电磁线性致动器制造技术

本发明专利技术涉及电磁线性致动器。根据本发明专利技术的一个实例，所述线性致动器包括：框架（定子），其至少部分由软磁性材料制成；和电枢，其至少部分由软磁性材料制成并且以所述电枢可沿着纵轴相对于所述框架移动的这样一种方式支撑在所述框架上。所述电枢和所述框架以在打开位置中沿着所述纵轴在所述电枢与所述框架之间存在间隙且在闭合位置中所述电枢和所述框架抵靠彼此使得所述间隙闭合的这样一种方式设计。第一电枢线圈以作用在所述第一电枢线圈上的力可传递至所述电枢的这样一种方式连接至所述电枢。所述线性致动器还包括用于生成激发磁场的构件，其至少部分由所述框架和所述电枢引导并且以在电流流动穿过所述第一电枢线圈时力作用在所述第一电枢线圈上且该力传递至所述电枢以闭合所述间隙的这样一种方式导向。所述框架、所述电枢和所述激发磁场以保持力在所述框架与所述电枢之间的间隙闭合时生效的这样一种方式设计。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电磁线性致动器
本专利技术涉及用于张紧并且保持弹簧操作致动器中的弹簧的电磁线性致动器的领域。
技术介绍
电磁致动器的运行模式基于洛伦兹（Lorentz）力和磁阻力（也被称作麦克斯韦（Maxwell）力）效应。结构化如起重磁铁的致动器可用于机器杠杆、阀门、门阀、开关等的致动。起重磁铁是包括电枢、定子和线圈的电磁铁。其结构简单并且坚固且其可以较小功耗生成大的保持力。但是，在起重大负载时，其电效率归因于与重型起重相关的大气隙而较小。在多数简单近似（无漏磁场、无饱和）中，产生特定力所需的电流与气隙长度长比例且功率损耗随电流二次增大。实际比率更不利。由于高功率损耗，长行程起重磁铁在应用的电效率不大的情况下，通常甚至可仅产生小的初始力（与保持力相比）。限值由电流额定值给定。起重磁铁描述为“长行程”，例如，如果电枢（相对于定子）的最大起重h为h=sqrt(A)的量级，其中A表示电枢的横截面积。但是，引用的定义必须仅理解为指导值。一般来说，为了实现近似常数，与较小调节距离相比，跨整个调节距离的致动力对于较大调节距离不成比例地更难。高保持力仅在气隙几乎为零的情况下有效。通过电枢和框架的适当几何设计，起重磁铁的路径性能曲线可被影响（这被描述为性能曲线影响）使得作用在电枢上的磁阻力变得几乎独立于路径。这种类型的致动器被描述为“比例磁铁”。当电枢的磁力抵着弹簧的恢复力作用时，在电枢适当构造的情况下其位置可几乎与电枢电流成比例。但比例磁铁仅为长起重供应相对较小的力。此外，在吸引条件下，比例磁铁可仅产生相对较小的保持力（在无性能曲线影响的情况下与起重磁铁相比）。另一种类型的电磁线性致动器结构化为类似于插棒式线圈并且也被描述为电动致动器。当与起重磁铁相比时，插棒式线圈是更精致且更复杂的结构设计。虽然适当设计的插棒式线圈能够产生几乎均匀大的（洛伦兹）力，但是这些必须吸收自独立且相对细的线圈。插棒式线圈的冷却也可为技术上的挑战，因为线圈必须悬浮使得其可移动并且应尽可能轻以实现高的动力。（说到实例，只要联想电动扬声器）。有鉴于此，其通常无法固定附接至（固体）散热片。与起重磁铁相比，插棒式线圈还无法仅使用低功率生成（保持）力。其实际上不适于需要使用优选尽可能低的功耗维持大（保持）力的应用。本专利技术的目标因此包括寻找能够以与起重磁铁类似的电力产生保持力（而不影响性能曲线）但还能够产生用跨整个调节距离的长起重产生保持力量级的力的电线性驱动。
技术实现思路
上述目标通过根据权利要求1所述的电磁线性致动器实现。本专利技术的不同示例性实施方案是从属权利要求的标的。下文描述电磁线性致动器。根据本专利技术的一个实例，线性致动器包括：框架（定子），其至少部分由软磁性材料制成；和电枢，其至少部分由软磁性材料制成并且以电枢可沿着纵轴相对于框架移动的这样一种方式支撑在框架上。电枢和框架以在打开位置中沿着纵轴在电枢与框架之间存在间隙且在闭合位置中电枢和框架抵靠彼此使得间隙闭合的这样一种方式设计。第一电枢线圈以作用在第一电枢线圈上的力可传递至电枢的这样一种方式连接至电枢。线性致动器还包括用于生成激发磁场的构件，其至少部分由框架和电枢引导并且以在电流流动穿过第一电枢线圈时力作用在第一电枢线圈上且该力传递至电枢以闭合间隙的这样一种方式对准。框架、电枢和激发磁场以保持力在框架与电枢之间的间隙闭合时生效的这样一种方式设计。当与正常电磁铁（不影响性能曲线的起重磁铁）相比，依据本专利技术的线性致动器提供即使用长起重仍能够产生跨整个调节距离的保持力的量级的力的优点。依据上述实例，这可实现，即除作用在电枢上的磁阻力外，缠绕至电枢上的一个或多个线圈传递力至电枢，线圈也“如电枢”在电枢的磁阻力因敞开的气隙而仍然低时那样推动电枢。依据本专利技术的实例，电枢和框架连同间隙（作为所谓气隙）形成磁路，其中携载激发磁场。为此目的，第一电枢线圈可自行可充当用于产生激发磁场的构件，其中电枢线圈配置在电枢上使得其至少部分紧靠气隙。在这种背景下，电枢线圈可配置在电枢上且框架和电枢可被设计成使得在电枢的打开位置中，激发磁场自行集中在径向方向上（横向于纵轴）并且径向穿透电枢线圈。依据本专利技术的另一个实例，用于形成靠近第一电枢线圈的激发场的构件包括指派给所述第一电枢线圈且与框架机械连接的激发线圈，其中第一电枢线圈和相关激发线圈在电流流动穿过其时生成彼此相反的磁场。至少在打开位置中，这些磁场的叠加得到径向（横向于纵向）磁通量（激发场），其可与第一电枢线圈相互作用。在打开位置中，第一电枢线圈和激发线圈被指派使得其邻近配置使得当电流流动穿过线圈时，激发场与第一电枢线圈相互作用使得力在纵向上作用在第一电枢线圈上，其闭合间隙。配置在框架上的激发线圈还可用永久磁铁替换。此外，多对（电枢线圈和相关激发线圈）可容纳在一个致动器内，类似于例如机械串联连接。如上所述，此外或者可提供电枢线圈，其自行生成其激发场。最后，保持线圈可配置在框架上，其在间隙闭合时形成保持力。这种保持线圈还可用永久磁铁替换。在下文中，有时同义地提到“保持”和“吸引”线圈。这总是涉及用于施加磁阻力至驱动（通常是电枢）的软磁性可移动组件上的目的的线圈。术语“吸引线圈”说明这种情况，前提是磁阻力总是作用于吸引软磁性组件。术语保持线圈强调使用适当尺寸，吸引线圈能够使致动器保持为其抵着恢复力的位置。在本说明的意义内，所有保持线圈都是吸引线圈。由于致动器的力可在保持力的相同量级内，所以致动器尤其适于弹簧的张紧。弹簧随后可通过仅非常小（在使用永久磁铁时）的保持电流保持在张紧状态中或即使在其断电时仍保持张紧。附图说明进一步描述中的下列附图旨在帮助更好地理解本专利技术。专利技术理念的进一步细节、变型和进一步发展参考涉及特别选择实例的附图而讨论。附图中的元件不应被理解为限制而是旨在说明本专利技术的原理。图1示出处于开端位置（a）和闭端位置（b）的本专利技术的实例的电磁线性致动器。在开端位置（a）中，即起重开始时，磁路主要在径向气隙LB（分路）上方闭合，因此容纳在气隙LB中的通电线圈感测其传递至电枢的力：线圈在闭端位置（b）的方向上推动电枢。但是由于电枢移动，轴向气隙LA减小，因此其磁阻减小且穿过LA的磁流增大。在闭端位置（b）中，即在消失的轴向气隙LA<<LB期间，配置最终如传统起重磁铁般运作。自然“电枢”也可能被保持在适当位置而非“定子”；在这种情况下，定子和电枢交换其职责且取代缠绕的电枢，“仅铁”移动，其在许多情况下较简单。对于驱动效率而言决定性的是气隙LB足够小；其必须相对于完全打开的气隙LA特别小；图2示出依据处于开端位置（a）和致动程序（b）期间的位置的本专利技术的另一个实例的电磁线性致动器；图3示出电磁线性致动器，其类似于来自图2的实例配置，其中致动器可保持在闭端位置（b）；图4示出处于开端位置（a）和闭端位置（b）的依据本专利技术的另一个实例的电磁线性致动器；配置类似于来自图3的致动器；图5示出处于开端位置（a）和闭端位置（b）的依据本专利技术的另一个实例的用于张紧弹簧致动器的电磁线性致动器；配置类似于来自图4的致动器，但是激发磁场由永久磁铁生成；图6示出依据本专利技术的另一个实例的电磁线性致动器；致动器可被视作来自图1和图2的实例的组合；图7示出依据本专利技术的另一个实例的电磁线性致动器。致动器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.10.16 DE 102010048447.4;2010.12.30 DE 10201001.一种电磁线性致动器，其包括：定子(10)，其至少部分由软磁性材料制成；电枢(20)，其至少部分由软磁性材料制成并且以所述电枢(20)可沿着纵轴(1)相对于所述定子(10)移动的这样一种方式支撑在所述定子(10)上，由此，所述电枢(20)和所述定子(10)以在打开位置中沿着所述纵轴(1)在所述电枢(20)与所述定子(10)之间存在间隙(LA)且在闭合位置中所述电枢(20)与所述定子(10)抵靠彼此使得间隙(LA)闭合的这样一种方式设计；第一电枢线圈(A)，其以作用在所述第一电枢线圈(A)的力可传递至所述电枢(20)的这样一种方式连接至所述电枢(20)；和用于生成激发磁场的构件，其至少部分由所述定子(10)和所述电枢(20)引导并且以在电流流动穿过所述第一电枢线圈(A)时力作用在其上且这种力传递至所述电枢(20)以闭合所述间隙(LA)的这样一种方式导向，由此定子、电枢和激发磁场此外以保持力可在所述定子(10)与所述电枢(20)之间的所述间隙(LA)闭合时生效的这样一方式设计；其中用于生成所述激发磁场的所述构件包括与后者相关并且机械连接至所述定子的第一激发线圈(B)，其中所述第一电枢线圈(A)与所述第一激发线圈(B)并联或串联地连接，由此所述第一电枢线圈(A)和所述第一激发线圈(B)在其具有电流时自行生成相反磁场，其叠加并且因此形成场分量横向于所述纵轴定向的激发磁场且其中在打开位置中，所述第一电枢线圈(A)和与其相关的所述第一激发线圈(B)以在所述线圈具有电流时线圈的磁场的轴向分量破坏性地叠加，而磁场的径向分量叠加以引起径向磁通量，该径向磁通量在第一电枢线圈(A)中产生力效应，其中所述激发磁场的横向于所述纵轴定向的径向场分量以闭合所述轴向间隙(LA)的力在纵向轴方向上作用在所述第一电枢线圈(A)上的这样一种方式与所述第一电枢线圈(A)相互作用的这样一种方式邻近配置。2.根据权利要求1所述的电磁线性致动器，其中所述电枢(20)和所述定子(10)连同作为轴向气隙的所述间隙(LA)形成磁路，其中所述激发磁场被引导；所述第一电枢线圈(A)自行充当用于生成激发磁场的构件，由此所述第一电枢线圈(A)以这样一种方式配置在所述电枢(20)上且所述定子和所述电枢以在所述电枢(20)的打开位置中，所述激发磁场集中在横向于所述纵轴的所述径向上并且径向延伸穿过所述电枢线圈的这样一种方式设计。3.根据权利要求2所述的电磁线性致动器，其中，所述电枢(20)沿着在所述定子(10)中滑动的所述纵轴引导且其中所述电枢(20)具有止挡，当所述间隙(LA)闭合时，所述定子(10)的正面静置在所述止挡上使得引导所述激发磁场的几乎闭合磁路形成。4.根据权利要求2所述的电磁线性致动器，其中所述第一电枢线圈(A)围绕所述电枢(20)的所述纵轴引导。5.根据权利要求2所述的电磁线性致动器，其还包括第二电枢线圈(A1)，其以作用在所述第二电枢线圈(A1)上的力可传递至所述电枢上的这样一种方式连接至所述电枢(20)，由此用于生成所述激发磁场的所述构件除所述第二电枢线圈(A1)外包括与所述第二电枢线圈(A1)相关并且机械连接至所述定子的至少一个永久磁铁(B')，由此在打开位置中，所述第二电枢线圈(A1)和与其相关的所述永久磁铁(B')以在所述第二电枢线圈(A1)具有电流时所述永久磁铁(B')的磁场和所述第二电枢线圈(A1)的所述磁场至少在打开位置中叠加且因此形成至横向于所述纵轴定向的所述场分量的激发磁场，所述场分量以闭合所述间隙(LA)的力在所述纵向上作用在所述第二电枢线圈(A1)上的这样一种方式与所述第二电枢线圈(A1)相互作用的这样一种方式配置。6.根据权利要求1所述的电磁线性致动器，其中所述定子(10)具有止挡，所述电枢(20)在闭合位置中静置在所述止挡上。7.根据权利要求1或6所述的电磁线性致动器，其中用于生成所述激发磁场的所述构件包括机械连接至所述定子(10)并且以所述电枢(20)在打开位置中和闭合位置中不深入或仅部分深入另一个激发线圈(C)中的这样一种方式配置在所述纵向上的所述另一个激发线圈(C)：所述电枢(20)充当所述另一个激发线圈(C)的铁芯，或所述电枢(20)以在所述另一个激发线圈(C)具有电流时，保持力作用在所述电枢(20)与所述定子(10)之间的这样一种方式耦合至所述另一个激发线圈(C)，或所述电枢连同所述定子使所述另一个激发线圈(C)磁性短路。8.根据权利要求7所述的电磁线性致动器，其中所述第一电枢线圈(A)在闭合位置中直接邻近所述另一个激发线圈(C)。9.根据权利要求1或6所述的电磁线性致动器，其中径向气隙(LB)存在于所述电枢(20)与所述定子(10)之间，所述径向气隙(LB)在所述轴向上由所述电枢线圈(A)和所述第一激发线圈(B)的位置限制。10.根据权利要求1或6所述的电磁线性致动器，其中在所述电枢(20)与所述定子(10)之间存在径向气隙(LB)，所述径向气隙(LB)在所述轴向上由所述电枢线圈(A)和所述第一激发线圈(B)的位置限制，由此所述电枢和所述定子以所述径向气隙在闭合位置中磁性短路的这样一种方式构建。11.根据权利要求1所述的电磁线性致动器，其中用于生成所述激发磁场的所述构件除所述第一电枢线圈(A)外包括与后者相关并且机械连接至所述定子的至少一个永久磁铁(B')，由此所述第一电枢线圈(A)和所述至少一个永久磁铁(B')在所述电枢线圈具有电流时生成相反磁场，所述磁场在闭合位置中叠加并且形成场分量横向于所述纵轴定向的激发磁场且其中在打开位置中，所述第一电枢线圈(A)和与其相关所述永久磁铁(B')以在所述第一电枢线圈具有电流时所述激发磁场的横向于所述纵轴定向的场分量以闭合所述间隙(LA)的力在所述纵向上作用在所述第一电枢线圈(A)上的这样一种方式与所述第一电枢线圈(A)相互作用的这样一种方式配置。12.根据权利要求11所述的电磁线性致动器，其包括另一个永久磁铁(C')，其永久连接至所述定子(10)，所述永久磁铁(C')生成以在间隙(LA)闭合时磁性保持力作用在所述电枢(20)与所述定子(10)之间的这样一种方式导向的激发磁场。13.根据权利要求11或12所述的电磁线性致动器，其中所述永久磁铁是所述定子(10)的组件。14.一种电磁线性致动器，其包括：定子(10)，其至少部分由软磁性材料制成；电枢(20)，其至少部分由软磁性材料制成并且以所述电枢(20)可沿着纵轴(1)相对于所述定子(10)移动的这样一种方式支撑在所述定子(10)上，由此，所述电枢(20)和所述定子(10)以在打开位置中沿着所述纵轴(1)在所述电枢(20)与所述定子(10)之间存在间隙(LA)且在闭合位置中所述电枢(20)与所述定子(10)抵靠彼此使得间隙(LA)闭合的这样一种方式设计；第一电枢线圈(A)，其以作用在所述第一电枢线圈(A)的力可传递至所述电枢(20)的这样一种方式连接至所述电枢(20)；和用于生成激发磁场的构件，其至少部分由所述定子(10)和所述电枢(20)引导并且以在电流流动穿过所述第一电枢线圈(A)时力作用在其上且这种力传递至所述电枢(20)以闭合所述间隙(LA)的这样一种方式导向，由此定子、电枢和激发磁场此外以保持力可在所述定子(10)与所述电枢(20)之间的所述间隙(LA)闭合时生效的这样一方式设计；其中所述的线性致动器还包括第二电枢线圈(A1)，其以作用在所述第二电枢线圈(A1)上的力可传递至所述电枢(20)上的这样一种方式连接至所述电枢(20)，由此用于生成所述激发磁场的所述构件包括邻近所述第二电枢线圈...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·米夏埃尔森，A·梅克伦堡，R·施耐德，
申请(专利权)人：MSM克里斯塔尔公司，
类型：
国别省市：