專利名稱：包括執(zhí)行器和位置傳感器的旋轉(zhuǎn)單相電磁伺服執(zhí)行器的制作方法
包括執(zhí)行器和位置傳感器的旋轉(zhuǎn)單相電磁伺服執(zhí)行器本發(fā)明涉及電磁伺服執(zhí)行器，包括一個(gè)在有限角行程上產(chǎn)生持續(xù) 扭矩的旋轉(zhuǎn)單相執(zhí)行器以及一個(gè)轉(zhuǎn)子位置傳感器，該旋轉(zhuǎn)單相執(zhí)行器 包括一個(gè)轉(zhuǎn)子和一個(gè)定子結(jié)構(gòu)，該轉(zhuǎn)子由鐵磁材料磁軛和按交替方向磁化的2N對(duì)軸向磁化磁極構(gòu)成，該定子結(jié)構(gòu)分別包括2N個(gè)鐵磁磁極 和至少一個(gè)線圈。執(zhí)行器和傳感器的這種結(jié)合的目的是為了在旋轉(zhuǎn)方向上按照非限 定方式移動(dòng)內(nèi)燃機(jī)的進(jìn)氣管閥。在先有技術(shù)中已經(jīng)知道將執(zhí)行器和電磁傳感器組合起來(lái)驅(qū)動(dòng)閥 門，特別是驅(qū)動(dòng)機(jī)動(dòng)車輛。所用的解決方案通常會(huì)導(dǎo)致帶有多種缺點(diǎn) 的解決方案因?yàn)閳?zhí)行器和傳感器部件兩者的固有體積而導(dǎo)致相當(dāng)大 的總體尺寸，在執(zhí)行器運(yùn)行過(guò)程中存在來(lái)自傳感器的信號(hào)擾動(dòng)，傳感 器和閥門位置之間難以進(jìn)行標(biāo)定。本發(fā)明的目的之一就是為熟悉該技術(shù)的人員提供新穎的解決方案 來(lái)克服這些缺點(diǎn)。為此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供包括新穎執(zhí)行器加上傳感器組件 的電磁伺服執(zhí)行器，其中該傳感器按照簡(jiǎn)單的方式被組合到該執(zhí)行器 磁軛上，而由執(zhí)行器產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)傳感器則沒(méi)有任何影響。它的有利之處是，執(zhí)行器的磁軛由具有高導(dǎo)磁率的鐵磁材料制造， 它生成磁性護(hù)罩并避免發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)傳感器信號(hào)產(chǎn)生任何影響。此外，或 者說(shuō)優(yōu)選地，在該執(zhí)行器的諸定子磁極的至少一個(gè)中心面上安裝了磁 敏探頭即磁場(chǎng)接收器，在這個(gè)中心面上發(fā)動(dòng)機(jī)磁場(chǎng)的影響為零。 在優(yōu)選實(shí)施例中，所用的傳感器就是專利FR2670286中所描述的 類型。這類傳感器能夠在0高斯信號(hào)附近工作，對(duì)溫度波動(dòng)不敏感。 它包括磁場(chǎng)發(fā)射器，其形狀是位于兩個(gè)集合磁路之間的環(huán)形磁鐵，這 兩個(gè)集合磁路由對(duì)該環(huán)形磁鐵進(jìn)行局部閉合的兩個(gè)鐵磁弧形部件構(gòu) 成。這種0高斯定位的調(diào)節(jié)需要將傳感器磁鐵相對(duì)于該傳感器定子迸 行標(biāo)定。但是，也可以采用其他類型的傳感器，本申請(qǐng)的目的之一就 是允許按照不同的實(shí)施例來(lái)利用那些采用磁敏探頭或感應(yīng)傳感器的各 類傳感器。本發(fā)明的另一個(gè)目的也是允許利用數(shù)字型傳感器，它只被用來(lái)探 測(cè)行程的起點(diǎn)和/或終點(diǎn)。在當(dāng)前的技術(shù)階段，己經(jīng)知道能夠采用正比持續(xù)扭矩來(lái)執(zhí)行閥門 移動(dòng)的電磁執(zhí)行器。專利公開FR2670629公布了針對(duì)這種目的的、帶 有轉(zhuǎn)子的執(zhí)行器，該轉(zhuǎn)子具有2N對(duì)磁化磁極，由于將軸向擋塊和磁鐵 對(duì)定子部件的軸向電磁力加以組合，所以它們產(chǎn)生和供電電流成正比 的扭矩，并能夠讓轉(zhuǎn)子自行對(duì)中。但是，這個(gè)執(zhí)行器的實(shí)施例不能夠獲得最佳利用效果，也無(wú)法進(jìn) 行工業(yè)生產(chǎn)。另外，這種執(zhí)行器和角位置傳感器的組合(出于安全的 理由，在機(jī)動(dòng)車輛的應(yīng)用中，這通常是不可缺少的組合)的很大的總 體尺寸對(duì)該組件的實(shí)際利用是嚴(yán)重的障礙。所以，本發(fā)明的另一個(gè)方面是提供具有新穎結(jié)構(gòu)的執(zhí)行器，它能 夠獲得強(qiáng)大的、正比于控制電流的持續(xù)扭矩，限制零件的數(shù)量，同時(shí) 改善執(zhí)行器在它的運(yùn)行過(guò)程中的熱性能，并使該伺服執(zhí)行器能夠在工 業(yè)中獲得應(yīng)用。最好，這些定子磁極以鑄造材料采用所謂"冷鍛法"制造，這樣 可以提供高鐵磁性質(zhì)。如此制造的定子磁極被機(jī)械插入由鐵磁材料制 造的底座板，這樣可以提供最佳的磁性結(jié)合，而且當(dāng)由磁軛和電動(dòng)機(jī)
磁化磁極構(gòu)成的轉(zhuǎn)子在定子磁極上方進(jìn)行位移時(shí)，可以限制殘余扭矩 的出現(xiàn)。由于在制造時(shí)，在4個(gè)磁極中的每個(gè)磁極上做了一個(gè)肩臺(tái)， 同時(shí)采用了冷鍛法，所以，磁極在底座上的排列就規(guī)定了擋塊支架座， 用于接受轉(zhuǎn)子依靠的擋塊。
根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，如此形成的定子組件能夠采用LCP (液晶聚合 物)類型的熱塑聚合物整體模鑄。采用這種方法能夠僅僅采用一次操 作就以簡(jiǎn)單而低成本的方法制造出導(dǎo)向軸承和轉(zhuǎn)子擋塊的支座，并同 時(shí)由于較容易釋放供電線圈的、由于焦耳效應(yīng)消耗的電功率而改善了 熱阻。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供具有鎖定和解鎖系統(tǒng)的伺服執(zhí)行器， 該系統(tǒng)能夠阻止對(duì)由執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)的輸出軸施加的任何外部機(jī)械作用而 不會(huì)阻礙該部件在其兩個(gè)旋轉(zhuǎn)方向上移動(dòng)的、由執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)。 由于不再需要克服施加到被控旋轉(zhuǎn)軸的外部反作用力，所以對(duì)給定的
應(yīng)用場(chǎng)合，這種"伺服執(zhí)行器加鎖定和解鎖系統(tǒng)"的組合能夠生成小 尺寸的執(zhí)行器。對(duì)大量的應(yīng)用場(chǎng)合而言，這樣能夠節(jié)省空間，并無(wú)疑 會(huì)節(jié)約成本，而且能夠在多種不采用這種組合就無(wú)法應(yīng)用的應(yīng)用場(chǎng)合 中使用這種執(zhí)行器。
參考附圖會(huì)使對(duì)本說(shuō)明的理解變得更加容易。這些例圖為 一圖l表示本發(fā)明所描述的、根據(jù)其優(yōu)選實(shí)施例實(shí)現(xiàn)的伺服執(zhí)行 器的斜側(cè)面視一圖2A和圖2B表示根據(jù)該傳感器的第一實(shí)施例的、不帶有整
體模鑄組件的伺服執(zhí)行器的單獨(dú)視一圖3表示根據(jù)該傳感器的第二實(shí)施例的、不帶有整體模鑄組件
的伺服執(zhí)行器的單獨(dú)視一圖4表示根據(jù)該傳感器的第三實(shí)施例的、不帶有整體模鑄組件
的伺服執(zhí)行器的單獨(dú)視一圖5表示根據(jù)該傳感器的第四實(shí)施例的、不帶有整體模鑄組件
的伺服執(zhí)行器的單獨(dú)視一圖6表示要被固定到該整體模鑄定子組件的伺服執(zhí)行器的蓋罩
的單獨(dú)視一圖7表示帶有其LCP整體模制件的定子組件；
一圖8表示定不帶有其LCP整體模制件的定子組件；
一圖9表示帶有其LCP整體模鑄定子組件、轉(zhuǎn)子和它的軸向擋塊
的分解視一圖IO表示水平的整體模鑄定子組件的視—

圖11表示在優(yōu)選實(shí)施例中的滾珠擋塊的單獨(dú)視圖，該滾珠擋 塊可以被用來(lái)提供執(zhí)行器轉(zhuǎn)子對(duì)定子部件的定位和自由旋轉(zhuǎn)；
一圖12表示不帶有整體模制件的、根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的
伺服執(zhí)行器的單獨(dú)視一圖13表示圖1所示的、與機(jī)械鎖定和解鎖系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的伺服
