CN1910708B

CN1910708B - 电磁线性传动装置

Info

Publication number: CN1910708B
Application number: CN2005800023125A
Authority: CN
Inventors: 卡斯滕·普罗兹
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2004-01-12
Filing date: 2005-01-07
Publication date: 2011-09-14
Anticipated expiration: 2025-01-07
Also published as: US7626288B2; WO2005066982A1; CN1910708A; US20080136266A1; EP1704574A1; DE102004002528A1

Abstract

本发明涉及一种具有定子(2)和电枢(7)的电磁线性传动装置。在定子(2)和电枢(7)之间可以产生相对运动。在电枢(7)表面和定子(2)表面之间至少在该相对运动中会形成空气间隙(9，9a，9b)。该空气间隙(9，9a，9b)相对于该相对运动的方向倾斜。

Description

电磁线性传动装置

技术领域

本发明涉及一种具有定子和相对于定子运动的电枢的电磁线性传动装置，其中，在定子和电枢间至少在相对运动期间在电枢表面和定子表面之间形成空气间隙。

背景技术

在DE 195 09 195 A1中例如公开了一种这样的电磁线性传动装置。在该公知的电磁线性传动装置中将电枢引入一个线圈内，当线圈通过电流时，由于磁作用力而使电枢运动。电枢具有一个极板，其限制电枢的运动。在极板和固定的定子之间形成空气间隙，此空气间隙基本上垂直于电枢的运动方向。

这样的电磁线性传动装置的行程仅可在有限的范围内增大。当空气间隙急剧增大时，磁通量的偏转仅在有限的范围内是可能的，并且磁路具有较大的磁阻。由此使得作用在电磁线性传动装置电枢上的作用力下降。因此在公知的电磁线性传动装置的结构实现上，要在较大的行程和随着行程的增加在电枢上受到的作用力之间寻求折衷。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种在本文开始时提及类型的电磁线性传动装置，使得在电枢的行程扩大时，也能在电枢上产生足够的作用力。

对此，本发明的本文开始时提及类型的电磁线性传动装置的技术问题通过使空气间隙至少部分地倾斜于相对运动的方向来解决。

为了在电枢和定子之间产生作用力，使由电磁铁或永久磁铁发出的磁通量穿过空气间隙进行传导。在磁阻驱动中通过使磁通量总是沿着具有最小磁阻的路径传播而产生运动。通过倾斜设置空气间隙，可以相对于垂直于电枢运动方向设置的空气间隙在同样长度的通过磁通量跨接的间隙的有效距离内实现扩大了的电枢行程。对产生作用力作出贡献的仅仅是磁通量中那些平行于电枢运动方向进、出并跨接空气间隙的部分。此外，通过空气间隙的倾斜设置还增大了电枢以及定子的可供电磁通量进出的表面。优选地还可以将电枢表面和定子表面相互平行地设置。

例如，平行设置的表面可以是平面内的平行表面也可以是空间形成的表面。平行设置的、空间形成的表面例如可以是反向相等(gegengleiche)的球形截面或者反向相等的棱锥或圆锥。这些同样实施的表面是工业上很容易制造的，并且与倾斜的空气间隙共同作用而使电枢的行程增加。

另外优选的是，定子及电枢具有平面法线相互不同的部分表面。

这样的部分表面使得可以在不加大自身结构体积的情况下增大可供磁通量进出的定子或电枢的表面。比如，一个特别简单的实施可能是，将电枢做成直角平行六面体，并在一端通过两条相对延伸的斜线构成用于空气间隙的表面。为了提高这样构成的部分表面的有效性，应在定子的相应表面上形成反向相等的轮廓。除了增大用于引导磁通量的表面外，这种构形还可用于将电枢固定在特定位置中的最终位置。

在本发明的另一优选方式中，不同的部分表面具有关于定子和电枢的相对运动方向的不同斜度。

通过将定子和电枢的表面划分为多个部分表面，而这些部分表面又具有不同的斜度，可以使定子和电枢内的磁通量、特别是在磁通量出入定子或电枢并通过空气间隙引导的表面上的磁通量更好地偏转。通过不同的斜度可以构成各个其中可以达到很高磁通密度的区域。在简单的情况下，可以构成两个部分表面，其中设置具有朝向尖端倾斜的电枢(或者定子)。磁通量尽可能均匀地分布在该两个倾斜的部分表面上。

另一优选实施方式在于，将表面构成阶梯状，且该阶梯由倾斜于相对运动的方向的内插包络面界定。

表面的阶梯状对于加工技术来讲是很容易制造的。在此阶梯可设置为不同的阶梯形状。这样比如阶梯可以做成锯齿形、倒锯齿形(verkippter Saegezahn)、直角阶梯或弧线形阶梯。阶梯状的表面又由内插包络面界定，即，在对阶梯进一步抽象化时又会得到倾斜于相对运动方向定向的包络面。

此外，阶梯还可以具有第一截面，在该第一截面上在定子和电枢的第一位置上定子和电枢的表面相互接触。

通过实施该定子和电枢的表面在第一位置上相互接触的第一截面，可以产生电磁线性传动装置的自保功能。由此例如可在电磁线性传动装置上设置产生磁通量的永久磁铁。然后该磁通量可以通过相互接触的定子和电枢表面(第一截面)闭合，从而使定子和电枢相互保持(halten)。通过第一截面上接触面大小的变化可以独立于通过定子和电枢间永久磁铁作用的自持力进行调节。

另一优选的实施方式在于，阶梯具有第二截面，在该第二截面上在定子和电枢相互的第一位置上、在定子和电枢表面之间形成间隙。

通过在定子和电枢间形成间隙，有针对性地在表面的截面中形成了具有高磁阻的区域，在这些表面的截面之间形成空气间隙。该磁阻例如较之设置用来偏转和传导磁通量的铁芯的磁阻要高。间隙使得可以有针对性地使磁通量在第一截面中偏转。由此可使例如由永久磁铁发出的自持力得到有效利用。间隙防止了不期望的磁通量泄漏的出现。这一点尤为重要，以便迫使磁通量尽可能垂直地出现在表面上，因为仅有磁通量的垂直部分能够产生所期望的作用力。

另一优选实施方式在于，第一截面是基本上垂直于相对运动的方向的平面。

第一截面相对于定子和电枢相对运动方向的垂直定向使得可以产生线性驱动装置的紧凑的结构形状。由此可以使磁力线在空气间隙的范围内尽可能平行于相对运动方向，并使其有目的地穿过第一截面。如果将第一截面相互间阶梯状地设置，并且第一截面通过阶梯的第二截面相连接，第二截面也构成为平面并且相对运动的方向矢量位于这些平面内，则尤其具有优点。在此这样的阶梯可以空间地实现，因此例如可以实施为阶梯棱锥或者阶梯状逐渐变细的圆柱形的形状。但也可以仅沿着一个平面设置阶梯。在此阶梯也被倾斜于相对运动方向设置的内插包络面界定。在此包络面也可以由多个相互倾斜地设置的子包络面构成，从而在截面平面上产生例如基本上为v字形或w字形的阶梯状的表面。

附图说明

下面借助附图所示实施例对本发明进行详细描述：

图1示出电磁线性驱动装置的第一种变化形式；

图2示出电磁线性驱动装置的第二种变化形式；

图3示出电磁线性驱动装置的第三种变化形式。

具体实施方式

按照图1首先说明了电磁线性驱动装置原理结构。图2和图3示出的变化形式基本上和图1示出的结构相对应，其区别在于空气间隙的实施。

图1示出了第一电磁线性驱动装置1。其中示出该第一电磁线性驱动装置1在接通和断开的情况。该第一电磁线性驱动装置1具有定子2，定子2具有由铁材料制成的铁芯3。此外定子2还具有电绕组4。电绕组4可被施加电流，从而使绕组4由磁场包围。该磁场大部分在定子2的铁芯3中传导。铁芯3被实施为所谓的三腿铁芯，其中第一腿5a和第二腿5b包围在绕组4外面的线圈，第三腿5c部分地进入电绕组4中。这在功能上并不是电磁线性驱动装置1所必须的。该第一、第二和第三腿5a、5b、5c在电绕组4的第一正面侧端相互连接。在电绕组4的第二正面侧端中分别在第一和第二腿5a、5b上形成了极靴。在极靴上设置了永久磁铁6a、6b。在永久磁铁6a、6b之间构成间隙。电枢7可移动地设置在此间隙中，电枢7可以沿着其插入方向移动，插入方向在图中用点画线8示出。插入方向相应于固定的定子2和可移动的电枢7之间的相对运动的方向。属于定子2的第三腿5c具有表面。此外电枢7也具有表面。在电枢7的表面和定子2的表面之间形成空气间隙9。空气间隙9倾斜于定子2和电枢7之间的相对运动的方向。也就是说，在接通状态界定空气间隙的定子2和电枢7的表面相互接触，通过永久磁铁6a、6b产生自持力。由永久磁铁6a、6b发出的磁通量通过电绕组4，并分别通过第一腿5a和第三腿5c，以及通过第二腿5b和第三腿5c形成封闭的磁力线。在电枢7试图从接通位置(定子2和电枢7相互的第一位置)向外移动时，由于从永久磁铁6a、6b发出的磁通量使得电枢7又被拖回电绕组4中。为了使电枢7从第一位置压出，要对电绕组4通电。对此，首先要建立一个磁场来克服由永久磁铁产生的磁场。利用在电绕组4上增加电流来抵消永久磁铁6a、6b产生的磁场并最后使电枢7从第一位置压出。在定子2和电枢7的表面之间形成空气间隙9。在第二位置界定空气间隙9的定子2和电枢7的表面不接触。在图1中符号化地示出了由永久磁铁6a、6b发出的磁通量的运行。对运动起作用的磁力线从定子2和电枢7的表面中垂直地伸出，也就是说，在空气间隙9的范围内，磁力线倾斜于电枢7的运动方向。通过倾斜设置空气间隙9使得对于磁力线起作用的电枢7和定子2的表面间的距离A小于通过电枢7作用的行程B。为了在电枢7上产生作用力，要考虑距离A。随着距离A的任意加大电枢7上的作用力下降。通过倾斜设置空气间隙9可以使行程B相对于作用距离A增大。

