具有多层永磁体的检流计驱动装置的制作方法

本发明涉及一种检流计驱动装置，其包括能绕旋转轴旋转的转子，该转子的至少一个区段由永磁体构成。此外，检流计驱动装置具有围绕永磁体的定子，该定子包括线圈。本发明进一步涉及一种用于检流计驱动装置中构造为永磁体的转子的制造方法。本发明还涉及一种用于偏转激光束的偏转单元，其包括：光学偏转元件，特别是反光镜；以及与光学偏转元件连接的检流计驱动装置，借助该检流计驱动装置，偏转元件在限定的旋转范围内能双向旋转。

背景技术：

特别是在激光应用(例如激光标记、生成制造、激光焊接或激光切割)的实施中，使用检流计驱动装置来定位光学元件，例如反光镜，以使加工激光束偏转。在此情形下，该检流计驱动装置是角度范围有限的旋转电动机，其在目前常见的作为“动磁式”检流计驱动装置的实施方案中基本上包括线圈和活动的永磁体。在检流计驱动装置的运行中，检流计驱动装置的永磁体在具有线圈的定子所产生的外部磁场中旋转。目前可用的高性能磁体由金属或金属合金制成，例如钕－铁－硼或钐－钴，因此永磁体具有一定电导率。如果磁场强度改变或者永磁体在定子所产生的磁场中旋转，则在永磁体中感应出电压，这就在导电磁性材料中引起涡流。特别是在现代基于脉宽调制的数字调节中，经过线圈的电流永久性以khz－mhz区间内的频率反转，由此所得的磁场也以这样的高频振荡并且能够出现相应更强的涡流。基于欧姆损耗，这种涡流转化成热量。由于发热，一方面减少永磁体的磁化，从而降低检流计驱动装置的效能，因此所驱动的偏转机构无法再如此快速旋转。另一方面，发热还导致永磁体膨胀，从而发生应力和变形，这又会对偏转精度产生不利影响。

de102007037183a1已揭示一种用于激光加工设备的摆转致动器，其具有用于抑制温升的永磁体，该永磁体具有用于中断涡流的径向槽。但其缺陷在于，径向槽难以构造在永磁体中并且只能不充分地抑制涡流。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种检流计驱动装置，其能够用来更高效地抑制永磁体中的涡流和/或能够以低成本制造。

本发明用以达成上述目的的解决方案为具有独立权利要求所述特征的检流计驱动装置、用于检流计驱动装置中构造为永磁体的转子的制造方法以及用于偏转激光束的偏转单元。

本发明提出一种检流计驱动装置，其包括能绕旋转轴旋转的转子，该转子的至少一个区段由永磁体构成。因此，永磁体形成检流计驱动装置的轴杆的至少一个纵向区段。这样就能简单又低成本地制造检流计驱动装置。检流计驱动装置进一步具有围绕永磁体的定子，该定子包括线圈。借助线圈，可以产生磁场，该磁场与永磁体的磁场相互作用，从而使永磁体处于旋转。永磁体具有至少两个磁性层。此外，永磁体还具有至少一个布置在磁性层之间的电绝缘中间层。这样防止涡流从两个磁层中的一个磁层延伸到各自相邻的磁层。这样阻滞涡流的形成，从而减少永磁体的发热。从而能够改善检流计驱动装置的效能。

有利的是，永磁体由两个磁性层组成，其中一个或多个中间层可以布置在这两个磁性层之间。但永磁体也可以由多个磁性层组成。于是，两个相邻的磁性层之间分别布置有一个或多个中间层，以使相应的磁性层彼此电绝缘。

有利的是，磁性层与中间层的电导率之比为至少10⁶，优选至少10¹²，特别优选至少10²²。

在本发明的有利改进方案中，至少一个中间层使两个磁性层以材料接合方式彼此连接。由此，中间层用作两个彼此相邻的磁性层的连接件，从而无需设置附加的连接件。这样就能低成本地制造检流计驱动装置。

