專利名稱：電磁裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所涉及的電磁裝置，具有一個電磁線圈;具有一個形成槽口型磁極的線圈鐵芯，而為了產(chǎn)生相移，使該鐵芯的一個磁極由一個短路環(huán)包圍起來;具有一個安放在槽口形磁極對面的銜鐵;又具有一個軛鐵，由該軛鐵使磁路得以閉合。
這一類電磁裝置，已經(jīng)用在許多技術(shù)領(lǐng)域里，例如，按目前技術(shù)現(xiàn)狀，可用交流電驅(qū)動的繼電器便是如此構(gòu)成的。裝在銜鐵對面的磁極至少分成兩個極，其中一個極用短路環(huán)包圍起來，這樣，在這個兩個極的范圍內(nèi)，在由流經(jīng)線圈的電流在磁回路內(nèi)感應(yīng)產(chǎn)生的磁通內(nèi)部便產(chǎn)生相移。這個相移是必要的，用以防止由于線圈鐵芯和銜鐵之間磁通量方向的交變而引起吸力不能保持。這一類電磁裝置，作為范例，已在DE-AS1141026和DE-AS1539918中說明。
為了產(chǎn)生盡可能好的在槽口形磁極和銜鐵間的力的關(guān)系，在用金屬片制成槽口形磁極的鐵芯時，人們努力使短路環(huán)包圍的面積盡可能地大。這樣就能使通過這個磁通通路的磁阻較小。用這種方法一方面可得到較好的磁通量的關(guān)系，另一方面使得相對于兩部分磁流間的相移的輸出狀態(tài)較好。然而這里的前提是鐵芯是分層的。這樣可以形成一個均勻的磁場分布，在使用合適的鐵片厚度的情況下通過在鐵芯片中盡可能少的渦流可避免發(fā)生磁場密集的效應(yīng)。
然而出自加工技術(shù)上的原因，人們努力在從一個一定大小的鐵芯開始，例如使用交流電的繼電器，使用非鐵片的線圈鐵芯，通過在非鐵片型式的鐵芯中出現(xiàn)的渦流會造成磁場的密集，這就造成了磁場滲透深度的減少。這樣同時在槽口形磁極臨近的周圍產(chǎn)生了一個不均勻的磁場，這種物理效應(yīng)使得磁極和銜鐵之間的磁場力效果不好，因?yàn)橥ㄟ^磁極表面的磁通密度同樣會因此而與所處的位置有關(guān)并且是變化的。
由于由短路環(huán)所包圍的磁極面積相當(dāng)大，因而在這種磁極上，由上面所提到的后果造成的影響不再能夠忽略。
由此可以得出本發(fā)明的任務(wù)為去組成開始提及型式的電磁裝置，以避免或者盡可能減少前面所提到的不好的效應(yīng)并且因此使得在槽口形磁極和銜鐵之間的維持吸力較高。
按照本發(fā)明這項任務(wù)是這樣完成的，為了提高磁極和銜鐵之間的磁通密度，在構(gòu)造由短路環(huán)包圍的磁極時，讓其終端的端面積小于它短路環(huán)范圍內(nèi)的橫截面面積。
根據(jù)本發(fā)明所形成的由短路環(huán)所包圍的磁極造成在這些磁極的范圍內(nèi)的磁通密度的局部提高，并附加地使得滲入深度增加的導(dǎo)磁率降低了。
具體的磁極面積的尺寸可以通過計算或者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來得到，每個磁極的橫截面積卻只能減小到恰好達(dá)到這種材料的磁飽和極限，因?yàn)椴贿@樣的話對于力的作用的好的效應(yīng)會被抵銷的。如果選用被遮蓋的磁極的終端端面的面積與這些磁極的總的橫截面的比小于或等于0.7，這時可以使磁力線密度得到明顯的提高并得到所需的維持吸力的提高。
大家都知道可以通過切割那個用短路環(huán)包圍的磁極而使這個磁極的終端端表面積小于這個磁極在短路環(huán)范圍內(nèi)的橫截面積。然而，這種對磁極的眾所周知的切割卻僅僅只適用于較容易的短路環(huán)的安裝。在磁力線的關(guān)系中可能引起的變化在實(shí)踐中是可忽略不計的，是根本不能與按本發(fā)明提出的解決辦法所達(dá)到的變化相對比的。按本發(fā)明的解決辦法是通過讓短路環(huán)封閉的磁極呈階梯形而達(dá)到的。理論上這樣的磁作用磁極表面的變化也可以通過從對應(yīng)的磁極到其端面的一個單方向的或環(huán)繞的呈斜面形狀的方法來達(dá)到，而實(shí)際的要求卻與這種解決方法相反。為了提高磁極與銜鐵之間的力，提高磁通密度是決定性的。但這種提高只是在磁極的近旁才是所希望的，因?yàn)榉駝t的活磁阻或者由此引起的磁場強(qiáng)度的下降會以不可容許的程度遞增。通過這樣一種斜面形狀，只能很免強(qiáng)地提高吸力，或者，讓短路環(huán)大大地往回縮，而這明顯是有害處的。
通過在短路環(huán)和銜鐵之間的區(qū)域內(nèi)由短路環(huán)包圍的磁極的階梯形結(jié)構(gòu)，可以將這個區(qū)域內(nèi)的磁極有效面積如此地縮小，以使這個磁極分岔上所有的磁通集中到這個縮小了的磁極橫截面上。這樣就可以近似地認(rèn)為產(chǎn)生了均勻的磁場分布，其均勻性只受磁學(xué)推導(dǎo)的三維性的干擾。通過局部提高磁通密度使得盡管磁極表面減小了，而磁力卻增加了，因?yàn)榇帕κ前创磐芏鹊钠椒皆黾拥摹?br> 按技術(shù)的現(xiàn)狀，通過斜面形狀而使得貼近銜鐵的那個不被短路環(huán)包圍的磁極的有效截面得以縮小。然而，這項措施卻僅僅只適用于調(diào)節(jié)要求的磁通關(guān)系而已。
本發(fā)明不僅僅限于線圈鐵芯的形狀，也可以有多于兩塊槽口形磁極。為此目的，也可以制成圓形截面的線圈鐵芯，通過集中的環(huán)形表面形成磁極的終端端面，這時短路環(huán)置于在線圈鐵芯端面一邊中的一個環(huán)形槽內(nèi)，由短路環(huán)包圍的磁極的階梯形狀，可以用更簡單的方式，通過一個中心的盲孔來實(shí)現(xiàn)，它的深度小于用作短路環(huán)的環(huán)形槽的深度。
線圈鐵芯并不必須是實(shí)心的，也可以是鐵片形式的。但是與本發(fā)明有關(guān)聯(lián)的優(yōu)先使用的是一塊實(shí)心的線圈鐵芯。
前面提到的，按本發(fā)明的解決方法，有目的地提高了線圈磁極和銜鐵之間的磁力，這是通過有目的地提高在這個區(qū)域內(nèi)的磁通來得到的。
按照本發(fā)明不僅可以通過前面所提及的線圈鐵芯的優(yōu)先的結(jié)構(gòu)形式，而且還可以通過處在槽口形磁極對面區(qū)域內(nèi)的銜鐵的相應(yīng)的結(jié)構(gòu)形式來提高磁力，即將銜鐵置放在由短路環(huán)包圍的磁極對面的區(qū)域內(nèi)。在這個區(qū)域內(nèi)作用的磁表面，為了使磁通得以集中，應(yīng)予以縮小，也即使得在這個區(qū)域內(nèi)銜鐵磁性作用的端表面小于磁極終端的端表面。
這可用下面的例子來說明，靠近磁極的銜鐵有明顯增加的端表面，這個表面位于由短路環(huán)包圍的磁極對面并且小于這個磁極的終端一側(cè)的端表面。
從結(jié)構(gòu)和加工技術(shù)簡單的要求來說也可以用這樣的方法來達(dá)到，即將銜鐵稍加縮短，這樣使得它的處于由短路環(huán)包圍的磁極對面位置的磁作用面積小于這個磁極的終端一側(cè)的端表面。
本發(fā)明用后面附上的圖的形式來舉例說明。它以大大簡化的形式來表示。


圖1按照本發(fā)明的一個電磁裝置的較佳結(jié)構(gòu)的縱截面，圖2圖1所示的線圈鐵芯的頂視圖的放大圖，圖3圖2中沿Ⅲ-Ⅲ線的截面圖，圖4按圖2所示的線圈鐵芯的另一種組成形式，圖5圖4中沿截面線Ⅴ-Ⅴ的截面圖，圖6按技術(shù)現(xiàn)狀一個線圈鐵芯的頂視圖，圖7圖6中沿著截面線Ⅶ-Ⅶ的剖面與兩個處于線圈鐵芯對面區(qū)域內(nèi)的銜鐵的不同的構(gòu)成方式。
附圖1表示的電磁裝置可以表示例如是一個電磁交流繼電器的一部分。1表示電磁線圈，在線圈1的內(nèi)部是線圈鐵芯2，磁路部分由線圈鐵芯2，一個軛鐵3和一個銜鐵4組成。線圈鐵芯2基本上呈圓柱形，是一個高導(dǎo)磁率的實(shí)心體，在圖1下側(cè)線圈鐵芯2與軛鐵聯(lián)接在一起，軛鐵同樣也是由磁的良導(dǎo)體組成的，軛鐵按圖1的外觀有些象L型，其一個邊腳橫向而另一邊腳平行于線圈鐵芯，銜鐵4位于軛鐵靠著線圈鐵芯一側(cè)很近的距離處。與線圈鐵芯保持同樣的距離，因此磁路是閉合的。
當(dāng)電流流經(jīng)線圈1時，在其周圍形成一個磁場，并由此在前面所述的磁路內(nèi)流過一磁通量。并通過其將銜鐵4拉向線圈鐵芯2。通過這個力引起的銜鐵4的運(yùn)動被用眾所周知的方法來加以利用，例如用于斷開或接上觸點(diǎn)。因此在這個范圍內(nèi)產(chǎn)生的在線圈鐵芯2和銜鐵4之間作用力是電磁裝置的目的。
為了避免在用交流電給線圈1加載時由于線圈1周期性電壓變化使磁場方向變換而使得在線圈鐵芯2和銜鐵4之間的維持吸力中斷，讓線圈鐵芯2接近銜鐵4的一端作成槽口形磁極的鐵芯，這樣形成了二個磁極5和6，磁極5完全被一個短路環(huán)7所包圍，磁極5以后用被遮蔽的磁極來表示的。如大家所知，通過短路環(huán)7達(dá)到磁通量的一個相移，因此在磁通量的方向發(fā)生變化的情況下可以確保在線圈鐵芯2和銜鐵4之間的維持吸力在短時間的零過渡期間不會消失。
環(huán)7的頂視圖呈D型，被置于線圈鐵芯2端部一側(cè)槽8內(nèi)。短路環(huán)7圍繞著被遮蔽的磁極5的整個外周，并與銜鐵4之間有一明顯的距離，因?yàn)椴?的深度大于短路環(huán)7的高度。
而未被遮蔽的磁極6僅通過槽8與線圈鐵芯2隔開，被遮蔽的磁極5上有一階梯9，這樣形成了處在銜鐵4正對面的端表面10以及相隔一個距離處在銜鐵4對面的端表面11。端表面11平行于端表面10，處于端表面10與短路環(huán)7之間的區(qū)域內(nèi)。通過這種形式的階梯，就象在本文開始時提及的那樣達(dá)到了在銜鐵近處磁通的集中并因此造成磁力的增加。因?yàn)榇磐芏鹊脑黾又话l(fā)生在磁極5相對較短的區(qū)域內(nèi)，并且只發(fā)生在銜鐵4和短路環(huán)7之間的區(qū)域內(nèi)，由于在這區(qū)域內(nèi)通過較高的磁阻上的磁壓降，相比之下是較小的。
不管有沒有階梯9，可以將讓被遮蔽的磁極5，在其端面一側(cè)的周邊棱角上有一個斜坡。同樣未被遮蔽的磁極6的端表面可通過在磁極6上一側(cè)的斜坡相對于圖示的狀態(tài)來予以縮小。按技術(shù)現(xiàn)狀在這個區(qū)域內(nèi)這樣來調(diào)節(jié)磁通是眾所周知的了。
圖4和圖5表示的是線圈鐵芯(2a)的另一種結(jié)構(gòu)選擇。線圈鐵芯2a同樣是基本圓柱形的，然而在線圈鐵芯2a的端表面有一個環(huán)形的槽8a，在其中放置了一個短路環(huán)7a，這樣就形成了一個環(huán)形的，置于外圍的并且是未被遮蔽的磁極6a以及全封閉的被遮蔽的磁極5a。
在這種結(jié)構(gòu)中階梯9a是通過一個中心盲孔來實(shí)現(xiàn)的。這樣就得出一個被遮蔽的磁極5a的端表面10a，它明顯地小于在短路環(huán)7a區(qū)域內(nèi)這個磁極的橫斷面，但同樣在這個區(qū)域內(nèi)提高了磁通密度，往回縮的被遮蔽的磁極5a的端表面用11a來表示，未被遮蔽的磁極6a的端表面用12a來表示。
在附錄的圖6和圖7中表示了通過建立相應(yīng)的銜鐵4實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的替換方案(標(biāo)號B和C)線圈鐵芯2b相應(yīng)于圖1和圖3中展示的直至被遮蔽的磁極5b沒有分級的區(qū)段，沒有被遮蔽的磁極用6a來表示，短路環(huán)用7b來表示。這個線圈鐵芯屬于目前通用的那種線圈鐵芯。在磁極和銜鐵4b或4c(替換方式)之間的區(qū)域內(nèi)的磁通密度的增加會通過以下的方式來達(dá)到，即讓銜鐵在它作用的磁面積內(nèi)在直接處于被遮蔽的磁極5b的對面的區(qū)域內(nèi)小于被遮蔽的磁極5b的端面積10b。在結(jié)構(gòu)B中是這樣解決的，即在對應(yīng)于端表面10b所示的銜鐵的端表面14有一個階梯15。在C型結(jié)構(gòu)中替代這個階梯15的是整個銜鐵4c縮短了，因此它只跟被遮蔽的磁極5b的端表面10b的一部分處于正對面的位置。用這種替換的解決方法雖能完成發(fā)明目的但不能完全象前面所說有那種結(jié)構(gòu)型式在銜鐵和磁極之間那樣獲得如此高的吸力。
權(quán)利要求
1.一種電磁裝置具有電磁線圈(1)，具有一個槽口形磁極的線圈鐵芯(2)，由短路環(huán)(7)包圍的用來產(chǎn)生相移的磁極(5)，具有一個處在槽口形磁極對面的銜鐵(4)和具有用來使磁回路閉合的軛鐵(3)，其特征為由短路環(huán)(7)包圍的磁極(5)是用來提高銜鐵(4)和磁極(5)之間的磁通密度的，其一個終端的端表面(10)小于這個處在短路環(huán)(7)區(qū)域內(nèi)的磁極的橫截面。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其征在于由短路環(huán)(7)包圍的磁極(5)為階梯式的，這樣就形成了一個在銜鐵(4)緊對面的終端端表面和另一個間隔一定距離位于其對面的端表面(11)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的裝置，其特征在于處于銜鐵(4)對面的兩個磁極(5，6)的終端端表面(10，12)僅僅通過供安放短路環(huán)(7)而設(shè)的槽口(8)而彼此分隔開來。
4.如上述任一權(quán)利要求之一所述的裝置，其特征在于位于銜鐵(4)對面的兩個磁極(5a，6a)的終端端表面(10a，12a)，是環(huán)形表面。
5.如上述任一權(quán)利要求之一所述的裝置，其特征在于線圈鐵芯(2)跟短路環(huán)(7)是一個整體。
6.如上述任一權(quán)利要求之一所述的電磁裝置，其特征在于由短路環(huán)(7)包圍的磁極(5)的終端表面積與這些磁極(5)的總的橫截面的比小于或者等于0.7。
7.一種具有電磁線圈(1)，槽口形磁極的線圈鐵芯(2b)的電磁裝置，它的一個磁極(5b)被一個短路環(huán)(7b)包圍以便產(chǎn)生相移。這種電磁裝置還具有一個處在槽口形磁極(5b，6b)對面位置的銜鐵(4b或4c)，其特征在于，在短路環(huán)(7b)包圍的磁極(5b)直接對面的區(qū)域內(nèi)的銜鐵(4b或4c)，為了提高銜鐵(4b，4c)和磁極(5b)之間的磁通密度，其磁力作用的面積小于這個磁極(5b)的終端端表面面積。
8.如權(quán)利要求7的電磁裝置，其特征在于銜鐵(4b)有一個增大了的有效表面(14)，這個表面位于短路環(huán)包圍的磁極(5b)的對面并且小于這個磁極(5b)的終端表面積。
9.如權(quán)利要求7的電磁裝置，其特征在于處在由短路環(huán)包圍的磁極(5b)對面位置的區(qū)域內(nèi)的銜鐵(4c)，應(yīng)使它的正對這個磁極(5b)的磁作用有效面積小于這個磁極(5b)的終端端面面積(10b)。
10.一種具有槽口形磁極的線圈鐵芯，它的一個磁極由短路環(huán)(7)包圍，其特征在于這個磁極(5)是下陷的，因此它具有一個終端端表面(10)和一個更下陷的端表面(11)，而這二個端表面是在同一側(cè)的。
11.如權(quán)利要求10的線圈鐵芯，具有下列特征即由短路環(huán)包圍的磁極(5)的終端端表面與這個磁極(5)的總橫截面積(10+11)相比小于或者等于0.7。
全文摘要
本電磁裝置由一個電磁線圈和一個槽口形線圈鐵芯組成。為了產(chǎn)生一個相移，槽口形磁極的一個磁極是用短路環(huán)包圍起來的。位于槽口形磁極對面的是一個銜鐵。此外還有一個使磁路閉合的軛鐵。為了提高線圈鐵芯與銜鐵之間的吸力，在被遮蔽的磁極上有一個階梯，并且它位于短路環(huán)和銜鐵之間的區(qū)域內(nèi)。通過這樣的辦法可以提高磁通密度并提高磁力。
文檔編號H01F7/12GK1090424SQ93121338
公開日1994年8月3日 申請日期1993年12月23日 優(yōu)先權(quán)日1992年12月24日
發(fā)明者威爾佛里德·拜爾, 索爾斯滕·克勞斯 申請人:庫恩克有限公司