无电流的单稳态的电磁伺服设备及其应用转让专利
申请号 : CN201780022584.4
文献号 : CN108885931B
文献日 : 2021-03-30
发明人 : P.范高尔 , P.温康
申请人 : ETO电磁有限责任公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种无电流的单稳态的电磁伺服设备,其具有具备永磁件(16)的电枢单元(12),所述电枢单元相对于静态的线圈器件并且作为对该线圈器件通电的反应能够沿运动纵轴线(10)在至少两个伺服位置之间运动,所述电枢单元具有用于与提供伺服配合件的挺杆部段(22)共同作用的啮合部段(26),并且所述电枢单元能够从借助永磁件的作用而无电流地稳定的第一伺服位置克服蓄能器件(44)的复位力变换至第二伺服位置,其中,所述线圈器件具有第一线圈单元(28),所述第一线圈单元能够接入电路,以便在电枢单元上施加将该电枢单元从第一伺服位置中松脱的力,其中,所述线圈器件除了第一线圈单元以外还具有第二线圈单元(36),所述第二线圈单元能够接入电路,从而使第二线圈单元在变换时在电枢单元上施加使该电枢单元加速的力,并且其中,所述线圈器件具有复位线圈器件,所述复位线圈器件能够接入电路,从而使所述复位线圈器件在电枢单元从第二伺服位置返回至第一伺服位置时加强蓄能器件的复位力,其特征在于,所述复位线圈器件实施为附加的线圈单元(50)。
2.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,所述蓄能器件的作用在处于第二伺服位置中的电枢单元上的复位力大于处于第二伺服位置中的永磁件(16)的永磁附着力。
3.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,所述附加的线圈单元设在第二伺服位置的区域中和/或在电枢单元上发挥复位作用。
4.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,所述附加的线圈单元(50)与第二线圈单元(36)沿轴向相邻。
5.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,所述附加的线圈单元(50)与第二线圈单元(36)设置在共同的线圈支架上。
6.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,所述附加的线圈单元设计为与配属于第二线圈单元的静态的芯件部段(42)磁性地共同作用。
7.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,在所述第一线圈单元和第二线圈单元之前能够接入通电器件,从而在电枢单元处于第二伺服位置时实现对第一和第二线圈单元的继续通电,这种通电与在变换到第二伺服位置时实施的通电相比具有在第一和第二线圈单元中更低的下降的电流强度。
8.根据权利要求7所述的设备,其特征在于,这种对第一和第二线圈单元的继续通电与在变换到第二伺服位置时实施的通电相比具有在第一和第二线圈单元中低至少20%的下降的电流强度。
9.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,所述复位线圈器件通过第一和/或第二线圈单元实现并且具有作用在所述第一和/或第二线圈单元上的极性变换器件(60-66)。
10.根据权利要求1所述的设备,其特征在于,所述蓄能器件实施为作用在电枢单元上的压力弹簧。
11.根据权利要求10所述的设备,其特征在于,所述压力弹簧在啮合部段的区域中施加作用。
12.根据权利要求10所述的设备,其特征在于,所述压力弹簧通过偏转器件(46)自外部作用在电枢单元上。
13.根据权利要求12所述的设备,其特征在于,所述偏转器件(46)是摇杆。
14.根据权利要求10所述的设备,其特征在于,所述压力弹簧集成在电磁伺服设备的壳体中和/或围绕挺杆部段。
15.根据权利要求14所述的设备,其特征在于,所述压力弹簧沿轴向相邻于永磁件地围绕挺杆部段。
