CN1048957A - 小型化的单相电磁驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一个单相电磁驱动装置，它包括具有 被划分成交替极性、横向磁化的2N个磁极的一个圆 柱形磁化部件(5)的转子。该装置还包括一个由第一 磁路(2)及第二磁路(3)构成的定子结构，两个磁路用 非磁性连接件单独地连接起来。其应 用为精确的及 仪器用的小型化驱动装置。

Description

本发明涉及一种单相电磁驱动装置，它包括一个置于一定子结构气隙中的转子，该定子结构由包括2N极和至少一个激磁线圈的第一磁路及第二磁路构成。这些磁路是由高磁导率的材料作成。转子为由相反极性、横向磁化的2N对薄磁极组成的薄形部件。磁化是非常均匀的并且沿运动路径确定的长度YA伸展。这样的电磁驱动装置尤其适用于旋转型执行机构或用于仪表板的指示。这类驱动装置的特性在于具有大的力恒定区域。由此，这种驱动装置可实现非常高的重现性及非常高的伺服角度的精确度。然而这种驱动装置在应用中其缺点在于其小型化是难以作到的。事实上，根据现有技术的指导，恒定力的区域是不存在的。为此第一磁路及第二磁路利用置于运动机构路径外部的一个磁部件连接起来。这个连接磁路的磁部件必须具有足够的尺寸，以便形成磁通的通路，并由此形成了不利的附加尺寸。
本发明的目的在于实现一种单相电磁驱动装置，它具有与上述相同的重现性及角度精确度的质量，而其尺寸却减小了。
本发明的特征在于两个磁路用非磁性连接件单独连接，并且N小于 (πD)/(8E) ，其中E为两磁路中气隙的宽度，D为定子结构的平均直径。在该条件下，申请人以对于现有技术全部指导意想不到的，并且是相反的方式能够实现一种其内部具有一恒定力区域的电磁驱动装置。
根据第一种实施形式，该驱动装置包括一个径向磁化的圆管形转子，它具有2N对交替极性的极，气隙宽度E及所述极的长度Y之间的比例应小于0.25。定子结构由这样的第一磁路及第二磁路组成：第一磁路围绕着转子并且有2N对由电线圈激磁的磁极，第二磁路由一个在转子内部的实心圆柱体构成，转子及两个磁路是同轴的，通过选择高度非常低的圆柱体可以作成极薄的指示器或很小的执行机构。
根据一个有利的变型，转子磁极对与磁路是相互关联的。第二磁路也构成较为脆弱的转子的一个支撑物，并可支承该驱动装置所使用的轴。
根据另一实施形式，转子作成一个薄的圆盘，它被划分成2N个交替极性、横向磁化的扇形区，转子可在第一磁路及第二磁路中间绕中心轴转动。其第一磁路是由绕有激磁线圈的2N个扇形区构成，并且这些扇形区被与转子同轴的圆盘构成的第二磁路环绕着。
第二磁路的宽度最好至少等于0.4× (B O)/(Bsat) × (D2-d2)/(Dstat) ，式中BO为磁感应强度，Bsat为铁芯的饱和磁感应强度，D为磁体磁化部分的外径，d为位于气隙中的磁化部分的内径，而Dstat表示第二磁路的外径，它可能大于D。这样实施的第二磁路可以使磁通具有最大的通路，力的恒定区域也尽可能的扩大了。
根据一个特定的实施形式，第二磁路是紧贴在转子上的，还可作成一个更坚固的整体式转子-第二磁路，可专门地用于如仪表板的指示器。
根据本发明的一个特定的实施形式，至少有一个磁路沿着至少一个极的边上设有倒角或斜边。该斜边应理解为：在转子是由一圆盘作成的实施情况下，至少一个极件的边与一个相应的径向直线形成0°与10°之间的角度;而在圆柱型转子的实施情况下，至少一个极件的边与圆柱结构的割线形成0°及10°之间的角度。
