專利名稱：電磁線性致動器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于張緊并且保持彈簧操作致動器中的彈簧的電磁線性致動器的領域。
背景技術：
電磁致動器的運行模式基于洛倫茲(Lorentz)力和磁阻力(也被稱作麥克斯韋(Maxwell)力)效應。結構化如起重磁鐵的致動器可用于機器杠桿、閥門、門閥、開關等的致動。起重磁鐵是包括電樞、定子和線圈的電磁鐵。其結構簡單并且堅固且其可以較小功耗生成大的保持力。但是，在起重大負載時，其電效率歸因于與重型起重相關的大氣隙而較小。在多數簡單近似(無漏磁場、無飽和)中，產生特定力所需的電流與氣隙長度長比例且功率損耗隨電流二次增大。實際比率更不利。由于高功率損耗，長行程起重磁鐵在應用的電效率不大的情況下，通常甚至可僅產生小的初始力(與保持力相比)。限值由電流額定值給定。起重磁鐵描述為“長行程”，例如，如果電樞(相對于定子)的最大起重h為h=sqrt (A)的量級，其中A表示電樞的橫截面積。但是，引用的定義必須僅理解為指導值。一般來說，為了實現近似常數，與較小調節(jié)距離相比，跨整個調節(jié)距離的致動力對于較大調節(jié)距離不成比例地更難。高保持力僅在氣隙幾乎為零的情況下有效。通過電樞和框架的適當幾何設計，起重磁鐵的路徑性能曲線可被影響(這被描述為性能曲線影響)使得作用在電樞上的磁阻力變得幾乎獨立于路徑。這種類型的致動器被描述為“比例磁鐵”。當電樞的磁力抵著彈簧的恢復力作用時，在電樞適當構造的情況下其位置可幾乎與電樞電流成比例。但比例磁鐵僅為長起重供應相對較小的力。此外，在吸引條件下，比例磁鐵可僅產生相對較小的保持力(在無性能曲線影響的情況下與起重磁鐵相比)。另一種類型的電磁線性致動器結構化為類似于插棒式線圈并且也被描述為電動致動器。當與起重磁鐵相比時，插棒式線圈是更精致且更復雜的結構設計。雖然適當設計的插棒式線圈能夠產生幾乎均勻大的(洛倫茲)力，但是這些必須吸收自獨立且相對細的線圈。插棒式線圈的冷卻也可為技術上的挑戰(zhàn)，因為線圈必須懸浮使得其可移動并且應盡可能輕以實現高的動力。(說到實例，只要聯想電動揚聲器)。有鑒于此，其通常無法固定附接至(固體)散熱片。與起重磁鐵相比，插棒式線圈還無法僅使用低功率生成(保持)力。其實際上不適于需要使用優(yōu)選盡可能低的功耗維持大(保持)力的應用。本發(fā)明的目標因此包括尋找能夠以與起重磁鐵類似的電力產生保持力(而不影響性能曲線)但還能夠產生用跨整個調節(jié)距離的長起重產生保持力量級的力的電線性驅動。

發(fā)明內容
上述目標通過根據權利要求1所述的電磁線性致動器實現。本發(fā)明的不同示例性實施方案是從屬權利要求的標的。
下文描述電磁線性致動器。根據本發(fā)明的一個實例，線性致動器包括:框架(定子),其至少部分由軟磁性材料制成；和電樞,其至少部分由軟磁性材料制成并且以電樞可沿著縱軸相對于框架移動的這樣一種方式支撐在框架上。電樞和框架以在打開位置中沿著縱軸在電樞與框架之間存在間隙且在閉合位置中電樞和框架抵靠彼此使得間隙閉合的這樣一種方式設計。第一電樞線圈以作用在第一電樞線圈上的力可傳遞至電樞的這樣一種方式連接至電樞。線性致動器還包括用于生成激發(fā)磁場的構件，其至少部分由框架和電樞引導并且以在電流流動穿過第一電樞線圈時力作用在第一電樞線圈上且該力傳遞至電樞以閉合間隙的這樣一種方式對準?？蚣?、電樞和激發(fā)磁場以保持力在框架與電樞之間的間隙閉合時生效的這樣一種方式設計。當與正常電磁鐵(不影響性能曲線的起重磁鐵)相比，依據本發(fā)明的線性致動器提供即使用長起重仍能夠產生跨整個調節(jié)距離的保持力的量級的力的優(yōu)點。依據上述實例，這可實現，即除作用在電樞上的磁阻力外，纏繞至電樞上的一個或多個線圈傳遞力至電樞，線圈也“如電樞”在電樞的磁阻力因敞開的氣隙而仍然低時那樣推動電樞。依據本發(fā)明的實例，電樞和框架連同間隙(作為所謂氣隙)形成磁路，其中攜載激發(fā)磁場。為此目的，第一電樞線圈可自行可充當用于產生激發(fā)磁場的構件，其中電樞線圈配置在電樞上使得其至少部分緊靠氣隙。在這種背景下，電樞線圈可配置在電樞上且框架和電樞可被設計成使得在電樞的打開位置中，激發(fā)磁場自行集中在徑向方向上(橫向于縱軸)并且徑向穿透電樞線圈。依據本發(fā)明的另一個實例，用于形成靠近第一電樞線圈的激發(fā)場的構件包括指派給所述第一電樞線圈且與框架機械連接的激發(fā)線圈，其中第一電樞線圈和相關激發(fā)線圈在電流流動穿過其時生成彼此相反的磁場。至少在打開位置中，這些磁場的疊加得到徑向(橫向于縱向)磁通量(激發(fā)場)，其可與第一電樞線圈相互作用。在打開位置中，第一電樞線圈和激發(fā)線圈被指派使得其鄰近配置使得當電流流動穿過線圈時，激發(fā)場與第一電樞線圈相互作用使得力在縱向上作用在第一電樞線圈上，其閉合間隙。配置在框架上的激發(fā)線圈還可用永久磁鐵替換。此外，多對(電樞線圈和相關激發(fā)線圈)可容納在一個致動器內，類似于例如機械串聯連接。如上所述，此外或者可提供電樞線圈，其自行生成其激發(fā)場。最后，保持線圈可配置在框架上，其在間隙閉合時形成保持力。這種保持線圈還可用永久磁鐵替換。在下文中，有時同義地提到“保持”和“吸引”線圈。這總是涉及用于施加磁阻力至驅動(通常是電樞)的軟磁性可移動組件上的目的的線圈。術語“吸引線圈”說明這種情況，前提是磁阻力總是作用于吸引軟磁性組件。術語保持線圈強調使用適當尺寸，吸引線圈能夠使致動器保持為其抵著恢復力的位置。在本說明的意義內，所有保持線圈都是吸引線圈。由于致動器的力可在保持力的相同量級內，所以致動器尤其適于彈簧的張緊。彈簧隨后可通過僅非常小(在使用永久磁鐵時)的保持電流保持在張緊狀態(tài)中或即使在其斷電時仍保持張緊。


進一步描述中的下列附圖旨在幫助更好地理解本發(fā)明。發(fā)明理念的進一步細節(jié)、變型和進一步發(fā)展參考涉及特別選擇實例的附圖而討論。附圖中的元件不應被理解為限制而是旨在說明本發(fā)明的原理。圖1示出處于開端位置(a)和閉端位置(b)的本發(fā)明的實例的電磁線性致動器。在開端位置(a)中，即起重開始時，磁路主要在徑向氣隙Lb (分路)上方閉合，因此容納在氣隙Lb中的通電線圈感測其傳遞至電樞的力:線圈在閉端位置(b)的方向上推動電樞。但是由于電樞移動，軸向氣隙La減小，因此其磁阻減小且穿過La的磁流增大。在閉端位置(b)中，即在消失的軸向氣隙LA<<LB期間，配置最終如傳統(tǒng)起重磁鐵般運作。自然“電樞”也可能被保持在適當位置而非“定子”;在這種情況下，定子和電樞交換其職責且取代纏繞的電樞，“僅鐵”移動，其在許多情況下較簡單。對于驅動效率而言決定性的是氣隙Lb足夠?。黄浔仨毾鄬τ谕耆蜷_的氣隙La特別?。粓D2示出依據處于開端位置(a)和致動程序(b)期間的位置的本發(fā)明的另一個實例的電磁線性致動器；圖3示出電磁線性致動器，其類似于來自圖2的實例配置，其中致動器可保持在閉端位置(b)；圖4示出處于開端位置(a)和閉端位置(b)的依據本發(fā)明的另一個實例的電磁線性致動器；配置類似于來自圖3的致動器；圖5示出處于開端位置(a)和閉端位置(b)的依據本發(fā)明的另一個實例的用于張緊彈簧致動器的電磁線性致動器；配置類似于來自圖4的致動器，但是激發(fā)磁場由永久磁鐵生成；圖6示出依據本發(fā)明的另一個實例的電磁線性致動器；致動器可被視作來自圖1和圖2的實例的組合；圖7示出依據本發(fā)明的另一個實例的電磁線性致動器。致動器可被視作來自圖1和圖3的實例的組合；和圖8示出線性致動器，其特別穩(wěn)固并且特別容易制造。線圈的繞組至少部分纏繞至平螺紋中(其中平螺紋也可用其他類型的螺紋或斷續(xù)“鰭部”即由斷續(xù)肋部形成的多個槽替代。決定性的是繞組至少部分纏繞在電樞(材料)的凹部中)。驅動類似于圖6所示的驅動運行，但是激發(fā)線圈和指派的電樞線圈(其具有彼此排斥的能力)具有不同直徑(諸如還依據圖4)。與先前所示的驅動相比，這些電樞之間徑向存在軟磁性材料(指的是來自框架
(I)的“平螺紋”)，其必須在驅動可輸出更大力之前首先飽和。
具體實施例方式圖1展示根據本發(fā)明的線性致動器的簡單實例(圖1a:打開位置，圖1b:閉合位置)。圖1所示的配置軸對稱(縱軸I作為對稱軸)。但是并不強制將致動器設計成軸對稱。依據來自圖1的實例，線性致動器包括框架10 (下文中也稱為“定子”)以及電樞
20。電樞20以及定子10兩者至少部分由軟磁性材料組成，以能夠傳導磁通量。電樞20支撐在定子10上使得電樞20可相對于定子10沿著縱軸I移動。此外形成電樞20和定子10使得在打開位置中沿著電樞20與定子10之間的縱軸I在電樞20與定子10之間存在間隙La,且電樞20和定子10在閉合位置中抵靠彼此使得間隙La閉合。第一電樞線圈A與電樞20連接。電樞線圈A與電樞20之間的連接使得作用在第一電樞線圈A上的力可轉移至電樞20。作用在磁場與線圈電流之間的力(所述力由于相互作用而作用在電樞線圈A上)最終也將作用在電樞20自身上。根據來自圖1的實例的線性致動器最終包括用于生成激發(fā)磁場的構件，其至少部分被引導穿過框架和電樞并且以在電流流動穿過第一電樞線圈20時力Fm作用在第一電樞線圈20上，該力傳遞至電樞20以閉合間隙La (見圖1b)的這樣一種方式導向。在這種背景下，定子10、電樞20和激發(fā)磁場被設計成使得保持力Fh在定子20與電樞10之間的間隙La閉合時生效。在圖1所示的自激發(fā)變型中，電樞線圈A自行充當用于生成激發(fā)磁場的構件。電樞20和定子10連同間隙La (作為(工作)氣隙)形成磁路，激發(fā)磁場在其中被引導。在這種背景下，電樞線圈A被配置為至少部分緊靠間隙La，因此已經在打開位置(a)中部分“浸入”至框架10中。電樞線圈A尤其可配置在電樞的周邊槽中。在這種情況下，電樞線圈A圍繞縱軸I幾乎對稱地延伸。在本實例中，間隙La的長度d2由電樞20肩部21與定子10相對于肩部的正面之間的距離確定。根據本文所述的本發(fā)明的實施方案，電磁線性致動器包括在支撐在框架上的長形電樞，其可在軸向方向(縱向I)上移動，以及用于生成磁通量(激發(fā)磁場)的至少一個線圈，使得電樞和框架像起重磁鐵般彼此吸引。像在“正常”起重磁鐵中，這種吸引力是所謂的磁阻力，其軸向分量(其在不影響性能曲線的情況下在起重磁鐵中具有恒定線圈電流)至少隨氣隙長度而二次減小(如果考慮雜散場，所述減小甚至更強)。在實踐中出于這個原因，工作氣隙越大，用常規(guī)電磁鐵無法生成較大的力，但是使用閉合的工作氣隙，移動件與框架之間的更大保持力可為有效的。為能夠實現跨可移動電樞的整個調節(jié)距離的電磁鐵保持力量級的力，電樞線圈與可移動電樞連接，其以這樣一種方式被激發(fā)磁場導磁和/或與此相互作用使得至少使用打開(軸向)氣隙La，附加力(尤其勞倫斯力)作用在電樞線圈上，其在與(電樞上的)磁阻力相同的方向上作用。換句話說，使用打開(軸向)氣隙La，電樞線圈A的激發(fā)磁場至少部分跨徑向氣隙Lb閉合，這導致電樞線圈A被激發(fā)磁場導磁，使得附加的力作用在其上。如果適當設計框架、電樞和電樞線圈，那么電樞線圈將自行生成激發(fā)磁場，其適于生成像起重磁鐵的磁阻力(即，當間隙閉合時用于保持電樞)以及基于前文所提的打開氣隙的附加力效應而用于加速電樞。其實例是已在前文描述的依據圖1的線性致動器。簡單地說，根據本發(fā)明的實例的線性致動器包括(電)起重磁鐵，其電樞另外由作用在電樞線圈上的力驅動(移位)。這使得已經可以簡單方式在調節(jié)距離的開端提供較大的力。使用充足大小和電流饋電，與起重磁鐵相比，可實現高的電效率和非常短的致動時間。圖2涉及本發(fā)明的另一個實例，其中激發(fā)磁場用于加速電樞線圈A，且因此電樞20不是單獨從一個電樞線圈A生成(諸如來自圖1的實例)，而是另外在與框架機械連接的激發(fā)線圈B的幫助下生成。依據圖2所示的實例的線性致動器還包括由激發(fā)線圈B和電樞線圈A組成的一對。圖2所示的致動器可與來自圖1的致動器組合(見圖5)或獨立使用。依據來自圖2的實例，線性致動器包括框架10 (定子)和在支撐在框架上的電樞20，其可軸向移動(S卩，沿著縱軸I)。電樞線圈A與電樞20固定連接。出于這個目的，如果可能，電樞線圈A可圍繞電樞20的縱軸I對稱纏繞。指派給電樞線圈A的激發(fā)線圈B與框架10牢固連接。這可同軸地纏繞至電樞線圈A。在運行期間，電樞線圈A和激發(fā)線圈B供應有電流，使得線圈A、B產生相反磁場。在致動器的開(端)位置中(見圖2a)，線圈A、B緊靠彼此配置(彼此的軸向距離盡可能小)，使得使用串聯(或還并聯)電連接的線圈，總電感可以相對較低，因為線圈磁場的軸向(即，在移動方向上)分量幾乎破壞性地疊加。線圈A、B還可以部分融合至彼此中而配置(例如，見圖4)。磁場的徑向分量疊加，引起徑向磁通量，其在電樞線圈A中產生力效應。為獲得盡可能最優(yōu)的磁場重疊，兩個線圈A、B必須產生相同磁性磁動勢；這可最容易地獲得，即具有相同匝數的兩個線圈串聯電連接。無論致動器是否軸對稱地設計，“徑向” 一般理解為包括相對于致動器縱軸的直角的方向(即，其相對于移動方向呈直角)。因此無論致動器的橫截面形式，徑向意指“橫向于運動軸”。在圖2的本實例中，軸向“間隙”LA理解為電樞20正面與框架10相應正面之間的空間，且在這種情況下不展示磁路的氣隙。在致動器的這種結構設計中，如果間隙閉合(LA=0)，那么電樞20不抵靠框架10，且因此在閉(端)位置中電樞20與框架10之間沒有有效保持力Fh。嚴格來說，“間隙”La不涉及磁路的氣隙，因為框架在側面上打開。使用框架(其中框架在側面上閉合)，間隙La也是磁路的氣隙，且可生成各自保持力以將電樞保持在閉端位置中。這種類型的實例例如示于圖3和圖4中。圖2b圖示與圖2a中相同的致動器，但是與圖2a相比，軸向“間隙” La和徑向氣隙Lb更小，線圈A、B之間的橫截表面更大。使用來自圖2的實例，在線圈A、B之間沿著縱軸I保留有徑向氣隙Lb (即，橫向于縱軸I)。如果電流流動穿過線圈A、B，那么排斥磁阻力作用在電樞線圈A中的激發(fā)線圈B之間，因為當線圈A、B的軸向距離增大時，徑向氣隙Lb的有效橫截面也變得更大，且因此致動器配置的總電感增加。隨著距離增大，兩個線圈的電感的相互補償消退。另外，電樞線圈A基于由激發(fā)線圈B產生的所生成的徑向磁場分量而感知洛倫茲力(與從電樞線圈A生成的磁場相互作用)，其作用在與上述磁阻力相同的方向。如上文已進一步提及，通過疊加來自激發(fā)線圈和電樞線圈A、B的場而建立徑向磁場分量。更直觀的觀察源于磁壓，用磁壓可產生熱機的大致類似物:考慮作為活塞的電樞線圈A和磁場B，其位于徑向氣隙Lb中的線圈A、B之間，因為工作氣體具有(磁)壓B2/(2 Utl)，其在過程中解壓并做功。在簡單的近似中，且如果電流不太高，那么以下可適用:在恒定線圈電流穿過電樞線圈A和激發(fā)線圈B的情況下，通過使電樞線圈A移位而使氣隙的有效徑向橫截面翻倍，導致徑向氣隙中的通量密度減半。然而，磁場能量密度與B2成正比，所以在使線圈之間的磁場移位之后其僅含有剛好大于其原始場能的一半(體積翻倍，能量密度為四分之一)。能量差可做功。從這個圖立即了解，為使驅動高效，在調節(jié)距離的開端的激發(fā)線圈與電樞線圈B、A之間的距離必須盡可能小，因為壓縮越高，熱機也變得越高效。當已到達調節(jié)距離的末端時，可根據已知電路使用仍然保留的任何磁場能量，例如給電容器充電或直接使用一個所有幾個附加線圈，尤其吸引線圈(當整體作為熱機觀察時，這種電路類似于利用渦輪增壓器的剩余能量)。比具有上文所述的熱機的類比少一些生動性但更確切的物理術語是觀察磁壓梯度(“磁張力”)，其具有(B.V) B/μ。形式且具有量度NnT3。由于這個壓力梯度，除洛倫茲力之外，一個力作用在線圈Α、B之間使得壓力梯度變得更小，其對應于“矯直”，且因此縮短磁通量線。與僅僅借助于磁場而傳遞的洛倫茲力相反，由這個力做的功源于磁場本身。相比于電磁鐵中的磁阻力，“磁張力”不平行而是反徑向作用于磁通量線(“矯直”磁通量線)。圖3示出與來自圖2的實例非常類似的示例性實施方案，其中使用閉合的軸向間隙La (見圖3b)，在磁性保持力Fh的幫助下電樞20可像起重磁鐵般保持在框架10上。出于這個目的，框架10在其正面上具有肩部，如果間隙La閉合，那么電樞的對應面抵靠所述肩部。在最簡單情況下(即，不影響性能曲線的情況下)，框架10具有在其面的一側上閉合的中空圓柱體形式，且電樞20以框架10形式安裝至中空圓柱體中。但是除了軸對稱橫截面(橫向于縱軸I)以外的情況也是可行的，但是是電樞/電樞對應系統(tǒng)而非平坦正面。除了來自圖2的實例外，電樞線圈A和激發(fā)線圈B配置在槽中，槽在每個情況下配置在電樞20和/或框架10的表面中。在這種情況下，槽通常例如在縱軸I的周邊延伸。出于這個目的，其內延伸電樞線圈A的槽可比電樞線圈A自身更寬，使得緊靠其存在針對滑動軸承材料30的空間，其改進了電樞20與框架10之間的滑行特性?；瑒虞S承材料30例如是自潤滑且電絕緣的合成材料。電樞20中的槽或者可完全用電樞線圈A (包括鑄造化合物)填充。從線性致動器的開端位置開始(見圖3a)，電樞20中的槽足夠寬使得在電樞的較小移位的情況下，在電樞線圈A與激發(fā)線圈B之間保留徑向氣隙，類似于來自圖2的實例。在這種背景下，術語氣隙不應理解為意指間隙中實際存在空氣，但更重要的在于氣隙中的材料不是軟磁性的。在起重結束時(或結束前不久)也可以閉合徑向氣隙Lb (就如圖3b的實例中)。因此，這僅留出軸向氣隙La (其在起重結束時消失)，其接著(在閉合徑向氣隙之后)由于磁阻力效應(由電樞線圈A和保持線圈C的磁場引起)而閉合，并保持在閉合狀態(tài)中。出于這個目的，電樞線圈A和保持線圈C供應有同向電流。當線圈A、B供應有相反方向的電流時，徑向氣隙Lb的連續(xù)閉合偶然伴隨磁阻力，其中在移動方向上觀察，這個力施加在槽的左后側翼上，其中容納電樞線圈A，且其也促進La的閉合。為在調節(jié)距離的末端增加至電樞20上的力，并使用最小電力消耗確保在閉合軸向間隙La上的高保持力Fh，可在框架10中或框架10上配置附加激發(fā)線圈C。在本實例中，保持線圈C，類似于激發(fā)線圈B同樣配置在框架10的槽中。保持線圈C對于使致動器運轉不是強制的。使用適當布局，用于產生保持力Fh的必要激發(fā)場也可以由電樞線圈A產生；在這種情況下，槽(其中配置電樞線圈A)與電樞20正面之間的肋部應(比對應的圖2a中所示的長度r/2)明顯更小，(或甚至是零)。保持力Fh所需的激發(fā)場或者也可以由配置在框架10中的永久磁鐵生成(見來自圖5的實例)。獨立觀察，保持線圈C基本上像傳統(tǒng)電起重磁鐵的線圈般運行。圖4中的實例與來自圖3的實例基本上結構相同。在本實例中，電樞線圈A和激發(fā)線圈B同軸，且在開(端)位置中至少部分配置至彼此中，使得線圈A、B在軸向方向上部分重疊。這種類型的配置可具有非常低的初始電感，其中線圈A和B可串聯或并聯連接。在這種情況下，電樞線圈A也配置在圍繞電樞20圓周延伸的槽中。但是除了依據圖3的實例之外，電樞線圈跨槽的整個橫截面分布，且不提供單獨滑動軸承材料30 (見圖3)以形成滑動表面。如圖4a中可見(致動器的開端位置)，在移動期間，只要激發(fā)線圈B和電樞線圈重疊(在軸向方向上)，激發(fā)線圈B將“看見”徑向氣隙Lb。