机电致动器制造技术

本发明专利技术涉及以永磁方式极化的可逆线性螺线管，其具有第一端部行程位置和第二端部行程位置以及至少一个电枢，其特征在于，可逆线性螺线管具有弹簧系统或在这样的弹簧系统下操作：该弹簧系统在两个端部行程位置中的每一者中，将力沿中位行程位置的方向施加在一个或多个电枢上。根据本发明专利技术，该弹簧系统和可逆线性螺线管彼此配合，使得一个或多个电枢能够以永磁方式对抗弹簧力而保持在两个端部行程位置中。优选地，该弹簧系统将被配置成，在可能的情况下，通过一个或多个电枢在其端部行程位置中的运动而(弹性地)存储在其中的势能具有相等的幅值。如果外部回复力由于施加而存在，则外部回复力需要相应地考虑到弹簧系统的设计中。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电磁致动器领域，例如涉及可逆线性螺线管。
技术介绍
可逆线性螺线管通常是已知的并构成现有技术。例如，双稳态的设计用于驱动电气中压开关设备，其中需要用于给磁体供电的电解质电容器。例如，另外的磁场的使用可以在螺线管阀中找到，该螺线管阀应当能够对抗回复力维持状态，而无需任何控制电流。另外，存在大量的另外的应用，尤其是在分类和传送车间中，还有在汽车部门中(尤其是传动引擎、中控锁系统、换挡锁)以及在编织机中。重要的可行使用范围还存在于所谓的热流道工程领域中(致动喷射成型工具的针阀)和机器人焊钳领域中(利用所需要的能够通过弹簧来确保的间隙补偿来跟踪焊条)。已知的可逆线性螺线管的缺点是其时常小的电效率，该缺点时常排除其代替气动驱动器或液压驱动器(或通过力传递锁定的弹簧蓄能器)的使用。这由于昂贵的电解质电容器而在使用(双稳态的)可逆线性螺线管的中压开关设备中导致了大量成本。在现有技术的其它领域中，尤其是在引擎中的阀(例如在大的燃气引擎中的气阀)中，小的电效率导致了许可频率的不想要的限制或通过发生在线圈中的功率耗损的切换的出现，该线圈将会因较高的切换频率而热损坏。已知的可逆线性螺线管的另一缺点是其小的动力，这是由于，尤其是利用相对长行程的驱动器(与磁体直径相比长的行程)，仅仅小的初始力时常是可用的并且，另外相对大的公差不可避免。例如，电源开关应当在断电时将短路尽可能快地与主电源断开，或者应当在接通时碰撞电流的或电压的过零；为此需要高的动力以及短的死区时间—仅仅使用常规的可逆线性螺线管，这可能是不够的。最后，已知的双稳态的可逆线性螺线管的缺点可以在以下事实看到：它们趋向于当电枢在调节过程结束而达到端部行程位置时表现出最高的电枢速度。这导致了用于端部位置阻尼的大的工作量或限制了磁体的使用寿命。在一些应用中，尤其是在阀和电气开关设备中，可逆线性螺线管应当是单稳态的，可选地代替双稳态的，以便能够无需任何控制电流而采用安全的端部位置。因此，本专利技术的根本目的是提高极化的可逆线性螺线管的电效率，尤其是极化的双稳态可逆线性螺线管的电效率。新的磁体还应当能够具有相较于已知的可逆线性螺线管而高的动力以及减小的死区时间。另外，对致动器的一般要求是紧凑的构造。
技术实现思路
