具有有限行程及低橫向力的可擴(kuò)展的高動(dòng)態(tài)電磁線(xiàn)性驅(qū)動(dòng)器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電磁線(xiàn)性執(zhí)行器領(lǐng)域，具體涉及用于彈簧儲(chǔ)能操動(dòng)機(jī)構(gòu)中的彈簧的張緊和保持。
【背景技術(shù)】
[0002]在出版物DE 10 2011 080 065 Al中公開(kāi)了一個(gè)電磁驅(qū)動(dòng)器，它適用于驅(qū)動(dòng)電氣開(kāi)關(guān)裝置。出版物DE 10 2011 080 065 Al中的驅(qū)動(dòng)器由電磁鐵組成，它們的電樞尤其是在行程起始位置附近-也就是工作氣隙開(kāi)的大的時(shí)候，額外用電動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的。這在至少一個(gè)線(xiàn)圈的幫助下就可以實(shí)現(xiàn)，這個(gè)線(xiàn)圈與電樞機(jī)械連接在一起的，并且通過(guò)勵(lì)磁場(chǎng)和其電流的一個(gè)相互作用對(duì)線(xiàn)圈施加了一個(gè)力，這個(gè)力可傳輸?shù)诫姌猩希⑶覍㈦姌型葡蛩男谐探K端位置(氣隙閉合)。
[0003]出版物DE 10 2011 080 065 Al公開(kāi)了多個(gè)結(jié)構(gòu)形式的例子，它們尤其適用于驅(qū)動(dòng)電氣開(kāi)關(guān)裝置，這些開(kāi)關(guān)裝置包含了成對(duì)固定在框架和電樞上，并且同軸放置的(薄層)線(xiàn)圈。在出版物DE 10 2011 080 065 Al中，這種固定在框架上的線(xiàn)圈被稱(chēng)為“支撐線(xiàn)圈”，附屬的用來(lái)額外驅(qū)動(dòng)電樞的線(xiàn)圈被稱(chēng)為“推力線(xiàn)圈”(在這里，通常情況下推力線(xiàn)圈纏繞于環(huán)繞電樞的槽內(nèi))。支撐線(xiàn)圈和推力線(xiàn)圈是同軸放置的，在這里行程起始位置中的推力線(xiàn)圈部分拉入到了支撐線(xiàn)圈中。如果現(xiàn)在這些支撐線(xiàn)圈和推力線(xiàn)圈是反向通電流的，那么在它們之間會(huì)出現(xiàn)一個(gè)排斥的相互作用，這個(gè)相互作用可額外驅(qū)動(dòng)電樞。
[0004]所描述的這種布置的特點(diǎn)在于，在某些特定的前提條件下，在與一般的電磁鐵相比，(比如兩個(gè)線(xiàn)圈的串聯(lián)電路的)電感非常小的情況下，而這個(gè)力卻非常大。如果框架和電樞中的渦流阻尼足夠，那么就可達(dá)到特別高的力上升率。
[0005]但是出版物DE 10 2011 080 065 Al中列舉的結(jié)構(gòu)形式有兩個(gè)缺點(diǎn):可擴(kuò)展性差以及作用于電樞上的橫向力大。“可擴(kuò)展性差”在此主要指的是在驅(qū)動(dòng)器的最大作用力，位移以及尤其是保持力(比如對(duì)回位彈簧)增加時(shí)，電樞的重量增加了很多。電樞重量基本上是以想要的標(biāo)稱(chēng)保持力的平方來(lái)增長(zhǎng)的。這樣，在出版物DE 10 2011 080 065 Al中列舉的驅(qū)動(dòng)器在有些時(shí)候就不太適用了，比如，要在大型的高壓功率開(kāi)關(guān)中使用常用的彈簧儲(chǔ)能操動(dòng)機(jī)構(gòu)的時(shí)候。此外，上述驅(qū)動(dòng)器在運(yùn)行時(shí)(最大)橫向力很大，這樣就會(huì)不可避免地產(chǎn)生制造誤差，對(duì)電樞造成(彈性)變形，并且對(duì)軸承形成很大的負(fù)荷。
[0006]因此，本發(fā)明的任務(wù)在于找出一種設(shè)計(jì)，它與出版物DE 10 2011 080 065 Al中列舉的結(jié)構(gòu)形式相比，可擴(kuò)展性要提高，并且橫向力要減小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]此任務(wù)可通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1的一種電磁線(xiàn)性驅(qū)動(dòng)器來(lái)完成。
[0008]接下來(lái)將對(duì)一種具有有限行程的可擴(kuò)展的高動(dòng)態(tài)電磁線(xiàn)性驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行描述。該線(xiàn)性執(zhí)行器的特點(diǎn)是橫向力小。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)例子，該執(zhí)行器包括以下部件:
[0009]-定子，該定子包含了兩個(gè)軟磁鐵心；
[0010]-由軟磁材料制成的至少部分截面是扁平的電樞，該電樞能夠沿定子鐵心之間的軸移動(dòng)；
[0011]-至少兩個(gè)帶有軟磁鐵心的扁平線(xiàn)圈，其繞組高度大，并且被固定在定子(定子線(xiàn)圈)上，其中線(xiàn)圈鐵心為軟磁定子鐵心的一部分或者以導(dǎo)磁形式與定子鐵心連接；
[0012]-至少一個(gè)帶有軟磁鐵心的扁平線(xiàn)圈(電樞線(xiàn)圈)，其繞組高度大，并且被固定在電樞上，其中線(xiàn)圈鐵心為電樞的一部分，或者是由它制作而成的，或者該電樞線(xiàn)圈及其軟磁鐵心一起臥于扁平式電樞的凹口處；
[0013]-預(yù)先定義的行程起始位置和終端位置(“多個(gè)終端位置”)
[0014]-至少一個(gè)通過(guò)開(kāi)關(guān)控制的裝置，用于抵抗反彈力，并將電樞保持在至少一個(gè)終端位置上，比如，一個(gè)與電樞機(jī)械連接在一起的自保持電磁鐵或者一個(gè)機(jī)械嚙合裝置，
[0015]通過(guò)開(kāi)關(guān)控制的供電裝置，該供電裝置包括能量?jī)?chǔ)存器，比如電容性蓄電池，以及至少一個(gè)開(kāi)關(guān)。
[0016]電樞和/或定子鐵心可由疊片鐵心或者樹(shù)脂粘結(jié)的軟磁粉末制成。
[0017]“至少部分截面是扁平的電樞”在這里指的是，至少可拉入定子內(nèi)-也就是其鐵心之間-的那部分電樞是扁平:定子鐵心之間的距離，以及空隙G基本上都小于電樞的深度O (寬度)(鐵心與空隙垂直，與移動(dòng)方向垂直)，并且也小于電樞沿著移動(dòng)方向的延伸，電樞(剩余氣隙盡可能小)可在這個(gè)空隙G中移動(dòng)。比如，(長(zhǎng)方形)電樞的寬度O至少是空隙G，也就是定子鐵心之間的正常距離的三倍這么大。根據(jù)這樣的一種結(jié)構(gòu)形式，寬度O至少是空隙G的五倍，更多的至少是十倍。
[0018]由于本發(fā)明中的“扁平線(xiàn)圈”是扁平的，因此其長(zhǎng)度L(沿線(xiàn)圈軸)比它最小的外徑還要小很多?！按蟮睦@組高度”在這里指的是繞組窗口的高度H(沿著移動(dòng)方向)既取決于(額定)行程的數(shù)量級(jí)，也取決于軟磁線(xiàn)圈鐵心的延伸K的數(shù)量級(jí)，比如H = 2/3*S?！袄@組窗口”指的是在運(yùn)行中用銅填滿(mǎn)并且通電的線(xiàn)圈的那些區(qū)域。一個(gè)結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)有兩個(gè)相同長(zhǎng)度的繞組窗口，(與線(xiàn)圈軸垂直)距離與線(xiàn)圈鐵心的寬度K相同。繞組窗口沿線(xiàn)性執(zhí)行器縱軸(與線(xiàn)圈軸垂直)的尺寸被稱(chēng)為繞組高度H.。
[0019]正如上面所提及的那樣，通常情況下，扁平線(xiàn)圈的最小外觀尺寸(繞組高度的兩倍加上線(xiàn)圈鐵心的最小外觀尺寸)比其長(zhǎng)度要大。根據(jù)所列舉的例子，繞組高度H至少是線(xiàn)圈長(zhǎng)度L(沿線(xiàn)圈軸)的兩倍。根據(jù)所列舉的另一個(gè)例子，繞組高度H至少是線(xiàn)圈長(zhǎng)度L的三倍，比如可以至少是它的五倍。
[0020]在這些需考慮電磁功率密度的部件((軟)磁以及導(dǎo)電部件)的幾何形狀方面，該驅(qū)動(dòng)器的特點(diǎn)是，與移動(dòng)方向相平行有兩個(gè)幾乎相互垂直的鏡面(對(duì)稱(chēng)面)，因此，它們的交線(xiàn)(也等同于縱軸)是一個(gè)二重旋轉(zhuǎn)軸，其走向是與移動(dòng)方向平行的。(電樞是滑動(dòng)地安放在定子鐵心上的，因此，電樞和定子形成了一個(gè)滑動(dòng)軸承或者配備了類(lèi)似的滑動(dòng)軸承)。
[0021]從這個(gè)對(duì)稱(chēng)條件中可得出，定子線(xiàn)圈是成對(duì)固定在定子鐵心上的:固定在第二個(gè)鐵心上的第二個(gè)扁平線(xiàn)圈屬于固定在第一個(gè)鐵心上的第一個(gè)扁平線(xiàn)圈所有。與亥姆霍茲線(xiàn)圈相比，這些定子線(xiàn)圈必須同一方向進(jìn)行通電，那么根據(jù)本發(fā)明，這兩個(gè)線(xiàn)圈在運(yùn)行時(shí)就可能產(chǎn)生盡可能相同大的磁化力(盡量使用相同的定子線(xiàn)圈，并且將它們進(jìn)行串聯(lián)，用這樣簡(jiǎn)單的方法即可實(shí)現(xiàn))。在開(kāi)關(guān)過(guò)程中在給定子線(xiàn)圈進(jìn)行相同方向的通電時(shí)，從第一個(gè)線(xiàn)圈的鐵心中會(huì)產(chǎn)生磁通量(串接)，然后橫向通過(guò)位于空隙中的扁平式電樞以及電樞線(xiàn)圈，并且進(jìn)入第二個(gè)定子線(xiàn)圈的鐵心。(這也同樣適用于第二個(gè)線(xiàn)圈，由于這個(gè)對(duì)稱(chēng)條件，引入到第一個(gè)和第二個(gè)定子線(xiàn)圈是隨意的)。磁軛再次通過(guò)定子鐵心和電樞。為了將電樞從行程起始位置推向行程終端位置(接通過(guò)程)，位于定子線(xiàn)圈間的電樞線(xiàn)圈需與定子線(xiàn)圈反向通電，這樣它(們)就可產(chǎn)生一個(gè)盡可能與所屬的定子線(xiàn)圈一樣大的磁化力。根據(jù)本發(fā)明，必須對(duì)供電這樣進(jìn)行分配，使得位于電樞和定子線(xiàn)圈之間的軟磁材料在接通過(guò)程期間達(dá)到磁飽和，并且局部達(dá)到一個(gè)超過(guò)軟磁材料飽和極化強(qiáng)度的磁通密度。
[0022]定子鐵心和電樞必須這樣進(jìn)行配備，使得由定子線(xiàn)圈和電樞線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)沒(méi)有流經(jīng)值得一提的氣隙。制造誤差最多產(chǎn)生一個(gè)非常小的氣隙。
[0023]在行程起始位置上，電樞線(xiàn)圈和所屬的定子線(xiàn)圈并不是同軸放置的，更多的是向行程終端位置移動(dòng)(比如，一般的繞組高度0.5*H);根據(jù)本發(fā)明，可以對(duì)所有線(xiàn)圈這樣進(jìn)行通電，使得電樞線(xiàn)圈和定子線(xiàn)圈從行程起始位置沿著旋轉(zhuǎn)軸離開(kāi)，在這里作用于電樞線(xiàn)圈的力由它傳輸?shù)诫姌猩希⑶覍⑵渫葡蛐谐探K端位置。如果想要回到行程起始位置，那么可將所有電樞和定子線(xiàn)圈進(jìn)行相同方向的通電，這樣就會(huì)(額外)產(chǎn)生一個(gè)吸力。
【附圖說(shuō)明】
[0024]接下來(lái)將借助于附圖中所列舉的例子對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的闡述。這些圖示的比例不一定是正確的，并且本發(fā)明也并不僅局限于所描述的這些方面。我們更注重的是對(duì)這些以本發(fā)明為基礎(chǔ)的原理的進(jìn)行描述。附圖展示的是:
[0025]圖1按照本發(fā)明一個(gè)例子的線(xiàn)性執(zhí)行器的縱向剖面圖；
[0026]圖2圖1中的執(zhí)行器的電樞的俯視圖；
[0027]圖3不同狀態(tài)下圖1中的執(zhí)行器的模擬B場(chǎng)(圖表3a到3e)；
[0028]圖4帶有兩個(gè)不同的充電電壓的驅(qū)動(dòng)電路的第一個(gè)例子；
[0029]圖5帶有兩個(gè)不同的充電電壓的驅(qū)動(dòng)電路的第二個(gè)例子。
[0030]在這些圖中，相同的附圖標(biāo)記表示具有相同或者類(lèi)似含義的相同的或者類(lèi)似的組件。
【具體實(shí)施方式】
[0031]接下來(lái)將借助于線(xiàn)性驅(qū)動(dòng)器的一個(gè)典型例子來(lái)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的說(shuō)明。圖1所示的是一個(gè)驅(qū)動(dòng)器范