专利名称：电磁线性致动器的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于张紧并且保持弹簧操作致动器中的弹簧的电磁线性致动器的领域。
背景技术：
电磁致动器的运行模式基于洛伦兹(Lorentz)力和磁阻力(也被称作麦克斯韦(Maxwell)力)效应。结构化如起重磁铁的致动器可用于机器杠杆、阀门、门阀、开关等的致动。起重磁铁是包括电枢、定子和线圈的电磁铁。其结构简单并且坚固且其可以较小功耗生成大的保持力。但是，在起重大负载时，其电效率归因于与重型起重相关的大气隙而较小。在多数简单近似(无漏磁场、无饱和)中，产生特定力所需的电流与气隙长度长比例且功率损耗随电流二次增大。实际比率更不利。由于高功率损耗，长行程起重磁铁在应用的电效率不大的情况下，通常甚至可仅产生小的初始力(与保持力相比)。限值由电流额定值给定。起重磁铁描述为“长行程”，例如，如果电枢(相对于定子)的最大起重h为h=sqrt (A)的量级，其中A表示电枢的横截面积。但是，引用的定义必须仅理解为指导值。一般来说，为了实现近似常数，与较小调节距离相比，跨整个调节距离的致动力对于较大调节距离不成比例地更难。高保持力仅在气隙几乎为零的情况下有效。通过电枢和框架的适当几何设计，起重磁铁的路径性能曲线可被影响(这被描述为性能曲线影响)使得作用在电枢上的磁阻力变得几乎独立于路径。这种类型的致动器被描述为“比例磁铁”。当电枢的磁力抵着弹簧的恢复力作用时，在电枢适当构造的情况下其位置可几乎与电枢电流成比例。但比例磁铁仅为长起重供应相对较小的力。此外，在吸引条件下，比例磁铁可仅产生相对较小的保持力(在无性能曲线影响的情况下与起重磁铁相比)。另一种类型的电磁线性致动器结构化为类似于插棒式线圈并且也被描述为电动致动器。当与起重磁铁相比时，插棒式线圈是更精致且更复杂的结构设计。虽然适当设计的插棒式线圈能够产生几乎均匀大的(洛伦兹)力，但是这些必须吸收自独立且相对细的线圈。插棒式线圈的冷却也可为技术上的挑战，因为线圈必须悬浮使得其可移动并且应尽可能轻以实现高的动力。(说到实例，只要联想电动扬声器)。有鉴于此，其通常无法固定附接至(固体)散热片。与起重磁铁相比，插棒式线圈还无法仅使用低功率生成(保持)力。其实际上不适于需要使用优选尽可能低的功耗维持大(保持)力的应用。本发明的目标因此包括寻找能够以与起重磁铁类似的电力产生保持力(而不影响性能曲线)但还能够产生用跨整个调节距离的长起重产生保持力量级的力的电线性驱动。
发明内容
上述目标通过根据权利要求1所述的电磁线性致动器实现。本发明的不同示例性实施方案是从属权利要求的标的。
下文描述电磁线性致动器。根据本发明的一个实例，线性致动器包括:框架(定子),其至少部分由软磁性材料制成；和电枢,其至少部分由软磁性材料制成并且以电枢可沿着纵轴相对于框架移动的这样一种方式支撑在框架上。电枢和框架以在打开位置中沿着纵轴在电枢与框架之间存在间隙且在闭合位置中电枢和框架抵靠彼此使得间隙闭合的这样一种方式设计。第一电枢线圈以作用在第一电枢线圈上的力可传递至电枢的这样一种方式连接至电枢。线性致动器还包括用于生成激发磁场的构件，其至少部分由框架和电枢引导并且以在电流流动穿过第一电枢线圈时力作用在第一电枢线圈上且该力传递至电枢以闭合间隙的这样一种方式对准。