磁流体线性致动器制造技术

一种致动器，包括：线性电机(LEM)，该线性电机具有带有定子孔的定子和可在定子孔内轴向移动的平移体，并在定子孔与平移体之间限定磁路气隙；形成在平移体上的至少一个流体轴承轴颈；至少一个流体轴承，提供邻近平移体的轴承间隙，以允许平移体在定子孔内轴向移动；预加载室，用于向平移体施加预加载力，其中预加载室由侧壁、第一端壁和第二端壁限定，该第二端壁的至少一部分可与平移体一起移动，并且其中轴承间隙和磁路气隙是同轴的。

Magnetohydrodynamic linear actuator

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】磁流体线性致动器
本专利技术涉及一种致动器，并且尤其涉及一种包括线性电机(LEM)的致动器。
技术介绍
这种致动器可用于各种应用，包括但不限于：位移和振动测试系统、制造过程和机器人技术中。在位移和振动测试系统应用中，致动器可用于向测试对象施加循环力或运动模式(profile)。测试对象可以是材料样本、分立部件、部件的子系统组件，或成品。这种测试的目的可以是确定测试对象对所施加的力或位移函数的耐久性。替代地，测试可以寻求表征测试对象对所施加的力或位移函数的响应。汽车工业广泛使用这种测试致动器，用于子组件测试和成品测试。测试致动器通常布置成支撑车辆或车辆的部分，诸如一个或多个车轮或悬架部件。特别地，在车辆测试应用中，本专利技术可以用作道路模拟器车辆测试系统的一部分，其中车辆的每个角部通常支撑在单独的致动器上。支撑可以直接提供于车辆的车轮，或者可以提供于其他部件，诸如悬架部件、转向轴(stubaxle)或支撑臂。在某些情况下，致动器可以应用于车辆的车身。然后，致动器的运动可以模拟车辆在各种路面和其他地形上的移动。因此，测试环境是受控制的，其中表示不同行驶速度和路面状况的力或位移输入函数可以应用于车辆。例如，通过改变高频位移的幅度，可以模拟更粗糙或更平滑的路面。替代地，可以应用极端载荷，来模拟道路中的坑洞和其他较大特征。这种测试可以用于车辆开发中以降低行驶噪音，并确保车辆悬架部件对于预期的行驶条件范围是足以胜任并且耐用的。为了模拟表征在代表性行驶速度下的道路载荷的高频位移，伺服液压系统通常用作汽车测试系统的基础。在这些系统中，伺服液压动力组产生高压液压流体，然后使用一个或多个伺服阀将高压液压流体输送到液压致动器。这些系统存在许多众所周知的缺点。首先，液压油和伺服液压动力组部件的惯性限制了道路负载函数的实际频率(其可以产生至大约150Hz)。这远远低于准确表示由20mm或更小尺度的特征表征的路面粗糙度所必须的性能水平，并且还低于已知用以激励车辆结构中的共振进而产生不希望的驾驶室噪音的输入振动频率。其次，伺服液压系统在测试设施内需要昂贵且专用的基础构架，其可能极为庞大，并且仍必须相对靠近液压致动器定位，以限制在系统内移动的油的惯性。此外，该基础构架需要专业人员操作和维护专业知识。第三，伺服液压系统是大型电力消费者，使得其操作昂贵，并且促进汽车开发和制造的碳排放足迹。第四，伺服液压系统可能极为嘈杂，使得难以在由于测试对象的响应而产生的噪声与测试致动器系统本身的相关噪声之间区分。由于这些缺点，对于某些汽车测试应用和其他测试致动器应用，采用了线性电磁致动器来代替伺服液压系统。线性电磁致动器具有响应更快、更紧凑、更易于操作和维护、更高效和更少噪声的优点。在若干这样的系统中，提供弹簧和/或气压缸，以使现有技术中描述的致动器能够将静载荷通过或沿着电机平移体施加至测试对象。该布置允许在操作之前调节致动器的固定力分量，以便在测试开始之前平衡测试对象重量和/或确保测试对象处于正确的位置。US7401520教导了一种用于测试车辆的完整系统，该系统包括多个装置，多个装置中的每个包括用于支撑车辆的车轮的至少一部分框架和被至少部分地容纳在框架内的线性电磁致动器，线性电磁致动器具有可移动的磁体并且在使用中向车轮施加受控的基本竖直的力。每个装置被布置用以在多个受支撑的车轮的相应一个上独立地施加受控的基本竖直的力，并且多个空气弹簧(有时称为气囊)或者替代地机械弹簧(来自包括盘簧、扭簧和片簧)被提供以提供所支撑的车辆的找平。这种系统存在许多缺点。首先，对气囊或机械弹簧与轮板或电机移动器之间的承载机械连接的需求向移动组件增加了惯性质量。该额外的惯性降低了致动器对于给定位移能够实现的峰值频率。其次，使用诸如气囊或机械弹簧的顺从性构件引入了在测试致动器系统中产生不期望的共振的可能性，从而损害了施加给测试对象的输入函数的完整性。第三，由于需要在每个致动器测试框架内联接离散的弹簧与电机组件，因此US7401520所教导的布置需要不必要的结构复杂度，导致整个设备的成本和尺寸增加。US8844345教导了一种以受控方式向测试物(诸如机动车辆)施加运动的装置。基座在其上安装有线性电磁马达，该线性电磁马达具有第一端和第二端，第一端连接到基座。气压缸和活塞组合具有第一端和第二端，第一端连接到底座，使得气压缸和活塞组合与线性电磁马达大体并联。线性电磁马达与气压缸和活塞组合的第二端共同连接到可动构件，该可移动构件另外附接到用于测试物的安装件。用于线性电磁马达及气压缸和活塞组合的控制系统驱动气压缸和活塞组合，以支撑测试物和线性电磁马达的大量静载荷，从而对测试物施加受控运动。这种系统存在许多与先前关于US7401520所描述的那些缺点相类似的缺点。首先，对于离散的气压缸和活塞组合、承载可动构件和用于测试对象的安装件的要求向移动组件增加了相当大的惯性质量。该额外的惯性降低了致动器对于给定位移能够实现的峰值频率。其次，使用气压缸和活塞组合而不是气囊或机械弹簧时，由于气压缸和活塞之间的滑动密封而引入摩擦。该摩擦将影响施加给测试对象的净力，并且还可能导致致动器的磨损和寿命缩短。第三，由于需要在每个致动器测试框架内联接电机、气压缸、可动构件和用于测试对象的安装件，因此US8844345教导的布置需要不必要的结构复杂度，导致整体设备的成本和尺寸增加。
技术实现思路
本专利技术旨在解决上述问题中的一个或多个。根据本专利技术，提供了一种致动器，包括：线性电机(LEM)，具有定子和平移体，定子具有定子孔，平移体能够在定子孔中轴向移动并且在两者间限定磁路气隙；形成在平移体上的至少一个流体轴承轴颈；至少一个流体轴承，提供邻近平移体的轴承间隙，以允许平移体在定子孔内轴向移动；预加载室，用于向平移体施加预加载力；其中预加载室由侧壁、第一端壁和第二端壁限定，第二端壁的至少一部分能够随平移体移动，并且其中轴承间隙和磁路间隙是同轴的。预加载室优选与定子孔和轴承间隙同轴。流体轴承可是气体轴承，其通常适用于其中预加载室包含气体的应用。替代地，所述流体轴承可以是液体动压轴承或静压轴承，其通常适用于其中预加载室包含液体的应用。如果说明书涉及使用流体轴承，则应将其视为意味着气体轴承、液体动压轴承和静压轴承中的任何一种轴承。至少一个流体轴承优选限定平移体和定子的同轴(且因此同心)定位以及两者间的外部磁路气隙。该布置因此允许在将平移体的移动质量保持为最小的情况下结合低摩擦流体轴承功能，以将平移体相对于中心芯准确定位。在一个可能实施例中，流体轴承中的至少一个优选安装在中心芯上，并且在中空平移体的内部的一部分上形成的轴承表面上滑行。流体轴承通常是提供从供应部到轴承间隙中的气体或液体轴承流体的流动的单独部件。借助于这种布置，不需要超出定子下端的额外平移体长度以保持与定子下方的外部流体轴承接合，并且因此，对于相同的电磁力，显著减小了平移体的质量。除了提供平移体和中心芯的同轴(并因此同心)定位之外，流体轴承还提供反作用力以对抗由线性电机定子产生的任何侧向载荷。在中心芯上和在电机定子的上端和下端内设置流体轴承减小了定子和流体轴承之间的侧向载荷力传递路径的长度。由平移体向轴承位置的侧向载荷力传递可导致轴承之间的梁弯曲或导致向单个轴承的任一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种致动器，包括：线性电机(LEM)，具有带有定子孔的定子和能够在所述定子孔内轴向移动的平移体，并在所述定子孔与所述平移体之间限定磁路气隙；形成在所述平移体上的至少一个流体轴承轴颈；至少一个流体轴承，提供邻近所述平移体的轴承间隙，以允许所述平移体在所述定子孔内轴向移动；预加载室，用于向所述平移体施加预加载力；其中所述预加载室由侧壁、第一端壁和第二端壁限定，所述第二端壁的至少一部分能够与所述平移体一起移动，并且其中所述轴承间隙和所述磁路气隙是同轴的。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.02.06 GB 1701952.21.一种致动器，包括：线性电机(LEM)，具有带有定子孔的定子和能够在所述定子孔内轴向移动的平移体，并在所述定子孔与所述平移体之间限定磁路气隙；形成在所述平移体上的至少一个流体轴承轴颈；至少一个流体轴承，提供邻近所述平移体的轴承间隙，以允许所述平移体在所述定子孔内轴向移动；预加载室，用于向所述平移体施加预加载力；其中所述预加载室由侧壁、第一端壁和第二端壁限定，所述第二端壁的至少一部分能够与所述平移体一起移动，并且其中所述轴承间隙和所述磁路气隙是同轴的。2.根据权利要求1所述的致动器，其中所述端壁的可动部分的移动与所述定子孔同轴。3.根据权利要求1或2所述的致动器，其中所述磁路气隙是圆柱形的。4.根据权利要求1至3中任一项所述的致动器，进一步包括固定到所述平移体的测试对象安装点。5.根据前述权利要求中任一项所述的致动器，其中所述流体轴承作用于在所述平移体的外表面上的流体轴承轴颈上。6.根据前述权利要求中任一项所述的致动器，其中所述平移体是中空的，并且沿着中心芯轴向滑动。7.根据权利要求6所述的致动器，其中所述流体轴承作用于在所述平移体的内表面上的流体轴承轴颈上。8.根据前述权利要求中任一项所述的致动器，其中所述LEM是动磁型机器。9.根据权利要求8所述的致动器，其中所述LEM是无槽定子型机器。10.根据权利要求1至7中任一项所述的致动器，其中所述LEM是磁通切换型机器。11.根据权利要求1至7中任一项所述的致动...

【专利技术属性】
技术研发人员：爱德华·海恩斯，塞缪尔·科克里尔，
申请(专利权)人：自由活塞式发动机有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB