线性驱动装置
阅读说明：本技术 线性驱动装置 (Linear driving device ) 是由 S·潘塔齐斯 D·黑尔贝尔 D·克斯滕 P·泰莱特 T-Y·比尔迈尔 于 2020-10-16 设计创作，主要内容包括：本发明涉及用于提供线性运动的线性驱动装置,具有缸体套管,在所述缸体套管中能够线性运动地容纳有活塞,所述活塞具有第一磁体机构并且所述活塞限制在所述缸体套管中的大小可变的工作空间,并且所述线性驱动装置具有沿着中轴线能够线性运动地支承在所述缸体套管处的转子,所述转子与所述缸体套管构造工作间隙并且所述转子具有第二磁体机构,所述第二磁体机构为了与所述第一磁体机构的无接触的磁力联结而构造在所述工作间隙中。根据本发明设置成,所述第一磁体机构和/或所述第二磁体机构包括沿着所述中轴线相应地交替地成排的径向地磁化的永磁体和轴向地磁化的永磁体,以便实现在所述工作间隙中的最大的磁通量。(The invention relates to a linear drive for providing a linear movement, having a cylinder sleeve in which a piston is accommodated in a linearly movable manner, having a first magnet arrangement and the piston delimits a variable-size working space in the cylinder sleeve, and having a rotor which is mounted on the cylinder sleeve in a linearly movable manner along a central axis and which forms a working gap with the cylinder sleeve and which has a second magnet arrangement which is formed in the working gap for a contactless magnetic coupling with the first magnet arrangement. According to the invention, it is provided that the first magnet arrangement and/or the second magnet arrangement comprise radially magnetized permanent magnets and axially magnetized permanent magnets, respectively, alternately in rows along the center axis, in order to achieve a maximum magnetic flux in the working gap.)
技术领域
本发明涉及用于提供线性运动的线性驱动装置，具有缸体套管，在所述缸体套管中能够线性运动地容纳有活塞，所述活塞具有第一磁体机构并且所述活塞限制在缸体套管中的大小可变的工作空间，并且所述线性驱动装置具有沿着中轴线能够线性运动地支承在缸体套管处的转子，所述转子与缸体套管构造工作间隙并且所述转子具有第二磁体机构，所述第二磁体机构为了与第一磁体机构的无接触的磁力联结而构造在工作间隙中，以及所述线性驱动装置具有流体联接部，所述流体联接部穿过缸体套管并且所述流体联接部通出到流体工作空间中。
背景技术
从WO 2007/121808 Al中已知一种流体操纵的线性驱动装置，在所述线性驱动装置中，在壳体套管的外周缘处能够移位地支承有从动滑块。为此，在壳体套管的外周缘处相应地布置有两个沿着壳体套管延伸的并且具有沿壳体套管的第一横向轴线的轴线方向对置的引导面的引导面对，所述引导面对沿壳体套管的相对于第一横向轴线成直角的第二横向轴线的轴线方向相对于彼此间隔开。在壳体套管的横截面中来看，引导面相应地关于第一和第二横向轴线倾斜，其中，布置在从动滑块处的第一支承元件贴靠在其中一个第一引导面对的引导面处，所述第一支承元件能够关于沿壳体套管的纵向方向走向的摆动轴线独立于彼此地相对于从动滑块进行摆动，并且其中，布置在从动滑块处的第二支承元件贴靠在其中另一个第二引导面对的引导面处，所述第二支承元件的沿第一横向轴线的轴线方向相对于从动滑块所占据的横向位置能够可变地被预设。
发明内容
本发明的任务在于，提供一种具有紧凑的和简单的构造方式的线性驱动装置。
所述任务对于开头提及的类型的线性驱动装置借助权利要求1的特征来解决。在此设置成，第一磁体机构和/或第二磁体机构包括沿着中轴线相应地交替地成排的径向地磁化的永磁体和轴向地磁化的永磁体，以便实现在工作间隙中的最大的磁通量。在具有不同取向的磁化的永磁体的这种排列的情况下，以如下考虑为基础，即在径向地和轴向地磁化的永磁体合适地交替地布置在第一磁体机构的表面处和/或在第二磁体机构的表面处的情况下能够实现磁通量的密度的优化，所述磁通量能够由相应的磁体机构提供。特别优选地设置成，这种通量密度对于第一磁体机构设置在面向第二磁体机构的表面处。补充地或备选地能够设置成，第二磁体机构的最大的通量密度构造在第二磁体机构的面向第一磁体机构的表面处。总体来说，应该通过所述措施伴随着尽可能少地使用永磁材料以及由此引起的成本优点和重量优点来实现在第一磁体机构与第二磁体机构之间的无接触的磁性的联结。
在轴向地磁化的永磁体的情况下从如下出发，即在轴向地磁化的永磁体之内的磁通量至少基本上平行于中轴线、尤其平行于中轴线进行取向。在径向地磁化的永磁体中设置成，在永磁体之内的磁通量沿径向方向向内或沿径向方向向外相应地关于缸体套管的中轴线进行取向。
特别有利的是，不仅第一磁体机构而且第二磁体机构具有相应地交替地沿着中轴线成排的径向地磁化的永磁体和轴向地磁化的永磁体。优选地设置成，第一磁体机构和第二磁体机构的沿着中轴线布置在相同的位置处的、径向地磁化的永磁体具有相同的径向的磁化方向。补充地或备选地设置成，第一磁体机构和第二磁体机构的在相同的位置处沿着中轴线进行布置的轴向地磁化的永磁体沿互相相反的方向磁化。由此实现在第一磁体机构与第二磁体机构之间的工作间隙中的特别高的通量密度，所述第一磁体机构配属于布置在缸体套管中的活塞，所述第二磁体机构配属于支承在缸体套管处的转子。
本发明的有利的改进方案是从属权利要求的主题。
适宜的是，第一磁体机构和/或第二磁体机构包括至少一个磁体组，所述磁体组构造为径向地向外磁化的永磁体、轴向地沿正的轴线方向磁化的永磁体和径向地向内磁化的永磁体的成排布置。在此，径向地向外定向的磁化被理解为如下磁化，在所述磁化的情况下磁通量在相对于中轴线间隔开地进行布置的永磁体中沿远离中轴线的方向指向，其中，所述方向横向于中轴线进行取向。相应于此地，在径向地向内磁化的永磁体的情况下存在有刚好相反地取向的通量方向。沿正的轴线方向磁化的永磁体具有如下磁通量方向，所述磁通量方向沿任意选择的、平行于中轴线进行取向的空间方向的方向走向。代替沿正的轴线方向磁化的永磁体能够使用沿负的轴线方向磁化的永磁体，其与沿正的轴线方向磁化的永磁体相比沿刚好相反的方向轴向地磁化。具有相应的磁通量的这种取向的永磁体在磁体组中的布置还被称为海尔贝克布置。由于相应的永磁体在磁体组之内的磁通量的取向，在磁体组的第一表面处提供提高了的磁通量，而在磁体组的第二相反地取向的表面处提供减少了的磁通量。特别有利地设置成，第一磁体机构在径向地处于外部的表面处具有最大的磁通量，而第二磁体机构在径向地向内指向的表面处具有最大的磁通量。由此确保，通过构造为空隙的工作间隙间隔开的、互相对置的第一和第二磁体机构以其最大的磁通量面对彼此，由此，由各个永磁体提供的磁通量密度的期望的优化的充分使用得到保证。在用于第一磁体机构和第二磁体机构的永磁体的这种布置中，不仅第一磁体机构而且第二磁体机构由此相应地形成海尔贝克布置。