執(zhí)行器的單獨(dú)視一圖14表示圖12所示的伺服執(zhí)行器的變例，其中轉(zhuǎn)子具有穿透
軸；
一圖15表示圖12所示的伺服執(zhí)行器的變例，采用傳感器讓執(zhí)行
器轉(zhuǎn)子軸向上穿透。
圖1表示優(yōu)選實(shí)施例的伺服執(zhí)行器1。它包括整體模鑄的定子組件 2和蓋罩4，在組件2上可以安排一個(gè)或幾個(gè)螺栓3以便將伺服執(zhí)行器 1固定到外部框架，蓋罩4使電氣接頭5的組件組合成一個(gè)整體，接頭 5被用來(lái)驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器和電磁傳感器，而且生成來(lái)自該傳感器的電氣信 號(hào)，舉例來(lái)說(shuō)，傳感器可以包括霍爾(Hall)探頭。將從蓋罩4延伸的 挖空扣腳6扣到上述整體模鑄的定子組件2的突出抓爪7，蓋罩4就能 被整體連接到整體模鑄的定子組件2。與蓋罩4相反的一面具有在整體
模鑄定子組件2中構(gòu)成的軸承8，執(zhí)行器的軸(未畫)穿過(guò)軸承延伸以 便能固定要在旋轉(zhuǎn)中進(jìn)行定位和移動(dòng)的外部部件。
圖2A和圖2B表示根據(jù)第一實(shí)施例的伺服執(zhí)行器1，它包括執(zhí)行 器9和傳感器21，圖中既沒(méi)有畫整體模鑄部件也沒(méi)有畫蓋罩4。構(gòu)成 伺服執(zhí)行器的執(zhí)行器9包括第一定子組件10和轉(zhuǎn)子13，定子組件10 包括4個(gè)定子磁極11，它們沿執(zhí)行器的軸向延伸并被固定到底座12， 轉(zhuǎn)子13包括一個(gè)軸向交替磁化的圓盤14，圓盤14具有由鐵磁材料制 造的4對(duì)磁極和一個(gè)磁軛15。這種磁軛15沿軸向延伸以便支承環(huán)形的 第二磁鐵16，它包括2對(duì)沿半徑方向交替磁化的磁極。這第二磁鐵16 與磁軛15被組合到一起，并在相對(duì)于定子靜止的第二定子組件17內(nèi) 旋轉(zhuǎn)。該第二定子組件17由對(duì)第二環(huán)形磁鐵16進(jìn)行局部閉合的兩個(gè) 鐵磁弧形部件18組成，在這兩個(gè)鐵磁弧形部件之間安裝具有霍爾效應(yīng) 的磁敏探頭19。作為優(yōu)選，磁敏探頭19按照如下方式定位磁敏探頭 19最好被安裝得能夠使它的探測(cè)敏感元件位于至少一個(gè)定子磁極11 的中心面20內(nèi)，這里是沒(méi)有任何磁感應(yīng)的區(qū)域。鐵磁弧形部件18在 磁敏探頭19的部位比較薄，這樣能夠聚集來(lái)自第二磁場(chǎng)16的磁通。 所以，在磁敏探頭19處收集到的磁通是磁軛15的位置的線性函數(shù)， 故而也是由上述磁軛15通過(guò)穿透軸(43)驅(qū)動(dòng)的外部零件的線性函數(shù)。
圖3表示根據(jù)傳感器21的第二實(shí)施例的伺服執(zhí)行器1，圖中沒(méi)有 畫出任何整體模制件或蓋罩4。執(zhí)行器的磁軛15具有一個(gè)U形鐵磁部 件22，它的矯頑磁場(chǎng)力低于500奧斯特，具有殘余的軸向磁性。在這 個(gè)U形鐵磁部件22的軸上安裝一個(gè)霍爾探頭24 (譬如Mdexis 90316 型)，該軸線對(duì)應(yīng)于諸定子磁極11的對(duì)稱中心面20的交界線，探頭 24具有至少2個(gè)霍爾敏感元件。這種敏感元件按照兩個(gè)垂直的方向檢 測(cè)U形鐵磁部件22產(chǎn)生的感應(yīng)。最好，但并非限定如此，這兩個(gè)正交 方向由諸定子磁極ll的對(duì)稱中心面20來(lái)確定。所得到的輸出信號(hào)是U
形鐵磁部件22的旋轉(zhuǎn)角的線性函數(shù)，而且，由于霍爾探頭24的敏感 元件緊挨這個(gè)執(zhí)行器9的軸(這里是沒(méi)有任何磁感應(yīng)的區(qū)域)，所以 該信號(hào)不受執(zhí)行器9運(yùn)行的干擾。