所称的目的通过根据独立权利要求中的一项独立权利要求的驱动器来实现。不同的实施方式、另外的改进和应用是从属权利要求的主题。根据本专利技术的示例，利用永磁极化的可逆线性螺线管具有弹簧系统，该弹簧系统在两个端部行程位置中将力施加在电枢上，该力沿运动的方向指向中位行程位置(即朝向两个端部行程位置之间的中位)。在这方面，弹簧系统被设计成，在静态的、非激励的情况下，至少一个端部行程位置中的弹簧力在幅值上小于作用在电枢上的总的磁阻力，从而电枢可以对抗在至少一个端部位置中的弹簧力以永磁方式保持静止。不仅可以考虑具有机械弹簧的弹簧系统，还可以考虑磁性弹簧系统或气动弹簧系统。起决定性的是，沿设置在两个端部行程位置之间的中位行程位置的方向作用的力可以在两个端部行程位置中传递至电枢或电枢系统。对于双稳态的磁体，在可能的情况下，该弹簧系统被配置成，使得存储在弹簧系统中的势能在两个端部行程位置中相同。在静态的、非激励的情况下，在两个端部行程位置中的弹簧力在幅值上必须小于相关的磁阻力。如果通过可逆线性螺线管本身提供的应用产生回复力，则这必须相应地被考虑到弹簧系统的设计中。例如，真空电源开关就是这种情况，真空电源开关的接触压力弹簧在此处被理解为弹簧系统的部件。根据本专利技术的驱动器应当能够被配置成，使得驱动器相对于它们的体积可以产生更大的力(相比于已知的可逆线性螺线管)。最后，该驱动器还应当能够被设计为单稳态的并且应当还能够具有短的调节时间和高的效率。附图说明在下文中参照附图中所示出的示例更详细地解释本专利技术。该图示不必是按照比例的并且本专利技术不仅仅被限制于所示出的方面。相当重要的是示出了基于本专利技术的原理。以下附图示出了：图1a为根据本专利技术的一个示例的具有两个电枢或两个电枢板的实施方式中的驱动器的镜向平面中的且平行于运动方向的截面；图1b为根据图1a的驱动器的垂直于穿过气隙10至气隙14的运动方向的截面；图2a至图2e参照示意性图示，为根据本专利技术的驱动器的不同构造的不同示例；图3为通过根据本专利技术的一个示例的驱动器的纵向截面，以用于图示基于驱动器的磁原理；图4为根据本专利技术的驱动器的另一旋转对称的实施方式；图5为根据本专利技术的另一示例的驱动器的磁回路的示意性表示；以及图6为其中驱动器执行有限的旋转运动的另一示例。具体实施方式本专利技术在下文中将首先以双稳态的可逆线性螺线管进行解释。由于弹簧系统，电枢被设置成一旦保持力在幅值上变得小于电的反激励产生的弹簧力，就沿中位行程位置的方向移动离开每一个端部行程位置，所述保持力被定义为在相应的端部行程位置中电枢上的总磁阻力。为此，与常规的没有弹簧系统的双稳态的可逆线性螺线管相比，需要小得多的电功率；相关的(外)力转换率也可以高得多。例如，它还近似地应用在常规的双稳态的可逆线性螺线管中的起动行程位置中：Fext＝(FGap1+FGap2)–F邻接部＝1/(2*μ0)*(A1*BGap1^2+A2*BGap2^2)–F邻接部其中A1和A2为电枢的(相反的)磁极面，并且F邻接部为映射端部位置邻接部的函数。为了说明进行如下假设：除了冗余的气隙之外，气隙Gap2是闭合的，并且该冗余的气隙传导具有密度2T的流动(BGap2＝2T)，而气隙Gap1完全地打开并且没有传导任何流动(BGap1＝0T)。从而作用在电枢上的相反的磁阻力的总和FGap1+FGap2沿着电枢的运动的轴向方向改变符号，在条件A1＝A2下，Gap1中的磁通量密度必须大于Gap2中的磁通量密度。为此由于Gap1是全开的而可能需要大的电功率。在最简单的近似法中，产生气隙中给定的磁通量密度所需要的电流与气隙长度成比例；然而，相关的功率耗损是电流的平方。在忽略杂散场和涡流(静态情况或准静态情况)时，对于非常小的行程可以假设，在气隙Gap1和气隙Gap2中由反激励所产生的磁通量密度行程具有相同的幅值。在对于常规的双稳态的可逆线性螺线管最有利的情况下，在仅为了完全补偿保持力的每一种情况下的1T的本示例(Gap1:0T->1T，Gap2:2T->1T)中，磁通量密度行程将是必要的。现在使同样的磁体配备有根据本专利技术的弹簧系统，在先前描述的起动行程位置(位置“0”)中，该弹簧系统沿中位行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有可逆线性螺线管的驱动器，所述可逆线性螺线管以永磁方式极化并且具有第一端部行程位置和第二端部行程位置、设置在所述端部行程位置之间的中位行程位置以及至少一个电枢，其特征在于，所述驱动器具有弹簧系统或者在这样的弹簧系统下操作：所述弹簧系统在两个端部行程位置中的每一者中将力沿所述中位行程位置的方向施加在一个或多个电枢上，其中所述弹簧系统与所述可逆线性螺线管彼此配合，从而所述一个或多个电枢能够以永磁方式对抗弹簧力而被保持在两个端部行程位置中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.23 DE 102013017508.9;2014.04.05 DE 10201401.一种具有可逆线性螺线管的驱动器，所述可逆线性螺线管以永磁方式极化并且具有
第一端部行程位置和第二端部行程位置、设置在所述端部行程位置之间的中位行程位置以
及至少一个电枢，其特征在于，
所述驱动器具有弹簧系统或者在这样的弹簧系统下操作：所述弹簧系统在两个端部行
程位置中的每一者中将力沿所述中位行程位置的方向施加在一个或多个电枢上，其中所述
弹簧系统与所述可逆线性螺线管彼此配合，从而所述一个或多个电枢能够以永磁方式对抗
弹簧力而被保持在两个端部行程位置中。
2.根据权利要求1所述的驱动器，其中，所述弹簧系统被设计成，在考虑从外侧作用在
所述弹簧系统上的外部回复力时，通过所述一个或多个电枢在其端部行程位置中的运动而
(弹性地)存储在所述弹簧系统中的势能在两个端部行程位置中具有相等的幅值。
3.根据权利要求1所述的驱动器，其特征在于，所述驱动器具有大的(标称的)行程，即，
全开的工作气隙的长度基本上不小于其垂直于所述气隙的长度的最小的范围(“宽度”)；并
且，所述驱动器具有(构造的)几何特性影响，根据本发明，所述几何特性影响的尺寸将被设
计得如此大，使得在所述端部行程位置中的磁保持力不存在，更确切地说总计为实现没有
特性影响的其它的相同的双稳态可逆线性螺线管的保持力的至少三分之一，
其中，根据本设计，所述几何特性影响优选设计成，使得在激励一个或多个驱动线圈
时，磁阻力在所述弹簧系统的弹簧函数的零点处产生，所述磁阻力比具有其它的相同的磁
体、也利用相同的激励、但没有特性影响的设计具有的磁阻力大至少50％。
4.一种驱动器，包括：
-两个或更多个软磁框架部件或框架区域；
-一个或多个永磁体，所述永磁体将所述两个或更多个框架部件或框架区域关于彼此
而设置在磁张力下，这具有磁通量的结果；
-第一软磁电枢部件和第二软磁电枢部件，所述第一软磁电枢部件和第二软磁电枢部
件彼此刚性连接，其中对应的电枢部件与框架部件之间的至少一个工作气隙与每一个电枢
部件相关联；
-第一端部行程位置，在所述第一端部行程位置中，所述第一电枢部件使所述框架部件
磁短路，同时在所述第二电枢部件处的一个或多个工作气隙被打开至最大值；
-第二端部行程位置，在所述第二端部行程位置中，所述第二电枢部件使所述框架部件
磁短路，同时在所述第一电枢部件处的一个或多个工作气隙被打开至最大值；
-用于产生磁通量的至少一个励磁线圈，其中，所述驱动器被构造成，使得通过所述电
枢部件的刚性连接而同步的所述电枢部件的从所述第一端部行程位置到所述第二端部行
程位置中的(强迫)运动具有以下效果：以永磁方式所产生的磁通量大量地从所述第一电枢
部件整流到所述第二电枢部件，以及以永磁方式所产生的磁通量大量地从所述第二电枢部
件整流到所述第一电枢部件；
其中，一个或多个励磁线圈被布置成，使得所述励磁线圈的激励使以永磁方式所产生
的并且穿过一个电枢部件的磁通量减弱，并且放大穿过另一个电枢部件的磁通量；并且
其中，所述电枢部件相对于以永磁方式所产生的所述磁通量磁性地并联连接，但是相
对于由至少一个线圈所产生的磁通量磁性地串联连接。
5.根据权利要求1或4所述的驱动器，其中，一个或两个电枢部件与所述框架形成电枢
系统/电枢对件系统，以用于几何特性影响。
6.根据权利要求1或4所述的驱动器，代替几何特性影响和/或除了几何特性影响，作为
用于特性影响的装置，所述驱动器具有紧固至所述一个或多个电枢或电枢部件的永磁体、
线圈或短路绕组。
7.根据权利要求1至3或4至6中任一项所述的驱动器，其特征在于，所述框架部件由金
属片材包或软磁复合材料形成。
8.根据权利要求1至3或4至7中任一项所述的驱动器，其特征在于，所述电枢部件被配
置为电枢板，所述电枢板由金属片材包或软磁复合材料形成。
9.根据权利要求1至3或4至8中任一项所述的驱动器，其特征在于，所述电枢板由固体
软磁材料制成，狭缝被引入到所述固体软磁材料中用于衰减涡流。
10.根据权利要求9所述的驱动器，其特征在于，所述电枢板具有纯铁素体铁的电阻的
至少两倍的特定电阻。
11.根据权利要求1至3或4至10中任一项所述的驱动器，所述驱动器具有关于旋转轴线
旋转对称的设计，并且所述驱动器具有以粉末注射成型工艺由软磁复合材料制造的单个的
框架，其中，关于彼此处在磁张力下的所述框架部件由于一个框架的磁饱和而被形成。
12.根据权利要求11所述的驱动器，其特征在于，所述驱动器具有通过杆彼此刚性连接
的两个电枢部件，所述杆沿着所述旋转轴线被近似旋转对称的框架导向，其中所述杆优选
是软磁性的。
13.根据权利要求12所述的驱动器，其特征在于，所述弹簧系统布置在所述框架内，所
述弹簧系统例如具有螺旋压缩弹簧，所述螺旋压缩弹簧围绕所述杆并且直接或间接地邻接
在所述框架处。
14.一种低压开关或中压开关，尤其是真空电源开关，所述低压开关或中压开关由根据
权利要求1至13中任一项所述的驱动器来驱动。
15.一种注射成型工具，所述注射成型工具具有针阀，所述针阀由根据权利要求1至13
中任一项所述的驱动器致动。
16.根据权利要求15所述的注射成型工具，其特征在于，所述注射成型工具还具有用于
间隙补偿的装置，尤其是主轴驱动器，所述主轴驱动器由电马达驱动并能够控制根据权利
要求1至13中任一项所述的驱动器在其驱动轴线的方向上的位置。
17.具有根据权利要求1至13中任一项所述的驱动器的机器人焊钳，所述机器人焊钳用
于移动一个或多个焊条，其中，用于间隙补偿的装置布置在所述驱动器与所述一个或多个
焊条之间，所述用于间隙补偿的装置例如为具有尽可能弱的特性的弹簧。
18.用于气体或液体或疏松材料(例如面粉)的螺线管阀，所述螺线管阀由根据权利要
求1至13中任一项所述的驱动器驱动。
19.根据权利要求18所述的螺线管阀，所述螺线管阀额外地具有带有回位弹簧的单稳
态的电磁体，当被激励时，所述单稳态的电磁体释放根据权利要求1或4所述的驱动器，但是
由于所述单稳态的电磁体通过弹簧力使所述驱动器牢固地移位到端部行程位置中，所述螺
线管阀在所述端部行程位置中闭合，因而在未被激励时所述单稳态...

【专利技术属性】
技术研发人员：A·梅克伦堡，
申请(专利权)人：雷福尔公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE