專利名稱：具有改進(jìn)的起始力和鎖緊力的電磁致動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電磁致動(dòng)器，更具體地涉及高起始力的電磁致動(dòng)器。
背景技術(shù)：
電磁致動(dòng)器是將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械運(yùn)動(dòng)的裝置。它主要由兩個(gè)部分組成螺線管線圈和電樞。通常，線圈由已經(jīng)繞成圓柱形的接線形成。電樞典型地安裝成相對(duì)于圓柱形線圈軸向移動(dòng)或滑動(dòng)。施加于線圈的電信號(hào)生成將力給予到電樞上的電磁場(chǎng)，從而引起電樞移動(dòng)。
電磁致動(dòng)器可用于致動(dòng)一機(jī)構(gòu)，例如閥、斷路器、自動(dòng)開關(guān)、開關(guān)設(shè)備等等。每個(gè)機(jī)構(gòu)需要某一數(shù)量的力以操作該機(jī)構(gòu)。此外，很多機(jī)構(gòu)具有用以包含電磁致動(dòng)器的有限數(shù)量的空間，從而電磁致動(dòng)器常設(shè)計(jì)成具有小的外形以配合到有限數(shù)量的空間中。常常這樣的小外形致動(dòng)器不能提供足夠的力用以致動(dòng)該機(jī)構(gòu)。
因此，存在對(duì)小外形電磁致動(dòng)器的需要，該致動(dòng)器能生成足夠的力用以致動(dòng)機(jī)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)具有增加的起始力和改進(jìn)的鎖緊力的電磁致動(dòng)器。
在下文中將更完全地說明本發(fā)明的這些和其它特征。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種電磁致動(dòng)器，該電磁致動(dòng)器包括殼、螺線管線圈和電樞。該殼具有端壁并且限定腔。該端壁具有非共面的第一和第二表面。該螺線管線圈設(shè)置于殼的腔中。該電樞設(shè)置成基本與螺線管線圈同軸。該電樞在接近殼的端壁而設(shè)置的第一位置與遠(yuǎn)離殼的端壁而設(shè)置的第二位置之間可移動(dòng)。該電樞具有相對(duì)的第一和第二端。第一端朝向殼的端壁而設(shè)置并且具有非共面的第一和第二表面。電樞的第二表面比電樞的第一表面設(shè)置得更靠近第二端。當(dāng)電樞在第一位置中時(shí)，殼的端壁的第一表面比電樞的第一端的第一表面設(shè)置得更靠近電樞的第二端。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種電磁致動(dòng)器，包括限定腔的殼、軸、螺線管線圈、夾表面、電樞和伸展構(gòu)件。該軸伸展穿過殼并且具有縱向軸。該螺線管線圈設(shè)置于殼的腔中，并且具有與該軸的縱向軸基本同軸的中央軸。該電樞固定到該軸，并且從該軸徑向地向外伸展到外圍表面。該電樞定位成以便該夾表面設(shè)置于螺線管線圈與電樞之間。該電樞在接近夾表面而設(shè)置的第一位置與遠(yuǎn)離夾表面而設(shè)置的第二位置之間可移動(dòng)。當(dāng)該電樞在第二位置中時(shí)，該電樞和該夾表面在其間限定第一間隙。該第一間隙在該軸的縱向軸的方向上具有寬度。該伸展構(gòu)件在該軸的縱向軸的方向上伸展，以在從該軸的縱向軸徑向地向外的方向上界定該第一間隙。該伸展與該殼或該電樞形成第二間隙。該第二間隙具有在從該軸的縱向軸徑向地向外的方向上伸展的多個(gè)不同寬度。這些寬度都小于該第一間隙的寬度。


借助本發(fā)明的非限制性的說明性實(shí)施例，通過參照附圖，將在以下詳細(xì)的描述中進(jìn)一步描述本發(fā)明，其中貫穿了附圖的若干視圖，類似的標(biāo)號(hào)表示相似的元素，在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的在打開位置中的說明性電磁致動(dòng)器的剖視圖；圖2是圖1的致動(dòng)器在閉合位置中的剖視圖；
圖3是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的另一說明性電磁致動(dòng)器的部分剖視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的另一說明性電磁致動(dòng)器的部分剖視圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的又一說明性電磁致動(dòng)器的部分剖視圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的另一說明性電磁致動(dòng)器的剖視圖；圖7是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的另一說明性電磁致動(dòng)器的剖視圖，其中該致動(dòng)器的電樞在第二位置中；圖8是圖7的電磁致動(dòng)器的剖視圖，其中該致動(dòng)器的電樞在第一位置中；圖9是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的另一說明性電磁致動(dòng)器的剖視圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的另一說明性電磁致動(dòng)器的剖視圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的另一說明性電磁致動(dòng)器的剖視圖；及圖12是圖11的電磁致動(dòng)器的部分特寫視圖。
具體實(shí)施例方式
如上所述，很多小外形的電磁致動(dòng)器不能提供足夠的力用以致動(dòng)特定機(jī)構(gòu)。然而，增加致動(dòng)器的起始力可提供足夠的力用以致動(dòng)該機(jī)構(gòu)。也就是說，如果電磁致動(dòng)器能夠配置成提供更高的起始力，則所造成的增加的加速度和慣性可足以致動(dòng)該機(jī)構(gòu)。這樣，本發(fā)明針對(duì)具有增加的起始力的電磁致動(dòng)器。
圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的在打開位置中的說明性電磁致動(dòng)器的剖視圖。如圖1所示，致動(dòng)器30包括螺線管線圈5、軸8、電樞7和殼20。
螺線管線圈5包括繞成圓柱形的導(dǎo)體和用于將電功率連接到該導(dǎo)體的接線(未示出)。電功率到螺線管線圈5的連接產(chǎn)生了在一些材料上施加力的磁場(chǎng)。圈繞在螺線管線圈5中的導(dǎo)體數(shù)目越大，當(dāng)螺線管線圈被賦能時(shí)施加的力就越大。力的方向依賴于施加至引線的電功率的極性。例如，施加正電壓到引線可造成電樞7上的向上力，而施加負(fù)電壓可造成電樞7上的向下力。力的強(qiáng)度還依賴于電樞7的行程。也就是說，當(dāng)電樞7位于螺線管線圈5遠(yuǎn)處時(shí)，與當(dāng)電樞7接近螺線管線圈5時(shí)相比，電樞7上的電磁力更弱。
如圖所示，螺線管線圈5置于基板11與夾板3之間且在由殼20限定的腔內(nèi)?；?1基本是平面的；然而，基板11可以是將螺線管線圈5固定于殼20內(nèi)的任何形狀?；?1包括用于接納緊固件10的螺孔以便將夾板3和殼20固定到基板11；但是，也可考慮其它緊固技術(shù)。基板11具有用以接納軸8的通路；但是，如果軸8不伸展經(jīng)過基板11，則可不包括此種通路。
基板11伸展超過殼20以便將電磁致動(dòng)器30安裝到另一裝置上，如，例如閥、斷路器、自動(dòng)開關(guān)、開關(guān)設(shè)備等等?；?1具有用于緊固件12和緊固件13的孔。盡管緊固件12和13分別示為沉頭螺釘和凹頭螺釘，也可以考慮其它緊固件和其它安裝技術(shù)。
芯1包括可透磁的材料并基本是環(huán)形的。芯1具有用于接納螺線管線圈5的環(huán)形凹陷和用于接納軸襯4的軸向通路；然而，芯1可以是為螺線管線圈5提供磁路的任何形狀。芯1具有用于接納緊固件10的通孔；然而，如果緊固件10位于芯1以外，則芯1可不包括通孔。將芯1設(shè)置于基板11上，它的軸向通路與基板11的通路對(duì)準(zhǔn)，并且它的通孔與基板11的螺孔對(duì)準(zhǔn)。
永久磁體2基本是環(huán)形的，并具有用于軸襯4的軸向通路；然而，永久磁體2可以是任何適合的形狀。對(duì)準(zhǔn)永久磁體2使得它的磁極提供將電樞7朝向螺線管線圈5偏置的磁力。力在永久磁體2接近電樞7時(shí)力最強(qiáng)，而在永久磁體2遠(yuǎn)離電樞7時(shí)最弱。永久磁體2設(shè)置在芯1上，典型地接近電樞7以在電樞7上提供增加的磁力。永久磁體2與一種用于劃動(dòng)致動(dòng)器30的技術(shù)一起使用，但對(duì)于其他技術(shù)可以省略，如以下更詳細(xì)地所述。
殼20基本為環(huán)形并且限定一腔，該腔包含芯1、螺線管線圈5、永久磁體2、夾板3和軸襯4。殼20具有通孔，對(duì)應(yīng)于芯1的通孔，用于接納緊固件10。殼20設(shè)置于芯1上，它的通孔與芯1的通孔對(duì)準(zhǔn)。殼20包括基本環(huán)形的伸展構(gòu)件21，該伸展構(gòu)件21在朝向電樞7的軸方向上伸展，并超出螺線管線圈5和夾板3。殼20和伸展構(gòu)件21可以是能夠與電樞7限定間隙的任何適合形狀，如以下更詳細(xì)地所述。伸展構(gòu)件21可以與殼20整合地形成，或者可以是附著到殼20的分離件。此種附著例如可以是焊接、粘附、緊固件等等。伸展構(gòu)件21由可透磁的材料構(gòu)成，并限定環(huán)形內(nèi)表面26。伸展構(gòu)件21在電樞7上提供增加的起始磁力，如以下更詳細(xì)地所述。
夾板3基本是環(huán)形，并具有與殼20的通孔對(duì)應(yīng)的通孔以及與永久磁體2的通路對(duì)應(yīng)的軸向通路。夾板3可以是任何適合的形狀，并且可利用任何緊固技術(shù)以將永久磁體2、螺線管線圈5和芯1緊固在殼20以內(nèi)。如凹頭帽螺釘所示的緊固件10穿過夾板3的通孔、殼20的通孔、芯1的通孔來設(shè)置，并螺合到基板11的螺孔中。
軸襯4基本是圓柱形的，并設(shè)置于芯1的通路、永久磁體2的通路和夾板3的通路中。軸襯4固定著軸8，從而軸8可軸向移動(dòng)。
軸8基本是圓柱形的，并設(shè)置于軸襯4中。軸8包括在軸的一端處的軸頸23以及在軸8的另一端上的螺紋24。軸環(huán)23接近芯1并大于芯1的通路，因而限制軸8在一個(gè)方向軸向運(yùn)動(dòng)。螺紋24遠(yuǎn)離芯1并與緊固件14配合以限制軸8在另一方向軸向運(yùn)動(dòng)。緊固件14示為接合到螺紋24的六角螺母；但是，也可考慮其它緊固技術(shù)。
彈簧9在夾板3與電樞7之間設(shè)置于軸8以上。彈簧9在壓縮下，因而使電樞7遠(yuǎn)離螺線管線圈5偏置。彈簧9的大小依賴于用于劃動(dòng)致動(dòng)器30的技術(shù)，如以下更詳細(xì)地所述。
電樞7包括可透磁的材料并且具有外表面25。外表面25可以基本上是環(huán)形，或可以是適合用于與伸展構(gòu)件21的內(nèi)表面限定間隙的任何其它形狀。電樞7具有接納軸8的通路，并且設(shè)置成基本與螺線管線圈5同軸。電樞7經(jīng)由緊固件14固定到軸8；但是，電樞7也可以利用其它技術(shù)固定到軸8，如焊接等等。電樞7具有接納彈簧9的圓柱形凹陷；但是，可以考慮電樞7不包括凹陷。
為解釋一種用于電磁致動(dòng)器30的操作技術(shù)，圖1示出在未將功率傳遞到螺線管線圈5時(shí)在打開位置中(即電樞7位于螺線管線圈5的遠(yuǎn)處)的電磁致動(dòng)器30?？梢钥闯?，電樞7和殼20的體限定了具有寬度D1的間隙。并且，電樞7的外表面25位于離殼伸展構(gòu)件21的內(nèi)表面26的距離D2處，從而限定具有寬度D2的環(huán)形氣間隙27。寬度D2小于寬度D1，由此增加起始力，如以下更詳細(xì)地所述。
彈簧9將電樞7偏置離開螺線管線圈5，并且永久磁體2將電樞7朝向螺線管線圈5偏置。因?yàn)殡姌?位于永久磁體2的遠(yuǎn)處，所以作用在電樞7上的來自永久磁體2的磁力與由彈簧9施加的機(jī)械力相比相對(duì)較小。這樣，電樞7保持在打開位置中，直到施加另一力為止。
當(dāng)向螺線管線圈5施加電流時(shí)，磁力作用在電樞7上，將電樞7拉向螺線管線圈5。為進(jìn)一步描述磁力，在螺線管線圈5的橫剖面周圍存在磁路。也就是說，存在從芯1經(jīng)過殼20、殼伸展構(gòu)件21、橫越氣間隙27、經(jīng)過電樞7、橫越具有寬度D1的氣間隙、經(jīng)過夾板3和永久磁體2、并回到芯1的磁路。該磁路提供用于磁通量的路徑以產(chǎn)生電樞7上的磁力。來自賦能的螺線管線圈5的磁力強(qiáng)于由彈簧9施加的力，因而電樞7移動(dòng)到圖2中示出的閉合位置。
由于伸展構(gòu)件21伸展超出夾板3，并且限定小環(huán)形的氣間隙27，而不是大的氣間隙(如具有寬度D1的氣間隙)，電樞7以更高的起始力朝向螺線管線圈5移動(dòng)。由此，與如果致動(dòng)器30沒有伸展構(gòu)件21相比，電磁致動(dòng)器30可致動(dòng)更大的機(jī)構(gòu)。由此，相同大小的螺線管線圈和電樞能夠比另外可能的方式致動(dòng)更大的機(jī)構(gòu)。從而，伸展構(gòu)件21可增加由電磁致動(dòng)器30傳遞的力，而不顯著增加由致動(dòng)器30占據(jù)的空間。
一旦在閉合位置中，電樞7保持在閉合位置中，直到另一力作用到電樞7上。電樞7保持在閉合位置中，因?yàn)橛谰么朋w2現(xiàn)在接近電樞7定位，從而與由彈簧9施加的相反力相比，施加更大的力。由此，即使從螺線管線圈5去除功率，電樞7仍保持在閉合位置中。
為了將電樞7返回到打開位置，可在螺線管線圈5上設(shè)置反向電流。此電流產(chǎn)生在電樞7上施加向上磁力的磁場(chǎng)，該磁力大于來自永久磁體2的向下磁力，從而使電樞7回到打開位置。電樞7保持在打開位置中，因?yàn)橛谰么朋w2現(xiàn)在位于電樞7的遠(yuǎn)處，因而與由彈簧9施加的相反力相比，施加更小的力。因而，即使從螺線管線圈5去除功率，電樞7仍保持在打開位置中。
伸展構(gòu)件21的不同長度D3影響致動(dòng)器30的力行程距離特性。為示出伸展構(gòu)件21的不同長度的影響，使用有限元分析軟件包，針對(duì)不同的行程長度D1和不同的伸展構(gòu)件21長度D3，計(jì)算由螺線管線圈5施加在電樞7上的磁力。將結(jié)果總結(jié)于下表1中，以Newton指示力。

表1可以看出，對(duì)于不具有伸展構(gòu)件(即具有長度D3＝0)的電磁致動(dòng)器30，起始力是305N。然而，具有長度D3＝12mm的伸展構(gòu)件21，起始力增加到563N。此起始力增加可提供加速度和慣性以致動(dòng)更大的機(jī)構(gòu)而不利用更大的螺線管線圈。伸展構(gòu)件21的另一個(gè)特征是，電樞7可具有基本恒定的加速度，從而造成一致的閉合時(shí)間，這在一些致動(dòng)器應(yīng)用中是重要的。
進(jìn)而，致動(dòng)器行程上的力-位移曲線可通過變化氣間隙27的形狀來控制，例如通過變化伸展構(gòu)件的長度和形狀。例如，間隙27的寬度能夠以增加離夾板3的距離來增加，如圖3所示。如圖所示，伸展構(gòu)件21′從殼20′伸展。伸展構(gòu)件21′具有形成環(huán)形氣間隙27′的內(nèi)環(huán)形表面26′。氣間隙27′隨著離夾板3的距離增加而變得更寬。以此氣間隙，起始力是小于圖1的起始力，但是隨著增加電樞7行程而更快地增加。
圖4示出另一致動(dòng)器30″。如圖所示，伸展構(gòu)件21″從殼20″伸展。伸展構(gòu)件21″具有形成環(huán)形氣間隙27″的內(nèi)環(huán)形表面26″。氣間隙27″隨著離夾板3的距離增加而變得更窄。盡管示出了線性增加和減小的氣間隙，也可考慮其他形狀的氣間隙，如，例如曲形、鋸齒形、方形等等。
在圖3和4中，電樞7的外表面25不平行于伸展構(gòu)件(21′，21″)的內(nèi)環(huán)形表面(26′，26″)，這提供了具有不同寬度的氣間隙(27′，27″)。此外，在以從軸8的縱向軸徑向向外的方向伸展的平面中，電樞7的外表面25平行于軸8的縱向軸，并且伸展構(gòu)件(21′，21″)的內(nèi)環(huán)形表面(26′，26″)不平行于軸8的縱向軸。
進(jìn)而，考慮用于劃動(dòng)致動(dòng)器30的其它技術(shù)。例如，永久磁體2對(duì)于致動(dòng)器30的操作不是需要的。如果永久磁體2不包括在致動(dòng)器30中，則將功率連續(xù)施加到螺線管線圈5以將致動(dòng)器30保持在閉合位置中。在另一替選實(shí)施例中，彈簧9處于緊張狀態(tài)中，將電樞7朝向螺線管線圈5偏置。
圖5示出與電磁致動(dòng)器30類似的另一說明性電磁致動(dòng)器50的一部分。如圖5所示，電磁致動(dòng)器50包括殼70和夾板53。夾板53與圖1的夾板3類似。殼70與圖1的殼20類似；但是，在此實(shí)施例中，殼70不具有伸展構(gòu)件。而在此實(shí)施例中，致動(dòng)器57包括伸展構(gòu)件58。伸展構(gòu)件58可與電樞57整合地形成，或可以是附著到電樞57的分離件。此附著例如可以是焊接、粘附、緊固件等等。間隙59形成于伸展構(gòu)件58的內(nèi)表面58a與殼70的外圍表面70a之間。凹陷80在殼70的外圍表面70a中形成，并幫助限定間隙59。以此方式，凹陷80增加間隙59的寬度，從而比間隙59的剩余部分的寬度更大。由螺線管線圈生成的磁通線集中于間隙59的區(qū)域中，從而增加電樞57上的起始力。
應(yīng)當(dāng)理解，除了凹陷80之外，可在殼70的外圍表面70a中形成其它凹陷。此外或替代凹陷(如凹陷80)，可以為殼70的外圍表面70a提供一個(gè)或多個(gè)凸起。凹陷(如凹陷80)或凸起產(chǎn)生了外圍表面70a中的不規(guī)則，其通過將通量引導(dǎo)到特定位置而集中磁通。此外或替代殼的外圍表面70a中的不規(guī)則(如凹陷80)，可在伸展構(gòu)件58的內(nèi)表面58a中形成一個(gè)或多個(gè)不規(guī)則。例如，可在伸展構(gòu)件58的內(nèi)表面58a中形成一個(gè)或多個(gè)凹陷和/或一個(gè)或多個(gè)凸起。
還應(yīng)進(jìn)一步理解，不規(guī)則(如凸起或凹陷)可在于此公開的其他致動(dòng)器實(shí)施例的電樞和/或擴(kuò)展中形成。
圖6示出本發(fā)明的另一說明性實(shí)施例。如圖6所示，電磁致動(dòng)器60包括殼61、電樞65和螺線管線圈82。
螺線管線圈82與圖1中的螺線管線圈5類似。如圖所示，螺線管線圈82設(shè)置在由殼61限定的腔83內(nèi)。
電磁致動(dòng)器60還包括永久磁體71。永久磁體71基本是環(huán)形的，并且具有用于電樞65的軸向通路；然而，永久磁體71可以是任何適合的形狀。將永久磁體71對(duì)準(zhǔn)，使得它的磁極提供偏置電樞65的磁力。永久磁體71是與一種用于劃動(dòng)致動(dòng)器60的技術(shù)一起使用，但對(duì)于其他技術(shù)可省略。
電樞65包括可透磁的材料和凸起或伸展構(gòu)件66。伸展構(gòu)件66朝向殼61的端帽63伸展，從而限定伸展構(gòu)件66與殼61之間的間隙。該間隙比另外存在的情況要小，并且增加電磁致動(dòng)器60的起始力，如上所述。伸展構(gòu)件66是圓柱形的，并且可與電樞65整合地形成，或者可以是附著到電樞65的分離件。電樞65基本是圓柱形的，并且在螺線管線圈82內(nèi)徑向地設(shè)置；然而，電樞65可以是用以與螺線管線圈82協(xié)同產(chǎn)生軸向運(yùn)動(dòng)的任何形狀。電樞65設(shè)置于殼61的端帽63和64之間。端帽63和64限制電樞65的軸向運(yùn)動(dòng)。
電樞65包括相對(duì)的第一和第二端65a和65b。第一端65a包括設(shè)置于伸展構(gòu)件66周圍的環(huán)形表面67。伸展構(gòu)件66伸展離開環(huán)形表面67，并且包括端表面66a。以此方式，環(huán)形表面67和端表面66a包括電樞65的第一端65a的兩個(gè)非共面表面，環(huán)形表面67與端表面66a設(shè)置得更靠近電樞65的第二端65b。如圖6所示，環(huán)形表面67和端表面66a相互平行。
殼61基本上是環(huán)形的，并且限定了包含螺線管線圈82、永久磁體71和電樞65的腔83。殼61還包括基本上包圍電樞65的端帽63和64。端帽63具有環(huán)形表面63a，該環(huán)形表面63a設(shè)置在用于接納電樞65的伸展構(gòu)件66的凹陷62周圍。凹陷62是圓柱形的，并且由凹陷的內(nèi)表面84部分地限定，該內(nèi)表面84比環(huán)形表面63a設(shè)置得距電樞65更遠(yuǎn)。以此方式，環(huán)形表面63a和內(nèi)表面84是不共面的。然而，環(huán)形表面63a和內(nèi)表面84相互平行。殼61和凹陷62可以是能夠與電樞65的伸展構(gòu)件66協(xié)作的任何適合形狀。在其它實(shí)施例中，殼61可包括伸展構(gòu)件，并且電樞65可包括用于接納該伸展構(gòu)件的凹陷。
電樞65在接近殼61的端帽63設(shè)置的第一位置與遠(yuǎn)離該殼的端帽63設(shè)置的第二位置之間可移動(dòng)。當(dāng)電樞65在第一位置中時(shí)，電樞65的伸展構(gòu)件66設(shè)置在端帽63的凹陷62中。當(dāng)伸展構(gòu)件66如此設(shè)置時(shí)，端帽63的環(huán)形表面63a比伸展構(gòu)件66的端表面66a設(shè)置得距電樞65的第二端65b更近。當(dāng)電樞65在第二位置中時(shí)(如圖6所示)，伸展構(gòu)件66與端帽63間隔開。
電樞65的第一端65a和端帽63的不規(guī)則配置通過將通量引導(dǎo)到凹陷62中來集中磁通，從而增加致動(dòng)器60的起始力。
現(xiàn)參照?qǐng)D7和8，示出了致動(dòng)器86，除以下闡明的區(qū)別之外，該致動(dòng)器86具有與致動(dòng)器60基本相同的構(gòu)造和操作。由于構(gòu)造的相似性，致動(dòng)器86與致動(dòng)器60中基本相同的部件將具有相同的標(biāo)號(hào)。致動(dòng)器86具有從電樞65伸展的一對(duì)伸展構(gòu)件66和端帽63中的一對(duì)凹陷62，而不是如在致動(dòng)器60中具有從電樞65伸展的僅一個(gè)伸展構(gòu)件66和端帽63中的僅一個(gè)凹陷62。此外，桿88固定到電樞65并且從其第二端65b伸展，以及桿90固定到電樞65并且從其第一端65a伸展。兩個(gè)伸展構(gòu)件66于其間限定谷92，桿90經(jīng)過該谷92伸展。相應(yīng)地，端帽63中的凹陷62形成凸起94，桿90經(jīng)過該凸起94伸展。凸起94具有端表面94a，而谷92由內(nèi)表面96部分地限定。由于在端帽63中有兩個(gè)凹陷62，所以表面63a不是環(huán)形的，而是不規(guī)則形狀的。表面63a包括端表面94a。
當(dāng)電樞65在第一位置中時(shí)(如圖8所示)，電樞65的伸展構(gòu)件66設(shè)置在端帽63的凹陷62中。此外，端帽63的凸起94設(shè)置在谷92中。當(dāng)伸展構(gòu)件66如此放置時(shí)，端帽63的表面63a比伸展構(gòu)件66的端表面66a設(shè)置得距電樞65的第二端65b更近。當(dāng)電樞65在第二位置中時(shí)(如圖7所示)，伸展構(gòu)件66與端帽63間隔開。
凹陷62和伸展構(gòu)件66配置成使得當(dāng)電樞65在第一位置中、并且伸展構(gòu)件66設(shè)置在凹陷62中、并且凸起94設(shè)置在谷92中時(shí)，在內(nèi)表面84與端表面66a之間有間隙，并且在谷92中的內(nèi)表面96與凸起94的端表面94a之間有間隙。優(yōu)選地，這些間隙的每一個(gè)約為0.005英寸。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在致動(dòng)器86的操作期間可進(jìn)入腔83或在腔83中形成的污染物(如金屬粒)收集于谷92中。相信污染物在谷92中的收集可改善電樞65與端帽63之間的鎖緊強(qiáng)度。此外，電樞65的第一端65a和端帽63的不規(guī)則配置通過將通量引導(dǎo)到凹陷62中來集中磁通，從而增加致動(dòng)器86的起始力。
現(xiàn)參照?qǐng)D9，示出致動(dòng)器97，除以下闡明的區(qū)別之外，其具有與致動(dòng)器60基本相同的構(gòu)造和操作。由于構(gòu)造的相似性，致動(dòng)器97與致動(dòng)器60中基本相同的部件將具有相同的標(biāo)號(hào)。桿98固定到電樞65并從其第二端65b伸展，以及桿100固定到電樞65。桿100經(jīng)過凹陷62和伸展構(gòu)件66而伸展。
現(xiàn)參照?qǐng)D10，示出致動(dòng)器104，除以下闡明的區(qū)別之外，其具有與致動(dòng)器60基本相同的構(gòu)造和操作。由于構(gòu)造的相似性，致動(dòng)器104與致動(dòng)器60中基本相同的部件將具有相同的標(biāo)號(hào)。致動(dòng)器104不具有如致動(dòng)器60中的圓柱形伸展構(gòu)件66和圓柱形凹陷62。替代地，致動(dòng)器104的電樞65具有截頭圓錐形凸起110，并且端帽63具有對(duì)應(yīng)的截頭圓錐形凹陷112。凸起110具有截頭圓錐形外表面110a，而凹陷112由截頭圓錐形內(nèi)表面114限定。桿106固定到電樞65并且從其第二端65b伸展，以及桿108固定到電樞65并且從其第一端65a伸展。桿108伸展經(jīng)過凹陷112和凸起110。
當(dāng)電樞65在第一位置中時(shí)，電樞65的凸起110設(shè)置于端帽63的凹陷112中，小的間隙在凸起110的外表面110a與凹陷112的內(nèi)表面114之間形成。當(dāng)電樞65在第二位置中時(shí)(如圖10所示)，凸起110是與端帽63間隔開。
現(xiàn)參照?qǐng)D11和12，示出致動(dòng)器118，除以下提出的區(qū)別之外，其具有與致動(dòng)器30基本相同的構(gòu)造和操作。由于構(gòu)造的相似性，致動(dòng)器118與致動(dòng)器30中基本相同的部件將具有相同的標(biāo)號(hào)。致動(dòng)器118不具有如致動(dòng)器30中的伸展構(gòu)件21。替代地，致動(dòng)器118具有帶有內(nèi)表面122和外表面123的環(huán)形伸展構(gòu)件120。此外，電樞7不具有如致動(dòng)器30中的外表面25。替代地，電樞7具有外圍表面124。
伸展構(gòu)件120的內(nèi)表面122在它從伸展構(gòu)件120的上沿朝向夾板3向下伸展時(shí)稍微向外傾斜。結(jié)果，在從軸8的縱向軸徑向地向外的方向上伸展的平面內(nèi)，伸展構(gòu)件120的內(nèi)表面122不平行于伸展構(gòu)件120的外表面123以及軸8的縱向軸。電樞7的外圍表面124在它朝向夾板3向下伸展時(shí)也稍微向外傾斜。結(jié)果，在從軸8的縱向軸徑向地向外的方向上伸展的平面內(nèi)，電樞7的外圍表面124不平行于軸8的縱向軸。然而，電樞7的外圍表面124平行于伸展構(gòu)件120的內(nèi)表面122。電樞7的外圍表面124與伸展構(gòu)件120的內(nèi)表面122協(xié)同限定其間的間隙126。
凹口或凹陷128朝向電樞7的較低角在電樞7的外圍表面124中形成。凹陷128朝向軸8的縱向軸徑向地向內(nèi)伸展，并幫助限定間隙126。以此方式，凹陷128增加間隙126的寬度，以便大于間隙126的剩余部分的寬度。伸展構(gòu)件120的內(nèi)表面122的向外傾斜幫助將磁通量引導(dǎo)到凹陷128中，從而增加致動(dòng)器118的起始力。
應(yīng)當(dāng)理解，前述說明僅提供用于說明性的目的，并且不應(yīng)理解成以任何方式限制本發(fā)明。當(dāng)本發(fā)明參照實(shí)施例進(jìn)行描述時(shí)，應(yīng)當(dāng)理解這里所用的詞語是描述和說明用語，而不是限制用語。此外，盡管本發(fā)明在此參照了特定結(jié)構(gòu)、材料和/或?qū)嵤├齺碚f明，但是本發(fā)明并非意欲限制在這里公開的細(xì)節(jié)之中。而應(yīng)將本發(fā)明擴(kuò)展到如所附權(quán)利要求的范圍中的所有功能等效結(jié)構(gòu)、方法和用途。本領(lǐng)域技術(shù)人員得益于本說明書的教示可時(shí)限多種改型和做出變化，而不脫離本發(fā)明在其各方面的范圍和精神。
權(quán)利要求
1.一種電磁致動(dòng)器，包括殼，具有端壁并且限定腔，所述端壁具有非共面的第一和第二表面；螺線管線圈，設(shè)置于所述殼的所述腔中；電樞，設(shè)置成基本與所述螺線管線圈同軸，所述電樞在接近所述殼的所述端壁而設(shè)置的第一位置與遠(yuǎn)離所述殼的所述端壁而設(shè)置的第二位置之間可移動(dòng)，所述電樞具有相對(duì)的第一和第二端，所述第一端朝向所述殼的所述端壁而設(shè)置并且具有非共面的第一和第二表面，所述電樞的所述第二表面設(shè)置得比所述電樞的所述第一表面更靠近所述第二端；以及其中，當(dāng)所述電樞在所述第一位置中時(shí)，所述殼的所述端壁的所述第一表面設(shè)置得比所述電樞的所述第一端的所述第一表面更靠近所述電樞的所述第二端。
2.權(quán)利要求1的電磁致動(dòng)器，其中所述殼的所述端壁具有形成于其中的凹陷，并且其中所述端壁的所述第二表面位于所述凹陷中；以及其中，所述電樞的所述第一端具有朝向所述殼的所述端壁伸展的凸起，并且其中所述電樞的所述第一表面位于所述凸起上。
3.權(quán)利要求2的電磁致動(dòng)器，其中當(dāng)所述電樞在所述第一位置時(shí)，所述電樞的所述凸起設(shè)置于所述殼的所述端壁的所述凹陷中。
4.權(quán)利要求2的電磁致動(dòng)器，其中所述殼的所述端壁具有形成于其中的第二凹陷，并且所述電樞的所述第一端具有朝向所述殼的所述端壁伸展的第二凸起；以及其中，當(dāng)所述電樞在所述第一位置中時(shí)，所述電樞的所述凸起設(shè)置于所述殼的所述端壁的所述凹陷中，并且所述電樞的所述第二凸起設(shè)置于所述殼的所述端壁的所述第二凹陷中。
5.權(quán)利要求2的所述電磁致動(dòng)器，其中所述凸起是圓柱形的。
6.權(quán)利要求2的所述電磁致動(dòng)器，其中所述凸起是截頭圓錐形的。
7.權(quán)利要求1的所述電磁致動(dòng)器，其中所述殼的所述端壁的所述第一和第二表面設(shè)置成相互平行。
8.權(quán)利要求7的電磁致動(dòng)器，其中所述電樞的所述第一端的所述第一和第二表面設(shè)置成相互平行。
9.權(quán)利要求8的電磁致動(dòng)器，其中所述殼的所述端壁的所述第一和第二表面設(shè)置成平行于所述電樞的所述第一端的所述第一和第二表面。
10.權(quán)利要求1的電磁致動(dòng)器，還包括設(shè)置于所述殼的腔中的永久磁體，其中所述螺線管線圈設(shè)置于所述永久磁體與所述殼的所述端壁之間。
11.一種電磁致動(dòng)器，包括限定腔的殼；經(jīng)過所述殼伸展和具有縱向軸的軸；螺線管線圈，設(shè)置于所述殼的所述腔中，并且具有與所述軸的所述縱向軸基本同軸的中央軸；夾表面；電樞，固定到所述軸并且從所述軸徑向地向外伸展到外圍表面，所述電樞定位成使得所述夾表面設(shè)置于所述螺線管線圈與所述電樞之間，并且其中所述電樞在接近所述夾表面而設(shè)置的第一位置與遠(yuǎn)離所述夾表面而設(shè)置的第二位置之間可移動(dòng)，其中當(dāng)所述電樞在所述第二位置中時(shí)，所述電樞和所述夾表面在其間限定第一間隙，所述第一間隙在所述軸的所述縱向軸的方向具有寬度；以及伸展構(gòu)件，在所述軸的所述縱向軸的方向伸展，以在從所述軸的所述縱向軸徑向地向外的方向上界定所述第一間隙，所述伸展與所述殼或所述電樞形成第二間隙，所述第二間隙具有在從所述軸的所述縱向軸徑向地向外的方向上伸展的多個(gè)不同寬度，其中所述第二間隙的所述寬度都小于所述第一間隙的所述寬度。
12.權(quán)利要求11的電磁致動(dòng)器，其中所述伸展構(gòu)件接合到所述殼和從所述殼伸展。
13.權(quán)利要求13的電磁致動(dòng)器，其中所述第二間隙形成于所述電樞的所述外圍表面與所述伸展構(gòu)件的內(nèi)表面之間。
14.權(quán)利要求13的電磁致動(dòng)器，其中所述電樞的所述外圍表面與所述伸展構(gòu)件的所述內(nèi)表面不平行。
15.權(quán)利要求14的電磁致動(dòng)器，其中在從所述軸的所述縱向軸徑向地向外的方向上伸展的平面中，所述電樞的所述外圍表面平行于所述軸的所述縱向軸，且所述伸展構(gòu)件的所述內(nèi)表面與所述軸的所述縱向軸不平行。
16.權(quán)利要求14的電磁致動(dòng)器，其中所述第二間隙的最大寬度設(shè)置得接近所述夾表面，以及所述第二間隙的最小寬度設(shè)置得遠(yuǎn)離所述夾表面。
17.權(quán)利要求14的電磁致動(dòng)器，其中所述第二間隙的最大寬度設(shè)置得遠(yuǎn)離所述夾表面，以及所述第二間隙的最小寬度設(shè)置得接近所述夾表面。
18.權(quán)利要求13的電磁致動(dòng)器，其中所述電樞的所述外圍表面具有形成于其中的凹陷，所述凹陷幫助限定所述第二間隙。
19.權(quán)利要求18的電磁致動(dòng)器，其中所述電樞的所述外圍表面平行于所述伸展構(gòu)件的所述內(nèi)表面。
20.權(quán)利要求19的電磁致動(dòng)器，其中在從所述軸的所述縱向軸徑向地向外的方向上伸展的平面中，所述電樞的所述外圍表面和所述伸展構(gòu)件的所述內(nèi)表面不平行于所述軸的所述縱向軸。
21.權(quán)利要求11的電磁致動(dòng)器，其中所述伸展構(gòu)件接合到所述電樞和從所述電樞伸展，以及其中所述第二間隙形成于所述伸展的所述內(nèi)表面與所述殼的外圍表面之間。
22.權(quán)利要求21的電磁致動(dòng)器，其中凹陷形成于所述殼的所述外圍表面中和位于所述第二間隙中。
23.權(quán)利要求11的電磁致動(dòng)器，其中所述夾表面包括夾板，以及其中所述電磁致動(dòng)器還包括從所述螺線管線圈徑向地向內(nèi)設(shè)置的永久磁體。
24.權(quán)利要求11的電磁致動(dòng)器，還包括彈簧，所述彈簧設(shè)置于所述殼中，并且可操作用以使所述電樞朝向所述第二位置偏置。
全文摘要
提供一種包括殼、螺線管線圈和電樞的電磁致動(dòng)器。電樞可移動(dòng)地設(shè)置于由殼限定的內(nèi)腔中。在電樞與殼之間形成不規(guī)則間隙，以增加致動(dòng)器的起始力并且改進(jìn)致動(dòng)器在致動(dòng)器已經(jīng)致動(dòng)之后的鎖緊力。
文檔編號(hào)H01F7/16GK1846285SQ200480025300
公開日2006年10月11日 申請(qǐng)日期2004年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月5日
發(fā)明者阿瑟·蘭尼, 馬蒂·L·特里維特, V·R·拉馬南 申請(qǐng)人:Abb技術(shù)有限公司