圖4表示根據(jù)傳感器21的第三實(shí)施例的伺服執(zhí)行器1，圖中沒(méi)有 畫出任何整體模制件或蓋罩4。執(zhí)行器的磁軛15具有一個(gè)沿直徑方向 磁化的圓柱鐵淦氧磁鐵25。在這個(gè)圓柱鐵淦氧磁鐵25的軸上安裝了一 個(gè)霍爾探頭24 (譬如Melexis 90316型)，該軸線和諸定子磁極ll的 對(duì)稱中心面的交界線相對(duì)應(yīng)，探頭24至少還包括2個(gè)霍爾敏感元件。 這種敏感元件按照兩個(gè)垂直的方向檢測(cè)圓柱鐵淦氧磁鐵25產(chǎn)生的感 應(yīng)。最好，但并非限定如此，這兩個(gè)正交方向由諸定子磁極ll的對(duì)稱 中心面20確定。所得到的輸出信號(hào)是圓柱鐵淦氧磁鐵25的旋轉(zhuǎn)角的 線性函數(shù)，而且，由于霍爾探頭24的敏感元件緊挨這個(gè)執(zhí)行器9的軸 (這里是沒(méi)有任何磁感應(yīng)的區(qū)域)，所以該信號(hào)不受執(zhí)行器9運(yùn)行的 干擾。
圖5表示根據(jù)傳感器21的第四實(shí)施例的伺服執(zhí)行器1，圖中沒(méi)有 畫出任何整體模制件或蓋罩4。執(zhí)行器的磁軛15具有U形部件26，它 由能夠讓磁鐵27在U形部件26的槽28內(nèi)進(jìn)行定位的任何材料制造。 在這個(gè)U形部件的軸上安裝了一個(gè)霍爾探頭24 (譬如Melexis 90316 型)，該軸線和諸定子磁極11的對(duì)稱中心面的交界線相對(duì)應(yīng)，探頭24 具有按照兩個(gè)正交方向布置的至少2個(gè)霍爾敏感元件。最好，但并非 限定如此，這兩個(gè)正交方向由諸定子磁極11的對(duì)稱中心面20確定。 這種敏感元件檢測(cè)由磁鐵27產(chǎn)生的感應(yīng)。所得到的輸出信號(hào)是磁鐵27 的旋轉(zhuǎn)角的線性函數(shù)，而且，由于霍爾探頭24的敏感元件緊挨這個(gè)執(zhí) 行器9的軸(這里是沒(méi)有任何磁感應(yīng)的區(qū)域)，所以該信號(hào)不受執(zhí)行 器9運(yùn)行的干擾。
圖6表示根據(jù)傳感器21的第一實(shí)施例的、對(duì)伺服執(zhí)行器1加以封
蓋的蓋罩4。它包含傳感器21的定子組件以及用來(lái)測(cè)量圖2A和圖2B 所示傳感器21產(chǎn)生的磁通量的磁敏探頭19。在這個(gè)實(shí)施例中，磁敏探 頭19是霍爾探頭，它按照與轉(zhuǎn)子13的位置成正比的方式接收固定于 執(zhí)行器9的轉(zhuǎn)子13的磁軛上的第二傳感器磁鐵16所產(chǎn)生的磁通量。 傳感器21的定子組件和磁敏探頭19相對(duì)于諸定子磁極11的位置由伺 服執(zhí)行器1的整體模鑄件限定。第二傳感器磁鐵16按照和執(zhí)行器9的 軸向磁化圓盤14相對(duì)的方式被安裝在磁軛15上，在和第二傳感器磁 鐵16進(jìn)行組合后，所形成的組件就能夠以重復(fù)的方式生產(chǎn)伺服執(zhí)行器 1，它十分緊湊，而且能夠測(cè)定轉(zhuǎn)子13的絕對(duì)位置。所獲得的蓋罩4 具有挖空扣腳6，它們的目的是提供蓋罩4和整體模鑄定子組件2的連 接和維護(hù)。它也有兩個(gè)電氣連接元件29，它們的目的是提供整體模鑄 定子組件2的電氣連接。這種電氣連接元件29具有開槽動(dòng)片(lames fendues)的形狀，這種形狀能夠在定子組件2和蓋罩4的組裝過(guò)程中提 供對(duì)它們之間的定位誤差不敏感的彈性連接。執(zhí)行器9和傳感器21的 電氣連接在蓋罩4的電氣連接組件5的位置上實(shí)現(xiàn)。采用外部連接器 (未畫)，就能夠連接本發(fā)明的伺服執(zhí)行器l。
圖7表示整體模鑄定子組件2。在優(yōu)選實(shí)施例中，定子組件10的 整體模制件以熱塑材料制造，譬如LCP (液晶聚合物)。這種包圍定 子磁極11和供電線圈33的整體模制件一方面能夠更容易地發(fā)散供電 過(guò)程中在線圈33的部位上由于焦耳效應(yīng)產(chǎn)生的熱量，另一方面，不需 要額外的步驟就能夠生成用LCP制造的擋塊支架31和軸承(圖中未 畫)，其中支架31靠在定子磁極11的肩臺(tái)48上，軸承在執(zhí)行器9與 蓋罩4相對(duì)的那一面。另外，由于具有突出抓爪7和模制件上的槽30， 所以整體模制件能夠確保整體模鑄定子組件2和蓋罩4的機(jī)械連接， 蓋罩4的挖空扣腳扣在突出抓爪上，槽30的目的則是容納粘合軟膏以
保證整體模鑄定子組件2和蓋罩4的接觸。電氣連接在十字形電氣連
接區(qū)域23的部位實(shí)現(xiàn)，它允許蓋罩4的兩個(gè)電氣連接元件29以開槽 動(dòng)片的形式進(jìn)行彈性連接。最終，整體模制件具有抗震功能，這樣就 能在應(yīng)用中保護(hù)伺服執(zhí)行器1在組件運(yùn)行過(guò)程中不受外部震動(dòng)的影響。
