CN116669972A - 电磁致动器装置和具有该电磁致动器装置的悬架装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够减少脉动并提高推力的电磁致动器装置。本发明的电磁致动器装置包括磁体部(20)和与磁体部(20)相对移动的电枢(10)。电枢(10)包括沿相对移动方向形成的多个齿(12)；形成在多个齿(12)之间的多个槽(15)；连接多个齿(12)的磁轭(14)；以及卷绕在多个槽(15)上的绕组(13)。磁体部(20)包括隔着空隙与多个齿(12)相对并且沿相对移动方向配置的多个磁体(21)。电枢(10)的一个齿端部(12c)的最小截面积Sc1与另一个齿端部(12b)的最小截面积Sc2的关系为Sc1＞Sc2，且另一个齿端部(12b)的最小截面积Sc2与横穿过相对运动方向的方向上的磁轭(14)的截面积Sy的关系为Sc2≥Sy。

Description

电磁致动器装置和具有该电磁致动器装置的悬架装置
技术领域
本发明涉及一种使用线性电动机的电磁致动器装置和具有该电磁致动器装置的悬架装置。
背景技术
线性电动机由于存在端部，与各绕组交链的磁通量不平衡，从而导致推力产生脉动。为了减小脉动，已知有将受端部影响的相的匝数不同于其他相、改变齿的形状等方法。作为该方法，例如有专利文献1。
在专利文献1所记载的技术中，相对于位于一个端部的齿的截面积，位于另一个端部的齿的截面积缩小，脉动减小。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2016-92842公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
但是，在专利文献1中记载的技术中，存在着这样的问题：在位于端部的齿的截面积过度缩小时，由于磁饱和，与各个绕组交链的磁通发生不平衡，推力脉动增大。另外，存在由于容易磁饱和，漏磁通增加，有助于推力的磁通减少之类的问题。
本发明的目的是提供一种能够减少脉动和提高推力的使用线性电动机的电磁致动器装置和具有该电磁致动器装置的悬架装置。
解决技术问题的技术方案
为了实现上述目的，本发明的电磁致动器装置包括：磁体部、以及与所述磁体部相对移动的电枢，所述电枢包括：沿相对移动方向形成的多个齿；在所述多个齿之间形成的多个槽；连接所述多个齿的磁轭；以及卷绕在所述多个槽中的绕组，所述磁体部包括隔着空隙与所述多个齿相对并且沿相对移动方向配置的多个磁体，该电磁致动器装置的特征在于，所述电枢的一个齿端部的最小截面积Sc1与另一个齿端部的最小截面积Sc2之间的关系为Sc1＞Sc2，并且所述另一个齿端部的最小截面积Sc2与横穿过相对移动方向的方向上的所述磁轭的截面积Sy之间的关系为Sc2≥Sy。
发明效果
根据本发明，能提供一种推力脉动较小且推力较大的电磁致动器装置和具有该电磁致动器装置的悬架装置。上述以外的技术问题、结构以及效果通过以下实施例的说明变得更为明确。
附图说明
图1A是将电磁致动器装置中的线性电动机部取出后的外观立体图。
图1B是用IB-IB线(YZ平面)切断图1A的剖视图。
图2A是示出现有结构的剖视图。
图2B是示出本发明的实施例1的线性电动机的结构的剖视图。
图3是示出了推力和推力脉动相对于一个端部的截面积的特性的图。
图4A是示出在Wc和Wm相等的状态(Wc＝Wm)下的线性电动机的结构的剖视图。
图4B是示出本发明的实施例2在Wc小于Wm的状态(Wc＜Wm)下的线性电动机的结构的剖视图。
图4C是示出本发明的实施例2在Wc大于Wm的状态(Wc>Wm)下的线性电动机的结构的剖视图。