框架、电枢和激发磁场以保持力在框架与电枢之间的间隙闭合时生效的这样一种方式设计。当与正常电磁铁(不影响性能曲线的起重磁铁)相比，依据本发明的线性致动器提供即使用长起重仍能够产生跨整个调节距离的保持力的量级的力的优点。依据上述实例，这可实现，即除作用在电枢上的磁阻力外，缠绕至电枢上的一个或多个线圈传递力至电枢，线圈也“如电枢”在电枢的磁阻力因敞开的气隙而仍然低时那样推动电枢。依据本发明的实例，电枢和框架连同间隙(作为所谓气隙)形成磁路，其中携载激发磁场。为此目的，第一电枢线圈可自行可充当用于产生激发磁场的构件，其中电枢线圈配置在电枢上使得其至少部分紧靠气隙。在这种背景下，电枢线圈可配置在电枢上且框架和电枢可被设计成使得在电枢的打开位置中，激发磁场自行集中在径向方向上(横向于纵轴)并且径向穿透电枢线圈。依据本发明的另一个实例，用于形成靠近第一电枢线圈的激发场的构件包括指派给所述第一电枢线圈且与框架机械连接的激发线圈，其中第一电枢线圈和相关激发线圈在电流流动穿过其时生成彼此相反的磁场。至少在打开位置中，这些磁场的叠加得到径向(横向于纵向)磁通量(激发场)，其可与第一电枢线圈相互作用。在打开位置中，第一电枢线圈和激发线圈被指派使得其邻近配置使得当电流流动穿过线圈时，激发场与第一电枢线圈相互作用使得力在纵向上作用在第一电枢线圈上，其闭合间隙。配置在框架上的激发线圈还可用永久磁铁替换。此外，多对(电枢线圈和相关激发线圈)可容纳在一个致动器内，类似于例如机械串联连接。如上所述，此外或者可提供电枢线圈，其自行生成其激发场。最后，保持线圈可配置在框架上，其在间隙闭合时形成保持力。这种保持线圈还可用永久磁铁替换。在下文中，有时同义地提到“保持”和“吸引”线圈。这总是涉及用于施加磁阻力至驱动(通常是电枢)的软磁性可移动组件上的目的的线圈。术语“吸引线圈”说明这种情况，前提是磁阻力总是作用于吸引软磁性组件。术语保持线圈强调使用适当尺寸，吸引线圈能够使致动器保持为其抵着恢复力的位置。在本说明的意义内，所有保持线圈都是吸引线圈。由于致动器的力可在保持力的相同量级内，所以致动器尤其适于弹簧的张紧。弹簧随后可通过仅非常小(在使用永久磁铁时)的保持电流保持在张紧状态中或即使在其断电时仍保持张紧。
进一步描述中的下列附图旨在帮助更好地理解本发明。发明理念的进一步细节、变型和进一步发展参考涉及特别选择实例的附图而讨论。附图中的元件不应被理解为限制而是旨在说明本发明的原理。图1示出处于开端位置(a)和闭端位置(b)的本发明的实例的电磁线性致动器。在开端位置(a)中，即起重开始时，磁路主要在径向气隙Lb (分路)上方闭合，因此容纳在气隙Lb中的通电线圈感测其传递至电枢的力:线圈在闭端位置(b)的方向上推动电枢。但是由于电枢移动，轴向气隙La减小，因此其磁阻减小且穿过La的磁流增大。在闭端位置(b)中，即在消失的轴向气隙LA<<LB期间，配置最终如传统起重磁铁般运作。自然“电枢”也可能被保持在适当位置而非“定子”;在这种情况下，定子和电枢交换其职责且取代缠绕的电枢，“仅铁”移动，其在许多情况下较简单。对于驱动效率而言决定性的是气隙Lb足够小；其必须相对于完全打开的气隙La特别小；图2示出依据处于开端位置(a)和致动程序(b)期间的位置的本发明的另一个实例的电磁线性致动器；图3示出电磁线性致动器，其类似于来自图2的实例配置，其中致动器可保持在闭端位置(b)；图4示出处于开端位置(a)和闭端位置(b)的依据本发明的另一个实例的电磁线性致动器；配置类似于来自图3的致动器；图5示出处于开端位置(a)和闭端位置(b)的依据本发明的另一个实例的用于张紧弹簧致动器的电磁线性致动器；配置类似于来自图4的致动器，但是激发磁场由永久磁铁生成；图6示出依据本发明的另一个实例的电磁线性致动器；致动器可被视作来自图1和图2的实例的组合；图7示出依据本发明的另一个实例的电磁线性致动器。致动器可被视作来自图1和图3的实例的组合；和图8示出线性致动器，其特别稳固并且特别容易制造。线圈的绕组至少部分缠绕至平螺纹中(其中平螺纹也可用其他类型的螺纹或断续“鳍部”即由断续肋部形成的多个槽替代。决定性的是绕组至少部分缠绕在电枢(材料)的凹部中)。驱动类似于图6所示的驱动运行，但是激发线圈和指派的电枢线圈(其具有彼此排斥的能力)具有不同直径(诸如还依据图4)。与先前所示的驱动相比，这些电枢之间径向存在软磁性材料(指的是来自框架
(I)的“平螺纹”)，其必须在驱动可输出更大力之前首先饱和。
具体实施例方式图1展示根据本发明的线性致动器的简单实例(图1a:打开位置，图1b:闭合位置)。图1所示的配置轴对称(纵轴I作为对称轴)。但是并不强制将致动器设计成轴对称。依据来自图1的实例，线性致动器包括框架10 (下文中也称为“定子”)以及电枢
20。电枢20以及定子10两者至少部分由软磁性材料组成，以能够传导磁通量。电枢20支撑在定子10上使得电枢20可相对于定子10沿着纵轴I移动。此外形成电枢20和定子10使得在打开位置中沿着电枢20与定子10之间的纵轴I在电枢20与定子10之间存在间隙La,且电枢20和定子10在闭合位置中抵靠彼此使得间隙La闭合。第一电枢线圈A与电枢20连接。电枢线圈A与电枢20之间的连接使得作用在第一电枢线圈A上的力可转移至电枢20。作用在磁场与线圈电流之间的力(所述力由于相互作用而作用在电枢线圈A上)最终也将作用在电枢20自身上。根据来自图1的实例的线性致动器最终包括用于生成激发磁场的构件，其至少部分被引导穿过框架和电枢并且以在电流流动穿过第一电枢线圈20时力Fm作用在第一电枢线圈20上，该力传递至电枢20以闭合间隙La (见图1b)的这样一种方式导向。在这种背景下，定子10、电枢20和激发磁场被设计成使得保持力Fh在定子20与电枢10之间的间隙La闭合时生效。在图1所示的自激发变型中，电枢线圈A自行充当用于生成激发磁场的构件。电枢20和定子10连同间隙La (作为(工作)气隙)形成磁路，激发磁场在其中被引导。在这种背景下，电枢线圈A被配置为至少部分紧靠间隙La，因此已经在打开位置(a)中部分“浸入”至框架10中。电枢线圈A尤其可配置在电枢的周边槽中。在这种情况下，电枢线圈A围绕纵轴I几乎对称地延伸。在本实例中，间隙La的长度d2由电枢20肩部21与定子10相对于肩部的正面之间的距离确定。根据本文所述的本发明的实施方案，电磁线性致动器包括在支撑在框架上的长形电枢，其可在轴向方向(纵向I)上移动，以及用于生成磁通量(激发磁场)的至少一个线圈，使得电枢和框架像起重磁铁般彼此吸引。像在“正常”起重磁铁中，这种吸引力是所谓的磁阻力，其轴向分量(其在不影响性能曲线的情况下在起重磁铁中具有恒定线圈电流)至少随气隙长度而二次减小(如果考虑杂散场，所述减小甚至更强)。在实践中出于这个原因，工作气隙越大，用常规电磁铁无法生成较大的力，但是使用闭合的工作气隙，移动件与框架之间的更大保持力可为有效的。为能够实现跨可移动电枢的整个调节距离的电磁铁保持力量级的力，电枢线圈与可移动电枢连接，其以这样一种方式被激发磁场导磁和/或与此相互作用使得至少使用打开(轴向)气隙La，附加力(尤其劳伦斯力)作用在电枢线圈上，其在与(电枢上的)磁阻力相同的方向上作用。换句话说，使用打开(轴向)气隙La，电枢线圈A的激发磁场至少部分跨径向气隙Lb闭合，这导致电枢线圈A被激发磁场导磁，使得附加的力作用在其上。如果适当设计框架、电枢和电枢线圈，那么电枢线圈将自行生成激发磁场，其适于生成像起重磁铁的磁阻力(即，当间隙闭合时用于保持电枢)以及基于前文所提的打开气隙的附加力效应而用于加速电枢。其实例是已在前文描述的依据图1的线性致动器。简单地说，根据本发明的实例的线性致动器包括(电)起重磁铁，其电枢另外由作用在电枢线圈上的力驱动(移位)。这使得已经可以简单方式在调节距离的开端提供较大的力。使用充足大小和电流馈电，与起重磁铁相比，可实现高的电效率和非常短的致动时间。图2涉及本发明的另一个实例，其中激发磁场用于加速电枢线圈A，且因此电枢20不是单独从一个电枢线圈A生成(诸如来自图1的实例)，而是另外在与框架机械连接的激发线圈B的帮助下生成。依据图2所示的实例的线性致动器还包括由激发线圈B和电枢线圈A组成的一对。图2所示的致动器可与来自图1的致动器组合(见图5)或独立使用。依据来自图2的实例，线性致动器包括框架10 (定子)和在支撑在框架上的电枢20，其可轴向移动(S卩，沿着纵轴I)。电枢线圈A与电枢20固定连接。出于这个目的，如果可能，电枢线圈A可围绕电枢20的纵轴I对称缠绕。指派给电枢线圈A的激发线圈B与框架10牢固连接。这可同轴地缠绕至电枢线圈A。在运行期间，电枢线圈A和激发线圈B供应有电流，使得线圈A、B产生相反磁场。在致动器的开(端)位置中(见图2a)，线圈A、B紧靠彼此配置(彼此的轴向距离尽可能小)，使得使用串联(或还并联)电连接的线圈，总电感可以相对较低，因为线圈磁场的轴向(即，在移动方向上)分量几乎破坏性地叠加。线圈A、B还可以部分融合至彼此中而配置(例如，见图4)。磁场的径向分量叠加，引起径向磁通量，其在电枢线圈A中产生力效应。为获得尽可能最优的磁场重叠，两个线圈A、B必须产生相同磁性磁动势；这可最容易地获得，即具有相同匝数的两个线圈串联电连接。无论致动器是否轴对称地设计，“径向” 一般理解为包括相对于致动器纵轴的直角的方向(即，其相对于移动方向呈直角)。因此无论致动器的横截面形式，径向意指“横向于运动轴”。在图2的本实例中，轴向“间隙”LA理解为电枢20正面与框架10相应正面之间的空间，且在这种情况下不展示磁路的气隙。在致动器的这种结构设计中，如果间隙闭合(LA=0)，那么电枢20不抵靠框架10，且因此在闭(端)位置中电枢20与框架10之间没有有效保持力Fh。严格来说，“间隙”La不涉及磁路的气隙，因为框架在侧面上打开。使用框架(其中框架在侧面上闭合)，间隙La也是磁路的气隙，且可生成各自保持力以将电枢保持在闭端位置中。这种类型的实例例如示于图3和图4中。图2b图示与图2a中相同的致动器，但是与图2a相比，轴向“间隙” La和径向气隙Lb更小，线圈A、B之间的横截表面更大。使用来自图2的实例，在线圈A、B之间沿着纵轴I保留有径向气隙Lb (即，横向于纵轴I)。如果电流流动穿过线圈A、B，那么排斥磁阻力作用在电枢线圈A中的激发线圈B之间，因为当线圈A、B的轴向距离增大时，径向气隙Lb的有效横截面也变得更大，且因此致动器配置的总电感增加。随着距离增大，两个线圈的电感的相互补偿消退。另外，电枢线圈A基于由激发线圈B产生的所生成的径向磁场分量而感知洛伦兹力(与从电枢线圈A生成的磁场相互作用)，其作用在与上述磁阻力相同的方向。如上文已进一步提及，通过叠加来自激发线圈和电枢线圈A、B的场而建立径向磁场分量。更直观的观察源于磁压，用磁压可产生热机的大致类似物:考虑作为活塞的电枢线圈A和磁场B，其位于径向气隙Lb中的线圈A、B之间，因为工作气体具有(磁)压B2/(2 Utl)，其在过程中解压并做功。在简单的近似中，且如果电流不太高，那么以下可适用:在恒定线圈电流穿过电枢线圈A和激发线圈B的情况下，通过使电枢线圈A移位而使气隙的有效径向横截面翻倍，导致径向气隙中的通量密度减半。然而，磁场能量密度与B2成正比，所以在使线圈之间的磁场移位之后其仅含有刚好大于其原始场能的一半(体积翻倍，能量密度为四分之一)。能量差可做功。从这个图立即了解，为使驱动高效，在调节距离的开端的激发线圈与电枢线圈B、A之间的距离必须尽可能小，因为压缩越高，热机也变得越高效。当已到达调节距离的末端时，可根据已知电路使用仍然保留的任何磁场能量，例如给电容器充电或直接使用一个所有几个附加线圈，尤其吸引线圈(当整体作为热机观察时，这种电路类似于利用涡轮增压器的剩余能量)。比具有上文所述的热机的类比少一些生动性但更确切的物理术语是观察磁压梯度(“磁张力”)，其具有(B.V) B/μ。形式且具有量度NnT3。由于这个压力梯度，除洛伦兹力之外，一个力作用在线圈Α、B之间使得压力梯度变得更小，其对应于“矫直”，且因此缩短磁通量线。与仅仅借助于磁场而传递的洛伦兹力相反，由这个力做的功源于磁场本身。相比于电磁铁中的磁阻力，“磁张力”不平行而是反径向作用于磁通量线(“矫直”磁通量线)。图3示出与来自图2的实例非常类似的示例性实施方案，其中使用闭合的轴向间隙La (见图3b)，在磁性保持力Fh的帮助下电枢20可像起重磁铁般保持在框架10上。出于这个目的，框架10在其正面上具有肩部，如果间隙La闭合，那么电枢的对应面抵靠所述肩部。在最简单情况下(即，不影响性能曲线的情况下)，框架10具有在其面的一侧上闭合的中空圆柱体形式，且电枢20以框架10形式安装至中空圆柱体中。但是除了轴对称横截面(横向于纵轴I)以外的情况也是可行的，但是是电枢/电枢对应系统而非平坦正面。除了来自图2的实例外，电枢线圈A和激发线圈B配置在槽中，槽在每个情况下配置在电枢20和/或框架10的表面中。在这种情况下，槽通常例如在纵轴I的周边延伸。出于这个目的，其内延伸电枢线圈A的槽可比电枢线圈A自身更宽，使得紧靠其存在针对滑动轴承材料30的空间，其改进了电枢20与框架10之间的滑行特性。滑动轴承材料30例如是自润滑且电绝缘的合成材料。电枢20中的槽或者可完全用电枢线圈A (包括铸造化合物)填充。从线性致动器的开端位置开始(见图3a)，电枢20中的槽足够宽使得在电枢的较小移位的情况下，在电枢线圈A与激发线圈B之间保留径向气隙，类似于来自图2的实例。