更有利的是，磁性层的厚度小于或等于2mm。磁性层越薄，在磁性层中形成的涡流越低。因此，这样就能额外减少永磁体的发热。

作为补充或替代方案，磁性层的厚度也可以彼此相等。借助厚度相等的磁性层，永磁体能够构造得更加简单。如果永磁体暴露于不均匀的磁场，则可以例如使用不同厚度的磁性层。例如，可以在形成较强磁场的布置较薄的磁性层，因为该位置的涡流较强。相反，可以在磁场较弱的位置布置较厚的磁性层，因为该位置的涡流较弱。

还有利的是，中间层的厚度等于相邻磁性层中的至少一层的厚度的至多10％。但中间层的厚度也可以仅等于相邻磁性层中的至少一层的厚度的5％。同样地，中间层的厚度可以仅等于相邻磁性层中的至少一层的厚度的1％。所述中间层的厚度值可以例如又指最薄的磁性层。中间层须在一侧使两个相邻的磁性层彼此电绝缘。另一方面，中间层不能过厚，否则永磁体没有充分磁化。

同样有利的是，磁性层和中间层在转子的纵向或横向上完全贯穿其中。特别有利的是，磁性层和中间层中的每一层在转子的纵向或横向上完全贯穿其中。这样就能最大化抑制涡流，从而提高检流计驱动装置的效能。

还有利的是，永磁体以夹层方式由多个层叠的磁性层和/或中间层构成。在此情形下，磁性层与中间层可以交替布置。由此，分别由至少一个中间层将两个磁性层分开，使得永磁体中的涡流只能延伸到各个磁性层。涡流由此保持较低。

在本发明的有利改进方案中，磁性层和/或中间层沿层轴层叠。作为补充或替代方案，层轴平行于旋转轴延伸，使得磁性层和/或中间层垂直于旋转轴定向。由此，平行于旋转轴延伸的涡流的强度降低。

还有利的是，层轴横向于旋转轴延伸。在此情形下，层轴可以优选铅垂于旋转轴布置。作为补充或替代方案，磁性层和/或中间层可以平行于旋转轴定向。这样就能防止垂直于旋转轴的平面中出现涡流。

此外有利的是，永磁体具有铅垂于旋转轴的磁化方向。通过永磁体形成的磁场就垂直于旋转轴取向。定子所产生的外部磁场同样可以垂直于转子的旋转轴。这样检流计驱动装置就能将高转矩施加到永磁体上。

更有利的是，层轴的方向与磁化方向的角度偏差小于±30°。但角度偏差也可以小于±15°。在此情况下，可以实现有效地中断涡流。

此外有利的是，至少一个中间层由涂层介质构成，由此能以极低的价格制造永磁体。中间层可以例如由耐腐蚀性和/或液态、粉状或气态涂层介质构成。此外，涂层介质可以例如是涂漆。气态涂层介质例如可以借助气相沉积法施加到磁性层上。这样就能构成特别薄的中间层，该中间层用作磁性层之间的电绝缘。涂层介质可以例如也包括塑料层。

作为补充或替代方案，永磁体的外表面涂有涂层介质。涂层介质可以具耐腐蚀性，从而其保护永磁体免遭腐蚀。

也有利的是，磁性层构造成在位于永磁体的两个边缘区域之间的内部区域中相对于层轴的厚度比两个边缘区域中的至少一个边缘区域的厚度更薄。例如，如果永磁体比定子更长，使得该永磁体的边缘区域从定子中突出，则永磁体的至少一个边缘区域中的磁场可以比内部区域中的磁场更弱。由此，边缘区域中的涡流强度减弱，因此这里布置较厚的磁性层便足矣。相反，在内部区域中，磁场更强，从而此处布置较薄的磁性层更适于阻滞涡流。此外，在边缘区域中布置的较厚层不易脱落，因此永磁体更加稳定。

更有利的是，永磁体构造为实心体。作为补充或替代方案，永磁体具有旋转对称、特别是圆柱形的基本形状。在此情形下，永磁体的外径可以为2mm至20mm。在此情形下，实心体优选不具有空腔、穿孔等，从而永磁体完全由磁性层和中间层构成。

在本发明的有利改进方案中，检流计驱动装置具有两个与旋转轴同轴的轴承延伸部，这两个轴承延伸部均在永磁体的端面与其连接。在此情形下，该连接可以例如以材料接合方式建立。但作为替代方案，实心体也可以具有与旋转轴同轴的通孔，该通孔中布置有轴承轴杆，该轴承轴杆的端面突出超过永磁体。

有利的是，转子以能旋转的方式支承于轴承延伸部或轴承轴杆的突出区段中。转子就能在限定的旋转范围内双向旋转。此外，两个轴承延伸部中的每一个轴承延伸部上可以布置有偏转单元、特别是反光镜和/或用于检测转子旋转角度的传感器。

本发明进一步提出一种用于检流计驱动装置中构造为永磁体的转子的制造方法。检流计驱动装置可以根据上文和/或下文所述特征中的一个或多个特征来构造和/或制造，其中所述特征可以单独地或以任意组合的形式存在。在该制造方法中，多个磁性层以材料接合方式彼此连接成坯件。作为补充或替代方案，随后，特别是以机械方式，对坯件的外轮廓进行再加工，以形成转子。这样就能特别简单又低成本地制造转子。

有利的是，通过车削和/或铣削和/或磨削对坯件进行再加工。

本发明进一步提出一种用于偏转激光束的偏转单元，其包括光学偏转元件以及与该光学偏转元件连接的检流计驱动装置，借助该检流计驱动装置，偏转元件在限定的旋转范围内能双向旋转。偏转元件可以例如是反光镜。借此，由检流计驱动装置使偏转元件旋转，由此可以将激光束引导到工件的加工表面上。检流计驱动装置根据前述内容那样构造，其中所述特征可以单独地或以任意组合的形式存在。

附图说明

下面结合实施例描述本发明的更多优点。图中：

图1a示出具有可旋转永磁体的检流计驱动装置的纵向剖视图；

图1b示出在永磁体中形成涡流的检流计驱动装置的横向剖视图；

图2a示出检流计驱动装置的某一实施例的纵向剖视图，其永磁体由平行于转子的旋转轴延伸的多个磁性层构成；

图2b示出前述检流计驱动装置的横截面俯视图，其永磁体由多个磁性层构成；

图3示出检流计驱动装置的第二实施例的纵向剖视图，其永磁体具有不同厚度的磁性层；

图4示出检流计驱动装置的第三实施例的纵向剖视图，其永磁体由横向于转子的旋转轴延伸的多个磁性层构成；

图5示出检流计驱动装置的第四实施例的纵向剖视图，其永磁体由垂直于转子的旋转轴的多个磁性层构成；

图6a示出包括两个磁性层和一个涂层的永磁体的细节图；以及

图6b示出根据替代实施例的包括两个磁性层和一个涂层的永磁体的细节图。

具体实施方式

图1a示出检流计驱动装置1，其具有能绕旋转轴2旋转的转子3。转子3的至少一个区段构造为永磁体4。为清楚起见，永磁体4未划阴影线。在本图中，该区段位于定子5的区域内。因此，永磁体4形成检流计驱动装置1的轴杆的至少一个部分或区段。如上所述，检流计驱动装置1进一步包括围绕永磁体4的定子5，该定子5包括线圈(本图未详细示出)。定子5由两个定子组件5a和5b构成，其中定子5当然也可以构造为单件或由多个定子组件构成。此外，线圈的绕组可以位于两个定子组件5a和5b中，但当然也可以在每个定子组件5a和5b中各布置一个线圈。

在永磁体4的两个端面处各布置一个轴承延伸部6a、6b。所述轴承延伸部与永磁体4连接并因此随其旋转。因此，这两个轴承延伸部6a、6b同样是转子3的组成部分。轴承延伸部6a、6b还以能旋转的方式容置在轴承(本图未示出)中。永磁体4与定子5之间进一步形成间隙7，使得永磁体4能够以非接触的方式在定子5内旋转。定子5和转子3还布置在检流计驱动装置1的壳体8中。永磁体4具有面向定子5的外表面16。

向布置在定子5中的一个或多个线圈施加电压，使得电流流动，以便促使转子3相对于定子5转动。通过永磁体4的磁场与线圈的载流导线相互作用，产生使转子3处于旋转的转矩。转子3的角加速度与流过线圈的电流量基本上成正比。特别是，通过使电流方向反转，同样可以使转子3的旋转运动方向反转。借助持续调节电流的强度和方向，可以实现转子3的旋转运动遵循预定的轨迹。

永磁体4还由导电材料构成。由于高度动态遍历所需的期望轨迹或者由脉宽调制产生的电流持续变化以及由此定子5的线圈的磁场持续变化，在永磁体4中感应出涡流15。在本实施例中，形成逆时针方向的涡流15。此外，涡流15包括面向定子5a的涡流分量15a以及面向定子5b的涡流分量15b。由于在永磁体4中耗散，至少部分涡流15转化成热量，从而永磁体4发热。然而，发热的不利之处在于，永磁体4的磁化可能减弱，由此减小作用于永磁体4的转矩，使得转子3无法再足够快速又精确地旋转。此外，发热导致永磁体4和/或转子3膨胀，从而无法再控制转子3的旋转。

借助转子3，例如可以使激光加工装置的偏转元件(图中未示出)旋转，例如反光镜。不言而喻，对旋转运动的动态性和精确性提出很高的要求。因此，应当减少涡流15的负面影响。下面将结合图1b更详细地讨论涡流15的形成。

图1b示出检流计驱动装置1的横向剖视图。为清楚起见，永磁体4未划阴影线。在永磁体4中形成涡流15(参见图1a)，在图示的剖面中，该涡流15具有涡流分量15a，如图所示，该涡流分量15a在永磁体4面向定子组件5a的一侧远离观察者。此外，涡流15具有涡流分量15b，如图所示，该涡流分量15b在永磁体4面向定子组件5b的一侧上朝向观察者。

涡流15具有两个涡流分量15a、15b的主要原因是由于定子5的外部磁场的快速变化而感应永磁体4中的电压。定子5产生磁场，在本实施例中，该磁场具有南极s’和北极n’并且基本上垂直于永磁体4的磁场(在附图平面中，定子5的磁场就在永磁体4的区域中竖直取向)。感应的涡流场垂直于定子5的磁场方向并形成涡流15(图1a/图1b)。永磁体4的磁场进一步包括面向定子组件5a的北极n和面向定子组件5b的南极s。

图2a示出具有永磁体4的检流计驱动装置1的实施例，该永磁体4由多个磁性层10构成。为清楚起见，图中仅有磁性层10和中间层11中的各一层标有附图标记。永磁体4可以例如仅由两个磁性层10与一个或多个中间层11构成。作为替代方案，如本图所示，永磁体4也可以由多个磁性层10与分别布置于其间的中间层11构成。

每两个磁性层10之间布置有至少一个中间层11，其使两个磁性层10彼此连接和/或彼此电绝缘。绝缘的中间层11可以防止电流在两个相邻的磁性层10之间流动。可能发生的电流就被限制到磁性层10。涡流就被中间层11中断。

此外，磁性层10与中间层11在层轴9的方向上层叠和/或交替布置。磁性层10和中间层11就以夹层方式构成永磁体4或转子3的相应区段。另外，层轴9垂直于磁性层10和/或中间层11。

在本图示出的实施例中，磁性层10和中间层11沿层轴9层叠，该层轴9铅垂于转子3的旋转轴2定向。磁性层10和中间层11就基本上平行于旋转轴2定向。借助这种布置，防止涡流在垂直于旋转轴2的平面中流动。

如图2a所示，永磁体4的磁化方向12表示为矢量。在此，磁化方向12铅垂于旋转轴2，从而赋予转子3最大的转矩。

此外，磁化方向12平行于层轴9布置。

优选地，轴承延伸部6a连接到偏转元件(图中未示出)，例如反光镜，利用该偏转元件可以偏转激光束来进行激光加工。偏转激光束的精度就直接取决于旋转转子3的精度。因此有利的是，尽可能地抑制永磁体4中的涡流，以防永磁体发热，从而能够尽可能快速又精确地定位偏转单元。

有利的是，另一个轴承延伸部6b的区域中布置有传感器或测量仪器(图中未示出)，利用该传感器或测量仪器可以确定转子3的取向。例如，该传感器或测量仪器可以是模拟或数字位置探测器。