图5是本发明的实施例3的使用电磁致动器装置的车辆用悬架装置的结构图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施例进行说明。对相同的构成要素赋予相同的标号，并且不重复同样的说明。
本发明的各种构成要素不需要必须是单独独立存在的，而是允许一个构成要素由多个部件构成、多个构成要素由一个部件构成、某一构成要素是另一构成要素的一部分、某一构成要素的一部分与另一构成要素的一部分重复等。实施例1
用图1至图3说明本发明的电磁致动器装置。在实施例1中，电枢10和磁体部20相对移动。在实施例1中，相对移动的方向是Z方向，与该Z方向正交的两个方向是X方向和Y方向。
图1A是将电磁致动器装置中的线性电动机部取出后的外观立体图，图1B是用IB-IB线(YZ平面)切断图1A的剖视图。
图1A和图1B记载了线性电动机的主要部件，未图示出电磁致动器装置的其它机构部件。在图1A和图1B中，线性电动机1包括磁体部20和相对于磁体部20移动的电枢10。
电枢10包括沿Z方向(相对移动方向)形成的多个齿12；形成在多个齿12之间的多个槽15；连接多个齿12的磁轭14；以及卷绕在多个槽15上的绕组13。多个槽15由U相槽15a、V相槽15b、W相槽15c构成。
磁体部20包括形成为筒状的磁性体22(外筒)、以及多个磁体21，该多个磁体21配置在磁性体22的内周侧并且隔着空隙与多个齿12相对并且沿Z方向(相对移动方向)配置。而且，电枢10配置在形成为筒状的磁体部20的内周侧。
该磁体部20和电枢10在Z方向上相对移动，并且产生Z方向上的力即推力。
本线性电动机的结构是四极三槽结构，其中三个绕组13相对于四个磁体配置在构成齿的电枢10的磁性体11上。这是线性电动机的结构的一个例子，如果能够获得同样的效果，则不限于该结构。例如，不限于极数、槽数、圆筒形状的线性电动机。
图1所示的线性电动机是向三个绕组13(13a、13b、13c)施加三相交流的三相线性电动机的示例，通过使三个绕组13的电流值可变，能在任意位置产生任意的力。推力是由磁体21产生的磁通和由绕组13产生的磁通之间的相互作用产生的。线性电动机与旋转电机不同，其电枢存在端部。已知由于端部的影响，在线性电动机上会产生二阶推力脉动。这是由于端部引起的三相间的交链磁通的不平衡所导致的。
图2是齿端部的尺寸不同的两个线性电动机的比较剖视图。图2A是表示现有结构的剖视图。Sc2a是齿端部12a的最小截面积，Sc1是齿端部12c的最小截面积，Sy是磁轭14的截面积。在实施例1中，磁轭14的截面积呈中央部被挖出的圆环状。磁通60穿过齿端部和磁轭。在图2A中，齿端部12a的最小截面积Sc2a与齿端部12c的最小截面积Sc1具有相等的关系(Sc2a＝Sc1)。
图2B是表示本发明的实施例1的线性电动机的结构的剖视图，齿端部12b的最小截面积Sc2b比齿端部12c的最小截面积Sc1要小(Sc2b＜Sc1)。由于本实施例的线性电动机具有圆筒形状，因此齿端部12a、12b、12c的截面积不是恒定的，越向内径侧截面积越小。因此，在实施例1中，使用位于槽的底部(最靠内径侧)的齿端部的截面积来进行比较。
图3是示出了推力和推力脉动相对于一个端部的截面积的特性的图。图3的上图是推力的特性，图3的下图是推力脉动的特性。在图3中，以Sc2＝Sy为边界，图的左侧为Sc2＜Sy，右侧为Sc2＞Sy。另外，以Sc2＝Sc1为边界，图的左侧为Sc2＞Sc1，右侧为Sc2＜Sc1。
若从线性电动机的齿端部的最小截面积Sc2、Sc1相等的状态(Sc2＝Sc1)缩小一个齿端部的最小截面积Sc2，则推力上升，在齿端部的最小截面积Sc2和磁轭的截面积Sy相等的点(Sc2＝Sy)取到极大值后减小。