优选地设置成，第一磁体机构的永磁体和/或第二磁体机构的永磁体构造为环形磁体并且同轴于中轴线进行布置。在永磁体的这种设计方案中能够从如下出发，即缸体套管在横向于中轴线进行取向的横截平面中具有圆环形的横截面。相应于此地，活塞能够在相同的横截平面中同样具有圆形的横截面。由此，在活塞的外表面与缸体套管的内表面之间的密封，如其在线性驱动装置被用作气动的或液压的驱动器时所设置的那样，以简单的方式通过合适的密封环实现。在第一磁体机构的永磁体作为环形磁体的设计方案中，总共三种不同地磁化的永磁体是必要的。除了沿径向方向向外磁化的永磁体之外，沿径向方向向内磁化的永磁体以及沿轴向方向磁化的永磁体是必要的。在组装磁体组时，轴向地磁化的永磁体能够相应于磁通量的沿正的轴线方向或沿负的轴线方向的相应必要的取向布置在两个具有径向的磁化的永磁体之间。这在第二磁体机构的永磁体的相应的设计方案中以同样的方式适用。
在本发明的改进方案中设置成，第一磁体机构的构造为环形磁体的永磁体由活塞的杆区段穿过，所述杆区段，尤其具有圆形的横截面的杆区段沿着中轴线延伸。由此实现第一磁体机构的永磁体在活塞处的紧凑的布置。优选地设置成，至少活塞的杆区段和/或整个活塞由导引磁通量的材料制造，以便由此必须考虑在第一磁体机构旁边的尽可能小的漏磁场影响。
在本发明的备选的改进方案中设置成，第一磁体机构的永磁体和/或第二磁体机构的永磁体构造为棒状磁体，所述棒状磁体的最长的边缘横向于中轴线进行取向。在第一磁体机构和/或第二磁体机构的这种设计方案中能够设置成，缸体套管在横向于中轴线进行取向的横截平面中具有椭圆的或矩形的横截面。由此能够实现缸体套管和能够线性运动地支承在缸体套管处的转子的压扁的设计方案。第一磁体机构和/或第二磁体机构的永磁体在这种情况下例如构造为棒状磁体，尤其具有在横截平面中的方形的或矩形的横截面的棒状磁体，所述横截平面包括中轴线。由此，一方面能够得到不仅用于第一磁体机构而且用于第二磁体机构的永磁体的特别紧凑的布置。此外，由此实现对于相应的永磁体的特别有利的充填密度。此外，在用于第一磁体机构和/或第二磁体机构的永磁体的这种设计方案中有利的是，必要时仅仅永磁体的唯一的实施方式是必要的，所述实施方式仅仅通过其在相应的磁体组之内的空间的布置具有通量方向的期望的取向。
优选地设置成，第一磁体机构的永磁体包括相应地成对地镜像地对置的、由永磁体形成的磁体对。由此保证，第一磁体机构在互相相反的外表面处相应地具有其最大的通量密度。通过所述措施避免运动的部件相对于缸体套管的高的法向力，所述法向力会导致高的摩擦力。
在本发明的另外的设计方案中设置成，由永磁体形成的磁体对相应地布置在活塞的沿着中轴线矩形地成型的杆区段的互相相反地取向的最大的表面上，所述杆区段的最长的边缘沿着中轴线延伸。示例性地设置成，杆区段由导引磁通量的材料制造并且由此能够用作用于相应地镜像地对置的磁体对的通量导引件。由此，在第一磁体机构的永磁体之间的磁性的联结得到改善。在杆区段（所述杆区段能够具有沿着中轴线的矩形的成型部）旁边，活塞构造有如下成型部，所述成型部至少基本上相应于杆区段与安置在其处的磁体对的组合的横截面并且所述成型部在横向于中轴线取向的横截平面中例如矩形地或椭圆地或作为倒圆的矩形进行构造。