隨著電樞20位移增大(見圖4b)，電樞線圈A的槽也進一步移動。一旦電樞線圈A和激發(fā)線圈B的槽不再重疊(在軸向方向上)，激發(fā)線圈B不再“看到”徑向氣隙Lb，且激發(fā)線圈B的場跨電樞20和框架10短路(見圖4b)。當詳細檢查時，由于鐵的局部飽和，徑向氣隙Lb的這種短路連續(xù)發(fā)生。磁性短路只有在電樞的鐵和定子的鐵充分重疊(近似r/2)時是(幾乎)完美的。同時，電樞線圈A到達另一個激發(fā)線圈C (保持線圈)的影響范圍，其激發(fā)磁場與電樞線圈A的場同向，且其將電樞20拉至電樞的末端位置(電樞的正面接觸框架的內部正面)。在這個末端位置中，電樞20接著由于線圈A和C的場(保持力Fh)而被保持。如前文所提，電樞線圈A和激發(fā)線圈B可以纏繞，使得在打開起始位置中(例如見圖3a或圖4a)其電感(由于各自磁場的破壞性疊加)很大程度地補償，使得整體配置(線圈A、B并聯或串聯連接)具有非常低的初始電感，其具有可獲得非常高動力(S卩，短的絕對致動時間)的優(yōu)點。圖5示出與來自圖4的實例結構類似的另一個實施方案。除了依據圖4的致動器之外，由對應永久磁鐵B’和/或C’代替激發(fā)線圈B和保持線圈C。永久磁鐵B’、C’配置在框架10上或框架10中使得其產生與(激發(fā))線圈B和/或C類似的磁場，在圖4的實例中其供應有電流。在這種情況下，永久磁鐵B’和C’被設計成框架10的部分。但是永久磁鐵也可以配置在槽中，如在來自圖3的實例中，其在圓周方向上圍繞框架10的內部。此外永久磁鐵也可以附接在框架的內部上(與來自圖2的激發(fā)線圈B相同)。(也可以將框架和電樞的“職責”交換，且將永久磁鐵附接在電樞上，且取而代之將前述電樞線圈附接在框架上。)在所展示的實例中，永久磁鐵B’、C’具有中空圓柱體形式。然而永久磁鐵也可以由數個個別磁鐵組建。除了前述線性致動器之外，本實例示出變型，其中彈簧50通過線性致動器的移動而張緊，并維持在張緊狀態(tài)。即使沒有在每個實例中示出，也可以使用任何所示實施方案以張緊彈簧。此外，每個所示致動器(如果必要，設計上輕微調整)可將彈簧維持在張緊狀態(tài)。對于除了來自圖2的實例之外的所有實施方案，這在非常低的電力消耗或甚至沒有任何電力(見圖5)的情況下也是可能的。以這種方式，可實現非常簡單結構的“彈簧致動電流以這樣一種方式供應至電樞線圈Α，使得(如果在每種情況下個別地觀察場)電樞線圈的所得磁場相反于永久磁鐵B’的激發(fā)磁場而對準。如用前述實例所述，電樞線圈A和永久磁鐵B’的磁場疊加導致徑向場分量，其在電樞線圈中導致力效應，其將電樞線圈A和永久磁鐵B’驅動分開。因此，在開端位置中(見圖5a)，力作用在電樞線圈A上，其連同作用在電樞上的磁阻力跨整個調節(jié)距離是足夠大的，以張緊(壓縮)彈簧50并將電樞抵靠彈簧力移動至閉端位置(見圖5b)。在閉端位置中，由于保持磁鐵C’的激發(fā)場以及由于電樞線圈A的磁場，保持力Fh起作用，其使電樞保持在閉端位置中并因此使彈簧保持張緊。如果其大小適當，電樞也可以僅僅由于保持磁鐵C’的激發(fā)場而在斷電的情況下抵靠彈簧力保持。如果至電樞線圈A的電流饋電被反向(“負激發(fā)”)，那么保持磁鐵C’的磁場可由來自電樞線圈A的場補償，且至電樞20上的保持力Fh消失(和/或變得小于彈簧力)。彈簧50可松弛，由此致動器再次被移動至起始位置(見圖5a)。另外，洛倫茲力將作用在電樞線圈A上，但是在與張緊彈簧時相反的方向上，即朝軸向氣隙的開口，這將另外加速電樞20。在圖6中，線性致動器示作另一個實施方案，其可基本上視作圖1和圖2所示的致動器的組合(機械串聯連接)。因此，來自圖6的致動器具有兩個電樞線圈Al和A2和一個激發(fā)線圈BI，其中線圈Al和BI對對應于電樞線圈A和/或來自圖2的實例的激發(fā)線圈B，和來自圖1的實例的電樞線圈A的(自激發(fā))電樞線圈A2對。如果末端位置閉合，那么保持力Fh以與來自圖1的實例相同的方式作用在電樞20與框架10之間。在線性致動程序期間，當與來自圖1的實例對比時，附加的線圈對(激發(fā)線圈B1、電樞線圈Al)提供電樞線圈Al和因此在電樞20上的附加電磁力效應。依據圖7的磁線性致動器可視作來自圖1和圖3的實施方案的組合，其提供跨整個調節(jié)時間的尤其較高的磁力，且由于高比容力而可包括較短致動時間。電樞線圈A2具有與來自圖1或圖6的前述實例相同的功能。保持線圈C具有與來自圖3的實例相同的功能。在每種情況下線圈對A1、B1和A3、B3也具有像來自圖3的實例中的線圈A和/或B的相同功能。依據圖7的電磁線性致動器也可被看作依據圖1的致動器和依據圖3的致動器的機械串聯連接，其中對比于來自圖3的致動器，為由激發(fā)線圈B和電樞線圈A組成的對提供兩次依據圖7的致動器。為在致動器的橫截表面保持的相同時增加電磁力，可提供由電樞線圈和對應激發(fā)線圈組成的任何任選數量的對在理論上是可行的。與來自圖3的實例相同，電樞線圈Al和A3不填充電樞20中相關槽的整個橫截面?；瑒虞S承材料配置在緊靠各自電樞線圈A1、A3的槽中及在相關激發(fā)線圈B1、B2下方，如合成材料。所述材料用于填充槽，其一方面影響力的特性，且另一方面滑動軸承材料可用作由電樞20和框架10形成的摩擦軸承的部分。電樞線圈Al和保持線圈C在運行中供應有電流使得所得磁場是單向的。電樞線圈A3供應有電流使得其磁場與電樞線圈Al的場反向定向。最后，激發(fā)線圈BI和B3供應有電流使得其磁場在致動器的打開起始位置中幾乎補償相關電樞線圈Al和A3的磁場，使得可實現較低的總電導。線圈B1、A1和B3、A3成對串聯連接，且形成低電感子電路。與其平行(或單獨供應)地連接線圈A2和C。參考圖2至圖4的這種連接中所述的內容相應地適用。電樞線圈Al和A3的軸向距離被定大小使得在電樞20的閉端位置中，電樞線圈A3將定位在激發(fā)線圈BI中并直接緊靠激發(fā)線圈BI。以相同方式，激發(fā)線圈BI與保持線圈C之間的距離被定大小使得在電樞20的閉端位置中，電樞線圈Al將位于保持線圈C中或緊靠保持線圈C。在閉端位置中，保持線圈C以及電樞線圈A2的激發(fā)磁場確保充足的電樞力，以抵抗?jié)撛诘幕謴土?例如，彈簧力)將電樞20保持在框架10上。所有實施方案的共同點在于電樞20可以是沿著在框架10中軸向引導的縱軸I延伸的軸向引導軟磁性組件。電樞線圈A、A1、A2、A3也可以埋頭在沿著電樞的周邊圓周延伸的槽中，或沿著電樞的圓周纏繞(見圖1、圖3至圖5和圖7和圖8)或可沿著電樞的周邊纏繞(見圖2和圖6)。出于這個目的，線圈可由電絕緣的異型線(例如具有矩形剖面)纏繞?？筛鶕阎椒ㄓ描T造樹脂鑄造電樞線圈，其中鑄造樹脂可包括粉末。在這種背景下，粉末可由陶瓷材料組成，例如具有高熱導率的材料，或具有對應的高熱導率的另一種材料。通常可注意到，電樞20和框架10以及激發(fā)線圈B、B1、B3 (以及自激發(fā)情況下的A)應被構造成使得所得激發(fā)磁場(和/或所得激發(fā)磁場)可與所述(或這些)電樞線圈A、A1、A3相互作用，將由電樞線圈的磁路的對應幾何構造所集中，其中在致動器的開端位置中，激發(fā)場將徑向地使電樞線圈導磁，以實現軸向力效應(因為線圈電流在圓周方向上流動)。如前文所提，與電樞線圈A相互作用的磁場可由電樞線圈A自身生成(見圖1，具有軸向氣隙La，使得二次流使電樞線圈A導磁并徑向驅動電樞線圈A)。或者，被視作用于生成激發(fā)磁場的構件是固定在框架上的激發(fā)線圈B、B1、B3 (見圖3)，或對應的永久磁鐵B’(見圖5)。激發(fā)線圈B、B1、B3可在徑向方向上比對應電樞線圈A、Al、A3更大(例如，直徑更大)，使得電樞和激發(fā)線圈可至少部分滑動至彼此中。在這種背景下，電樞20和框架10可在彼此上滑動，使得徑向氣隙取決于電樞位置而閉合(見圖3和圖4)。電樞線圈A和激發(fā)線圈B或者可為幾乎相同大小(見圖2和圖6)。在這種情況下，電樞線圈和相關激發(fā)線圈可在致動器的開端位置中直接并排配置。對于電樞和/或框架應使用具有最大可能飽和聚合和最大可能高的相對導磁性的軟磁性材料。電樞和框架的電導率應盡可能低，以保持低的渦流損失。出于這個目的，類似于變壓器，用于抑制渦流的電樞和/或框架的材料可被層疊(“電氣片/薄片”)或可由復合粉末材料組成或設有槽。電樞線圈的電流供應(即，電纜)可從電樞20通過軸向孔帶出?？赏ㄟ^絞合線或絞線確保電流供應。出于這個目的的適當材料例如是鈹青銅。如前文已提及，電樞線圈應與對應激發(fā)線圈串聯或并聯連接，且被設計和配置使得在調節(jié)距離的開端各自磁場很大程度地彼此補償，使得在調節(jié)距離起始處配置的電感相對較低。然而在對應[激發(fā)線圈]之間必須保留特定軸向偏移，否則驅動力會消失或改變其符號。作用在電樞20上的磁力必須借助于桿21 (棒)從框架10帶出，以促進機械耦接至其他機器元件。致動器可與彈簧50組合(見圖5或彈簧，圖8)，使得其在末端位置中(即，在調節(jié)距離的末端)可抵靠彈簧力的作用而將其繃緊并保持在繃緊狀態(tài)中。通過切斷或通過減小負責將電樞20保持在端位置中的磁場，彈簧致動器可按需要被釋放，這導致致動器回彈至打開的起始位置。如果使用永久磁鐵，那么可在沒有任何電力的情況下將彈簧保持在張緊位置中。為釋放彈簧致動器，永久磁鐵的場(見圖5中的磁鐵C’)至少部分由線圈的相反定向的場補償，使得保持力Fh變得小于彈簧力且彈簧回彈至起始位置中。此外在回彈期間可借助于作用在電樞線圈上的電磁力而使電樞20另外地加速，這使甚至更短的致動時間成為可能。與彈簧組合，例如可有利地代替所示的線性致動器，先前已知的彈簧致動器和電開關(短致動時間、高的力，較少數量的移動件)。這尤其適用于配備有成對配置的線圈的這種驅動，從這種構造在每種情況下一者與電樞(電樞線圈)機械連接，且另一者與定子(激發(fā)線圈)連接。這種構造由于其而具有尤其適于高動力驅動的優(yōu)點。這個構造由于其而具有尤其適于高動力驅動的優(yōu)點:-在起重開始時，可提供特別大的力-在起重開始時，共軛(彼此排斥)線圈的電感可很大程度地補償，這可簡單地通過相同匝數和串聯連接來實現。與傳統(tǒng)起重磁鐵對比，這導致快得多地形成力(更小的死區(qū)時間)。然而在圖3、圖4和圖7中公開的本發(fā)明的實施方案中，所述優(yōu)點與缺點相關，缺點實際上可表示可能有經濟效益的一些應用的排除標準。1.電感1.1當驅動開啟時所需的低初始電感可導致高的電流上升速率，這在許多半導體開關(例如，晶體管)中可導致局部過熱(所謂的熱點)。在接觸顫動期間(電_)機械開關可能因火花或電弧放電而損壞或過早磨損。為安全防止破壞開關，其必需過大，這導致附加成本?；蛘呔哂虚]合磁路的電感和高導磁芯材料必須與驅動串聯連接(“磁開關保護”)，這也引起成本且同時增加電路的ESR[電子自旋共振]。2.內槽固定在定子上的激發(fā)線圈(其可對附接在電樞上的(電樞)線圈起排斥作用)例如插入至內槽中。當跨特別長的起重機在給定電樞半徑上產生盡可能高的力是至關重要時，這種配置(見圖3、圖4和圖7)是有利的。然而除此之外，其也受到缺點影響:2.1 一般而言，不可能在沒有線圈架的情況下將激發(fā)線圈附接至定子，這一方面增加了有效(徑向)氣隙(lb)，且增加了驅動的必要橫截面(以及因此其質量和所使用的材料)，且另一方面減小了其“力常數”(意思是F=F (X，I)，其中F=驅動力，X=起重位置，且I=電流強度)。2.2在(定子)激發(fā)線圈被配置在內槽中的情況下，具有長行程的設計中具有在起重移動期間電樞的邊緣與位于槽內部的定子的邊緣碰撞的風險。鑒于驅動越來越多的活動，由于磨損，必須特別考慮這個風險。然而這可通過用特別高質量的材料、制造期間的高精確度和/或相當大的徑向(寄生)氣隙運作而抵消。然而，這些測量需要附加成本或其降低驅動效率。除上述缺點(其可在本發(fā)明的一些實施方案中給出)之外，還存在另一個缺點，其影響圖1至圖7所示的所有實施方案:(大的)力出現在(軟)銅上。這些力通常必須被鑄造化合物吸收，且被轉移至定子和/或電樞。尤其鑒于線圈(和平滑槽)的相當小的正面，與其相關的技術挑戰(zhàn)對本領域技術人員而言是顯然的。所有所述缺點可通過諸如圖8所示的配置防止。圖8通過具有纏繞在電樞上的第一電樞線圈A以及(定子)激發(fā)線圈B和指派給這個激發(fā)線圈B的第二電樞線圈Al的驅動的實例來展示?？蚣苡啥鄠€軟磁性組件組成，其中電樞在其內移動(框架(I))的部分具有代替內槽的外槽。分派給第二電樞線圈Al的激發(fā)線圈B纏繞至這個槽中。外槽隨后將用另一種軟磁性材料磁性圍封，其在圖8中借助于框架(2)組件而發(fā)生。示意圖示出處于其初始起重位置的驅動，繞組未繪出。如可見，外槽形成重疊線圈(激發(fā)線圈B、第二電樞線圈Al)之間的初始起重位置中的一種類型的“軟磁橋”。因此，其無法得到這些線圈之間的未消失的互相排斥作用，這些必須自然供應有相反方向的電流。電流引致“軟磁橋”中的磁通量，其歸因于軟磁性工作材料的高相對磁導率產生驅動的高初始電感(有利地提供具有大致相同數量繞組的互相指派線圈并且將其串聯連接)。這種高初始電感允許用于在大電流流動穿過驅動線圈之前切換驅動變?yōu)橥耆珜щ姷拈_關。這保護開關(見上文)。驅動在磁通量已在移動方向上穿過“軟磁橋”、飽和時開始移動。其隨后結合比例磁鐵充當根據本發(fā)明的其他驅動(電樞移動縮短飽和“軟磁橋”在移動方向上的磁力線)。根據圖8，電樞以連續(xù)管狀實體滑動超過它且不再存在“邊緣碰撞邊緣”的可能性。根據圖8，可簡單使寄生(徑向)氣隙保持較小。上文所示的所有問題因此免除，“從銅至鐵上”的力傳遞除外。這最后一個問題根據圖8處理，即電樞和定子上的外槽執(zhí)行為切割為(平)螺紋或引入多個小型附加槽(槽例如由多個平行肋部形成，在圓周方向上間斷并且圍繞周邊延伸)。繞線完全或部分纏繞至這些較小槽和/或(平)螺紋中并且隨后如前般澆鑄。一方面，這促進將作用在銅上的力分布至槽和/或螺紋的側翼上且澆鑄化合物與電樞巧妙聯鎖。另一方面，一部分力不再發(fā)生為銅上的(洛倫茲)力而是槽和/或螺紋側翼上和因此堅固得多的組件，即電樞(其通常由鐵合金組成)本身上的所謂磁性側向壓力。此外，位于槽/螺紋中的繞組在操作期間被電磁壓入其中；這種效應通常用于標準旋轉電機器。通過應用已知方法，諸如使用適當的漆包線(尤其聚酰胺酰亞胺絕緣漆包銅線和尤其異型鋼絲)和/或適當的澆鑄化合物，繞組與“鐵”之間的絕緣問題可由任何專家安全阻止。作為將電樞與線圈絕緣的附加手段，電樞也可通過采用已知方法，諸如通過浸潰、汽相沉積、離子化等而自然設有電絕緣層。在這種背景下，根據已知手段施加絕緣層可限于電相關區(qū)域；但還可涂布整個電樞，其中涂層隨后也可充當摩擦軸承的一部分，其可形成框架(I)中的電樞，只要不提供單獨腹點或桿托(其用例如軟磁性軸承材料形成)。如前文已述，根據本發(fā)明的上述驅動非常適于與彈簧結合以替換電路斷路器中的已知彈簧操作機構(如直接驅動):這適用于所有實施例。在這種背景下，可能特別有趣地將驅動器直接安裝至高壓電路斷路器的氣體隔室中或低壓和中壓電路斷路器的(真空)管中。這使得可省去復雜密封件(例如，真空滅弧室情況下的SF6絕緣高壓電路斷路器或金屬波紋管的旋轉密封件)并且顯著減小移動件的數量，其一方面節(jié)約成本且另一方面對于可靠性有利。由于當與傳統(tǒng)磁性驅動相比高得多的動力尤其適用于同步開關(即，用零電流開關)且甚至驅動傳統(tǒng)配置在氣體和/或真空隔室之外的情況?？傊_關循環(huán)和有利的接線電路參考圖8所示的驅動實例描述。驅動具有三個線圈，即第一電樞線圈A以及激發(fā)線圈B和指派給激發(fā)線圈B的第二電樞線圈Al。第二電樞線圈Al中的激發(fā)線圈B例如具有相同數量的繞組并且串聯連接使得其生成相反的磁場。對于驅動的初始致動，電容器較佳充電并且跨串聯連接的線圈Al、B放電，即在電樞處于初始起重位置時，其意味著屬于第一電樞線圈A的軸向工作氣隙因此首先完全打開。在這種背景下，在所有側上用軟磁性材料包封激發(fā)線圈B和電樞線圈Al穿過電樞，框架(I)和框架(2)最初產生高電感(閉合磁路)及因此小初始速率的電流增大。這保護閘流晶體管。由激發(fā)線圈B和第二電樞線圈Al引致的磁通量不久在最小(有效)橫截面區(qū)域中導致磁路的部分飽和，即由定子(I)形成的“軟磁橋”(在圖8中設計為激發(fā)線圈B的平螺紋)。為了例證，可想象兩個磁性部分電路，即一個圍繞激發(fā)線圈B且一個圍繞第二電樞線圈Al，其共用具有“軟磁橋”的共同路徑。由于部分飽和，磁路非?？焖俚卮蜷_，串聯連接(Al、B)的電感快速減小且電流極大地增大。由于飽和，力生成在電樞上和第二電樞線圈Al上，其抵著壓縮彈 簧移動電樞使得第一電樞線圈A (先前尚未看見的吸引線圈)的磁路的軸向氣隙閉合。電樞線圈A可與其他線圈串聯或并聯連接，而串聯連接減小驅動的動力。電樞線圈A還可由另一個電源供應或用電流或從具有一些延遲的另一個開關/閘流晶體管供應。當起重的末端位置已到達時，電樞線圈A上方的軸向工作氣隙小于(近似)由電樞線圈A的繞組高度給定的徑向氣隙且配置越發(fā)像傳統(tǒng)起重磁鐵般工作(見圖1);穿過電樞線圈A的電流因此在電樞靠近閉端位置(未示出)時形成保持力。使用合理設計，這種保持力可使所示壓縮彈簧保持緊實。因此，由壓縮彈簧驅動的驅動不立即快速恢復，而是可在末端位置中保持更長時間，必須為電源提供構件以適當供應電流至電樞線圈A。電流的中斷因此導致驅動彈簧操作重設為初始起重位置(開端位置)。根據圖8的驅動可在傳統(tǒng)上明顯設有如來自圖7的實例所示的保持線圈C使得抵著可示作固定的彈簧的保持力可在驅動的橫截面保持相同的情況下近似翻番。在保持線圈C附近，如已知電磁鐵和/或起重磁鐵的配置功能及在驅動設計期間，可使用針對電磁鐵的相應多重已知的結構方法(例如，電樞-電樞匹配組件系統(tǒng)、壓力管、衰減渦流的構件、鼠籠式繞組
O
權利要求
1.一種電磁線性致動器，其包括: 定子(10)，其至少部分由軟磁性材料制成； 電樞(20)，其至少部分由軟磁性材料制成并且以所述電樞(20)可沿著縱軸(I)相對于所述定子(10)移動的這樣一種方式支撐在所述定子(10)上，由此，所述電樞(20)和所述定子(10)以在打開位置中沿著所述縱軸(I)在所述電樞(20)與所述定子(10)之間存在間隙(La)且在閉合位置中所述電樞(20)與所述定子(10)抵靠彼此使得間隙(La)閉合的這樣一種方式設計； 第一電樞線圈(A)，其以作用在所述第一電樞線圈(A)的力可傳遞至所述電樞(20)的這樣一種方式連接至所述電樞(20);和 用于生成激發(fā)磁場(A、B、C)的構件，其至少部分由所述定子(10)和所述電樞(20)引導并且以在電流流動穿過所述第一電樞線圈(A)時力作用在其上且這種力傳遞至所述電樞(20)以閉合所述間隙(La)的這樣一種方式導向，由此定子、電樞和激發(fā)磁場此外以保持力可在所述定子(10)與所述電樞(20)之間的所述間隙(La)閉合時生效的這樣一方式設計。
2.根據權利要求1所述的線性致動器，其中所述電樞(20)和所述定子(10)連同作為氣隙的所述間隙(La)形成磁路，其中所述激發(fā)磁場被引導； 所述第一電樞間隙(A)自行充當用于生成激發(fā)磁場的構件，由此所述電樞間隙(A)以其在鄰近(工作)氣隙(La)的所述縱向上部分處于打開位置，即其深入所述定子(10)中的這樣一種方式配置在所述電樞(20)上。
3.根據權利要求1所述的線性致動器，其中所述電樞(20)和所述定子(10)連同作為軸向(工作)氣隙的所述間隙(La)形成磁路，其中所述激發(fā)磁場被引導；所述第一電樞線圈(A)自行充當用于生成激發(fā)磁場的構件，由此所述電樞線圈(A)以這樣一種方式配置在所述電樞(20)上且所述框架和所述電樞以在所述電樞(20)的打開位置中，所述激發(fā)磁場集中在橫向于所述縱軸的所述徑向上并且徑向延伸穿過所述電樞線圈的這樣一種方式設計。
4.根據權利要求2或3所述的線性致動器，其中，所述電樞(20)沿著在所述定子(10)中滑動的所述縱軸引導且其中所述電樞(20)具有止擋，當所述氣隙(La)閉合時，所述定子(10)的正面靜置在所述止擋上使得引導所述激發(fā)場的幾乎閉合磁路形成。
5.根據權利要求2至4中任一項所述的線性致動器，其中所述電樞線圈(A)圍繞所述電樞(20)的所述縱軸引導。
6.根據權利要求2至5中任一項所述的線性致動器，其還包括第二電樞線圈(Al)，其以作用在所述第二電樞線圈(Al)上的力可傳遞至所述電樞(20)上的這樣一種方式連接至所述電樞(20)，由此用于生成所述激發(fā)磁場的所述構件包括鄰近所述第二電樞線圈(Al)，與后者相關并且機械連接至所述定子(10)的激發(fā)線圈(BI)， 由此所述第二電樞線圈(Al)和與其相關的所述激發(fā)線圈(BI)在其具有電流時生成相反磁場，其至少在打開位置中疊加并且因此形成具有橫向于所述縱軸定向的場分量的激發(fā)場，及 由此在打開位置中，所述第二電樞線圈(Al)和與其相關的所述激發(fā)線圈(BI)以當所述線圈具有電流時，橫向于所述縱軸定向的所述場分量以閉合所述間隙(La)的力作用在所述第二電樞線圈(Al)上的這樣一種方式與所述第二電樞線圈(Al)相互作用的這樣一種方式配置為鄰近方式。
7.根據權利要求6所述的線性致動器，其還包括第三電樞線圈(A3)，其以作用在所述第三電樞線圈(A3 )上的力可傳遞至所述電樞(20 )的這樣一種方式連接至所述電樞(20 )， 由此用于生成所述激發(fā)磁場的所述構件除所述第三電樞線圈(A3)之外包括與后者相關并且機械連接至所述定子(10)的激發(fā)線圈(B3)， 由此所述第三電樞線圈(A3)和與其相關的所述激發(fā)線圈(B3)在其具有電流時生成相反磁場，其至少在打開位置中疊加并且因此形成具有橫向于所述縱軸定向的場分量的激發(fā)場，和 由此在打開位置中，所述第三電樞線圈(A3)和與其相關的所述激發(fā)線圈(B3)以當所述線圈具有電流時，橫向于所述縱軸定向的所述第三電樞線圈(A3)的所述激發(fā)場和與其相關的所述激發(fā)線圈(B3)的所述場分量以閉合所述間隙(La)的力在所述縱向上作用其上的這樣一種方式與所述第三電樞線圈(A3)相互作用的這樣一種方式配置為鄰近方式。
8.根據權利要求7所述的線性致動器，其中在閉合位置中，所述第三電樞線圈(A3)直接鄰近與所述第二電樞線圈(Al)相關的所述激發(fā)線圈(BI)或位于其中。
9.根據權利要求7或8所述的線性致動器，其中所述第二電樞線圈(Al)和所述第三電樞線圈(A3 )在其具有電流時自行生成相反磁場。
10.根據權利要求2至5中任一項所述的線性致動器，其還包括第二電樞線圈(A)，其以作用在所述第二電樞線圈(A)上的力可傳遞至所述電樞上的這樣一種方式連接至所述電樞(20)，由此用于生成所述激發(fā)磁場的所述構件除所述第二電樞線圈(A)外包括與后者相關并且機械連接至所述定子的至少一個永久磁鐵(B’)， 由此在打開位置中，所述第二電樞線圈(A)和與其相關的所述永久磁鐵(B’ )以在所述第二電樞線圈(A)具有電流時所述永久磁鐵(B’)的所述磁場和所述第二電樞線圈(A)的所述磁場至少在打開位置中疊加且因此形成至橫向于所述縱軸定向的所述場分量的激發(fā)場，所述場分量以閉合所述間隙(La)的力在所述縱向上作用在所述第二電樞線圈(A)上的這樣一種方式與所述第二電樞線圈(A)相互作用的這樣一種方式配置。
11.根據權利要求2至10中任一項所述的線性致動器，其中所述電樞(20)和所述定子(10)以在閉合位置中橫向于所述縱軸延伸的所述激發(fā)場至少大致磁性短路(因此，徑向氣隙Lb閉合)的這樣一種方式設計。
12.根據權利要求1至11中任一項所述的線性致動器，其中用于生成所述激發(fā)場的所述構件具有機械連接至所述定子(10)并且以在所述縱向上所述電樞在打開位置中和閉合位置中不深入或僅部分深入另一激發(fā)線圈(C)的這樣一種方式配置的另一個激發(fā)線圈(C)(“保持線圈”)， 所述電樞(20)充當另一個激發(fā)線圈(C)的鐵芯，或 所述電樞(20)以在所述另一個激發(fā)線圈(C)具有電流時，保持力作用在所述電樞(20)與所述定子(10 )之間的這樣一種方式耦合至所述另一個激發(fā)線圈(C)，或 所述電樞連同所述定子使所述另一個激發(fā)線圈(C)磁性短路。
13.根據權利要求1至11中任一項所述的線性致動器，其中用于生成所述激發(fā)場的所述構件具有機械連接至所述定子(10 )并且以所述另一個永久磁鐵(C’)在閉合位置中在電樞(20)與定子(10)之間帶來保持力的這樣一種方式配置的至少另一個永久磁鐵(C’)，由此在閉合位置中，至少一個電樞線圈(A)以這樣一種方式靜止并且以所述永久磁鐵(C’ )的所述磁場可通過為所述電樞線圈(A)或配置在所述框架上的另一線圈適當供應電流而完全或部分補償使得保持力減小或完全消失及/或打開所述軸向(工作氣)隙(匕)的排斥力可在所述電樞線圈(A)與所述永久磁鐵(C’ )之間生成的這樣一種方式磁性耦合至所述永久磁鐵(C’)。
14.根據權利要求1所述的線性致動器，其中用于生成所述激發(fā)場的所述構件除所述第一電樞線圈(A)外包括與后者相關并且機械連接至所述定子的激發(fā)線圈(B)，由此所述第一電樞線圈(A)和所述激發(fā)線圈(B)在其具有電流時自行生成相反磁場，其疊加并且因此形成場分量橫向于所述縱軸定向的激發(fā)場且其中在打開位置中，所述第一電樞線圈(A)和與其相關的所述激發(fā)線圈(B)以在所述線圈具有電流時所述激發(fā)場的所述場分量(所述分量橫向于所述縱軸定向)以閉合所述軸向間隙(La)的力在所述縱向上作用在所述第一電樞線圈(A)上的這樣一種方式與所述第一電樞線圈(A)相互作用的這樣一種方式鄰近配置。