圖8表示執(zhí)行器的諸定子磁極11的單獨(dú)視圖，它們被機(jī)械插入由 鐵磁材料制造的底座12。在4個(gè)定子磁極11中，每個(gè)磁極在其頭部位 置上具有一個(gè)極靴32，它能夠增加有用的角行程并能夠達(dá)到接近80° 的值。4個(gè)定子磁極11及極靴32和轉(zhuǎn)子的磁化磁極的關(guān)聯(lián)能夠在最佳 數(shù)量的磁極上獲得扭矩系數(shù)。在優(yōu)選實(shí)施例中，定子磁極ll借助所謂 "冷鍛"方法獲得，這樣僅僅釆用一次操作就能夠獲得定子磁極。為 了提供良好的磁通量傳導(dǎo)，諸定子磁極11被機(jī)械插入鐵磁材料制造的 底座12。諸定子磁極11在它們的頭部位置上所具有的平坦特性由底座 12的背面提供，諸定子磁極的基部在該處并不平坦。由于機(jī)械插入操 作，所獲得的磁性結(jié)合最佳并能夠不產(chǎn)生任何靜磁殘余扭矩，而且， 還能夠在諸定子磁極11之間提供較好的磁感應(yīng)通量傳導(dǎo)而不會(huì)使執(zhí)行 器9的無(wú)電流扭矩失真。有利的方面是，這種定子磁極11具有肩臺(tái)48， 它們被用來(lái)作為執(zhí)行器9的轉(zhuǎn)子13的擋塊支架31的支座。用來(lái)產(chǎn)生 供執(zhí)行器9使用的磁通量的供電線圈33被安裝在每個(gè)定子磁極11上。 在圖8中，只畫了一個(gè)這樣的線圈33。
圖9表示本發(fā)明提供的電磁執(zhí)行器9的整體模鑄定子組件2、軸向 擋塊34和轉(zhuǎn)子13的分解視圖。軸向擋塊34停留在由整體模鑄定子組 件2構(gòu)成的擋塊支架31上。借助于軸43的引導(dǎo)，執(zhí)行器的轉(zhuǎn)子13與 軸向擋塊34接觸，執(zhí)行器的轉(zhuǎn)子13由鐵磁材料制造的磁軛15和軸向 磁化圓盤14構(gòu)成，圓盤14具有4對(duì)在交替方向上磁化的磁極，而該 軸則和在整體模鑄定子組件2中生成的、與蓋罩4相對(duì)的一面的軸承8 被固定在一起。通過(guò)這個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，轉(zhuǎn)子13對(duì)諸定子磁極11的磁
引力與由在整體模鑄定子組件2中分別制造的軸向擋塊34和軸承8所 構(gòu)成的軸向和徑向?qū)蛳嚓P(guān)，該磁引力至少提供了轉(zhuǎn)子13相對(duì)于諸定 子磁極ll表面的自行對(duì)中和平行。在整體模鑄定子組件2的背面，可 以安裝一個(gè)或幾個(gè)螺栓3，它們帶有螺紋，能夠?qū)⑺欧?zhí)行器固定到外 部元件(譬如車輛的進(jìn)氣閥)。螺栓3的形狀和數(shù)量不受限制，譬如 可以如圖10所示配置2個(gè)螺栓3。這些螺栓3可以與導(dǎo)向元件35相關(guān) 聯(lián)以便在對(duì)伺服執(zhí)行器1進(jìn)行固定之前先為它定位。這些導(dǎo)向元件35 和固定元件通常被擰到底座12或定子磁極11底部，因?yàn)閳?zhí)行器9的 背面沒(méi)有任何整體模制件，為的是在應(yīng)用中能夠更好地發(fā)散執(zhí)行器在 運(yùn)行過(guò)程中由于焦耳效應(yīng)產(chǎn)生的熱量。執(zhí)行器的定位還由于底座12部 位上的扁平鎖定裝置36而變得更加容易。圖11表示本發(fā)明中能夠以非限定方式加以使用的滾珠止推軸承 34。最好，這種滾珠止推軸承34包括3個(gè)簡(jiǎn)單的組件由兩個(gè)法蘭37 構(gòu)成的組件夾著在兩個(gè)法蘭37之間滑動(dòng)的滾珠38的組件，而法蘭本 身又被保持在滾珠軸承外殼39之內(nèi)，該外殼通常用塑料制造，確保提 供滾珠止推軸承34的內(nèi)聚力。所以，兩個(gè)法蘭都能夠獨(dú)立地彼此相對(duì) 滑動(dòng)。這個(gè)滾珠止推軸承34被放置在整體模鑄定子組件2上，它支承 轉(zhuǎn)子13，提供它的自身對(duì)中并使它在被放到整體模鑄定子組件2上時(shí) 能夠轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)將摩擦限制到最小。圖12表示根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)并根據(jù)執(zhí)行器9的第二實(shí)施例的伺服 執(zhí)行器2，對(duì)它可以應(yīng)用本申請(qǐng)所描述的執(zhí)行器9的實(shí)施細(xì)節(jié)。于是， 這個(gè)執(zhí)行器9畫出了由磁軛15構(gòu)成的轉(zhuǎn)子13，具有兩對(duì)磁極的磁鐵 40在磁軛上則被做成一個(gè)整體。這個(gè)轉(zhuǎn)子位于滾珠止推軸承34上，而 軸承本身又位于由兩個(gè)鐵磁磁極49和一個(gè)供電線圈42構(gòu)成的定子部 件41之上。在這個(gè)非限定性的示例中，對(duì)所用的這類傳感器而言，軸
43的上部是U形的，制造它的材料具有低于500奧斯特的矯頑場(chǎng)力并 具有殘余軸向磁性，正如圖3中傳感器21的第二實(shí)施例所示。在圖13中，本申請(qǐng)中所公布的伺服執(zhí)行器1與鎖定和解鎖系統(tǒng)44 相結(jié)合，在這里，系統(tǒng)44是一個(gè)機(jī)械系統(tǒng)，其功能是阻止施加在輸出 軸上的外部機(jī)械作用。所以，它擁有位于執(zhí)行器9的轉(zhuǎn)子13之下的機(jī) 械鎖45，這包括兩個(gè)彼此相對(duì)移動(dòng)的不同部件，它的功能是鎖定任何 外部作用而不妨礙由執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)。增加了這種鎖定/解鎖系統(tǒng) 44就能夠減小執(zhí)行器尺寸來(lái)適應(yīng)給定的總體尺寸，這是因?yàn)?，?duì)于施 加到由固定連接到轉(zhuǎn)子13上的軸43驅(qū)動(dòng)的部件上的外部負(fù)載，它不 再敏感。這種系統(tǒng)由機(jī)械組件構(gòu)成，但是，這個(gè)實(shí)施例不是限定性的， 也可以用其他性質(zhì)(電磁的、液壓的以及氣動(dòng)的)的組件構(gòu)造。圖14表示圖12的伺服執(zhí)行器1的另一種形式，其中轉(zhuǎn)子13的軸 43穿過(guò)它的支架通向執(zhí)行器9的背面，以便在執(zhí)行器9背面移動(dòng)部件。 為此，執(zhí)行器的線圈42在物理上被分成兩個(gè)，以便使它們能夠給出足 以讓軸43穿過(guò)執(zhí)行器9的空間。因?yàn)檩S43的出口端不需要位于轉(zhuǎn)子 13的頂部，故而這種結(jié)構(gòu)能夠?qū)鞲衅?1以很大自由度置于轉(zhuǎn)子13 的頂部。所以，可以考慮利用與本發(fā)明所述相同的任何類型的傳感器 21而不存在限制。圖15表示圖12的伺服執(zhí)行器1的另一種形式，其中傳感器21包 括沿直徑方向磁化的、與軸43組合到一起的園柱磁場(chǎng)發(fā)射器50，在它 的附近，以固定方式安裝一個(gè)磁場(chǎng)接收器51，該接收器包括兩個(gè)能夠 測(cè)量該發(fā)射磁場(chǎng)的切向及徑向分量或者切向及軸向分量的磁敏部件。 所以，磁場(chǎng)接收器51包括能將這兩個(gè)分量加以復(fù)合從而確定軸43的 旋轉(zhuǎn)角的處理電路。在這種結(jié)構(gòu)中，傳感器21的磁場(chǎng)接收器51相對(duì) 于軸43移動(dòng)，而軸43能夠向外突出指向執(zhí)行器9的頂部，而且能夠 被固定到要被移動(dòng)的部件。 在需要回彈返回系統(tǒng)來(lái)使要被控制的部件返回初始位置的靈敏應(yīng) 用場(chǎng)合中，這種鎖定/解鎖系統(tǒng)44還能夠?qū)⒃摶貜椃祷叵到y(tǒng)一分為 二，從而分離執(zhí)行器需要克服的、對(duì)抗彈簧去移動(dòng)要被移動(dòng)的部件的 機(jī)械扭矩。圖13表示這種配備了返回系統(tǒng)的伺服執(zhí)行器1，該圖畫出了具有扭轉(zhuǎn)彈簧形式的、位于執(zhí)行器之下的第一回彈返回部件46，它 將它的返回力矩施加到由執(zhí)行器9控制的軸43。具有扭轉(zhuǎn)彈簧形式的 第二回彈返回部件47位于執(zhí)行器9的轉(zhuǎn)子13的部位，它將它的返回 力矩施加到轉(zhuǎn)子13。所以，當(dāng)鎖45被鎖定時(shí)，執(zhí)行器只需克服第二回 彈返回部件47的力來(lái)對(duì)要被控制的部件進(jìn)行定位。當(dāng)該鎖被解鎖時(shí)， 兩個(gè)回彈返回部件46和47的兩個(gè)扭矩被加到一起來(lái)對(duì)要被移動(dòng)到其 初始位置的部件進(jìn)行復(fù)位。這樣就能夠減小伺服執(zhí)行器1的尺寸，并 將它應(yīng)用到?jīng)]有這個(gè)鎖定/解鎖系統(tǒng)44就無(wú)法適用的應(yīng)用場(chǎng)合。
