本發(fā)明涉及具有在機械上獨立且線性移動的多個移動構(gòu)件的電磁致動器的領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有技術(shù)中已知美國專利US6098288，其涉及一種電剃刀，該電剃刀包括使移動元件來回運動的線性電磁致動器和至少一個第一片狀元件和第二片狀元件，該第一片狀元件和第二片狀元件相互作用以切割毛發(fā)。這些移動元件是磁化的。

還已知歐洲專利申請EP2320543，其描述了一種包括永磁體組、定子和單相線圈的致動器，永磁體組在與移動裝置的運動方向相垂直的方向上被磁化以使得具有不同極性的磁極沿著運動方向在磁體的磁極表面上交替，定子包括布置在一排永磁體兩側(cè)的第一磁極和第二磁極，這排永磁體沿垂直方向且每個永磁體都包括與磁極表面相對的磁極，單相線圈激勵構(gòu)成第一組磁極部和第二組磁極部的磁極部分。

國際申請WO 2000063556描述了一種具有擺動活塞的控制構(gòu)件，其特別用于具有擺動活塞的真空泵，并且包括其中容納汽缸(3)的殼體(2)、能夠在所述汽缸中進(jìn)行往復(fù)運動的活塞(4)以及電磁控制構(gòu)件，該電磁控制構(gòu)件用于活塞(4)且包括定子側(cè)的電磁體(11)和活塞側(cè)的至少一個永磁體(18、19)。為了改善這種具有擺動活塞的控制構(gòu)件的使用壽命，將永磁體(15、16)放置在定子側(cè)，并且將定子的一個或多個永磁體(18、19)設(shè)計和放置成使得活塞(4)在靜止?fàn)顟B(tài)下占據(jù)基本上位于中央的軸向位置。

美國申請US2013/193780描述了一種具有固定部分和第一移動部分的致動器，該固定部分包括定子極，線圈被固定到該定子極，該第一移動部分包括在從內(nèi)向外的方向上被磁化且被布置成沿固定部分的軸向方向覆蓋一個端部的外周表面的第一磁體，該第一磁體被彈性地安裝在定子極上并且沿軸向方向移動。第二移動部分包括在從內(nèi)向外的方向上被磁化且被布置成沿固定部分的軸向方向覆蓋另一端部的外周表面的第二磁體，該第二磁體被彈性地安裝在定子極上并且沿軸向方向移動。當(dāng)電流在線圈中流通時，第一移動部分和第二移動部分沿相反方向移動。

線圈的軸是沿水平方向安裝的。

現(xiàn)有技術(shù)缺陷

現(xiàn)有技術(shù)中的各個解決方案具有不同的缺陷。所提出的結(jié)構(gòu)大部分在機械上和/或在磁性上不平衡，這會造成振動和聲污染。

另外，移動構(gòu)件在現(xiàn)有技術(shù)解決方案中關(guān)聯(lián)于磁體，這會增加質(zhì)量和慣性且因而使這種致動器的性能降級。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明的目的是提出一種致動器，其能夠?qū)崿F(xiàn)兩個獨立的運動并且能夠解決尋求調(diào)整上述裝置的本領(lǐng)域技術(shù)人員所面臨的問題。

特別地，本發(fā)明的主要目的是提出這樣一種致動器，其能夠通過在結(jié)構(gòu)內(nèi)有利地布置永磁體來平衡施加于移動構(gòu)件的橫向力。通過這樣做，存在于上述現(xiàn)有技術(shù)的致動器中的懸臂效應(yīng)(porte-a-faux)被大大減小甚至被補償。致動器因而可以被調(diào)節(jié)成最合適的大小以符合給定的招標(biāo)細(xì)則(例如實現(xiàn)給定的軸向應(yīng)力以抵抗負(fù)載)。

本發(fā)明的另一目的是實現(xiàn)這樣一種致動器，其給出了利用以雙極方式供電的單個控制電線圈或利用以單極方式控制的兩個嵌套的或同心的線圈來產(chǎn)生移動構(gòu)件的反向移動的可能性。這一實現(xiàn)使得能夠設(shè)想一種特別是在相對于移動的橫向方向上緊湊的致動器，

本發(fā)明的另一目的是使得能夠?qū)崿F(xiàn)一種擺動致動器或單穩(wěn)態(tài)致動器或雙穩(wěn)態(tài)致動器，也就是說對于兩個獨立(術(shù)語“獨立”是指在兩個移動構(gòu)件之間不存在機械連接)的移動構(gòu)件而言，分別具有任意無電流穩(wěn)定位置，或者在行程端部上的一個或兩個無電流穩(wěn)定位置。

