專利名稱：用于電磁機器的有源元件、制造這種有源元件的方法以及包括這種有源元件的電磁機器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于電磁機器的有源元件、制造這種有源元件的方法以及包括 這種有源元件的機器。
背景技術(shù)：
已知線性電磁機器具有沿滑動方向相對于彼此移動的兩個部件。沿滑動方 向延伸的兩部件中的至少一個包括有源元件，各有源元件由一系列具有不同磁 特性的各部分構(gòu)成。
在可變磁阻機器中，各有源元件的各部分在鐵磁部分和非磁性部分之間交 替。在永久磁體機器中，兩部件之一的有源元件包括在鐵磁部分和非磁性部分 之間交替的各部分，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 與第一方向相反的第二方向磁化的部分之間交替的各磁化部分。
兩部件放置成相互電磁作用，兩部件之一與產(chǎn)生磁場的裝置相關(guān)聯(lián)。磁場 的產(chǎn)生使磁力呈現(xiàn)傾向于將兩部件沿滑動方向相對于彼此移動。或者，機器可 通過賦予兩部件之間的相對運動而作為發(fā)電機來運行。
在第一類型的電磁機器中，組成有源元件的各部分是板或葉片的形式。兩 部件的有源元件平行，并形成相應(yīng)的交錯的梳狀物，使得兩部件之一的有源元 件在另一部件兩有源元件之間延伸(當然除了最外部的有源元件之外)。
在文獻FR2588133的圖5中所示的實施例中，形成可動部件的有源元件 的各部分可分成在中心支承件的兩側(cè)上延伸的兩個子部分，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經(jīng)受的磁力。形成靜止部件的有源元 件的各部分同樣分成兩個子部分，子部分中的每個通過其一端由外部支承件保 持。
4那些支承件制造復(fù)雜且它們僅通過一端來接納每個子部分，這意味著各子 部分向外懸臂伸出且它們因此經(jīng)受傾向于將它們從接納它們的支承件分開的 應(yīng)力。此外，配合在支承件內(nèi)的每個子部分的端部與所面向的有源元件的子部 分相互磁作用，且因此這些端部不參與機器的運行。此外，中心支承件和外部 支承件的存在增加機器的總體尺寸。支承件不參與有源元件之間的相互磁作 用，因此它們占據(jù)寶貴的空間并往往限制機器的體積功率密度。
在第二類型的電磁機器中，如在討論會"電子技術(shù)的未來(法國高等電力
學(xué)院(SUPELEC) 2003年12月9-10，，遞交的文章《Actionneur lin6aire synchrone machine & aimants permanents multi-tiges》[具有多桿永久磁體的同步線性致動器] 所示出的那樣，可動部件的有源元件是桿的形式并包括螺紋連接到中心支承件 上的圓柱形部分。中心支承件保持各部分并機械地吸收各部分所經(jīng)受的磁力， 且加強桿。
如同這些板，中心支承件也對相互磁作用沒有貢獻，且其占據(jù)寶貴的空間， 往往限制機器的體積功率密度。
如文獻FR2588133所提出的那樣，能夠省略支承件并通過粘合劑或通過 釬焊將給定有源元件的各部分彼此粘結(jié)。但是，該方法假設(shè)各部分彼此相鄰且 它們適于通過釬焊或粘結(jié)劑粘結(jié)在一起。然后磁力通過這樣形成的粘結(jié)機械牽 引傳遞，這從機械角度看不是很理想。
發(fā)明目的
本發(fā)明的目的是提供一種提供更高效率的新型有源元件。

發(fā)明內(nèi)容
為了實現(xiàn)該目的，本發(fā)明提供一種用于電磁機器的有源元件，該元件包括 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。根據(jù)本發(fā)明，有源元件包括非磁性覆蓋物，該覆蓋物相對于各部分的厚度 較薄并延伸成覆蓋有源元件的外表面的大部分，該覆蓋物固定到各部分中的至 少一些部分，并具有足夠的強度以形成機械傳遞各部分所經(jīng)受的磁力的構(gòu)件。因此，覆蓋物放置在有源元件的外側(cè)上，即在二次面積矩最大的區(qū)域，使 得覆蓋物盡管很薄仍大大有助于加強有源元件。通過覆蓋物發(fā)生電磁相互作 用。
作用在各部分上的磁力由覆蓋物以剪切形式機械傳遞，且這從機械觀點看 是非常有利的。因此該覆蓋物形成非常緊湊的有效力傳遞件。
因此，在板或葉片形式的有源元件的情況中，有利的是提供具有基本上覆 蓋有源元件的兩個大表面的兩個薄壁的覆蓋物，通過該覆蓋物進行電磁相互作 用。在桿形式的有源元件的情況中，有利的是提供包括覆蓋圓柱形部分的管狀 薄壁的覆蓋物。


根據(jù)參照附圖的以下說明可更好地理解本發(fā)明，附圖中
圖1是包括板形式有源元件的本發(fā)明的電磁機器的立體 圖2是圖1所示機器的有源元件的剖切詳 圖3是圖2所示機器的另一有源元件的剖切詳 圖4是示出制造期間的圖3有源元件的視 圖5是示出變型實施例中制造期間的圖3有源元件的視 圖6是包括桿形式有源元件的本發(fā)明的電磁機器的立體圖；以及
圖7是圖5所示機器的有源元件節(jié)段的局部剖切詳圖。
具體實施例方式
本發(fā)明首先參照具有多個空氣間隙的線性電磁機器進行描述，諸如圖1 所示的機器。這種機器以已知方式包括鐵磁材料制成的保持架1，這里接納供
電的三個線圈2，使它們接連地偏置120。。由線圈2產(chǎn)生的磁場傳遞到保持架
1的其中有以下結(jié)構(gòu)交替延伸的有源區(qū)域
相互平行并防止相對于保持架移動的靜止板10形式的有源元件(僅標 示了一個靜止板)。靜止板10中的每個包括一系列永久磁體，如參照圖2所 更詳細描述的那樣；
6 相互平行的可動板20形式的有源元件，每個板在兩靜止板10之間延伸
以呈現(xiàn)相對于其的多個空氣間隙(僅標示了一個可動板)?？蓜影?0中的每 個包括一系列鐵磁部分和非磁性部分，如參照圖3至5所更詳細描述的那樣。 各可動板20通過延伸穿過所有可動板20的銷30固定到彼此?？蓜影迕嫦蜢o 止板10沿滑動方向X滑動。
如圖2所示，每個靜止板10包括沿第一方向定向的永久磁體11，這些永 久磁體與沿與第一方向相反的第二方向定向的永久磁體12交替設(shè)置，如永久 磁體端部上畫出的箭頭所表示的那樣。永久磁體11和12是相互接觸的條形件 且它們形成具有交替磁特性的接連的部分。根據(jù)本發(fā)明的重要方面，每個靜止 板10具有在靜止板10的兩側(cè)上在其大表面上延伸并例如通過粘合劑固定到永 久磁體11和12的薄的非磁性壁15。這些大表面由條形件的相鄰側(cè)壁組成。
例如，永久磁體11和12的厚度約為1毫米(mm)，而薄壁15的厚度為 O.lmm。薄壁15由青銅制成。
薄壁15形成用于非常緊湊的永久磁體11和12的支承裝置。因此整個高 度的永久磁體11和12因此可通過薄壁15面對它們的可動板20相互電磁作用， 從而所有的磁體用于在可動板20上產(chǎn)生機械力。
此外，薄壁15形成夾層結(jié)構(gòu)的外層，夾層結(jié)構(gòu)的芯層由永久磁體11和 12構(gòu)成，由此賦予靜止板10以高度的彎曲剛度。
如圖3所示，每個可動板20包括與非磁性部分22交替設(shè)置的鐵磁部分 21。各部分21和22形成接觸條形件。每個可動板20還具有從各部分21和22 延伸并用于接納銷30的非磁性端部23，銷30將可動板21彼此固定以形成機 器的可動元件。根據(jù)本發(fā)明的重要方面，每個可動板20具有在可動板20的兩 側(cè)上在其大表面上延伸的薄壁25，這些薄壁例如通過粘合劑固定到各部分21 和22以及還有端部23。
除了其上述加強的功能，薄壁還用于將各部分21和22所經(jīng)受的磁力機械 傳遞到端部23。薄壁25和各部分21和22之間的這些力的機械傳遞以剪切形 式進行，這是用于粘合劑粘結(jié)組件的有效傳遞模式。這里同樣，薄壁25由青 銅制成。如圖4所示，在較佳實施例中，通過使用其上切出有平行窗口 27的非磁 性材料片26形成每個可動板20，各窗口用于接納各鐵磁部分21。為了制造可 動板20，薄壁25用粘合劑粘結(jié)到挖切片26的大表面之一上，這里是粘結(jié)到底 部大表面上。然后將各鐵磁部分21放置在各窗口 27內(nèi)。鐵磁部分21之一所 示為正被放置到窗口 27之一內(nèi)合適位置時的情況。此后，另一薄壁25用粘合 劑粘結(jié)到挖切片26的頂部大表面。然后沿虛線切去挖切片26的側(cè)邊緣，從而 保留在各鐵磁部分21之間的挖切片26構(gòu)成各非磁性部分22。然后剩下的就是 對端部23鉆孔以提供用于接納銷30的小孔。
在圖5所示的變型中，挖切片26由鐵磁材料制成，而窗口用液態(tài)樹脂28 填充以形成非磁性部分。
在樹脂已固化，頂部薄壁25已用粘合劑粘結(jié)，且側(cè)邊緣已從虛線切去之 后，在窗口之間延伸的挖切片形成鐵磁部分21，而樹脂28形成非磁性部分22。
圖4和5所示的制造方法當然可應(yīng)用于靜止板，或?qū)嶋H上沒有端部的板。 類似地，能夠讓窗口空著，用其中的空氣形成非磁性部分。
在己知機器中，希望保持面對的板之間為空的空間，從而確保它們不接觸， 因為面對的部分不被覆蓋且因此有彼此抵靠滑動并由于各部分之間邊界處的 多個邊緣而彼此卡住的風險。保持這些空間為空要求可動板相對于靜止板在外 部被引導(dǎo)，并產(chǎn)生傾向于將各板朝向彼此移動并因此在彎曲中對它們施力的磁 不穩(wěn)定性，由此導(dǎo)致可變的空氣間隙。這些空的空間可大大放大各板之間的空 氣間隙，且因此降低機器的效率。
相反，根據(jù)本發(fā)明的特別有利方面，圖1的機器設(shè)計成使得操作時靜止板 10和可動板20以非常小的游隙滑動，允許板之間接觸。這樣提供的精確引導(dǎo) 能夠使兩個面對的板的磁性部分之間的空氣間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動的游隙。各板通過其薄壁15和25接觸， 薄壁15和25是連續(xù)的且沒有邊緣，由此便于滑動。
此外，這樣形成的精確引導(dǎo)增加可動板20的剛度，且因此增加縱向抗彎 強度，因此它們可以很長。因此可動板20可浮動地安裝到銷30上。
用于薄壁15和25的材料(在該實例中為青銅)使板能夠相對于彼此以較低的摩擦系數(shù)滑動。在變型中，薄壁15和25可由某些其它非磁性材料制成， 且如果該材料不具有有利的摩擦系數(shù)，則薄壁15和25可有利地覆有具有低摩 擦系數(shù)(例如由聚四氟乙烯(PTFE)制成)并與機器的運行狀態(tài)(特別是其內(nèi) 部溫度)兼容的表面層。
以下參照圖6所示的具有桿的線性電磁機器對本發(fā)明進行說明。
該類型的機器同樣包括接納三個線圈52的保持架51，三個線圈以120° 的間隔相位偏移。由線圈52產(chǎn)生的磁場在保持架51的有以下部分在其中延伸 的有源區(qū)域中傳遞
*靜止芯60，該靜止芯由交替磁化的盤形形式的各永久磁體制成；以及