图2b针对如图1所示的实施例示例性示出检流计驱动装置1的横向剖视图。如上所述，永磁体4由多个磁性层10与置于其间的中间层11构成。层轴9铅垂于旋转轴2布置。此外，层轴9平行于永磁体4的磁场布置。永磁体4外部的磁场从北极n到南极s，而永磁体4内部的磁场(根据磁化方向12)从南极s到北极n。通过磁性层10的这种布置，涡流15(如其在图1a/图1b中所示那样未受阻)减少，从而减少永磁体4中的放热。如果层轴9布置成铅垂于旋转轴2但不平行于磁场，涡流抑制则随着层轴与磁场之间的角度增大而下降。因此有利地，层轴9的方向与磁化方向12的角度偏差应小于±30°，特别是小于±15°。

在下文附加实施例的描述中，针对与前述各实施例相比在其设计和/或作用模式方面相同和/或至少相当的特征使用相同的附图标记。如果文中未明确重述这些特征，则其设计和/或作用模式对应于前述特征的设计和/或作用模式。因此，下文将优先探讨与前述各实施例的本质区别。

图3示出具有永磁体4的检流计驱动装置1的另一实施例，该永磁体4具有不同厚度的磁性层10。在该实施例中，磁性层10和中间层11平行于旋转轴2布置。层轴9垂直于旋转轴2。磁性层10在永磁体4的边缘区域中构造得比内部区域中更厚。由此，永磁体4的内部区域中比边缘区域中更强地阻滞涡流。此外，永磁体4就能更加稳定，因为更厚的边缘层不能这么容易剥落。如下图4或图5所示，如果层轴9横向或平行于旋转轴2布置，显然也可以使用这种不同厚度的磁性层。

图4示出具有永磁体4的检流计驱动装置1的另一实施例，该永磁体4由多个磁性层10构成。永磁体4的磁化方向12又垂直于旋转轴2定向。但在该实施例中，层轴9与磁化方向12或轴具有角度13。因此，磁性层10横向于磁化方向12并横向于旋转轴2。角度13可以为－30°至+30°。角度13也可以仅为－15°至+15°。如上已述，磁性层10也可以具有不同的厚度(如图3所示)。

根据图5中所示的实施例，层轴9与旋转轴2平行或同轴布置。中间层11就如此取向，使得在转子3的旋转轴2方向上延伸的涡流被中断或大幅减少。同样，磁性层10可以具有不同的厚度(如图3所示)。

图6a示出永磁体4的具体细节图，该永磁体4在本图中具有至少两个设有涂层17a、17b的磁性层10a和10b。涂层17a、17b构成中间层11。当然，永磁体4可以由两个以上磁性层10构成。磁性层10a完全被涂层17a包围。磁性层10b同样完全被涂层17b包围。涂层17a、17b进一步延伸超出永磁体4的外表面16。由此，磁性层10a、10b防腐蚀，因此永磁体4就防腐蚀。

在两个涂层17a和17b的接触区域中，这两个涂层17a、17b构成中间层11。中间层11使两个磁性层10a、10b彼此电绝缘。涂层17a、17b可以例如通过优选以液态形式施加的涂漆来制备。但涂层17a、17b也能以粉末形式施加。作为替代方案，涂层17a、17b也能从气相沉积到磁性层10a、10b上。例如，可以借助气相沉积法构成特别薄的涂层17a、17b。

图6b示出永磁体4的替代实施例的具体细节图。两个磁性层10a、10b又被各一涂层17a、17b包围。在该实施例中，涂层17a、17b在中间层11的区域中彼此融合，使得该中间层11比图6a中所述实施例中的中间层更薄。在这两个实施例中，中间层11使两个磁性层10a、10b以材料接合方式彼此连接。

本发明不局限于图中显示和文中描述的实施例。即使是不同实施例中显示并描述的特征，这些特征的组合也可以作为变型方案落入权利要求的范围内。

附图标记列表

1检流计驱动装置

2旋转轴

3转子

4永磁体

5定子

5a，5b定子组件

6轴承延伸部

7间隙

8壳体

9层轴

10磁性层

11中间层

12磁化方向

13角度

14旋转方向

15涡流

15a，15b涡流分量

16永磁体的外表面

17涂层

s永磁体的南极

n永磁体的北极

s’永磁体的南极

n’永磁体的北极