15.根據權利要求14所述的線性致動器，其中所述定子(10)具有止擋，所述電樞(20)在閉合位置中靜置在所述止擋上。
16.根據權利要求14和15中任一項所述的線性致動器，其中用于生成所述激發(fā)場的所述構件包括機械連接至所述定子(10)并且以所述電樞(20)在打開位置中和閉合位置中不深入或僅部分深入另一個激發(fā)線圈(C)中的這樣一種方式配置在所述縱向上的所述另一個激發(fā)線圈(C): 所述電樞(20)充當所述另一個激發(fā)線圈(C)的鐵芯， 或所述電樞(20)以在所述另一個激發(fā)線圈(C)具有電流時，保持力作用在所述電樞(20)與所述定子(10)之間的這樣一種方式耦合至所述另一個激發(fā)線圈(C)，或 所述電樞連同所述定子使所述另一個激發(fā)線圈(C)磁性短路。
17.根據權利要求16所述的線性致動器，其中所述第一電樞線圈(A)在閉合位置中直接鄰近所述另一個激發(fā)線圈(C)。
18.根據權利要求14至17中任一項所述的線性致動器，其中徑向氣隙(Lb)存在于所述電樞(20)與所述定子(10)之間，所述氣隙在所述軸向上由所述電樞線圈(A)和所述相關激發(fā)線圈(B)的位置限制。
19.根據權利要求14至16中任一項所述的線性致動器，其中在所述電樞(20)與所述定子(10)之間存在徑向氣隙(LB)，所述間隙在所述軸向上由所述電樞線圈(A)和所述相關激發(fā)線圈(B)的位置限制，由此所述電樞和所述定子以所述徑向氣隙在閉合位置中磁性短路的這樣一種方式構建。
20.根據權利要求1所述的線性致動器，其中用于生成所述激發(fā)場的所述構件除所述第一電樞線圈(A)外包括與后者相關并且機械連接至所述定子的至少一個永久磁鐵(B’)，由此所述第一電樞線圈(A)和所述至少一個永久磁鐵(B’)在所述電樞線圈具有電流時生成相反磁場，所述磁場在閉合位置中疊加并且形成場分量橫向于所述縱軸定向的激發(fā)場且其中在打開位置中，所述第一電樞線圈(A)和與其相關所述永久磁鐵(B’ )以在所述第一電樞線圈具有電流時所述激發(fā)場的所述場分量(所述場分量橫向于所述縱軸定向)以閉合所述間隙(La)的力在所述縱向上作用在所述第一電樞線圈(A)上的這樣一種方式與所述第一電樞線圈(A)相互作用的這樣一種方式配置。
21.根據權利要求20所述的線性致動器，其包括另一個永久磁鐵(C’)，其永久連接至所述定子(10)，所述磁鐵生成以在所述軸向間隙閉合時磁性保持力作用在所述電樞(20)與所述定子(10 )之間的這樣一種方式導向的激發(fā)磁場。
22.根據權利要求20或21所述的線性致動器，其中所述永久磁鐵是所述定子(10)的組件。
23.根據前述權利要求中任一項所述的線性致動器，其中所述電樞和激發(fā)線圈(A、B)圍繞所述線性電樞的所述縱軸在圓周方向上纏繞。
24.根據前述權利要求中任一項所述的線性致動器，其中所述電樞線圈配置在在圓周方向上圍繞所述電樞(20)延伸的槽中及/或所述激發(fā)線圈配置在在圓周方向上圍繞所述定子(10)延伸的槽中。
25.根據權利要求24所述的線性致動器，其中至少一個電樞線圈(A)不完全填充所述相關槽且所述槽中的其余空間填充摩擦軸承材料(30)，由此在所述線性電樞移動的情況下，所述摩擦軸承材料(30)在所述定子(10)的內表面上滑動。
26.根據前述權利要求中任一項所述的線性致動器，其中所述線圈的所述繞組(如在(旋轉)同步馬達中常用的)完全或部分容納在軟磁性材料的槽中并且在這種情況下(平)螺紋的螺紋或多個中斷肋部，例如平行腹板可充當“槽”。
27.根據前述權利要求中任一項所述的線性致動器，其特征在于其包括緊固在所述定子上的至少一個激發(fā)線圈及所述定子包括數個軟磁性零件，其至少一個構造成其中引導所述電樞的管及緊固在所述定子上的所述激發(fā)線圈例如從外部纏繞至槽中至構造為管的定子零件上，所述管在所述繞組的區(qū)域中具有這樣一種薄壁使得其可在所述電樞移動的方向上引導比所述電樞本身明顯更小的磁通`量而至少部分不飽和，及纏繞至所述管上的所述激發(fā)線圈被一個或多個其他定子零件以閉合磁路形成有磁路具有大于所述纏繞管的最小橫截面的總橫截面的管的這樣一種方式圍繞及當電流在所述激發(fā)線圈中增大時，在無所述電樞的情況下，纏繞有所述激發(fā)線圈的所述管的部分因此必須首先飽和。
28.根據權利要求26所述的線性致動器，其中所述電樞纏繞有與緊固在所述定子上的所述激發(fā)線圈相關的電樞線圈，由此所述最小電樞橫截面為所述電樞線圈的所述繞組的面積且大致等于或小于所述激發(fā)線圈外的所述定子的最小橫截面。
29.一種真空開關管，其特征在于根據前述權利要求中任一項所述的驅動配置在所述開關管的真空中并且用于打開及/或閉合電接觸。
30.一種高壓電源開關，其特征在于根據前述權利要求中任一項所述的驅動配置在所述開關的氣腔中并且用于打開及/或閉合所述電接觸。
31.一種高壓電源開關，其包括具有彈簧和用于張緊所述彈簧并且將所述彈簧保持在張緊狀態(tài)中的根據權利要求1至28中任一項所述的線性電樞的至少一個彈簧加載驅動。
32.一種彈簧加載驅動，其包括彈簧和用于張緊所述彈簧并且使所述彈簧保持在張緊狀態(tài)中的根據權利要求1至28中任一項所述的線性電樞。
全文摘要
本發(fā)明涉及電磁線性致動器。根據本發(fā)明的一個實例，所述線性致動器包括框架(定子)，其至少部分由軟磁性材料制成；和電樞，其至少部分由軟磁性材料制成并且以所述電樞可沿著縱軸相對于所述框架移動的這樣一種方式支撐在所述框架上。所述電樞和所述框架以在打開位置中沿著所述縱軸在所述電樞與所述框架之間存在間隙且在閉合位置中所述電樞和所述框架抵靠彼此使得所述間隙閉合的這樣一種方式設計。第一電樞線圈以作用在所述第一電樞線圈上的力可傳遞至所述電樞的這樣一種方式連接至所述電樞。所述線性致動器還包括用于生成激發(fā)磁場的構件，其至少部分由所述框架和所述電樞引導并且以在電流流動穿過所述第一電樞線圈時力作用在所述第一電樞線圈上且該力傳遞至所述電樞以閉合所述間隙的這樣一種方式導向。所述框架、所述電樞和所述激發(fā)磁場以保持力在所述框架與所述電樞之間的間隙閉合時生效的這樣一種方式設計。
文檔編號H01H53/015GK103155058SQ201180050025
公開日2013年6月12日 申請日期2011年10月6日 優(yōu)先權日2010年10月16日
發(fā)明者R·米夏埃爾森, A·梅克倫堡, R·施耐德 申請人:Msm克里斯塔爾公司