电磁调节装置及其应用的制作方法

电磁调节装置及其应用
1.本发明涉及一种电磁调节装置，该电磁调节装置具有壳体、两个彼此相间隔地布置的、与所述壳体固定地连接的铁磁的极靴和能够沿着轴线在壳体中在两个终端位置之间移动的、布置在极靴之间的移动结构，所述移动结构包括至少一个磁系统。本发明还涉及一种具有电机主轴的电磁调节装置的应用。
2.由专利文献de 197 12293 a1已知一种电磁地工作的调节装置，该调节装置具有两个彼此相间隔的并且分别具有励磁线圈的磁系统，与调节杆固定地连接的衔铁盘布置在所述磁系统之间。衔铁盘位于两个相反地作用的弹簧之间并且能够通过磁系统移动到两个切换位置中。其中一个磁系统配设有沿着衔铁的移动方向极化的永磁体，所述永磁体在未通电状态中使衔铁稳定在一个切换位置中。如果要将衔铁保持在另一个切换位置中，则需要持续地通电。
3.此外，由专利文献ep 0568028 a1已知一种电磁的线性电动机，该电动机由衔铁、两个内部的极靴、两个外部的极靴、两个永磁体和线圈构成，其中，所述衔铁与内部的极靴和外部的极靴构成气隙系统，所述气隙系统由四个能沿着轴向改变的磁气隙构成，所述磁气隙在中间位置中大小相同。在线圈未通电时，永磁体使衔铁保持在中间位置中。极靴半壳状地设计并且与半壳状的永磁体构成两个固定地极化的磁系统。
4.由专利文献de 10207828 b4已知用于在稳定的终端位置中实现高保持力的电磁的起重磁体。所述起重磁体由具有两个彼此轴向地相间隔的磁系统的定子构成，所述磁系统分别具有用于产生电磁磁通的励磁绕组。衔铁在两个磁系统之间导引，所述衔铁具有用于在励磁绕组没有通电时持续地保持衔铁的永磁体装置，所述永磁体装置垂直于所述衔铁的移动方向极化。永磁体装置在此位于两个励磁绕组之间，因此由于漏损通量对所述永磁体装置的效果产生了不良影响。此外，永磁体装置的通常呈脆性的材料可能会受到衔铁的撞击式的移动的影响。
5.专利文献us 2016/0293310 a1描述了一种电磁调节装置，该电磁调节装置能够产生对称的双向的力。该装置包括由铁磁的材料构成的壳体和由磁惰性的材料构成的轴，所述轴沿着轴线能移动地位于壳体内。在一种致动器类型中，永磁体布置在壳体的相互对置的内部的端壁上，并且电磁线圈布置在轴的中心的部件上。
6.由专利文献us 5257014 a1已知一种电的致动器，其包括芯件和圆柱状的壳，该圆柱状的壳围绕所述芯件布置并且在其间限定出环形空间，线圈位于所述环形空间中。直流放大器响应于期望的位置信号传递激励信号。线圈设计为，使得所述线圈接收激励信号并且作为响应产生磁场，所述磁场与激励信号的大小成比例并且使线圈或者芯件相对于彼此移动。
7.专利文献de 102013 102400 a1公开了一种电磁调节装置，该电磁调节装置具有壳体和能够在所述壳体中在两个终端位置之间移动的衔铁，该衔铁具有两个彼此间隔距离地布置的衔铁盘和衔铁杆。在壳体中，相对于轴线沿着径向同向地极化的永磁体的两个环形的装置布置在衔铁盘之间，其中，在两个永磁体之间布置有能够连接到电流源上的环形的线圈。衔铁在没有线圈激励时能够固定地保持在两个终端位置中并且能够通过对线圈的
激励分别从所处的终端位置移动到相反的终端位置中。
8.本发明所要解决的技术问题在于，提供开篇所述类型的电磁调节装置，该电磁调节装置能够在没有通过电流激励时稳定在两个终端位置中并且能够在至少一个终端位置中承接高保持力。所述调节装置还应当能够简单地并且成本低廉地制造。
9.该技术问题通过具有权利要求1所述的特征的电磁调节装置解决。所述调节装置的有利的设计方案在从属权利要求中给出。