若从线性电动机的齿端部的最小截面积Sc2、Sc1相等的状态(Sc2＝Sc1)缩小一个齿端部的最小截面积Sc2，则到齿端部的最小截面积Sc2和磁轭的截面积Sy相等的点(Sc2＝Sy)为止推力脉动急剧减小。
齿端部的最小截面积Sc2小于磁轭的截面积Sy时(Sc2＜Sy)，由于齿端部相对于磁轭先磁饱和，因此端部对脉动的影响小，但推力显著下降。此时，齿端部的最小截面积Sc2、Sc1的关系为Sc2＞Sc1。
缩小一个齿端部的最小截面积Sc2，当齿端部的最小截面积Sc2与磁轭的截面积Sy相等时(Sc2＝Sy)，由于磁通60穿过齿端部和磁轭，因此在齿端部内和磁轭内磁通密度均等。因此，磁轭好齿端部中的任意一方都不会先磁饱和，在不对推力产生不良影响的情况下，能缩小齿端部的最小截面积，减少推力脉动。
齿端部的最小截面积Sc2大于磁轭的截面积Sy时(Sc2＞Sy)，推力减小，推力脉动随Sc2变大先增大，取到极大值后再减小。若齿端部的最小截面积增加，则齿端部的与磁体相对的面的Z轴方向的尺寸增加。由此，齿跨过2个磁体的区间变长，由于齿前端与磁体间形成环路，对推力有效的磁通减少的同时脉动也减少。
综上所述，以线性电动机的齿端部的最小截面积Sc2、Sc1相等的状态(Sc2＝Sc1)为基准时，为了抑制推力下降的同时减小脉动，优选电枢10的一个齿端部的最小截面积Sc1与另一个齿端部的最小截面积Sc2的关系为Sc1＞Sc2，并且另一个齿端部的最小截面积Sc2与横穿过相对移动方向的方向上的磁轭的截面积Sy的关系为Sc2≥Sy。
另外，在图2B的线性电动机中，对电枢设置通过利用Z轴方向上的磁体磁通来检测电枢的磁极位置的传感器50的情况下，如图2B所示，优选为将传感器50放置在最小截面积较大的齿端部12c侧。若放置于齿端部12b侧，则在以大电流驱动时，由于磁饱和可能产生漏磁通，从而降低对于磁极位置检测的可靠性。因此，通过将传感器50设置在不易磁饱和的齿端部12c侧，能保证磁极位置检测的可靠性。
根据实施例1，能提供一种抑制推力脉动并提高推力的电磁致动器装置。实施例2
以下用图3至图4说明本发明的实施例2。对于与实施例1相同的结构赋予相同的标号，并且省略其详细说明。
在图3中，推力脉动变为极大值的点在齿端部12b的与磁体相对的面的Z轴方向上的尺寸Wc与磁体21的与齿端部12b相对的面的Z轴方向上的尺寸Wm相等时(Wc＝Wm)。
另外，以Wc＝Wm为边界，图的左侧为Wc＜Wm，右侧为Wc＞Wm。另外，以Sc2＝Sc1为边界，图的左侧为Sc2＞Sc1，右侧为Sc2＜Sc1。
图4A是示出在Wc和Wm相等的状态(Wc＝Wm)下的线性电动机的结构的剖视图。当图4A所示的Wc＝Wm时，由于磁体21与齿端部12b在规定的定时完全相对，因此泄漏到空间的磁通最小，进入齿的磁通60变为最大。由此，三相间的磁通不平衡变大，如图3所示推力脉动取极大值。
图4B是示出本发明的实施例2的在Wc小于Wm的状态(Wc＜Wm)下的线性电动机的结构的剖视图。当图4B所示的Wc＜Wm时，由于齿端部12b的相对面积较小，因此侵入齿端部12b的磁体磁通减小。此时，侵入齿端部12b的磁体磁通比图4A中的Wc＝Wm时要小。由此，三相间磁通的不平衡变小，如图3所示，推力脉动减少，推力增加。
图4C是示出本发明的实施例2的在Wc大于Wm的状态(Wc>Wm)下的线性电动机的结构的剖视图。当图4C所示的Wc＞Wm时，如实施例1所描述的那样，齿端部12b与相邻的两个磁体21相对，因此经由磁轭穿过相邻的齿的磁通60减小，并且经由齿端部12b的前端进入相邻磁体21的漏磁通61增加，因而改善了由端部引起的三相间磁通量的不平衡，但是，由于漏磁通61增加，推力减小。
