用于电磁机器的有源元件、制造这种有源元件的方法以及包括这种有源元件的电磁机器

摘要

本发明提供一种用于电磁机器的有源元件(20)，该有源元件包括沿主要方向(X)交替的一系列具有第一磁特性的各部分(21)和具有第二磁特性的各部分(22)，该有源元件的特点是包括相对于各部分的厚度较薄且延伸成覆盖有源元件的外表面的大部分的非磁性覆盖物(25)，该覆盖物固定到各部分中的至少一些部分并具有足够的强度以形成机械传递各部分所经受的磁力的构件。

说明书

技术领域

本发明涉及用于电磁机器的有源元件、制造这种有源元件的方法以及包括这种有源元件的机器。

背景技术

已知线性电磁机器具有沿滑动方向相对于彼此移动的两个部件。沿滑动方向延伸的两部件中的至少一个包括有源元件，各有源元件由一系列具有不同磁特性的各部分构成。

在可变磁阻机器中，各有源元件的各部分在铁磁部分和非磁性部分之间交替。在永久磁体机器中，两部件之一的有源元件包括在铁磁部分和非磁性部分之间交替的各部分，而另一部件的有源元件包括在沿第一方向磁化的部分和沿与第一方向相反的第二方向磁化的部分之间交替的各磁化部分。

两部件放置成相互电磁作用，两部件之一与产生磁场的装置相关联。磁场的产生使磁力呈现倾向于将两部件沿滑动方向相对于彼此移动。或者，机器可通过赋予两部件之间的相对运动而作为发电机来运行。

在第一类型的电磁机器中，组成有源元件的各部分是板或叶片的形式。两部件的有源元件平行，并形成相应的交错的梳状物，使得两部件之一的有源元件在另一部件两有源元件之间延伸(当然除了最外部的有源元件之外)。

在文献FR2588133的图5中所示的实施例中，形成可动部件的有源元件的各部分可分成在中心支承件的两侧上延伸的两个子部分，中心支承件在其一端保持子部分且中心支承件吸收各部分所经受的磁力。形成静止部件的有源元件的各部分同样分成两个子部分，子部分中的每个通过其一端由外部支承件保持。

那些支承件制造复杂且它们仅通过一端来接纳每个子部分，这意味着各子部分向外悬臂伸出且它们因此经受倾向于将它们从接纳它们的支承件分开的应力。此外，配合在支承件内的每个子部分的端部与所面向的有源元件的子部分相互磁作用，且因此这些端部不参与机器的运行。此外，中心支承件和外部支承件的存在增加机器的总体尺寸。支承件不参与有源元件之间的相互磁作用，因此它们占据宝贵的空间并往往限制机器的体积功率密度。

在第二类型的电磁机器中，如在讨论会“电子技术的未来(法国高等电力学院(SUPELEC)2003年12月9-10”递交的文章《Actionneur linéaire synchronemachine à aimants permanents multi-tiges》[具有多杆永久磁体的同步线性致动器]所示出的那样，可动部件的有源元件是杆的形式并包括螺纹连接到中心支承件上的圆柱形部分。中心支承件保持各部分并机械地吸收各部分所经受的磁力，且加强杆。

如同这些板，中心支承件也对相互磁作用没有贡献，且其占据宝贵的空间，往往限制机器的体积功率密度。

如文献FR2588133所提出的那样，能够省略支承件并通过粘合剂或通过钎焊将给定有源元件的各部分彼此粘结。但是，该方法假设各部分彼此相邻且它们适于通过钎焊或粘结剂粘结在一起。然后磁力通过这样形成的粘结机械牵引传递，这从机械角度看不是很理想。

发明目的

本发明的目的是提供一种提供更高效率的新型有源元件。

发明内容

为了实现该目的，本发明提供一种用于电磁机器的有源元件，该元件包括沿主要方向交替的一系列具有第一磁特性的各部分和具有第二磁特性的各部分。根据本发明，有源元件包括非磁性覆盖物，该覆盖物相对于各部分的厚度较薄并延伸成覆盖有源元件的外表面的大部分，该覆盖物固定到各部分中的至少一些部分，并具有足够的强度以形成机械传递各部分所经受的磁力的构件。

因此，覆盖物放置在有源元件的外侧上，即在二次面积矩最大的区域，使得覆盖物尽管很薄仍大大有助于加强有源元件。通过覆盖物发生电磁相互作用。

作用在各部分上的磁力由覆盖物以剪切形式机械传递，且这从机械观点看是非常有利的。因此该覆盖物形成非常紧凑的有效力传递件。

因此，在板或叶片形式的有源元件的情况中，有利的是提供具有基本上覆盖有源元件的两个大表面的两个薄壁的覆盖物，通过该覆盖物进行电磁相互作用。在杆形式的有源元件的情况中，有利的是提供包括覆盖圆柱形部分的管状薄壁的覆盖物。

附图说明

根据参照附图的以下说明可更好地理解本发明，附图中：

·图1是包括板形式有源元件的本发明的电磁机器的立体图；

·图2是图1所示机器的有源元件的剖切详图；

·图3是图2所示机器的另一有源元件的剖切详图；

·图4是示出制造期间的图3有源元件的视图；

·图5是示出变型实施例中制造期间的图3有源元件的视图；

·图6是包括杆形式有源元件的本发明的电磁机器的立体图；以及

·图7是图5所示机器的有源元件节段的局部剖切详图。

具体实施方式

本发明首先参照具有多个空气间隙的线性电磁机器进行描述，诸如图1所示的机器。这种机器以已知方式包括铁磁材料制成的保持架1，这里接纳供电的三个线圈2，使它们接连地偏置120°。由线圈2产生的磁场传递到保持架1的其中有以下结构交替延伸的有源区域：

·相互平行并防止相对于保持架移动的静止板10形式的有源元件(仅标示了一个静止板)。静止板10中的每个包括一系列永久磁体，如参照图2所更详细描述的那样；

·相互平行的可动板20形式的有源元件，每个板在两静止板10之间延伸以呈现相对于其的多个空气间隙(仅标示了一个可动板)。可动板20中的每个包括一系列铁磁部分和非磁性部分，如参照图3至5所更详细描述的那样。各可动板20通过延伸穿过所有可动板20的销30固定到彼此。可动板面向静止板10沿滑动方向X滑动。

如图2所示，每个静止板10包括沿第一方向定向的永久磁体11，这些永久磁体与沿与第一方向相反的第二方向定向的永久磁体12交替设置，如永久磁体端部上画出的箭头所表示的那样。永久磁体11和12是相互接触的条形件且它们形成具有交替磁特性的接连的部分。根据本发明的重要方面，每个静止板10具有在静止板10的两侧上在其大表面上延伸并例如通过粘合剂固定到永久磁体11和12的薄的非磁性壁15。这些大表面由条形件的相邻侧壁组成。

例如，永久磁体11和12的厚度约为1毫米(mm)，而薄壁15的厚度为0.1mm。薄壁15由青铜制成。

薄壁15形成用于非常紧凑的永久磁体11和12的支承装置。因此整个高度的永久磁体11和12因此可通过薄壁15面对它们的可动板20相互电磁作用，从而所有的磁体用于在可动板20上产生机械力。

此外，薄壁15形成夹层结构的外层，夹层结构的芯层由永久磁体11和12构成，由此赋予静止板10以高度的弯曲刚度。

如图3所示，每个可动板20包括与非磁性部分22交替设置的铁磁部分21。各部分21和22形成接触条形件。每个可动板20还具有从各部分21和22延伸并用于接纳销30的非磁性端部23，销30将可动板21彼此固定以形成机器的可动元件。根据本发明的重要方面，每个可动板20具有在可动板20的两侧上在其大表面上延伸的薄壁25，这些薄壁例如通过粘合剂固定到各部分21和22以及还有端部23。

除了其上述加强的功能，薄壁还用于将各部分21和22所经受的磁力机械传递到端部23。薄壁25和各部分21和22之间的这些力的机械传递以剪切形式进行，这是用于粘合剂粘结组件的有效传递模式。这里同样，薄壁25由青铜制成。

如图4所示，在较佳实施例中，通过使用其上切出有平行窗口27的非磁性材料片26形成每个可动板20，各窗口用于接纳各铁磁部分21。为了制造可动板20，薄壁25用粘合剂粘结到挖切片26的大表面之一上，这里是粘结到底部大表面上。然后将各铁磁部分21放置在各窗口27内。铁磁部分21之一所示为正被放置到窗口27之一内合适位置时的情况。此后，另一薄壁25用粘合剂粘结到挖切片26的顶部大表面。然后沿虚线切去挖切片26的侧边缘，从而保留在各铁磁部分21之间的挖切片26构成各非磁性部分22。然后剩下的就是对端部23钻孔以提供用于接纳销30的小孔。

在图5所示的变型中，挖切片26由铁磁材料制成，而窗口用液态树脂28填充以形成非磁性部分。

在树脂已固化，顶部薄壁25已用粘合剂粘结，且侧边缘已从虚线切去之后，在窗口之间延伸的挖切片形成铁磁部分21，而树脂28形成非磁性部分22。

图4和5所示的制造方法当然可应用于静止板，或实际上没有端部的板。类似地，能够让窗口空着，用其中的空气形成非磁性部分。

在已知机器中，希望保持面对的板之间为空的空间，从而确保它们不接触，因为面对的部分不被覆盖且因此有彼此抵靠滑动并由于各部分之间边界处的多个边缘而彼此卡住的风险。保持这些空间为空要求可动板相对于静止板在外部被引导，并产生倾向于将各板朝向彼此移动并因此在弯曲中对它们施力的磁不稳定性，由此导致可变的空气间隙。这些空的空间可大大放大各板之间的空气间隙，且因此降低机器的效率。

相反，根据本发明的特别有利方面，图1的机器设计成使得操作时静止板10和可动板20以非常小的游隙滑动，允许板之间接触。这样提供的精确引导能够使两个面对的板的磁性部分之间的空气间隙保持基本上恒定且至多等于彼此摩擦的薄壁的厚度加上用于滑动的游隙。各板通过其薄壁15和25接触，薄壁15和25是连续的且没有边缘，由此便于滑动。

此外，这样形成的精确引导增加可动板20的刚度，且因此增加纵向抗弯强度，因此它们可以很长。因此可动板20可浮动地安装到销30上。

用于薄壁15和25的材料(在该实例中为青铜)使板能够相对于彼此以较低的摩擦系数滑动。在变型中，薄壁15和25可由某些其它非磁性材料制成，且如果该材料不具有有利的摩擦系数，则薄壁15和25可有利地覆有具有低摩擦系数(例如由聚四氟乙烯(PTFE)制成)并与机器的运行状态(特别是其内部温度)兼容的表面层。

以下参照图6所示的具有杆的线性电磁机器对本发明进行说明。

该类型的机器同样包括接纳三个线圈52的保持架51，三个线圈以120°的间隔相位偏移。由线圈52产生的磁场在保持架51的有以下部分在其中延伸的有源区域中传递：

·静止芯60，该静止芯由交替磁化的盘形形式的各永久磁体制成；以及

·相互平行的可动杆70，这些可动杆延伸穿过静止芯60上的小孔以呈现相对于这些小孔的环形空气间隙(仅标示了一个可动杆70)。可动杆70中的每个包括一系列铁磁部分和非磁性部分，如参照图7所更详细描述的那样。可动杆70通过端部板80彼此固定，可动杆70的端部固定到端部板80。这些杆沿滑动方向X滑动。

静止芯60在该实施例中执行与静止板10相同的功能，且可动杆70执行与可动板20相同的功能。

如图7所示，每个可动杆70具有与非磁性部分72交替设置的铁磁部分71。每个可动杆70还具与各部分71和72成一直线延伸并设计成接纳在端部板80之一内的带螺纹的非磁性端部73，端部板80将可动板70彼此固定以形成机器的移动元件。根据本发明的重要方面，每个可动杆70具有围绕可动杆70延伸并例如通过粘合剂固定到各部分71和72并还固定到端部73的薄管状壁75(局部剖开示出以使图较为清楚)。可动杆的各部分和静止芯之间通过管状薄壁75发生相互电磁作用。

如同那些板一样，保持各部分71和72的管状薄壁75可大大地加强了可动杆70并用于将各部分71和72所经受的磁力机械传递到各端部73(如上所述以剪切形式发生传递)。

此外，没有中心支承件能够使各部分71和72制成实心的，没有中心孔，由此改进机器的效率。

根据本发明特别有利的方面，可动杆70以较小游隙可滑动地接纳在静止芯60的小孔内，因此使可动杆70能够与静止芯60接触。于是，可能较长的可动杆70被很好地引导，由此增加其刚度和承受纵向弯曲的能力。此外，很好地控制空气间隙且空气间隙，使其基本上至多等于管状薄壁75的厚度加上用于滑动的游隙。管状薄壁75由具有低摩擦系数的材料青铜制成。管状薄壁75直接摩擦抵靠静止芯内的孔。但是，薄壁75是连续的且没有边缘的，由此促进相关联的可动杆的滑动。

本发明并不限于以上说明，而是覆盖落入权利要求书所限定范围内的任何变型。

具体地说，尽管以上说明涉及其中某些有源元件具有磁性部分的机器，但本发明当然也可应用于其它类型的机器，例如应用于没有永久磁体、构成有源元件的各部分在为铁磁和非磁性之间交变的可变磁阻机器。

尽管本文示出的有源元件的各部分相邻，但也可在这些部分之间留出空的空间。此外，可完全由空的空间构成一个部分。

尽管本文所示的有源元件具有一个或多个连续薄壁形式的外部覆盖物，外部覆盖物覆盖有源元件的所有外表面，该覆盖物也可具有其它形式。具体地说，覆盖物不需要包括连续的壁但可包括沿其表面沿有源元件的滑动方向延伸的条带。然后较佳的是一个有源元件的条带设置成面对所面对的有源元件的条带。在所有情况下，覆盖物足够坚固以能够机械传递有源元件的各部分所经受的磁力是很重要的。

尽管陈述了覆盖物用粘合剂粘结到各部分，但也可使用其它连接方法。例如，可通过用冷却时形成覆盖物的热材料覆层于各部分而得到覆盖物。该覆盖物也可以气体形式喷射到各部分上。

尽管陈述了所有的部分都固定到覆盖物上，但也可以其中的一些不固定到覆盖物上，例如每隔一个部分不固定。然后磁力仅通过固定到薄壁的部分传递到薄壁，仍然是以剪切的形式传递。

最后，尽管参照线性电磁机器描述了本发明，但本发明可应用于旋转机器，例如具有盘形式的有源元件。在这些情况下，沿各含角的扇形延伸的各部分沿围绕圆的主方向交替。则覆盖物包括在由各部分的相邻侧表面形成的盘的两大空间上延伸的两薄壁。