16.一种根据权利要求1至15中任一项所述的无电流的单稳态的电磁伺服设备的应用,用于调整车辆机组的运行模式,其中,用于使电枢单元向第一伺服位置变换的蓄能器件能够建立在伺服设备的未通电状态下规定的运行状态。
说明书 :
无电流的单稳态的电磁伺服设备及其应用
技术领域
背景技术
的电枢单元以及沿运动方向纵长延伸的挺杆单元,挺杆单元安装在电枢单元上。该永磁式
的电枢单元通过呈静态芯件单元形式的静态电磁驱动器件被驱动,为芯件单元配置了可适
当通电的线圈单元。尤其为了改进电枢单元的抽出、也即电枢单元从通过永磁式附着效应
在芯件单元上所实现的无电流的稳定的第一(插入)伺服位置远离的运动,还可以设置压力
弹簧,压力弹簧使得电枢单元朝松脱芯件单元的方向运动。整个布置被导磁的壳体包围,壳
体使得对运动来说必要的磁路闭合,并且壳体在抽出的电枢位置中、也即相对于稳态的芯
件单元松脱地通过与电枢侧的永磁件的共同作用提供相对置的附着位置,因此由文献DE
201 14 466 U1中所规定的是双稳态设备。
下嵌入调节槽中并且通过该方式实施有意的凸轮轴调节。电枢单元连同挺杆部段向芯件单
元上的插入(插回)位置的回收(复位)在现有技术中通常通过伺服或啮合配合件的作用、在
此具体而言通过槽形廓的合适的设计实现。
和可组装性还有助于技术的广泛扩展。
运动,其中,在此能够沿轴向在两端设置啮合部段,用于与作为伺服配合件适当配备的机组
共同作用。设置在电枢侧的永磁件作用在于,将电枢单元无电流地稳定固持在两端、也即分
别固持在相互对置的端部侧的止挡位置中,换言之,在不需重新对线圈单元通电的情况下
或者说在不需额外影响电枢单元的情况下稳定地保持在各个端部侧的止挡位置中。在该现
有技术中,松脱或者说向相应位置的止挡位置的复位是通过对线圈单元的通电的极性转换
实现,从而能够通过该方式受控地达到各个端部或止挡位置。
障的情况下通过伺服设备实现电枢单元的规定的运动或伺服位置,这也被称为“故障安全”
并且应付这样的问题,即,在现有技术的双稳态伺服设备中能够达到并且保持相应的(相对
置的)最终位置(而且以无电流方式),然而在(意外的)电流故障之后则通常不能再察觉最
后实施的是哪个调节过程并且电枢单元连同挺杆部段一起相应地处于哪个伺服位置中。这
就导致不确定的并且可能有害的调节过程。
置的自动复位。然而这在技术中恰恰不是没有问题的而是可能不利的,因为恰好电枢侧的
永磁件尤其在伺服设备的(一般的)导磁的壳体(通常为实现伺服功能性是必要的)粘附在
相应的最终位置上,也就是说在该处双稳态地首先形成附着效应。随之出现的情况在于,例
如形成复位力或对应力的弹簧降低了整个布置的效率,因为就是在自电枢侧的止挡位置的
(下行)运动过程中,除了已经作用在该处的永磁引力之外还必须克服复位弹簧的对应力。
除了对效率的不利后果之后,这还导致糟糕的动态特性,也即降低了电枢加速度并且相应
地提高了为使电枢单元连同挺杆部段抽出所需的时间,这恰恰是在机动车方面中通常应避
免的。
脱的压力弹簧,以至于(理论上可以考虑的)复位弹簧在此处则首先成为适得其反的或者说
是有问题的。
发明内容
至第二(推出)伺服位置,还具有可计算的、在无电流或非通电状态下可预先确定的复位特
性,在此,尤其能够结构简单且利用较低的硬件费用制备并且能够针对大批量生产自动化
地完成。
该线圈器件通电的反应能够沿运动纵轴线在至少两个伺服位置之间运动,所述电枢单元具
有用于与提供伺服配合件的挺杆部段共同作用的咬合或啮合部段,并且所述电枢单元能够
从借助永磁件的作用而无电流地稳定的第一伺服位置克服蓄能器件、尤其弹簧件的复位力
变换至第二伺服位置,其中,所述线圈器件具有第一线圈单元,所述第一线圈单元接入或者
能够接入电路,以便在电枢单元上施加将该电枢单元从第一伺服位置中松脱的力,其中,所
述线圈器件除了第一线圈单元以外还具有第二线圈单元,所述第二线圈单元接入或者能够
接入电路,从而使第二线圈单元在变换时在电枢单元上施加使该电枢单元加速的力,并且
其中,所述线圈器件具有复位线圈器件,所述复位线圈器件设计为和/或接入电路,从而使
所述复位线圈器件在电枢单元从第二伺服位置返回至第一伺服位置时加强蓄能器件的复
位力,其特征在于,所述复位线圈器件实施为附加的线圈单元。所述技术问题按照本发明还
通过一种前述类型的无电流的单稳态的电磁伺服设备的应用,用于调整车辆机组、尤其摩
