[发明专利]用于产生直线运动的电磁设备

说明书

本发明涉及用于产生直线运动的电磁设备。已经产生有时也称作直线电动机的直线电磁致动器的一些设计。在W093／01646中描述了各种直线电动机的结构。现有技术涉及的装置具有轴对称性并形成为动子在圆筒中式电机。轴对称的本质优点在于：定子磁元件和电枢磁元件之间很强大的吸力平衡于中轴，从而电机轴承无需承受吸力。

轴对称结构的另一个优点在于：无论是由导体中电流产生的电机磁场或由永磁体产生的电机磁场都包含在致动器的外部钢壳内。不管怎样产生的磁场都能高效地横切电机的电线圈。

轴对称结构的再一个优点在于：通过利用圆柱形定子能在定子和电枢之间形成滑动密封，这允许通过封闭定子的一端来在定子和电枢之间产生气体弹力。这种布置在本申请人的国际申请PCT／GB98／02823中有更详细的描述。

所有这些公知的直线致动器都被构造并设计为：在连接或机械连接到定子和电枢上的电机组成部分之间提供一个力，为了这种目的，其具有允许这种连接的构造。然而存在这样的机械系统，其中不必将运动部件机械地连接到驱动部件上。在这种情况下，致动器的电枢不必连续的直接连接到外部环境中。例如，可能需要反复驱动部件以沿导向件往复运动，从而当其改变方向时在其冲程的末端传输能量。筑路用轧碎机(road breaker)或所谓“汽动锤”就是如此工作的，其通过交替地将加压流体导入具有抖动值汽缸的相对腔中来交替施加相反的力。

如果运动件具有大的惯量，使得电机的外部“定子”被设计为可经受一个反抗惯量的作用力，那么提供一个可控的振动：这可用于例如与运土机相关的例子中。第三个例子中，无约束动子的运动用于改变整个封闭的体积和／或其上连接动子腔的流体系统的压力。这样的电机可用做流体泵用于分配测量的流体，以改变灵敏座的压力或形成灵敏及精确的流体压力抑制系统部分。

本发明提供一种包括定子和电枢的直线致动器，其中电枢没有固定到从定子突出的输出件，如公知致动器的致动器臂或动子杆上。也就是说，本发明的电枢是可以在定子体积内自由(基本上自由)运动的动子。在本说明书中所用的术语“自由动子”将理解为可以在工作体积内运动并且不具有力传输件如动子杆的部件。

因此，根据本发明的一个方面，本发明提供一种用于产生轴向方向力的电磁设备，其包括定子和电枢，所述定子具有多个沿工作体积周围轴向隔开的线圈，在该工作体积中以自由动子形式的电枢可轴向移动，所述电枢具有产生磁场的装置，所述磁场的基本上径向部分横切至少部分定子线圈，从而当线圈中流过电流时产生合成的轴向力。

优选所述装置的结构参数为使得将电线圈连接到一个电子驱动单元上，用于控制线圈中电流的相位、频率或幅值以在电枢和定子之间产生期望的轴向电磁力。

在一个实施例中，电枢和定子具有圆形断面。这使得电枢的外表面易于相对于定子的内表面密封，以阻止或至少限致动子任一侧边上的体积之间的流体流。

本发明提供一种装置，用于传感动子位置以优化通过电子驱动单元提供到线圈上的电流的构造。

电子驱动单元被布置为能产生代表提供到致动器上的电流的信号，用于控制气体压力的该信号整体被提供到密封电枢的至少一侧上。

下面，通过例子参考附图来更具体地描述本发明的各种实施例，其中：

图1是本发明第一实施例的自由动子致动器的示意性轴向断面图；

图2是具有感应驱动和工作器具的可替换实施例的轴向断面图；

图3是用于压力座驱动系统中的可替换实施例的示意性轴向断面图；以及

图4是应用环形磁铁的另一个可替换实施例的轴向断面图。

图1表示其中电枢(动子)需要密封到电枢管的内表面上的装置的具体结构。在本例中，定子1装有围绕圆柱轴圆周向延伸的线圈组件2。动子3可在轴承9和密封垫6上运动，其布置有磁铁4和极靴5以沿圆柱轴产生极性交变的磁场。所述装置的端部包括盖板7，在该实施例中，隔板7中设有流体通道8以允许通过动子3的作用使流体运动，这是在该运动相对于封闭的体积是大的情况。

图2表示用于将重复的冲击传输到器具10上的自由动子致动器的一个例子。该装置的电枢由含铅以增加其质量的淬火铁心11组成。铁心用键固定到外部磁性钢柱12上，外部磁性钢柱12设有一系列其中有铜环13的槽。