的剩余尺寸。

5.根据权利要求3所述的板，其特征在于，所述连接部(11A)具有一厚度(S’)，该厚度(S’)等于所述板(11)的厚度(S)减去所述多个槽(15，18)的第一深度(H)后再减去所述多个槽(15，18)的第二深度(h)之后的剩余尺寸，其中，从与所述保持面(13A)相反的面(13B)向所述保持面(13A)测量得到所述第一深度(H)，而从所述保持面(13A)向与所述保持面(13A)相反的面(13B)测量得到所述第二深度(h)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的板，其特征在于，所述多个极片(13)中的每一个极片均包括第一通孔(14)，所述第一通孔(14)延伸穿过所述板(11)的厚度(S)。

7.根据权利要求6所述的板，其特征在于，所述第一通孔(14)具有螺纹，用于接收极端的螺杆。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的板，其特征在于，所述多个槽(15，18)中的至少一个槽与具有正交笛卡尔轴(X-Y)的参考系(X-Y)的轴(X)平行地延伸，并且所述多个槽(15，18)中的至少一个第二槽与具有正交笛卡尔轴(X-Y)的参考系(X-Y)的另一个轴(Y)平行地延伸。

9.根据权利要求8所述的板，其特征在于，所述板具有至少一个第二通孔(16)，所述第二通孔(16)延伸穿过所述板(11)的厚度(S)。

10.根据权利要求8或9所述的板，其特征在于，所述多个极片(13)具有正方形截面。

11.根据权利要求1至7中任一项所述的板，其特征在于，所述多个极片具有圆形截面，所述槽(15，18)是圆周槽，该圆周槽的圆心(C)位于各极片(13)的中心处。

12.一种用于制造磁性设备的元件的工艺，其包括如下步骤：

提供具有预定的宽度(L)、长度(1)及厚度(S)的铁磁板(11)；

所述工艺的特征在于，还包括步骤：从所述铁磁板(11)移除铁磁体材料，以形成适于限定多个极片(13)的多个槽(15，18)。

13.根据权利要求12所述的工艺，其特征在于，所述材料移除步骤包括为各槽(15，18)移除足够的材料以限定能够将所述多个极片(13)彼此连接的部分(11A)。

14.根据权利要求13所述的工艺，其特征在于，所述多个极片(13)中的每一个极片均具有至少一个适于限定磁性设备(12)用的保持面(13A)的面(13A)，并且所述部分(11A)的表面的面积小于所述至少一个面(13A)的面积的30％。

15.根据权利要求13所述的工艺，其特征在于，所述部分(11A)具有一厚度(S’)，该厚度(S’)等于所述板(11)的厚度(S)与所述多个槽(15，18)的第一深度(H)之间的差。

16.根据权利要求13所述的工艺，其特征在于，所述部分(11A)具有一厚度(S’)，该厚度(S’)等于所述板(11)的厚度(S)减去所述多个槽(15，18)的第一深度(H)后再减去所述多个槽(15，18)的第二深度(h)之后的剩余尺寸，其中，从与所述保持面(13A)相反的面(13B)向所述保持面(13A)测量得到所述第一深度(H)，而从所述保持面(13A)向与所述保持面(13A)相反的面(13B)测量得到所述第二深度(h)。

17.根据权利要求12至16中的任一项所述的工艺，其特征在于，所述材料移除步骤是磨削或取芯步骤。

18.根据权利要求12至17中任一项所述的工艺，其特征在于，所述多个槽(15，18)中的至少一个槽与具有正交笛卡尔轴(X-Y)的参考系(X-Y)的轴(X)平行地延伸，并且所述多个槽(15，18)中的至少一个第二槽与具有正交笛卡尔轴(X-Y)的参考系(X-Y)的另一个轴(Y)平行地延伸。

19.根据权利要求12至18中任一项所述的工艺，其特征在于，所述多个极片具有四边形截面或圆形截面。

20.一种用于保持铁磁性工件的磁性保持设备，其包括：框架(2)，该框架(2)适于容纳多个极片(13)，所述多个极片(13)中的每个极片均具有限定保持面部(13A)的铁磁极构件；以及绕可逆磁体(4)布置的螺线管(3)，所述磁性保持设备的特征在于，其包括板(11)，所述多个极片(13)从所述板(11)延伸并与所述板(11)形成一体，所述板(11)是权利要求1至11中任一项所述的板。

21.根据权利要求20所述的磁性保持设备，其特征在于，所述多个极片(13)通过所述板(11)的部分(11A)彼此连接，使得所述多个极片(13)在所述磁性设备的运行期间局部短接。

22.根据权利要求20或21所述的磁性保持设备，其特征在于，所述板(11)在第一板位置与所述框架(2)联接，以限定所述磁性保持设备(12)的使所述极片(13)暴露出的保持面(12A)。

23.根据权利要求20或21所述的磁性保持设备，其特征在于，所述板(11)在第二板位置与所述框架(2)联接，以限定所述磁性保持设备(12)的使所述极片(13)不可见的保持面(12A)。

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