优选地设置成，第一磁体机构和/或第二磁体机构的永磁体在沿着中轴线取向的成排方向上直接毗邻于彼此。通过放弃导引通量的元件、如例如由铁磁材料制成的极环能够实现用于第一磁体机构和/或第二磁体机构的简单的构造方式。特别有利的是，永磁体处于直接的实体的接触中或至少没有设置有在永磁体之间的导引磁通量或缓冲磁通量的材料的中间连接部。
在本发明的另外的设计方案中设置成，轴向地磁化的永磁体沿着中轴线具有比径向地磁化的永磁体较小的伸展部。借助轴向地磁化的、构造为环形磁体的永磁体的这种配置能够促使第一磁体机构和/或第二磁体机构的特别紧凑的设计方案。轴向地磁化的永磁体的任务能够首要地在如下中看出，即尽可能有效地使径向地磁化的永磁体的磁通量改道，以便保证在相邻地布置的、径向地磁化的永磁体之间的有利的磁性的联结。
在本发明的备选的改进方案中设置成，径向地磁化的永磁体沿着中轴线具有比轴向地磁化的永磁体较小的伸展部。永磁体的这种配置当永磁体构造为棒状磁体时是有优点的。
附图说明
在附图中示出本发明的有利的实施方式。在此：
图1示出线性驱动装置的第一实施方式的透视的图示,所述线性驱动装置具有圆柱状地进行构造的缸体套管和方形地进行构造的转子，所述转子围绕缸体套管，
图2示出根据图1的线性驱动装置的纵向剖切图示，
图3示出根据图2的线性驱动装置的第一磁体机构和第二磁体机构的细节图示，
图4示出线性驱动装置的第二实施方式的透视的图示，所述线性驱动装置具有缸体套管和转子的沿着中轴线的基本上矩形的成型部，
图5示出根据图4的线性驱动装置的部分剖切的前视图，以及
图6示出根据图4和5的线性驱动装置的第二实施方式的第一磁体机构和第二磁体机构的严格示意性的图示。
具体实施方式
线性驱动装置1（所述线性驱动装置还能够被称为无活塞杆的气动的驱动器）的在图1至3中示出的第一实施方式包括定子2和能够线性运动地支承在定子2处的转子3。纯示范性地设置成，定子2包括沿着中轴线4延伸的、构造有圆柱状的成型部的缸体套管5。在端侧，缸体套管5分别设有密封地进行安置的封闭塞子6、7，其中每个封闭塞子具有象征性地表示为钻孔8、9的流体联接部。
转子3纯示范性地具有方形地进行构造的外部几何形状并且由定子2穿过。示例性地设置成，定子2固定在没有更详细地示出的机器支架处并且只要在钻孔8、9中的一个处实行压力加载，例如借助压缩空气的压力加载，转子3相对于定子2就能够实施沿着中轴线4的线性运动。
为了促使转子3相对于定子2的运动，根据图2在工作凹口10中进行设置，所述工作凹口由缸体套管5的内表面11、封闭塞子6、7的端面12以及封闭塞子6、7的凹口15以及能够线性运动地布置在缸体套管5中的活塞16限制。通过在封闭塞子6中的钻孔8能够进行到工作凹口10中的受压力加载的流体的供应和引出。取决于在根据图2的工作凹口10和对称地布置在于图2中示出的线性驱动装置1的切下的部分中的、未示出的工作凹口之间存在的压力的压力差，能够促使活塞16沿着中轴线4进行运动。示例性地设置成，活塞16在纯示范性地绘入的横截平面17中至少局部地具有没有更详细地示出的圆形的横截面，所述横截面几乎相应于缸体套管5在横截平面17中的同样没有更详细地绘入的横截面。对于在活塞16与缸体套管5的内表面11之间的密封设置有轴密封环18，所述轴密封环容纳在活塞16的槽19中。此外，相邻于槽19设置有另外的槽20，在所述槽20中容纳有滑动环21，所述滑动环用于能够运动地引导在缸体套管5中的活塞16。
纯示范性地设置成，活塞16由两个相对于活塞中间平面22镜像地布置的端部段23以及联结杆24进行构造，所述端部段优选等同地进行构造，所述联结杆将这两个端部段23与彼此连接。示例性地设置成，所述联结杆24容纳在端部段23的圆柱状的凹口25中并且在端侧借助螺纹区段26固定在端部段23的螺纹钻孔27中。在此，圆柱状的凹口25和联结杆24的延伸部如下地进行选择，使得在相对于活塞中间平面22对称地布置的端部段23之间构造有容纳区域28，所述容纳区域具有关于中轴线4旋转对称的几何形状，所述几何形状具有在图2中能够识别的矩形的成型部。