10.根据本发明，所述电磁调节装置包括壳体、两个彼此间隔距离地布置的、与所述壳体固定地连接的铁磁的极靴、能够沿着轴线在壳体中在两个终端位置之间移动的、布置在所述极靴之间并且包括至少一个磁系统的移动结构，所述移动结构与能够在壳体中轴向地移动的杆连接，其中，所述磁系统包括由导磁通的材料构成的径向内部的和径向外部的极体、一个或者多个相对于所述轴线径向地极化的永磁体的至少一个装置和能够连接到电流源上的环形的线圈，并且所述磁系统与所述极靴构成具有能够轴向地改变的气隙的气隙系统，其中，所述移动结构在没有线圈激励的情况下能够固定地保持在两个终端位置中的每一个终端位置中并且能够通过线圈的激励分别从所处的终端位置移动到相反的终端位置中。
11.本发明相对于现有技术的优点在于，移动结构能够在没有线圈激励的情况下固定地保持在两个终端位置中。如果移动结构应当移动到相反的终端位置中，则给线圈通电。由此能够简单并且快速地切换调节装置。此外，使用仅一个线圈有助于降低制造成本和构造尺寸。此外，移动结构与磁的构件可靠地嵌入壳体中并且由此被保护免受动态应力的影响。
12.在调节装置的一种设计方案中，永磁体可以由环形地布置的各个单独磁体构成或者也可以设计为环形磁体的形式。一个永磁体或者多个永磁体的形状的设计是自由的，例如环形的、多角状的或者类似形状是可行的。此外，可以使用由敏感磁性材料、例如复合材料构成的磁体，所述敏感磁性材料实现了高的极化值和场强。
13.有利的是，磁系统具有同向地沿着径向极化的永磁体的环形的装置或者布置结构，所述永磁体布置在线圈的两侧。在本发明的一种优选的设计方案中，磁系统和线圈旋转对称地设计。然而与之不同的设计方案同样是可行的。磁系统具有由导磁通的材料构成的径向内部和径向外部的极体。永磁体在极体之间并且与极靴直接相邻的有利的布置结构实现了在线圈没有被电流激励时的高保持力。根据本发明的另一建议，一个磁体或者多个磁体和线圈布置在由软磁的材料构成的极体之间，所述极体例如可以具有环的形状。极靴的轴向厚度优选相同，然而也可以不同，以便在两个终端位中实现不同的保持力。
14.在一种有利的设计方案中可以规定，杆在存在于极靴中的滑动轴承中导引。
15.根据本发明，调节装置的壳体优选由非磁性的材料构成，以便避免漏损磁通量并且将磁通集中到移动结构中，所述壳体也构成腔室，调节装置的构件存在于所述腔室中。
16.优选的是，在壳体和外部的极体之间存在气隙。由此防止在移动结构和壳体之间产生摩擦。然而也可以规定，在此存在用于辅助移动结构在壳体中的移动的滑动套筒或者其它器件。
17.根据本发明的调节装置的一种特别有利的应用包括具有前述调节装置的电机主轴，所述电机主轴在主轴壳体中包括电动机和能够由所述电动机转动地驱动的具有用于工具的工具容纳部的主轴，所述工具用于进行工件加工，其中，所述主轴设计为空心轴并且在
其纵向孔中具有用于夹紧工具或者工具固持装置的紧固装置，其中，所述调节装置的壳体直接地或者间接地固定在主轴壳体上，并且其中，移动结构能够与紧固装置的能够在主轴的纵向孔中轴向地移动的元件传递力和运动地有效连接，并且紧固装置能够移动到松脱位置中，这在一种有利的设计方案中能够在围绕所述移动结构的杆或者所述移动结构的推杆布置的弹簧的配合作用下实现。具体的公开内容由此也包括所公开的电的调节装置与电机主轴的组合。电的调节装置的所述优点类似地能够用于所述应用或者组合。
18.通过在电机主轴中使用调节装置能够省掉耗费的并且通常被视为不利的以气动或者液力的能量驱动的调节装置，这些调节装置自那时起通常用于操作电机主轴中的工具紧固装置。借助根据本发明的调节装置能够在构造尺寸适宜并且重量可接受的情况下实现足够高的调节力，以便压拢这种工具紧固装置的弹簧夹紧套并且使紧固装置松脱。通过按照本发明的装置还能够借助永磁体产生用于将工具紧固装置保持在松脱位置中所需的保持力，从而仅须短时间地操作线圈以松脱工具紧固装置并且返回到紧固位置中。由此也能够实现快速的更换时间。
19.可以规定，弹簧围绕推杆布置，从而使移动结构能够抵抗弹簧力移动到终端位置中。根据设计，弹簧能够在紧固装置松脱时或者在返回到紧固位置中时辅助调节装置。由此能够实现更短的更换时间。
20.按照本发明的应用尤其使得电机主轴仅需要一种驱动能量、即电流以用于夹紧和松开工具并驱动工具执行加工过程。
21.调节装置能够有利地直接地安装在电机主轴上。调节装置为此尤其可以具有器件、例如孔或者螺纹连接部，所述器件实现了与发动机主轴的快速的并且可逆的连接。然而，本发明还包括的设计方案是，通过机械的传递系统、例如推拉索，或通过液力的传递系统将调节移动和调节力传递到电机主轴上，由此使电机主轴的重量能够保持得较低。
22.除了通过电机主轴的应用之外，按照本发明的调节装置还可以用于不同的应用、例如夹持工件、快速地通断电触头或用于产生压缩空气。此外的应用例如可以是而不限于工件夹具或者台闭锁装置。
23.以下根据在附图中所示的实施例详细阐述本发明。在附图中：
24.图1示出了剖切优选的电磁调节装置得到的横截面，
25.图2示出了具有电调节装置的电机主轴的示意图，
26.图3示出了在线圈通电以产生沿着第一方向的调节力时的场线的视图，
27.图4示出了按照图3的在线圈未通电并且处于由永磁体保持的位置中时的场线的视图，并且
28.图5示出了在线圈相反地通电以产生沿着第二方向的调节力时的场线的视图，
29.图1所示的电磁调节装置包括罐状的壳体1。壳体1可以一件式地或者多构件式地设计并且例如包括能够与基体连接的盖子和底部。能够沿着轴线的方向移动地支承的衔铁位于壳体1中，所述衔铁由杆2和固定地与所述杆连接的移动结构3组成，所述移动结构布置在两个旋转对称并且与壳体1固定地连接的极靴4、5之间。极靴4、5具有平行的侧面并且具有容纳滑动轴承的孔，所述滑动轴承用于线性地导引杆2。前部的极靴4例如可以借助螺纹连接部固定在壳体底部上。后部的极靴5例如可以在壳体1中固定在突起部和壳体1的环绕的边缘之间。
30.移动结构3布置在极靴4、5之间的间隙中。在一种设计方案中，移动结构3可以具有内部的环形的极体6并且与所述内部的环形的极体间隔径向距离地具有外部的环形的极体7。极体6、7也可以多构件式地构造。具有至少一个匝圈的线圈8位于两个极体6、7之间的空间中并且在所述线圈8的两侧分别存在永磁体9、10。两个永磁体9、10沿着相同的方向径向地、并且由此横向于衔铁的移动方向极化并且在一种设计方案中尤其是与极体6、7和极靴4、5构成磁系统。永磁体9、10环形地围绕极体6布置并且可以设计为环形磁体或者同向地极化的各个单独磁体的装置。永磁体9、10的其它造型、例如多角状的永磁体同样是可行的。极体6、7和永磁体9、10可以固定地相互连接。
31.永磁体9、10也可以并排地相邻地布置在线圈8的一侧或者由强度相当的唯一的一个永磁体、例如环形磁体构成，而不是相对于线圈8对称地布置。
32.气隙系统的能轴向地改变的气隙l1、l2分别位于移动结构3和极靴4、5之间。
33.两个极体6、7和极靴4、5由良好地导磁通的、尤其是软磁的材料构成。杆2同样可以由导磁通的材料构成，然而所述杆优选由非磁性的材料构成，以便抵抗漏损通量。壳体1同样由非磁性的材料构成。
34.在所述电磁调节装置中，移动结构3能够在其两个终端位置中由永磁体9、10的磁力以相对较高的力保持。移动结构3的具有相同尺寸的气隙l1、l2的中间位置是不稳定的。为了使移动结构3移动到其中一个或者另一个终端位置中，短暂地通过电流激励线圈8，其中，电流方向确定了移动结构3的移动方向。