与垂直于电枢运动方向的空气间隙相比较，当磁作用距离A和行程B相等时，在作用力保持不变的情况下，可以产生增大的行程。同时，通过倾斜设置空气间隙9使得可供磁力线进出的定子2和电枢7的表面增大。

为了接通，即使电枢7在电绕组4内部运动，要对电绕组4相应地通以电流。在永久磁铁6a、6b相应极化时，该运动得到通过永久磁铁6a、6b发出的磁力的支持。

图2示出了第二电磁线性驱动装置1a的空气间隙的另一种实施方式。第一电磁线性驱动装置1和第二电磁线性驱动装置1a的原理结构和作用方式是相同的，仅仅是空气间隙9a的形状有所改变。因此作用相同的组件用相同的附图标记表示。前面的阐述也适用于第二电磁线性驱动装置1a的接通和断开。因此下面仅对第二电磁线性驱动装置1a的空气间隙9a的结构进行说明。

第二电磁线性驱动装置1a的空气间隙9a具有第一部分表面10和第二部分表面11。部分表面10和11相互形成尖角并设置在电枢7上。部分表面10及11相应于定子2上的相对表面10a和11b。部分表面10和11的表面法线和相对表面10a，11b的表面法线相互不同。仅仅部分表面10的表面法线和对应相对表面10a的表面法线，以及部分表面11和对应的相对表面11b的表面法线是相同的，即相互对应的部分表面相互平行地定向。在这样实施的空气间隙9a中实现了相对于磁场作用距离A增大行程B。部分表面的相互间成尖角定向在假设电枢7和定子2相互的第一位置时使电枢7相对于定子2对中。

另一种第三电磁线性驱动装置1c的实施方式示于图3中。在第三电磁线性驱动装置1c中，空气间隙9c通过阶梯状的表面构成。阶梯具有第一截面12，其基本上垂直于定子2和电枢7的相对运动的方向。第一截面12通过第二截面13相互连接。在定子2和电枢7相互间的第一位置上(接通位置)第一截面12相接触。在定子2和电枢7相互间的第一位置上在阶梯的第二截面13之间形成间隙14。间隙14中例如充有空气。间隙14是具有较高磁阻的截面。由此，从永久磁铁6a，6b(以及还有从通电的电绕组4)发出的磁通量通过相互接触表面导入第一截面12。由于第一截面12垂直于电枢7和定子2的相对运动的方向设置，所以磁通量近似垂直并且不会使不必要的偏转通过第一截面12。由于对于力的产生起作用的仅仅是磁通量中垂直于磁通量发出表面起作用的分量，所以可以在定子2和电枢7之间产生近乎最大的作用力。由电绕组4在通电后发出的磁通量平行/反平行于图中所示的流。

Claims

1.一种电磁线性传动装置(1)，包括定子(2)和可相对于该定子(2)运动的电枢(7)，其中，在该定子(2)和电枢(7)之间至少在相对运动时在电枢(7)表面和定子(2)表面之间形成空气间隙(9，9a，9b)，所述表面为阶梯状，且该阶梯由倾斜于所述相对运动方向的内插包络面界定，并且所述阶梯具有第一截面(12)，在该第一截面(12)上在定子(2)和电枢(7)相互相对运动的第一位置上定子(2)和电枢(7)的表面相接触，以及所述阶梯具有第二截面(13)，在该第二截面(13)上在定子(2)和电枢(7)相互相对运动的第一位置上，在定子(2)和电枢(7)的表面之间形成间隙(14)，其特征在于，所述第一截面(12)是垂直于所述相对运动的方向的平面。

2.根据权利要求1所述的电磁线性传动装置(1)，其特征在于，所述电枢(7)的表面和定子(2)的表面相互平行。

3.根据权利要求1或2所述的电磁线性传动装置(1)，其特征在于，所述定子(2)的表面以及电枢(7)的表面具有部分表面(10，11)，所述定子(2)的部分表面(10，11)的平面法线相互不同，并且所述电枢(7)的部分表面(10，11)的平面法线相互不同。

4.根据权利要求3所述的电磁线性传动装置(1)，其特征在于，所述不同的部分表面(10，11)具有关于定子(2)和电枢(7)的相对运动方向的不同的斜度。