在容纳区域28中示例性地布置有多个沿着中轴线4尤其在直接的接触中在彼此处排列的、构造为环形磁体的永磁体29、30、31和32，所述永磁体形成第一磁体机构36。在第一磁体机构36之内，例如直接在彼此处排列地进行布置的永磁体29、30、31和32形成第一磁体组38。示例性地设置成，永磁体29至32的外部直径相应于端部段23的外部直径33，而永磁体29至32的内部直径相应于联结杆24的外部直径34。永磁体29至32的设计方案的更详细的描述结合图3的描述来进行。
转子3包括纯示范性地构造有方形的外部几何形状的基体40，所述基体由示例性地圆柱状地进行构造的钻孔41穿过。在钻孔41中，相对于活塞中间平面22镜像地布置有两个构造有圆环形的外部几何形状的引导套筒42，所述引导套筒在内表面43处设有第一环形槽44和第二环形槽45。在第一环形槽44中布置有轴密封环46，所述轴密封环的柔性的、环绕的密封唇口贴靠在缸体套管5的外表面14上。在第二环形槽45中容纳有滑动环47，所述滑动环例如能够由塑料材料制造并且所述滑动环为了能够滑动运动地支承转子3而构造在缸体套管5的外表面14上。引导套筒42的向外指向的端侧48贴靠在固定环49处，所述固定环固定在环形槽50中，所述环形槽在钻孔41的内表面43处被引入。固定环49的任务在于形状配合地轴向地固定引导套筒42。
在引导套筒42的互相对置的端侧51之间构造有圆环形的容纳空间52，在所述容纳空间中布置有构造为环形磁体的永磁体55、56、57和58。示例性地设置成，永磁体55至58形成第二磁体机构37并且关于其随后结合图3更详细地进行描述的磁化示例性地形成两个磁体组39。
在构造为环形磁体的永磁体55至58的圆柱状地进行构造的内表面59与缸体套管5的外表面14之间设置有构造为空隙的工作间隙60，在所述工作间隙中存在有在活塞16的永磁体29至31与转子3的永磁体55至58之间的磁性的互相作用。所述磁性的互相作用实现在活塞16与转子3之间的沿中轴线4的方向的力传递。相应于此地，只要通过在定子2中的这两个工作凹口10之间的压力差进行活塞16沿着中轴线4的运动，转子3就跟随活塞16的线性的运动。
从图3的图示（所述图示更详细地呈现第一磁体机构36的永磁体29至32和第二磁体机构37的永磁体55至58）中能够识别的是，不仅第一磁体机构36而且第二磁体机构37相应地包括有构造为环形磁体的永磁体29至32和55至58。在图3中绘入的箭头应该象征性地表示各个永磁体29至32和55至58的相应的磁化。示例性地设置成，纯示范性地，在第一磁体机构36中四个永磁体29至32的组件形成第一磁体组38，所述第一磁体组相应于海尔贝克布置。示例性地，永磁体29、30、31和32沿着中轴线4直接毗邻于彼此地进行布置，从而在各个永磁体29至32之间没有设置有如下材料，所述材料会促使对在第一磁体机构36的永磁体29至32之间的磁通量的消极的影响。
示例性地设置成，永磁体29沿径向方向向内、也就是说设有指向中轴线4的磁化。此外设置成，永磁体30沿轴向方向设有磁化，所述磁化沿平行于中轴线4的正方向指向。永磁体31设有径向地向外定向的磁化。永磁体32设有轴向地定向的磁化，其磁化方向与永磁体30的磁化方向相反并且因此还能够被称为负的磁化方向。
此外示例性地设置成，纯示范性地布置在活塞中间平面22的区域中的永磁体32被用作两个磁体组38的组成部分，因为所述永磁体还与排列在右边的永磁体29、30和31处于磁性的互相作用中。通过永磁体29至32的这种布置，在第一磁体机构36的外表面35处提供最大的磁通量，而在第一磁体机构36的没有被标记的轴向的端面处以及在同样没有被标记的内表面处存在有相对于此明显低的磁通量。