35.图1示出了电的调节装置的优选的设计方案，其中，形式为推杆11的杆2穿过与壳体1连接的盖子12。盖子12可以通过螺纹连接部或者通过存在于壳体中的内螺纹与壳体1连接。杆2和推杆11可以一件式地或者多构件式地设计。这同样适用于杆2，所述杆同样可以一件式地或者多构件式地设计。
36.通过移动结构3的移动使推杆11沿着相应的方向移动。围绕推杆11可以布置弹簧13，所述弹簧支撑在盖子12中的突起部14上并且支撑在推杆11上的环绕的边缘15上。根据弹簧的设计方案，移动结构3抵抗弹簧13的弹簧力沿着其中一个或者另一个方向移动或者移动到其中一个或者另一个终端位置中，其中，弹簧13辅助移动结构3移动到相对的终端位置中。弹簧13可以设计为拉簧或者压簧。
37.为了确保线圈8的电流供给，可以在壳体1中设置孔16。
38.电的调节装置例如可以在更换工具时如图2示意性示出的那样在电机主轴17中使用。在此仅涉及所述装置的示例性的、示例性地示出的应用。调节装置在此可以借助盖子12固定在主轴壳体19的远离用于容纳工具固持装置的圆锥孔18的端部上。杆2的从盖子突伸的端部可以以推杆11的形式插入主轴20的纵向孔中，并且在移动结构3缩回到壳体1中的位置中与紧固装置22的元件、尤其是紧固装置22的推杆的端面以较小的距离相互对置。在调节装置的该所述的位置中，工具固持装置可以通过紧固装置22例如借助碟形弹簧的力夹紧。在没有线圈8激励时，移动结构3通过由永磁体9和极靴4构成的磁系统保持在缩回的位置中。
39.如果要更换工具固持装置连同固定在其上的工具，则在主轴20停止运转之后以电流激励线圈8，通过所述电流使移动结构3如图3所示地移动到进一步从壳体1移出的位置中。杆2在此通过推杆11抵抗碟形弹簧的力向下移动，使得例如工具固持装置的工具锥柄的
插入圆锥孔18中的紧固栓被紧固装置22松开并且使工具锥柄能够松脱。以此方式能够手动地或者自动地取下工具固持装置和固定在其上的工具。工具锥柄可以直接地安设在加工工具上或者安设在工具固持装置上。
40.在紧固装置22松脱之后，切断线圈8的电流并且在没有线圈8激励的情况下单独地通过永磁体9、10如图3所示地抵抗碟形弹簧的力保持紧固装置22的松脱位置。
41.在将新的工具装入主轴20的容纳部中之后，为了夹紧新的工具相反地激励线圈8并且如图4所示地移动结构3与推杆11移回。新的工具的紧固栓在此借助蝶形弹簧被紧固装置22夹持并且夹紧在主轴20的容纳部中。根据弹簧13的设计方案，所述弹簧可以辅助移动结构3的移动。这意味着，如果弹簧13设计为压簧，则移动结构3抵抗弹簧13的弹簧力朝向后部的极靴5的方向并且通过弹簧力的辅助朝向前部的极靴4的方向移动。然而弹簧13也可以设计为拉簧(未示出)，从而相反地辅助移动结构3的移动。
42.图3至图5示出了调节装置的不同运行状态中的磁通的场线。在此所示的分别是导磁通的部件的一半轴向截面。
43.在图3所示的示例中，线圈8被下述方向的电流激励，该电流产生与永磁体9、10的场同向的线圈场。两个场相互补充并且产生强的电磁通量，所述电磁通量由永磁体9偏转地通过极靴4传导。永磁体9、10的场沿着极靴5的方向被削弱。沿着箭头f的方向的较强的力由此作用在移动结构3上，移动结构3通过所述力移动到左侧的终端位置中。
44.图4示出了在线圈8去磁之后移动结构3的左侧的终端位置。永磁体9产生较强的场，该场将极靴4包围在内并且以力f将移动结构3保持在终端位置中。永磁体9的场附加地被永磁体10的场的一部分加强。永磁体10的通过右侧的极靴5传导的磁通被在此较大的气隙l2较大程度地削弱并且因此几乎不起作用。
45.图5示出了在以相反方向的电流激励线圈8以便使移动结构朝向相反的方向移动时磁通的走向。线圈场加强永磁体9的场并且削弱永磁体10的场，并且永磁体10将线圈8和永磁体9的共同的磁通向极靴5偏转，从而使移动结构3朝向右侧的终端位置移动。