电磁致动器制造技术

本发明专利技术涉及一种电磁致动器，具有包括至少两个、优选三个磁路元件的磁路，其中所述磁路元件彼此施加吸引力或排斥力，使得所述致动器施加运动，其中至少一个所述磁路元件在其相对于另一个磁路元件的位置方面是可调整的，以影响致动器刚度。响致动器刚度。响致动器刚度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电磁致动器


[0001]本专利技术涉及一种具有包括磁路元件的磁路的电磁致动器。

技术介绍

[0002]在现有技术中存在以下致动器，其中固体接头(挠曲件)的机械刚度部分或完全地通过致动器的负刚度补偿。所述负刚度是通过永磁区域的吸引力引起的。
[0003]在此，挠曲件和致动器公差累加并且在制造过程的范围中必须保持在一定极限内。
[0004]制造具有在批次变化上恒定的刚度的挠曲件对机械公差提出了很高的要求，因为刚度部分地甚至会随着挠曲件的各个尺寸而呈立方变化。因此，通常需要容忍微米范围内的机械尺度，以保持在所需要的刚度极限内。
[0005]一旦在电磁致动器的设计中使用永磁体，在断电状态下就会在定子和转子之间存在力。这些力在定子和转子之间的运动过程中表现为“刚度”。这种所谓的无源致动器刚度的大小强烈取决于致动器的几何形状、气隙公差、磁体公差和磁通量导体的具体磁阻。由于磁场的强非线性，在无源致动器刚度的情况下与在挠曲件的情况下一样产生对机械公差的极大依赖性。
[0006]在理想的系统设计中，希望通过调整有针对性的系统行为来控制致动器和挠曲件的刚度。在系统刚度非常低的情况下，例如可以实现低功耗的静态运行。例如对于动态运行有利的是，将系统共振频率有针对性地调整为用于应用中最佳调节运行的特定频率。
[0007]通常对于弹簧质量系统的共振频率而言：
[0008][0009]质量“m”大多是给定的、恒定的，并且根据应用不能低于特定的最低大小。因此，为了调整系统共振还仅保留按照以下方式由挠曲件和致动器刚度组成的系统刚度：
[0010]c
sys
＝c
flexure
+c
actuator
[0011]现有技术包括以纯机械方式影响系统刚度的要素(例如杠杆臂变化、可在长度上锁定的弹簧、个性化的机械后处理等)。然而，所有这些解决方案都对空间需求、复杂性提出了很高的要求并且尤其是意味着在生产中需要付出很多努力。
[0012]具有期望运动自由度的相对较软的挠曲件设计带来了寄生刚度相应偏软的缺点。这里展示出通过致动器刚度有针对性地部分补偿挠曲件刚度的优点。接头总体上可以设计得相对刚性，并且通过永磁区域的反作用力仅降低刚度方面的期望自由度。

技术实现思路

[0013]本专利技术的任务是以结构简单且制造成本有利的方式设计和扩展开头提到的电磁致动器。此外，该电磁致动器应当不同于现有技术并且因此不同于竞争产品。避免在致动器的制造和运行中公差非常严格的缺点，并使致动器易于制造、成本有利且刚度可调。
[0014]该任务通过根据权利要求1的电磁致动器解决。据此，磁路元件彼此施加吸引力或排斥力，使得致动器施加运动，其中至少一个所述磁路元件在其相对于另一个磁路元件的位置方面是可调整的，以影响致动器刚度。
[0015]原则上，电磁致动器可以由两个磁路元件组成。第一磁路元件可以实施为线圈的形式，一旦电流流过该线圈就产生磁场。
[0016]第二磁路元件可以实施为永磁区域的形式，该永磁区域由所述致动器的永磁体或永久磁化区域组成。
[0017]即使以这种最小配置，也可以在线圈通电时在以此方式产生的线圈磁场和永磁区域的磁场之间施加力。力可以通过流过线圈的电流来控制。以此方式产生的力可以称为“可控力”，该可控力是致动器的本质，即通过控制所述力来产生运动。
[0018]“静态力”代表整个系统的刚度。该静态力一方面由致动器的机械结构确定，另一方面由静态磁力(由永磁体产生)确定。如果致动器不包含第三磁路元件，则静磁力为零，因为在没有电流流动时不产生磁力。
[0019]因此根据本专利技术，第三磁路元件(永磁区域或导磁材料)是必不可少的。通过第二和第三磁路元件的相互作用，由作用在磁路元件之间的静磁场产生“静态”力，因此产生(由于磁场的非线性变化过程)取决于第二磁路元件与第三磁路元件之间距离的刚度。因此可以通过调整第二磁路元件与第三磁路元件之间的距离来调整致动器刚度以及因此还调整系统的整体刚度。
[0020]电磁致动器原则上由带有磁路元件的磁路组成，所述磁路元件用于产生、传导或放大磁通量。通过适当布置的磁路元件的相互作用，施加最终导致运动的力。作为磁路元件可以使用线圈、永磁区域或导磁元件，它们可以根据致动器类型和使用目标以各种方式布置。对于对应的应用，在功率需求、空间需求、期望运动范围和其他规格方面总是应当找到正确的配置。所有这些配置的一个共性是线圈、永磁体和导磁材料的组合。本专利技术的核心要素是有针对性地影响致动器刚度的可能性。
[0021]本专利技术涉及具有线圈形式的第一磁路元件的致动器，一旦电流流过所述线圈，所述线圈就会产生磁场。
[0022]此外，所述致动器包含永磁区域形式的第二磁路元件。所述永磁区域可以由致动器的永磁体或永久磁化区域组成。所述永磁区域可以位于致动器的定子(“混合磁阻致动器”)或致动器的转子(“洛伦兹致动器”)中。
[0023]所述第一磁路元件(线圈)的磁场在其强度和方向方面可以通过电流强度和电流方向来控制。一旦电流流过第一磁路元件，第一磁路元件就会在第二磁路元件上施加可以由电流控制的力，该力可以是吸引力(在适当极性或顺磁性的情况下)或排斥力(在对应极性或抗磁性的情况下)。
[0024]此外，所述致动器包含另一永磁区域或导磁材料形式的第三磁路元件。所述第三磁路元件用于成形、引导或放大第一或第二磁路元件的磁场。通过第二和第三磁路元件的相互作用，由它们之间的静磁场产生静态力，该静态力(由于磁场的非线性变化过程)取决于第二磁路元件与第三磁路元件之间的距离。
[0025]整个系统的刚度由致动器刚度(基本上对应于磁场的刚度)和机械刚度(基本上对应于挠曲件的刚度)组成：
[0026]c
sys
＝c
flexure
+c
actuator
[0027]由于致动器的设计，机械刚度是预给定的和恒定的。
[0028]致动器刚度从第二磁路元件与第三磁路元件之间形成的静磁场得出。如果第三磁路元件也是永磁区域，则根据极性得出吸引力或排斥力并因此得出负刚度或正刚度。如果第三磁路元件是导磁的永磁材料，则所产生的力是吸引力。
[0029]根据本专利技术，通过提供可调磁路元件，可以调整致动器的刚度，所述可调磁路元件的位置可相对于另一磁路元件的位置进行调整。
[0030]通过有针对性地调整可调磁路元件，改变了磁路中的气隙，并且由于力对气隙大小的依赖性将所述气隙调整为期望的刚度。力F与可调磁路元件(或气隙)的位置z之间的关系不是线性的。
[0031]力对位置的一阶导数对应于取决于位置z的致动器刚度c
actuator
.
[0032][0033]这也类似地适用于取决于旋转角度的扭矩M：
[0034][0035]由于磁场的非线性，刚度在可调磁路元件的位置上也是可变的。
[0036]根据致动器中的布置或致动器的设计，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电磁致动器，具有包括三个磁路元件的磁路，其中所述磁路元件彼此施加吸引力或排斥力，使得所述致动器产生运动，其中至少一个所述磁路元件在其相对于另一个磁路元件的位置方面是能够被调整的，以影响致动器刚度。2.根据权利要求1所述的致动器，其特征在于，所述磁路元件是线圈、永磁区域和/或导磁材料的组合。3.根据权利要求1或2所述的致动器，其特征在于，所述第一磁路元件设计为线圈并且能够通过电流强度和电流方向来控制，使得一旦电流流过所述第一磁路元件，所述第一磁路元件就将能够通过电流控制的吸引力或排斥力施加到设计为永磁区域的第二磁路元件上。4.根据权利要求1至3中任一项所述的致动器，其特征在于，所述第三磁路元件设计为永磁区域或导磁材料，其中所述第三磁路元件用于成形、引导和/或放大所述第一磁路元件和/或第二磁路元件的磁场。5.根据权利要求1至4中任一项所述的致动器，其特征在于，通过第二和第三磁路元件的相互作用，由于作用在第二和第三...

【专利技术属性】
技术研发人员：托比亚斯，
申请(专利权)人：微埃普西龙测量技术有限两合公司，
类型：发明
国别省市：