第二磁体机构37的永磁体55至58原则上以与第一磁体机构36的永磁体29至33相同的方式进行布置，然而，在相应的磁体组39之内的轴向地磁化的永磁体56和58的取向相反于第一磁体机构36的永磁体30和32的取向进行选择。由此能够在第二磁体机构37的内表面59处提供最大的磁通量，而在第二磁体机构37的没有更详细地标记的端面处以及在同样没有更详细地标记的外表面处存在有相对于此低的磁通量。
为了防止第二磁体机构37在运行线性驱动装置1时的损坏，在相应地处于外部的永磁体55和57与引导套筒的对置的端侧51和52之间相应地布置有弹性的O形环61，所述O形环实现在第二磁体机构37与引导套筒42之间的弹性的联结。以此并且由此减小力峰值，所述力峰值能够在活塞16的高动态的运行的情况下出现。
线性驱动装置71的在图4至6中更详细地示出的第二实施方式原则上具有与线性驱动装置1相同的构造方式，从而随后仅仅应该探讨在这两个线性驱动装置1与71之间的区别。与线性驱动装置1不同，对于线性驱动装置71设置有扁平的构造方式，在所述构造方式中，定子72和转子73沿着中轴线74能够相应地实施有基本上矩形的成型部。然而所述扁平的构造方式在由永磁体99、100、101、102构造的第一磁体机构116的设计方案方面而且在由永磁体125、126、127和128构造的第二磁体机构117方面要求与线性驱动装置1不同的设计方案。在此没有设置来自第一线性驱动装置1的构造为环形磁体的永磁体29至31和55至58的使用。更确切地说，永磁体99至102和125至128相应地构造为棒状磁体，所述棒状磁体的在图5中能够看见的最长的边缘106或129相应地平行于彼此地并且横向于中轴线74延伸。如从图6的图示中能够得出的那样，棒状磁体99至102以及125至128相应地具有矩形的成型部。纯示范性地设置成，永磁体99至102以及125至128沿其最长的边缘106或129的方向具有相同的长度延伸部。
此外，纯示范性地设置成，永磁体99至102以及124至128相应于图6的图示相应地具有相同的厚度107或130。在沿着中轴线74的延伸部方面，第一磁体机构116的径向地磁化的永磁体99和101或第二磁体机构117的永磁体125和127的宽度108或131纯示范性地比轴向地磁化的永磁体100和102或126和128的宽度109或132较大地进行选择。由此保证相应的磁效应关于相应的永磁体99至102或125至128的体积的特别适宜的使用。此外，第二磁体机构117的永磁体125至128的作用通过通量导引板122进行优化，所述通量导引板相应地贴靠在第二磁体机构117的永磁体125至128的表面处，所述表面背离第一磁体机构116。
此外，线性驱动装置71的功能与线性驱动装置1的功能方式等同，尤其当在没有更详细地示出的工作凹口中存在压力差，所述压力差导致同样没有更详细地示出的活塞的运动时，在线性驱动装置71中同样设置有转子73相对于定子72的运动。在此，由于在第一磁体机构116与第二磁体机构117之间的磁性的联结，活塞使转子73一同运动。纯示范性地设置成，在线性驱动装置71中，从线性驱动装置1中已知的联结杆24通过联结接片94代替，所述联结接片纯示范性地作为由导引磁通量的材料制成的平行平面板进行制造。在此，第一磁体机构116的所配属的永磁体99至102相应地平面地贴靠在联结路段94的互相相反的最大的表面95和96处。
此外设置成，第一磁体机构116的永磁体99至102关于相对于联结接片94对称地取向的并且包括中轴线74的对称平面97镜像地进行布置，由此，在由棒状磁体99至102形成的第一磁体组118的外表面103处相应地出现最大的磁通量。
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