具體地，本發(fā)明涉及一種線性電磁致動器，其包括由圍繞對稱軸布置的至少一個電線圈激勵的定子和軸向地位于線圈兩側(cè)的兩個鐵磁定子極，以及至少兩個獨立的移動構(gòu)件，每個移動構(gòu)件由鐵磁材料構(gòu)成，其特征在于，其包括布置在線圈內(nèi)部的至少三個磁極，分別是與將兩個移動構(gòu)件分開且包含線圈的軸線的中面相鄰的第一磁極，以及側(cè)向地布置在移動構(gòu)件兩側(cè)且位于移動構(gòu)件與線圈之間的第二磁極和第三磁極。

“磁極”是指在沒有電流的情況下具有永久磁化的磁極。

另外，移動構(gòu)件只由軟磁材料構(gòu)成并且與相對于移動構(gòu)件而固定的磁極不同。

移動構(gòu)件和磁極是不同的元件，磁體是固定且靜止的。

優(yōu)選地，移動構(gòu)件是沿相同的走向但相反的方向移動的。

為此，第一磁極、第二磁極和第三磁極沿與線圈軸線垂直的橫向方向被磁化，并且第二磁極和第三磁極在與第一磁極的磁化方向相反的相同方向上被磁化。

第二磁極和第三磁極可以彼此聯(lián)結(jié)或者與不同的部分聯(lián)結(jié)。

在一個特定的實施方式中，第二磁極和第三磁極是由完全磁化的單個環(huán)狀物構(gòu)成的。

在一個特定的實施方式中，兩個定子極具有以極尖形式的軸向指向的外延部以在行程開始時便利力的調(diào)用。

致動器可以具有兩個獨立的同軸電線圈，其還可以是嵌套的以便能夠針對每個線圈使用單極電源。同樣地，電線圈可以具有軸對稱旋轉(zhuǎn)的幾何形狀以易于實現(xiàn)且優(yōu)化其形狀因素。

在另一個特定實施方式中，電線圈由具有永磁體特性的主體承載，并且第二磁極和第三磁極至少部分上由所述磁性主體構(gòu)成。

可以有利地使用指示至少一個移動構(gòu)件的位置的位置傳感器，其被置于鄰近移動構(gòu)件的槽中。

為了優(yōu)化與待移動的外部構(gòu)件的機械接口，有利地用移動構(gòu)件所附加的輸出軸來延長移動構(gòu)件。也可以根據(jù)出口處的機械要求，針對輸出軸和移動構(gòu)件而使用不同的材料。

最后，本發(fā)明的以及對于輸出軸的使用的優(yōu)點之一是可以獲得與輸出軸軸距不同的移動構(gòu)件軸距。

附圖說明

參考附圖，通過閱讀以下對實施示例的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將變得明顯，其中：

-圖1：其示出了第一實施方式，其中，在沒有線圈電流的情況下布置磁體、線圈和移動構(gòu)件以及致動器的標(biāo)記為(a)、(b)、(c)和(d)的四個穩(wěn)定位置，以及每個磁體的主磁通量路徑和所施加的力的方向；