如上所述，为了减少脉动，优选为Wm≠Wc(Wc＜Wm及Wc＞Wm)。另外，在尺寸受到限制的情况下，电枢的Z轴方向的尺寸小的一方能够确保行程，因此，通过使Wc＜Wm，并且齿端部12b的最小截面积Sc2与磁轭的截面积Sy的关系为Sc2＞Sy，从而能缩小齿端部的Z轴方向的尺寸，能够确保行程。
实施例3
接下来，利用图5，对本发明的实施方式3进行说明。图5是本发明的实施例3的使用了电磁致动器装置的车辆用悬架装置的结构图。
在实施例3中，对将车辆用悬架装置安装在四轮汽车等车辆上的情况进行举例说明。
车身32构成车辆31的车身。在车身32的下侧，设置有由左右前轮和左右后轮构成的合计四个车轮33。在实施例3中，为了抑制行驶过程中的振动，包括设置在车身32和各个车轮33之间的四个悬架装置34。实施例3的悬架装置34示出了使用本发明的电磁致动器装置的电磁悬架装置。虽然未图示出，但悬架装置34连接有向电磁致动器供给电流的电源和能够通过控制电流来改变电磁力的控制器。悬架装置34使用由线性电动机产生的电磁力来直接抑制施加在车身上的振动。
在实施例3中，能抑制构成悬架装置34的线性电动机的尺寸增大。此外，能减小车辆31的悬架装置34的搭载空间，并且能减少与行驶有关的设备类的搭载空间。
另外，本发明并不限于上述实施例，还包含各种变形例。上述的实施例中为了易于理解地说明本发明而进行了详细的说明，但并不一定局限于包括所说明的所有结构。
标号说明
1…线性电动机，10…电枢，11…磁性体，12…齿，12a、12b、12c…齿端部，13…绕组，14…磁轭，15…槽，15a…U相槽，15b…V相槽，15c…W相槽，20…磁体部，21…磁体，22…磁性体，31…车辆，32…车身，33…车轮，34…悬架装置，50…传感器，60…磁通，61…漏磁通。

Claims (7)

1.一种电磁致动器装置，包括磁体部、以及与所述磁体部相对移动的电枢，
所述电枢包括：沿相对移动方向形成的多个齿；在所述多个齿之间形成的多个槽；连接所述多个齿的磁轭；以及卷绕在所述多个槽中的绕组，
所述磁体部包括隔着空隙与所述多个齿相对并且沿相对移动方向配置的多个磁体，
所述电磁致动器装置的特征在于，
所述电枢的一个齿端部的最小截面积Sc1与另一个齿端部的最小截面积Sc2之间的关系为Sc1＞Sc2，并且所述另一个齿端部的最小截面积Sc2与横穿过相对移动方向的方向上的所述磁轭的截面积Sy之间的关系为Sc2≥Sy。
2.如权利要求1所述的电磁致动器装置，其特征在于，
包括用于检测所述电枢的磁极位置的传感器，
所述传感器配置在所述一个齿端部侧。
3.如权利要求1所述的电磁致动器装置，其特征在于，
所述磁体部形成为筒状，将所述电枢配置在形成为筒状的所述磁体部的内周侧。
4.如权利要求3所述的电磁致动器装置，其特征在于，
所述一个齿端部的最小截面积Sc1和所述另一个齿端部的最小截面积Sc2是位于所述槽的底部的齿的截面积。
5.如权利要求1所述的电磁致动器装置，其特征在于，
所述另一个齿端部的与所述磁体相对的面在相对移动方向上的尺寸Wc和所述磁体的与所述另一个齿端部相对的面在相对移动方向上的尺寸Wm之间的关系为Wc≠Wm。
6.如权利要求1所述的电磁致动器装置，其特征在于，
所述另一个齿端部的与所述磁体相对的面在相对移动方向上的尺寸Wc和所述磁体的与所述另一个齿端部相对的面在相对移动方向上的尺寸Wm之间的关系为Wc＜Wm，并且所述另一个齿端部的最小截面积Sc2与所述磁轭的截面积Sy之间的关系为Sc2＞Sy。
7.一种悬架装置，其特征在于，
包括如权利要求1至6中任一项所述的电磁致动器装置。
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