相互平行的可動桿70，這些可動桿延伸穿過靜止芯60上的小孔以呈現(xiàn) 相對于這些小孔的環(huán)形空氣間隙(僅標示了一個可動桿70)。可動桿70中的 每個包括一系列鐵磁部分和非磁性部分，如參照圖7所更詳細描述的那樣。可 動桿70通過端部板80彼此固定，可動桿70的端部固定到端部板80。這些桿 沿滑動方向X滑動。
靜止芯60在該實施例中執(zhí)行與靜止板10相同的功能，且可動桿70執(zhí)行 與可動板20相同的功能。
如圖7所示，每個可動桿70具有與非磁性部分72交替設(shè)置的鐵磁部分 71。每個可動桿70還具與各部分71和72成一直線延伸并設(shè)計成接納在端部 板80之一內(nèi)的帶螺紋的非磁性端部73，端部板80將可動板70彼此固定以形 成機器的移動元件。根據(jù)本發(fā)明的重要方面，每個可動桿70具有圍繞可動桿 70延伸并例如通過粘合劑固定到各部分71和72并還固定到端部73的薄管狀 壁75 (局部剖開示出以使圖較為清楚)?？蓜訔U的各部分和靜止芯之間通過管 狀薄壁75發(fā)生相互電磁作用。
如同那些板一樣，保持各部分71和72的管狀薄壁75可大大地加強了可 動桿70并用于將各部分71和72所經(jīng)受的磁力機械傳遞到各端部73 (如上所 述以剪切形式發(fā)生傳遞)。
此外，沒有中心支承件能夠使各部分71和72制成實心的，沒有中心孔， 由此改進機器的效率。
9根據(jù)本發(fā)明特別有利的方面，可動桿70以較小游隙可滑動地接納在靜止
芯60的小孔內(nèi)，因此使可動桿70能夠與靜止芯60接觸。于是，可能較長的 可動桿70被很好地引導(dǎo)，由此增加其剛度和承受縱向彎曲的能力。此外，很 好地控制空氣間隙且空氣間隙，使其基本上至多等于管狀薄壁75的厚度加上 用于滑動的游隙。管狀薄壁75由具有低摩擦系數(shù)的材料青銅制成。管狀薄壁 75直接摩擦抵靠靜止芯內(nèi)的孔。但是，薄壁75是連續(xù)的且沒有邊緣的，由此 促進相關(guān)聯(lián)的可動桿的滑動。
本發(fā)明并不限于以上說明，而是覆蓋落入權(quán)利要求書所限定范圍內(nèi)的任何 變型。
具體地說，盡管以上說明涉及其中某些有源元件具有磁性部分的機器，但 本發(fā)明當然也可應(yīng)用于其它類型的機器，例如應(yīng)用于沒有永久磁體、構(gòu)成有源 元件的各部分在為鐵磁和非磁性之間交變的可變磁阻機器。
盡管本文示出的有源元件的各部分相鄰，但也可在這些部分之間留出空的 空間。此外，可完全由空的空間構(gòu)成一個部分。
盡管本文所示的有源元件具有一個或多個連續(xù)薄壁形式的外部覆蓋物，外 部覆蓋物覆蓋有源元件的所有外表面，該覆蓋物也可具有其它形式。具體地說， 覆蓋物不需要包括連續(xù)的壁但可包括沿其表面沿有源元件的滑動方向延伸的 條帶。然后較佳的是一個有源元件的條帶設(shè)置成面對所面對的有源元件的條 帶。在所有情況下，覆蓋物足夠堅固以能夠機械傳遞有源元件的各部分所經(jīng)受 的磁力是很重要的。
盡管陳述了覆蓋物用粘合劑粘結(jié)到各部分，但也可使用其它連接方法。例 如，可通過用冷卻時形成覆蓋物的熱材料覆層于各部分而得到覆蓋物。該覆蓋 物也可以氣體形式噴射到各部分上。
盡管陳述了所有的部分都固定到覆蓋物上，但也可以其中的一些不固定到 覆蓋物上，例如每隔一個部分不固定。然后磁力僅通過固定到薄壁的部分傳遞 到薄壁，仍然是以剪切的形式傳遞。
最后，盡管參照線性電磁機器描述了本發(fā)明，但本發(fā)明可應(yīng)用于旋轉(zhuǎn)機器， 例如具有盤形式的有源元件。在這些情況下，沿各含角的扇形延伸的各部分沿圍繞圓的主方向交替。則覆蓋物包括在由各部分的相鄰側(cè)表面形成的盤的兩大 空間上延伸的兩薄壁。
權(quán)利要求
1. 一種用于電磁機器的有源元件(10；20；70)，所述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(11；21；71)和具有第二磁特性的各部分(12；22；72)，其特征在于，所述有源元件包括相對于所述各部分的厚度較薄且延伸成覆蓋所述有源元件的外表面的大部分的非磁性覆蓋物(15；25；75)，所述覆蓋物固定到所述各部分中的至少一些部分并具有足夠的強度以形成機械傳遞所述各部分所經(jīng)受的磁力的構(gòu)件。
2. 如權(quán)利要求1所述的有源元件，其特征在于，所述各部分是條形件(ll、 12; 21、 22)，使得所述有源元件基本上是具有由所述條形件的相鄰側(cè)面形成 的兩相反的大表面的板的形式，所述覆蓋物(15; 25)延伸成覆蓋所述大表面的大部分。
3. 如權(quán)利要求2所述的有源元件，其特征在于，所述覆蓋物包括裝配到 所述有源元件的所述大表面的兩個薄壁(15; 25)。
4. 如權(quán)利要求1所述的有源元件，其特征在于，所述各部分是圓柱形節(jié) 段(71、 72)的形式，使得所述有源元件基本上是具有周面的桿的形式，所述 覆蓋物(75)延伸成至少覆蓋所述周面的大部分。
5. 如權(quán)利要求4所述的有源元件，其特征在于，所述覆蓋物(75)包括 圍繞所述有源元件延伸的管狀薄壁。
6. 如權(quán)利要求1所述的有源元件，其特征在于，包括與所述各部分成一 直線延伸且固定到所述覆蓋物的至少一個端部，使得所述各部分經(jīng)受的所述磁 力通過所述覆蓋物機械傳遞到所述端部。
7. —種電磁機器，包括根據(jù)任一前述要求的至少一個有源元件，其中， 所述有源元件以小游隙可滑動地接納在所述機器的靜止部分內(nèi)，允許在所述機 器的所述有源元件和所述靜止部分之間形成接觸。
8. —種電磁機器，包括多個如權(quán)利要求2所述的有源元件，所述多個有 源元件交錯成使移動的有源元件位于兩靜止的有源元件之間，在所述兩靜止的 有源元件之間，所述移動的有源元件以小游隙滑動，允許面對的有源元件之間形成接觸。
9. 如權(quán)利要求7或8所述的電磁機器，其特征在于，所述覆蓋物至少具有摩擦系數(shù)低的表面層。
10. 如權(quán)利要求9所述的線性電磁機器，其特征在于，所述整個覆蓋物由摩擦系數(shù)低的材料制成。
11. 一種制造如權(quán)利要求2所述的有源元件的方法，所述方法包括以下步驟 在具有第一磁特性的片(26)上切出平行的窗口；或者讓所述窗口空著; 將具有第二磁特性的各部分裝在所述窗口內(nèi)； 將覆蓋物施加到所述片的兩表面之一，以基本上覆蓋所述各部分；以及 切去所述片的側(cè)邊緣使得位于兩窗口之間的所述片本身形成所述有源元件的各部分。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于電磁機器的有源元件(20)，該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)，該有源元件的特點是包括相對于各部分的厚度較薄且延伸成覆蓋有源元件的外表面的大部分的非磁性覆蓋物(25)，該覆蓋物固定到各部分中的至少一些部分并具有足夠的強度以形成機械傳遞各部分所經(jīng)受的磁力的構(gòu)件。
文檔編號H02K41/00GK101490935SQ200780026205
公開日2009年7月22日 申請日期2007年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月12日
發(fā)明者D·馬特, N·齊格勒 申請人:梅西耶-道提股份有限公司