在一个特定的实施形式中，当电流引起转子处于其磁化部分的一个边与倒角或斜边相互作用的位置上时，可以抑制缺少电流时转子的锁定作用。倒角最好与转子平面形成30°与60°之间的角度。倒角的宽度最好为磁极展开长度的1/5及1/20之间。
根据一个特定的实施形式，定子结构的一个磁极被发送伺服信号的伺服线圈围绕着。
本发明通过以下结合附图的描述，将会加深理解，其附图为：
图1：一个旋转式驱动装置的剖面图;
图2：上述旋转式驱动装置的第一磁路中间剖面图;
图3：第二实施形式的一个剖面图;
图4：相对于该第二实施形式的第一磁路的剖面图;
图5至9：图4所示旋转式驱动装置的线圈的不同变型。
图1  所示的驱动装置包括一个圆柱形转子（1）及一个由一第一磁路（2）及一第二磁路（3）组成的定子结构。转子（1）由一个在其上固定了圆柱形薄磁体的刚性轮片（4）构成。这些薄磁体为六个交替极性的、横向磁化的极件。转子（1）安装在由一轴套（7）引导的轴（6）上，该轴套例如为一滚珠轴套。第一磁路（2）是由高磁导率材料冲压成盆状部件而构成。第一磁路具有六个极部件。电线圈（8）放置在第一磁路的磁极外围上。第二磁路（3）是由高磁导率材料作成的圆盘构成，它与第一磁路（2）间形成了一个气隙（9），磁性圆柱体（5）在该气隙中运动。
图2为第一磁路的剖视图，其上可以看出有6个磁极（10至15）及其线圈（8，16，17），线圈（8及16）是激磁线圈，而线圈（17）是一个供给一电子电路电信号的伺服线圈。磁极（11）具有两个侧面倒角的棱边（18，19）。如图1中所示，第一磁路（2）及第二磁路（3）没有被磁部件连接在一起，而是由一非磁性连接件（20）连接的。
在图3的实施形式中，转子由一圆环形磁化部件（21）组成，它安装在一个与轴（23）连接的非磁性的刚性轮芯（22）上。该圆环磁体（21）被分成两个极性相反的，横向磁化的极。该磁极的外径D及其内径d与放置在气隙（9）内部的磁化部件相一致。定子结构由第一磁路（2）及第二磁路（3）组成。第一磁路（2）由一个圆柱体构成，其上布置有可使激磁线圈（8）形成通路的槽而形成对置的两个半圆柱形结构。第二磁路（3）由一个实心的圆柱体构成，它为按照相对于线圈（8）通路的槽所对置的两个半圆柱体结构布置的一个圆柱体，它是一个避免使磁体（21）上出现的力失去平衡的加工件，这两个磁路（2，3）被一个非磁性材料的外壳体（24）单独地连接。
图4表示第一磁路的中间剖面图。可以看出，由一个圆柱体的扇形面构成的第一极部件（25）及一个与之对称的第二极部件（26）。线圈（8）围绕着第一极部件（25）放置，与第一线圈（8）对称的第二线圈（27）在极（26）上形成与第一极（25）相反的极性。每个极部件（25，26）具有各自倾斜的侧边（28，29），当磁化部件（21）的两个极部件的接合点处于具有下降力的区域时，这些倾斜的边可以调节转子锁定的力。
在图5所表示的线圈形式中，线圈（8，27）处于横向的平面中，并放置在各自磁路（25，26）的外围。该线圈为沿着靠磁路（25）非常近的圆弧延伸的一个工作部分（30）。直线部分（31）与该工作部分（30）的两个端部相连接。形成线圈的这个直线部分（31）从两端延伸到轴（23）侧。如果磁路（25，26）的扇面角延伸得非常大，或者说如果轴（23）的直径取得使图5表示的实施形式不能实施时，则线圈可以按照如图6或图7所示的实施形式那样实施。在图6中，线圈工作部分（30）的两个端部用一个在轴（23）外部绕过的，并明显呈圆弧状的部分（31）连接。在图7所示的实施例中，连接部分（31）从外部围绕着轴（23）。
根据图8中所示的另一实施形式，线圈不是安置在磁路中间平面上，而是安装在其横截平面上，线圈（8）穿过了磁路（2）两个极（25，26）之间的间隙部分，并轮流地从其端部到达轴（23）侧，如图9所示。显然，这些线圈的实施例仅是以例子形式描述的，而不能作为可考虑的技术解决的任何限制性的实施形式。
本发明不应限制在前述实施形式确定的任何形式上，而相反地包罗了所有可能的变型。

Claims (11)

1、单相电磁驱动装置，它包括放置在定子结构气隙中的一个转子，定子结构由包括2N个极及至少一个激磁线圈(3)的第一磁路(2)和第二磁路(3)构在，所述磁路(2，3)是由高磁导率的材料作成，转子为交替极性、横向地磁化的2N个极对组成的磁化薄形部件(5)，磁化是非常均匀的，并且沿运动路径确定的长度YA伸展，其特征在于：第一磁路(2)与第二磁路(3)是利用非磁性连接件单独连接的；并且其中N小于 (πD)/(8E) ，E为两个磁路中间确定的气隙宽度，而D为定子结构的平均直径。
2、根据权利要求1的单相电磁驱动装置，其特征在于：它包括一个径向磁化的圆管形转子（5），该转子上有2N个交替极性的磁极对，所述磁极的气隙宽度E及在转子圆周上确定的所述磁极的长度Y的比例应小于0.25;并且定子结构是由这样的第一磁路（2）及第二磁路（3）构成的：第一磁路围绕着转子并且有2N个由电线圈（8，16）激磁的极件（10至15），第二磁路由一个在转子内部的实心圆柱体构成，转子及两个磁路均是同轴的。
3、根据权利要求2的单相电磁驱动装置，其特征在于：转子磁极对与第二磁路是相互关联的。
4、根据权利要求1的单相电磁驱动装置，其特征在于：转子由一个划分成2N个交替极性、横向地磁化的扇形区的薄圆盘（9）构成，所述转子在第一磁路（2）及第二磁路（3）中运动，其第一磁路是2N个扇形区（25，26）构成的，其中至少有一些扇形区被激磁线圈（8）围绕着，并且第二磁路（3）与转子同轴。
5、根据权利要求4的单相电磁驱动装置，其特征在于：第二磁路的宽度至少等于：
(B O)/(Bsat) × (D2-d2)/(Dstat) ×0.4
其中BO为磁感应强度，Bsat为铁芯的饱和磁感应强度，D为磁体磁化部分的外径，d为位于气隙中的磁化部分的内径，而Dstat为第二磁路的外径，它可能大于D。
6、根据权利要求4或5中任一权利要求的单相电磁驱动装置，其特征在于：第二磁路（3）与转子（21）相互关联。
7、根据上述权利要求中任一权利要求的单相电磁驱动装置，其特征在于：至少有一个磁路在沿着它的至少一个极边上有一个倒角，或一个斜边。
8、根据权利要求7的单相电磁驱动装置，其特征在于：第一磁路的每个扇形区至少有一个径向边具有与转子平面形成的角度在30°致60°之间的一个倒角。
9、根据上述权利要求的单相电磁驱动装置。其特征在于：其倒角的宽度在磁极展开长度的1/5及1/20之间。
10、根据上述权利要求中任一权利要求的单相电磁传动装置，其特征在于：N大于1，二个磁路中至少有一个磁路还包括一个不流经电流及不受其它线圈电流产生的磁通影响的伺服线圈（27）。
11、根据权利要求1至10中任一个权利要求的单相电磁驱动装置，其特征在于：磁元件中的一个具有一个伺服线圈。
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PB01 Publication
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