權(quán)利要求
1、一種單相電磁伺服執(zhí)行器，包括旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器以及轉(zhuǎn)子角位移傳感器，該旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器被設(shè)計(jì)成沿有限行程移動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件，該旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器包括2N個(gè)磁極的定子結(jié)構(gòu)以及至少一個(gè)激勵(lì)線圈，N等于1或2，上述定子結(jié)構(gòu)由具有高磁導(dǎo)率的材料制造，該旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器還包括一個(gè)轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子具有鐵磁磁軛和由2N對(duì)在交替方向上軸向磁化的磁極構(gòu)成的薄磁化部件，其特征在于，該位置傳感器具有與該磁軛被組合到一起的磁場(chǎng)發(fā)射器和相對(duì)于該定子結(jié)構(gòu)固定的磁場(chǎng)接收器。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l的單相電磁伺服執(zhí)行器，其特征在于，該固定 接收器靠近上述發(fā)射器，并位于這些磁極中的至少一個(gè)磁極的對(duì)稱中 心面。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2的單相電磁伺服執(zhí)行器，其特征在于，該 磁場(chǎng)發(fā)射器是環(huán)形磁鐵。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3的單相電磁伺服執(zhí)行器，其特征在于，該磁場(chǎng) 接收器是磁敏霍爾探頭。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4的單相電磁伺服執(zhí)行器，其特征在于，上述磁 敏探頭位于由兩個(gè)對(duì)該環(huán)形磁鐵進(jìn)行局部閉合的鐵磁弧形部件形成的 兩個(gè)集合磁路之間。
6、 根據(jù)上述權(quán)利要求之一的單相電磁伺服執(zhí)行器，其特征在于， 該磁場(chǎng)接收器是一類測(cè)量?jī)蓚€(gè)平面分量的探頭，其位于由所述磁極的 對(duì)稱中心面的交界線所形成的軸線上。
7、 根據(jù)權(quán)利要求l的單相電磁伺服執(zhí)行器，其特征在于，該磁場(chǎng) 發(fā)射器是按直徑方向磁化的圓柱磁鐵，該磁場(chǎng)接收器是由測(cè)量所發(fā)射 磁場(chǎng)的切向及徑向分量或者切向及軸向分量的兩個(gè)磁敏元件構(gòu)成。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7的單相電磁伺服執(zhí)行器，其特征在于，它包括 用于執(zhí)行所述兩個(gè)分量的復(fù)合以便確定該轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)角的處理電路。
9、 根據(jù)權(quán)利要求6的單相電磁伺服執(zhí)行器，其特征在于，該磁場(chǎng) 發(fā)射器是U形鐵磁部件，其矯頑磁場(chǎng)強(qiáng)度低于500奧斯特。
10、 根據(jù)權(quán)利要求6的單相電磁伺服執(zhí)行器，其特征在于，該磁 場(chǎng)發(fā)射器是其中放置磁鐵的、具有良好機(jī)械特性的U形部件。
11、 根據(jù)權(quán)利要求6的單相電磁伺服執(zhí)行器，其特征在于，該磁 場(chǎng)發(fā)射器是按照直徑方向極化的磁鐵。
12、 根據(jù)上述權(quán)利要求之一的單相電磁伺服執(zhí)行器，其特征在于， 它包括借助于延伸該蓋罩的與該箱體的突出抓爪配合的至少一個(gè)挖空 扣腳而相扣連接的蓋罩和箱體。
13、 根據(jù)權(quán)利要求12的單相電磁伺服執(zhí)行器，其特征在于，該箱 體在其前面區(qū)域設(shè)置有槽，用于容納接合物，譬如確保與該蓋罩內(nèi)表 面相結(jié)合的粘合劑。
14、 根據(jù)權(quán)利要求12或13的單相電磁伺服執(zhí)行器，其特征在于， 該蓋罩包括一個(gè)用于該伺服執(zhí)行器的外部電氣連接的連接器，上述連 接器在該蓋罩內(nèi)部具有用來(lái)和該箱體的定子組件中的一個(gè)或多個(gè)線圈 進(jìn)行電氣互連的裝置。
15、 根據(jù)權(quán)利要求14的單相電磁伺服執(zhí)行器，其特征在于，該傳 感器提供的上述附加裝置包括開槽動(dòng)片。
16、 根據(jù)上述權(quán)利要求之一的單相電磁伺服執(zhí)行器，其特征在于， 該定子結(jié)構(gòu)的磁極頭部是密封的。
17、 根據(jù)上述權(quán)利要求之一的單相電磁伺服執(zhí)行器，其特征在于， 這些定子磁極被機(jī)械插入具有開孔的底座，其截面基本對(duì)應(yīng)于磁極底 部的截面。
18、 根據(jù)權(quán)利要求12的單相電磁伺服執(zhí)行器，其特征在于，該定子結(jié)構(gòu)至少以熱塑材料局部整體模鑄，該模制件包括供軸承使用的內(nèi) 擋塊、供和該轉(zhuǎn)子組成一體的軸使用的導(dǎo)向環(huán)、外邊上的至少一個(gè)突 出抓爪、 一個(gè)軸導(dǎo)向軸承以及一個(gè)用來(lái)充填結(jié)合填充劑的槽。
19、 根據(jù)權(quán)利要求18的單相電磁伺服執(zhí)行器，其特征在于，該執(zhí) 行器的與該蓋罩相反的一面不是整體模鑄的，這樣可以露出具有連接 裝置(螺栓，最好是盲螺紋)的、用于固定到外部支架的磁極固定底 座。
20、 根據(jù)上述權(quán)利要求之一的單相電磁伺服執(zhí)行器，其特征在于， 它包括由兩個(gè)鋼法蘭和一個(gè)含有滾珠的塑料軸承外殼構(gòu)成的擋塊。
21、 根據(jù)上述權(quán)利要求之一的單相電磁伺服執(zhí)行器，其特征在于， 它包括用于該驅(qū)動(dòng)軸的、由該執(zhí)行器轉(zhuǎn)子加以控制的鎖定和解鎖設(shè)備。
22、 根據(jù)權(quán)利要求1的單相電磁伺服執(zhí)行器，其特征在于，該位 置傳感器是檢測(cè)該運(yùn)動(dòng)部件的一個(gè)或多個(gè)極端移動(dòng)位置的數(shù)字傳感 器。
全文摘要
該發(fā)明涉及旋轉(zhuǎn)單相電磁伺服執(zhí)行器，它包括旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器以及轉(zhuǎn)子角位移傳感器，該旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器被設(shè)計(jì)成沿有限行程移動(dòng)運(yùn)動(dòng)部件，該旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器包括2N磁極定子結(jié)構(gòu)以及至少一個(gè)激勵(lì)線圈，N等于1或2，上述定子結(jié)構(gòu)由具有高磁導(dǎo)率的材料制造，該旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器還包括一個(gè)轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子具有鐵磁磁軛和由2N對(duì)按交替方向進(jìn)行軸向磁化的磁極構(gòu)成的薄磁化部件，本發(fā)明的特征在于，該位置傳感器具有和該磁軛被組合到一起的磁場(chǎng)發(fā)射器和相對(duì)于該定子結(jié)構(gòu)固定的磁場(chǎng)接收器。
文檔編號(hào)H02K11/00GK101213727SQ200680021270
公開日2008年7月2日 申請(qǐng)日期2006年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月15日
發(fā)明者G·盧塞爾, P·岡代爾 申請(qǐng)人:松瑟博公司