托车传动设备的运行模式,其中,用于使电枢单元向第一伺服位置变换的蓄能器件能够建
立在伺服设备的未通电状态下规定的运行状态。本发明范畴内的独立的保护范围要求保护
用于根据本发明的无电流的单稳态的电磁伺服设备,其用于调整车辆机组的运行模式,其
中,变速定位机构成为该应用的特别优选的方式。
得该第二线圈单元在电枢单元从第一(通常非抽出的)伺服位置运动至第二(抽出的)伺服
位置时附加地实现对电枢单元的加速作用。由此有利地确保,即使存在根据本发明规定的
为复位所配置的蓄力器(例如弹簧),也就不会出现在抽出时对动态特性的不利影响,反而
通过根据本发明的第二线圈单元补偿或者甚至通过第二线圈单元过渡补偿例如蓄能器件
的不利的反作用力或复位力。
以单独第二线圈单元在相应的电路中)继续通电。这在此有利地实现,并且通过相应地前置
连接或待前置连接于第一或第二线圈单元的通电器件表现为,流通的电流相对于运动降
低,并且确保在电耗能器中降低的、抽出的(仍通电的)电枢位置。
位置时对蓄能器件发挥加强作用,也即将额外的复位力相对于蓄能器件(也即例如复位弹
簧)同向地施加。由此则不仅通过蓄能器件的作用确保在非通电状态下的单稳态性并实现
稳定明确的伺服状态(在故障安全前提下),而且根据本发明的复位线圈器件还有利地实
现,复位运动并非仅需通过弹簧件实现,而是在设备激活或通电状态下也能够实现从第二
伺服位置至第一伺服位置的受控、动态(也即迅速)的复位。
发明的调节性质、效率和动态性质产生不利影响。
对为此设置的弹簧件的合适的尺寸设计),从而使复位力大于永磁件在第二伺服位置上的
永磁性的附着力,其中,该附着力相对于伺服设备的环绕的壳体(否则该壳体就会以已知方
式实现挺杆部段的弹出)实施。
在第二伺服位置的区域中或者电磁地定位在预定的或者说所形成的磁通路中,从而使该附
加的线圈单元作为复位线圈器件能够施加期望的复位力(也即与蓄能器件的复位力同向或
叠加)。在此在结构设计上特别优选的是,附加的线圈与第二线圈单元轴线相邻地设置(其
中,“轴向”在本发明的范畴内应理解为电枢单元连同一般纵长延伸的挺杆部段的延伸方向
或运动方向)。通常在该类型的结构方式的范畴内还使附加的线圈单元在线圈磁通的范围
内与静态的芯件部段共同作用,所述芯件部段根据本发明改进地配属于第二线圈单元,并
且由此通常与确定第一伺服位置的或者说构造用于电枢单元在第一伺服位置上的止挡的
芯件单元轴向对置地设置。
第一和第二线圈单元的通电的极性转换件使得第一和第二线圈单元的通电极性转换时,根
据本发明的第一和第二线圈单元还实现复位线圈器件的功能性,从而通过根据本发明规定
的方式实现对电枢单元的有意的复位力、而非导出或抽出力。
望的故障安全特性:那么一方面在优选实施方式的范畴内,蓄能器件通常作为压力弹簧被
实施为自外部作用在啮合部段的区域中的电枢单元上的弹簧。该类型的变型方案尤其适用
于这种实施例,其中,挺杆端部除了与伺服配合件共同作用之外还有利地适用于或构造用
于容纳在此作用的或作用在电枢单元上的压力弹簧。作为补充或备选,这还可以间接地通
过偏转器件实现,其中,例如摇杆或类似的机械机组通过本发明的方式将复位力从非直接
作用在电枢单元上的弹簧件施加到电枢单元。
得多且结构上精良的是,压力弹簧设计为螺旋弹簧,从而使压力弹簧包围挺杆部段并且例
如沿轴向在一端被(通常相对于挺杆部段扩展的)永磁件-电枢部段支承。
节性质相结合,而不会使实现复位的蓄能器件对特性产生不利影响。由此本发明通过对于
应用目的突出的方式而适用于调整车辆机组、例如摩托车传动设备的运行模式的领域中,
其中,然而本发明并不仅限于该类型的应用目的。
附图说明
具体实施方式
20限定。在所述永磁片上连接有电枢单元的纵长延伸的挺杆部段22,所述挺杆部段在环绕
的筒状的壳体24的中心沿轴向方向延伸至(在图1底侧示出的)开放的壳体端部,从所述壳
体端部则构造有设计用于与此处设置在摩托车传动设备中的伺服配合件共同作用的啮合
部段26。
的第一绕组30。在壳体24的端侧、例如在与啮合部段26相对置的端部上,第一芯件则相反通
过已知方式被导磁地接通,因此作为对第一绕组30通电的反应(在此通过示意性示出的馈
线结构34),绕组30构成排斥永磁件16的并且由此沿图1的轴向方向朝下指向的施加力。在
此将布局构造为,(已经)实现了排斥效果,以便克服在第一芯件14上的永磁件16的永磁附
着力,从而能够实现所述运动。
38在用于使电枢单元从图1的(第一)伺服位置向下运动的通电情况下被通电(并且配置或
者说被极化),从而使第二线圈38在永磁单元16上施加支持通过第一线圈单元28实现排斥
的力,换言之,为了改善加速和动态性质还施加了拉力作用,在电枢的短暂的伺服和运动时
间内朝静态的第二芯件42下游的第二伺服位置施加相应的正向影响,其中,第二伺服位置
(必要时还通过设置在电枢侧的电枢粘接片间隔地)被由第二芯件42构成的止挡限定。第二
芯件通过所示方式沿周向包围挺杆部段22并且由此提供用于该挺杆部段的导引部,该第二
芯件连同第二线圈38以及壳体24的所配属的外周侧部段一起构成实现第二线圈单元的所
述增强的调节效果的磁通路。
伺服位置)预紧的弹簧单元的复位力而实现,如示意性结合图3情况以及作为实施方案(a)
至(c)的子视图所示:其余结构上与图1的纵剖图相同,在此示出多种不同的可能性,压力弹
簧44能够如何复位地将朝第一伺服位置指向的复位力施加在电枢单元上,或者说在相应的
压缩情况下如何实现这种复位。例如图3(a)以示意性方式示出在端侧指向啮合部段26的前
端部的弹簧元件,作为可能的备选方案子视图(b)示出在(仅示意性示出的)摇杆46上的压
力弹簧,而同样作为备选方案(必要时还设置了两个弹簧)弹簧元件44在图3的子视图(c)中
被容纳在壳体24的壳体内部,从而使压力弹簧44(其包围与永磁单元相邻的挺杆部段22)在
一端被第二芯件42的止挡面支承并且在另一端作用在指向第二芯件方向的导磁片20上。
(永磁性)附着或者说粘接,相反,该永磁性的附着力通过上述弹簧元件44的复位力被克服。
实施例中还构造了承载第三线圈单元的第三线圈(绕组)的线圈支架54,其构造用于模块化
地、备选一件式地与第三线圈单元36的线圈支架40组合,从而使该单元尤其适用于紧凑地
且能够自动化地制备和装配。
的运行中,在第一和第二线圈的未通电状态下,第三线圈在电枢单元上施加朝第一伺服位
置方向的复位力,就此而言进而叠加并且加强复位弹簧44的复位力。
开时实现特定的用于电枢单元从给第一伺服位置至第二伺服位置的运行状态,同时相反的
开关状态(开关56断开而开关58闭合)通过弹簧单元44的弹簧复位力的辅助实现用于向第
一伺服位置复位的第三线圈52。明确的是,尤其通过该措施动态且加速地实施复位过程并
且由此实现了单稳态,所述单稳态不会通过在第二电枢上的永磁件16的可能的粘接特性而
受到不利影响,相反则通过线圈52被补偿。
第一芯件14上)的可靠且规定的复位,从而即使在完全不通电的运行阶段也能确保电枢单
元12以其啮合侧的端部处于规定的无电流的且静止位置(故障安全)中,在此处于图1的阻
滞的(上方的)运行状态下。
位线圈单元50。由此能够实现轴向的更短的且由此可能更紧凑的设备。如图5(a)和(b)的电
路图所示,尽管通过弹簧元件44的弹性作用的复位(就此等同于图6(a)至(c)的实施方案的
功能并且类似于第一实施方案的图3(a)至(c))确保了电磁复位,然而这通过接入的线圈对
30、38的转换实现:在此在所示实施例中,开关对60、62使得线圈30和38被施加了第一极性
的通电,如同例如为实现已经结合第一实施例所述的从第一伺服位置(图4)至向上指向的
在第二芯件42上的第二伺服位置的电枢运动的情况一样。相对地,支持(弹簧44)的复位通
过线圈对30、38的通电的极性转换实现,如图所示,在电磁支持的复位中,开关60、62断开并
且取而代之地开关64、66在线圈对30、38上以相反的极性通电。这导致,线圈30(未极化地)
在永磁件16上施加牵引的力并且线圈38在永磁件上施加排斥的力,具有的效果在于,整体
上实现了永磁的、与弹簧复位力叠加的朝向第一芯件14上的上部止挡的方向的复位力。在
此不仅可以实现根据图5(a)构造线圈的并联,而且还可以在图5(b)的备选电路图中设置为
串联。
情况。相反,本发明适用于应将利用永磁电枢功能性将两个轴向调节方向上的动态调节特
性与非通电状态下或者说规定的故障安全复位位置中的单稳态相结合的任何应用中。