用于外科器械的电磁致动器的制造方法_3

文档序号:8546903阅读:来源:国知局
须大于零。如果C = O的话,则所述系统处于磁量最小或能量最小。因此将不再存在合力31。相应的力在最小能量的方向上只会在被从该位置移出时才会产生。这导致了非离散式的定位,因而具有相应止挡件的实施方式是优选的。
[0058]活动件10针对磁体20和21形成磁性背铁(Rueckschluss),从而能够相对于活动件10达到系统的最小磁性阻抗或能量最少的状态。根据活动件的位置,也根据止挡件29和30的位置,能够因此实现不同的保持力。在所示的实施例中将电磁致动器设计为使得活动件10在止挡件上,即,例如在近侧止挡件30上的位置并不对应于能量最少的状态。由此,电磁致动器进一步需要将活动件拉至最小阻抗的位置上,从而产生最终保持力(磁阻)。
[0059]为了此时将活动件10从近侧位置移动至远侧位置上,对线圈24通以电流。由此,能够产生总磁场,该总磁场在远侧方向上产生力,该力大于在近侧方向上的保持力。这在图4和图5中已进行了描述。在远侧方向上的所述力被设定为移动力34。通过对线圈24通以电流,以远侧永磁体20的磁场与线圈的磁场总和产生相应磁场,该磁场通过图4和图5左侧的磁北极26和磁南极25来显示。在理想的情况下,线圈产生的磁通量与远侧永磁体20的磁通量相对应。从而使得朝向近侧第二间隔部件23或朝向定子极靴的磁场得以增强。远侧永磁体20和线圈从理论上来说形成一个较大的连贯的磁体,其具有比近侧永磁体21更大的场强,理想情况下为近侧永磁体21的场强的两倍。由此,产生相应的磁通量32和33,该磁通量显示在图4和图5中,并且产生朝向远侧端部的相应的移动力34。通过3个磁性构件(两个永磁体20和21以及线圈24)的共同作用,活动件10从其近侧位置移动至其远侧位置。
[0060]通过所示的结构,线圈的磁通量不必完全抵消永磁体的磁通量。从而,减少了线圈的磁场使永磁体消磁的风险。由于通过铁磁材料来包围线圈而能够实现极高的效率。这减少了必要的切换电流并进而减少了在内窥镜的情况下,在远侧区域内可能出现的应该避免的加热。
[0061]在根据现有技术的电磁致动器中使用活动件的相应引导部,例如引导管或管,该引导管或管例如由不锈钢、陶瓷或者塑料制成,并且磁导率μ I或者约为1,并且因此对于磁场来说其表现与空气类似。尤其在被极大程度小型化的电磁致动器(其也可被称为磁阻致动器)的情况下,重要的是,尽可能高地保持效率,这是因为在小型化过程中所述力以四次幂减少。在此情况下例如可减小磁体与活动件之间的气隙。然而因使用引导管或管而需要最小厚度。因此该气隙不能被无限降低并且效率无法以最佳的方式提高。现在根据本发明提高引导管或管的磁导率,以便缩小“气隙”。
[0062]此外在图10中示出了曲线图,该曲线图示出了与管11的磁导率相关的力。纵坐标以单位Nm表示力F。横坐标表示磁导率μ -曲线61示出了在使用剩磁为0.3Τ的永磁体时,在端部位置上的根据本发明的致动器的保持力。以虚线和附图标记63示出了在线圈通量为100A/mm2并且永磁体的剩磁为0.3特斯拉时处于端部位置的致动器的切换力。相应地,曲线62是在使用剩磁为0.5T的永磁体时处于端部位置的致动器的保持力并且曲线64是在线圈通量为100A/mm2并且具有剩磁为0.5T的永磁体时致动器的切换力。因此图10示出了管11的磁导率对根据本发明的双稳态电磁致动器的保持力和切换力的影响。这些曲线通过FEM模拟来确定。
[0063]已知的是,该保持力提高至磁导率约为2并在此后再次回落并且大约在磁导率为6时回落至起始值以下。在切换力情况下可看到更大的效果。切换力须为负值,以便进行切换。总的来说,围绕线圈的磁回路由于通过管11的磁导率而被更好地闭合并且由此提高由线圈产生的磁通量。在使用剩磁为0.5T的永磁体时,即在两条曲线61和63回落时,致动器在磁导率为I时不起作用,这是因为切换力为正值。只有当气隙中的磁导率增大时切换力才为负值。在曲线63与64的交点处,即,在磁导率约为5时,两个电磁致动器达到相同的切换力。但保持力在剩磁为0.5T时大小差不多为三倍大。直至磁导率约为20时,剩磁为0.5T的电磁致动器达到比剩磁为0.3T的电磁致动器的保持力的最大绝对值更大的保持力。而切换力在此区域中超过四倍大小。
[0064]借助也可被称为滑动件的管11,材料能够相应地进行切削加工,并且优选以冷成型的方式生产。此时,尤其考虑滚压处理或者深冲处理。尤其优选冷拉管。也可使用被应用于EMV-屏蔽中的材料。此时,其例如为铁氧体,如例如镍铁氧体。
[0065]作为替代的,可生产例如填充有铁磁颗粒的塑料管。通过塑料材料被铁磁颗粒的填充的程度可以很好地调节管的磁导率。例如可以毫无问题地将该磁导率调节到2至100之间。在生产过程中,注入的坯件可进行切削后加工或者使用注塑成型法。
[0066]图6示出了一个根据本发明的致动器的部件的特别优选的实施方式的剖视图,其中,尤其示出了管11和磁体20,21的一部分,其包括相应的磁南极25和磁北极26,以便在管11中相应更好地示出该位置。根据图4中的实施方式,管11被分成不同的部段,这些部段沿纵轴线方向连续布置。因此该管可被例如构造成,使得设有中部区域41,该中部区域的磁导率例如为I或者约为I。该中间区域41与两个管区域40和42相邻,这两个管区域具有例如大小为2至100或者4至60或者6至40或者8至40的提高的磁导率或者具有范围为2至100的另一磁导率。该管区域40和42可如虚线所示位于磁体20和21的区域内并且优选略偏离所述磁体。因此端部区域44可连接至两侧,其中所述管的磁导率为I或约为I。但是,端部区域44也可相应地具有较高的磁导率并且尤其具有在40至42的范围内的磁导率。通过该实施方式避免了通过所述管在磁体20与21之间用于保持活动件10以及用于切换活动件10的磁通量的流失。由此,磁通量相应地由管11聚集起来,也就是说在径向方向上经过所述管11。
[0067]为了生产相应的管,可以例如使用注塑成型,尤其借助如在图8中示意性以剖视图示出的铸模进行。这里示出了铸模50,其具有三个开口 51,51’和51”,这些开口被用作浇注位置。铸模50具有外套、内置管以及其所有面上的盖。在这些元件之间构造有空腔,该空腔是管状的并且管11因而由其形成。沿轴向方向在铸模50的端部区域中,尤其是略微与端面间隔开地将相应的磁体52,53和54设置在右侧上并且将52’,53’和54’设置在左侧上,这可以在注塑成型时确保例如铸体中的铁磁颗粒的磁化。例如将具有铁磁颗粒60的铸体59引入开口 51中并且相应地还将具有铁磁颗粒60的铸体59引入开口 51”中。铸体58在中间处引入开口 51’中,该铸体58尤其不具有铁磁颗粒。以此方式可以生产具有不同区域的相应的管,该管示意性地在图9中示出。这里示出了管11的示意性剖视图以及该管下部的相应区域40,41和42的放大图。在左侧和右侧的区域中,即,在区域40和42的放大图中,示出了对齐的铁磁颗粒60并且在区域41的放大图中示出了不包含铁磁颗粒的塑料。由此产生了极为有效的生产方法。
[0068]在插入铸体58和59之后,铁磁颗粒60按照磁体52,53和54或者52’,53’和54’的磁场线对齐。在硬化例如可能是塑料(该塑料例如是二组分聚酯树脂或者环氧树脂)的铸体后,区域40和42的相应磁导率得以保持。
[0069]根据本发明的致动器的一个改进在于,管11如在图7的俯视图中示意性示出的那样,在周向方向上被划分为多个部段或区域,该部段或区域具有相邻的不同磁导率。该俯视图示出了在周向方向上的三个设置有提高的磁导率的区域,即,在右侧43,45和47和两个区域44和46,它们的磁导率为I或约为I。在图7中未不出具有提尚的磁导率的另个区域,这是因为该区域被遮盖了。相应地,在此实施方式中,区域结构在管11的左侧设置有具有提高的磁导率的区域43’,45’和47’和磁导率约为I的的区域44’和46’。这些区域的结构在周向方向上用于防止活动件在沿纵向移动时也发生旋转。因此活动件还可具有相应的极靴27和28,极靴也在活动件的周向方向上被结构
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