-圖2：其示出了在存在電流的情況下的第一實施方式中的兩個穩(wěn)定位置；

-圖3：其示出了第二實施方式，其中，致動器具有三個平行六面體磁體和一個矩形線圈；

-圖4：其示出了第三實施方式，其中，致動器具有瓦片形狀的側(cè)向磁體和一個軸對稱線圈；

-圖5：其示出了第四實施方式，其中，圓柱形線圈具有用雙極環(huán)狀磁體代替兩個側(cè)向磁體的致動器；

-圖6：其示出了第五實施方式，其中，致動器的三個磁體借助于兩個徑向磁化的圓柱形磁體而被重構(gòu)；

-圖7：其示出了第六實施方式，其中，致動器的線圈體是用可磁化材料制成的；

-圖8：其示出了根據(jù)一個替選實施方式的、具有極化齒的定子的側(cè)視圖；

-圖9：其示出了根據(jù)第二替選實施方式的極化齒和具有錐形端部的移動構(gòu)件；

-圖10：其示出了根據(jù)替選實施方式的非磁性墊塊；

-圖11：其示出了允許在沒有致動器電流的情況下力不對稱的一個實施方式；

-圖12：其示出了根據(jù)一個實施方式的、具有雙重反向輸出的振動致動器；

-圖13：其示出了整合了能夠確定移動構(gòu)件位置的傳感器的實施方式；

-圖14：其示出了其中除了平行六面體磁體之外還具有附加磁體的實施方式；

-圖15：其示出了兩個替選實施方式，其中，定子具有被置于磁體與定子之間的空間中的極化齒；

-圖16：其示出了一個替選實施方式，其中，中心磁極由位于能夠引導(dǎo)磁通量的鐵磁構(gòu)件兩側(cè)的兩個磁體構(gòu)成；

-圖17：其示出了一個替選實施方式，其中，中心磁體包括極化部件。

具體實施方式

圖1和圖2示意性地展示了根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的致動器的結(jié)構(gòu)的橫向剖面圖。一組鐵磁構(gòu)件形成了定子鐵磁軛(1)，其包括圍繞對稱軸線(15)纏繞的電線圈(2)。在該線圈內(nèi)部放置有兩個彼此獨立的(軟)鐵磁移動構(gòu)件(7)和三個永磁體。第一磁極(4)位于將兩個移動構(gòu)件(7)和位于移動構(gòu)件(7)兩側(cè)的另外兩個磁極(4)分隔開的中面上。磁極(4、5)的磁化與線圈(2)的軸正交，并且中心磁極(4)的磁化方向(22)與側(cè)磁體的磁化方向(23)相反。在線圈(2)兩側(cè)軸向地布置有用軟鐵磁材料制成的兩個定子極(13、14)。每個定子極(13、14)參與到在圖1(a)至1(d)上限定的不同磁路中，以幫助磁通量圍繞線圈(2)循環(huán)。在圖1和2所示的示例中，定子極(13、14)呈現(xiàn)為直線極的形式，但是它們可以如圖9所示呈現(xiàn)為極尖的形式。

圖1以四個穩(wěn)定位置示出了致動器在沒有電流的情況下的表現(xiàn)，情況(a)和(b)展示了處于兩個相對側(cè)上的穩(wěn)定位置中的移動構(gòu)件(7)，而情況(c)和(d)示出了處于同一側(cè)上分別在上方和下方的穩(wěn)定位置中的移動構(gòu)件(7)。應(yīng)當(dāng)指出，在圖1(c)和圖1(d)中所展示的位置中，在一個移動構(gòu)件中的中心磁體的磁通量(20)和相應(yīng)側(cè)磁體的磁通量(21)具有與另一移動構(gòu)件(7)中的磁通量相反的方向。在圖1(a)和圖1(b)中，中心磁體的磁通量(20)和相應(yīng)側(cè)磁體的磁通量(21)在兩個移動構(gòu)件(7)上具有相同的方向。在任何情況下，與線圈(2)的軸垂直的力(30)趨于相互補償，以限制移動構(gòu)件(7)所經(jīng)受的懸臂效應(yīng)(porte-a-faux)。由致動器產(chǎn)生的有用的力(31)因而主要沿每個移動構(gòu)件(7)的移動軸而定向。

圖2示出了致動器在存在電流情況下的表現(xiàn)。在此情況下，電線圈(2)產(chǎn)生磁場，該磁場指定了磁通量的方向(25)。移動構(gòu)件(7)被定位成使得中心磁體的磁通量(20)和側(cè)磁體的磁通量(21)在移動構(gòu)件(7)中具有與電流產(chǎn)生的磁通量(25)相同的方向。

為此，根據(jù)本發(fā)明的致動器可以具有兩種不同的工作方式：

·在沒有外力且由交流電供電的情況下，移動構(gòu)件(7)在圖2(a)的位置與圖2(b)的位置之間、以交錯的反向運動擺動，每個移動構(gòu)件(7)與定子極(13)或定子極(14)交替接觸；

·在存在能將致動器置于圖1(c)或圖1(d)的位置中的外力的情況下，一旦通過移動單個移動構(gòu)件(7)而實現(xiàn)了供電，致動器就可以根據(jù)對線圈(2)供電的電流(24)方向而朝向圖2(a)的位置或者圖2(b)的位置演變。

圖3示出了一種制造簡單的實施方式。線圈體(3)具有用于放置磁極(5)和磁極(4)的3個凹口以及用于移動構(gòu)件(7)的2個通道。定子(1)的上蓋是用折疊板材制成的，而磁極(4)和磁極(5)是沿其厚度被磁化的平行六面體。然而，中心磁體的磁化方向(22)與其他兩個磁體的磁化方向(23)相反。

在圖3的這個實施示例中，向致動器外的運動輸出不是通過移動構(gòu)件(7)實現(xiàn)的，而是經(jīng)由可選地通過螺釘固定、攻絲、黏合或能夠聯(lián)結(jié)兩個構(gòu)件的任何其他已知方法而與移動構(gòu)件(7)聯(lián)結(jié)的輸出軸(8)來實現(xiàn)的。例如，也可以設(shè)想球窩節(jié)型的接觸來允許輸出軸(8)轉(zhuǎn)動而不會有移動構(gòu)件(7)的轉(zhuǎn)動，并且因此允許忍受本會施加于輸出軸的外部力矩而不會損害移動構(gòu)件(7)。輸出軸(8)優(yōu)選地是非磁性的或者是弱磁性的(幾個單位的相對導(dǎo)磁率)以避免有損于致動器所產(chǎn)生的力的磁泄漏。

圖4示出了具有線圈(2)的致動器的一個實施方式，其中，線圈(2)是優(yōu)化的，這是因為其呈現(xiàn)為更有利的圓形以通過更小的平均圈長度來減小固有阻抗。這一實現(xiàn)要求使用瓦片形的磁極(5)。其磁化(23)可以是沿直徑方向的或徑向的。

圖5示出了具有圓柱形線圈(2)的致動器的一個實施方式，其使得能夠獲得更小的固有阻抗。該實施方式還使得能夠更容易地設(shè)想使用兩個重疊的或嵌套的(雙線纏繞)同軸電線圈。使用兩個線圈還使得能夠與雙極電源相反地使用兩個單極電源，而在使用單個線圈的情況下應(yīng)當(dāng)使用雙極電源。這一實現(xiàn)使用雙極環(huán)狀磁體(5)來代替2個側(cè)磁體。本發(fā)明的第二磁極和第三磁極(5)實際上被看作磁化部分，其根據(jù)所選的實施方式可以是聯(lián)結(jié)的或分開的。外部磁體的磁化(23)可以是徑向的或沿直徑方向的。

圖6示出了一個特定實施方式，其中，使用2個徑向磁化(23)的環(huán)狀磁體(5)，一個朝向內(nèi)部而另一個朝向外部。通過連結(jié)這兩個磁體，可以獲得與具有3個平坦磁體的致動器的一般情形相同類型的磁化。該解決方案使得能夠使用圓柱形移動構(gòu)件(7)并且使得致動器對移動構(gòu)件的轉(zhuǎn)動不敏感。在圖6的示例中，使用非磁性墊塊(9)來保持磁體。

圖14示出了一個特定實施方式，其中，基于利用用于中心磁極(4)和側(cè)磁極(5)的平行六面體磁體且添加四個附加磁極(32)的實施方式，在使移動部分中的磁通量最大化的同時確保了簡單的磁體形狀。

圖7示出了具有用可磁化材料制成的線圈體的致動器，該線圈體用于代替?zhèn)却朋w(5)。該致動器在其中心包含用于磁極(4)的容器，磁極(4)應(yīng)當(dāng)通過使用墊塊(9)而在高度方向上定位。在其最簡單的版本中，該磁體可以通過噴射制成(塑料粘合磁體)并且被一次性磁化。

圖8和圖15示出了具有極尖(6)的定子(1)的實現(xiàn)，極尖用于加強運動方向上的穩(wěn)定位置的輸出力。

在圖8的示例中，極尖(6)與定子(1)聯(lián)結(jié)并且位于移動構(gòu)件(7)之下。當(dāng)與其相對的移動構(gòu)件(7)位于高處時，極尖(6)附近由于有利的可變磁阻效應(yīng)而產(chǎn)生調(diào)用力，從而最終允許即使在臨界情況(臨界溫度、不常見的摩擦)下也允許移動。

在圖15的示例中，使用被置于磁體(4)和(5)與定子(1)之間的空間中的定子極尖(6)，這使得移動構(gòu)件(7)具有簡單的形狀。圖15(a)和圖15(b)示出了被置于致動器的一側(cè)的極尖(14)的情況，其使得獲得運動方向上的調(diào)用力。圖15(c)和圖15(d)示出了被置于定子(1)的每一側(cè)以獲得兩個運動方向上的調(diào)用力的極尖(14)的情況。

圖9示出了具有極尖(6)的定子(1)的實現(xiàn)，極尖(6)被實現(xiàn)在定子(1)上的移動構(gòu)件(7)兩側(cè)的位置。移動構(gòu)件(7)呈現(xiàn)為與定子(7)的形狀互補的圓錐形，使得能夠增加所產(chǎn)生的機械應(yīng)力。基于圖6所示的實現(xiàn)的致動器的優(yōu)點在于具有上述極尖。

圖16示出了通過疊置兩個磁體(4)和一個鐵磁構(gòu)件(33)以允許磁通量通過的中心磁極的實現(xiàn)。這個結(jié)構(gòu)使得能夠在致動器的軸距相當(dāng)大的情況下減小中心磁體的大小并且減小移動構(gòu)件(7)的質(zhì)量。

圖17示出了與圖16相似的實現(xiàn)，其具有單個中心磁極(4)和兩個位于兩側(cè)的鐵磁極化構(gòu)件(33)。這個結(jié)構(gòu)的目的是減少運動質(zhì)量并且圍繞輸出軸(8)平衡移動構(gòu)件(7)的質(zhì)量。

圖10示出了具有可能比所尋求的有用行程更大的行程的致動器的實現(xiàn)。實際上，非磁性墊塊(9)的存在使得能夠?qū)⒖赡艿男谐虦p小至有用行程而無需修改致動器。根據(jù)本發(fā)明的致動器可以根據(jù)其尺寸而具有在移動構(gòu)件(7)與定子(1)之間的相當(dāng)大的保持力(稱為膠合力)，以限制在弱電力的情況下離開該位置的可能性。使用墊塊因而使得能夠在移動構(gòu)件(7)離開穩(wěn)定位置(稱為“去膠合”)時調(diào)整所尋求的膠合力并且增加力的等級。圖10右側(cè)的移動構(gòu)件(7)通過抵靠在非磁性墊塊(9)上而處于膠合位置。

圖10的這一實現(xiàn)還使得能夠受益于具有附加在移動構(gòu)件(7)上的輸出軸(8)。除了關(guān)于圖3所描述的效果之外，這些輸出軸還使得能夠產(chǎn)生兩個出口，該出口的軸距ES與致動器內(nèi)部的移動構(gòu)件(7)的軸距EO不同。在圖10的示例中，輸出軸(8)的軸距ES因而大于移動構(gòu)件(7)的軸距EO。這些輸出軸(8)是被附加上的這一事實，還使得不同的變型的實現(xiàn)十分靈活，這些不同變型的區(qū)別在于不同的軸距ES和不同的輸出軸(8)的直徑。

圖11示出了一個實現(xiàn)，其允許通過調(diào)整側(cè)磁極(5)相對于彼此且相對于定子(1)的位置，針對每個移動構(gòu)件而獲得沒有電流的情況下的不同的力。圖11所示的情形使得能夠在一個給定移動構(gòu)件(7)的其中一側(cè)獲得比另一側(cè)更大的膠合力，該給定移動構(gòu)件的方向與正在靠近的或遠(yuǎn)離末端位置處的磁體的另一移動構(gòu)件(7)的方向相反。能夠針對2個移動構(gòu)件(7)而增加致動器一側(cè)的力的實現(xiàn)，可以通過改變內(nèi)部磁極(4)的位置來執(zhí)行。

圖12示出了一個實現(xiàn)，其中，移動構(gòu)件(7)借由彈簧(10)被懸掛。這使得能夠根據(jù)彈簧(10)的所選硬度而獲得兩種致動器。在硬度很大并且在有電流的情況下的致動器的力不允許保持定子(1)極上的膠合的情況下，獲得具有簡單的雙重相反出口的振動致動器。在硬度不足以阻止定子(1)極上的膠合的情況下，將獲得針對每個移動構(gòu)件(7)具有3個穩(wěn)定狀態(tài)的致動器：2個穩(wěn)定狀態(tài)具有在行程兩側(cè)的磁性膠合，1個穩(wěn)定狀態(tài)借由彈簧(10)的彈力而處于中心位置處。

圖13示出了整合了位置傳感器(11)的一個實現(xiàn)，該傳感器使得能夠確定每個移動構(gòu)件(7)的位置，并且在被施加壓力時就開始確定位置。在該實施方式中，傳感器(11)是以兩個磁敏探測器的形式，這兩個探測器位于致動器上部，接近開放槽(12)中的移動構(gòu)件(7)，該槽在這里是側(cè)向的，并且是在線圈體(3)與移動構(gòu)件(7)之間產(chǎn)生的。這些磁敏探測器可以是數(shù)字型的，也就是說區(qū)分移動構(gòu)件(7)的高位或低位的“全有或全無”型的，或者是模擬型的，也就是說在其全部行程上確定移動構(gòu)件(7)的位置。

在圖13的示例中，使用兩個能夠區(qū)分每個移動構(gòu)件(7)的位置的磁敏探測器。可以設(shè)想只使用一個磁敏探測器來只探測一個移動構(gòu)件(7)。同樣地，在圖13的示例中，兩個探測器是不同且獨立的元件?？梢栽O(shè)想使用存在于一個共用箱體中的磁敏探測器，或者使用具有多個獨立的靈敏軸的單個探測器。