在这种背景下，术语气隙不应理解为意指间隙中实际存在空气，但更重要的在于气隙中的材料不是软磁性的。在起重结束时(或结束前不久)也可以闭合径向气隙Lb (就如图3b的实例中)。因此，这仅留出轴向气隙La (其在起重结束时消失)，其接着(在闭合径向气隙之后)由于磁阻力效应(由电枢线圈A和保持线圈C的磁场引起)而闭合，并保持在闭合状态中。出于这个目的，电枢线圈A和保持线圈C供应有同向电流。当线圈A、B供应有相反方向的电流时，径向气隙Lb的连续闭合偶然伴随磁阻力，其中在移动方向上观察，这个力施加在槽的左后侧翼上，其中容纳电枢线圈A，且其也促进La的闭合。为在调节距离的末端增加至电枢20上的力，并使用最小电力消耗确保在闭合轴向间隙La上的高保持力Fh，可在框架10中或框架10上配置附加激发线圈C。在本实例中，保持线圈C，类似于激发线圈B同样配置在框架10的槽中。保持线圈C对于使致动器运转不是强制的。使用适当布局，用于产生保持力Fh的必要激发场也可以由电枢线圈A产生；在这种情况下，槽(其中配置电枢线圈A)与电枢20正面之间的肋部应(比对应的图2a中所示的长度r/2)明显更小，(或甚至是零)。保持力Fh所需的激发场或者也可以由配置在框架10中的永久磁铁生成(见来自图5的实例)。独立观察，保持线圈C基本上像传统电起重磁铁的线圈般运行。图4中的实例与来自图3的实例基本上结构相同。在本实例中，电枢线圈A和激发线圈B同轴，且在开(端)位置中至少部分配置至彼此中，使得线圈A、B在轴向方向上部分重叠。这种类型的配置可具有非常低的初始电感，其中线圈A和B可串联或并联连接。在这种情况下，电枢线圈A也配置在围绕电枢20圆周延伸的槽中。但是除了依据图3的实例之外，电枢线圈跨槽的整个横截面分布，且不提供单独滑动轴承材料30 (见图3)以形成滑动表面。如图4a中可见(致动器的开端位置)，在移动期间，只要激发线圈B和电枢线圈重叠(在轴向方向上)，激发线圈B将“看见”径向气隙Lb。随着电枢20位移增大(见图4b)，电枢线圈A的槽也进一步移动。一旦电枢线圈A和激发线圈B的槽不再重叠(在轴向方向上)，激发线圈B不再“看到”径向气隙Lb，且激发线圈B的场跨电枢20和框架10短路(见图4b)。当详细检查时，由于铁的局部饱和，径向气隙Lb的这种短路连续发生。磁性短路只有在电枢的铁和定子的铁充分重叠(近似r/2)时是(几乎)完美的。同时，电枢线圈A到达另一个激发线圈C (保持线圈)的影响范围，其激发磁场与电枢线圈A的场同向，且其将电枢20拉至电枢的末端位置(电枢的正面接触框架的内部正面)。在这个末端位置中，电枢20接着由于线圈A和C的场(保持力Fh)而被保持。如前文所提，电枢线圈A和激发线圈B可以缠绕，使得在打开起始位置中(例如见图3a或图4a)其电感(由于各自磁场的破坏性叠加)很大程度地补偿，使得整体配置(线圈A、B并联或串联连接)具有非常低的初始电感，其具有可获得非常高动力(S卩，短的绝对致动时间)的优点。图5示出与来自图4的实例结构类似的另一个实施方案。除了依据图4的致动器之外，由对应永久磁铁B’和/或C’代替激发线圈B和保持线圈C。永久磁铁B’、C’配置在框架10上或框架10中使得其产生与(激发)线圈B和/或C类似的磁场，在图4的实例中其供应有电流。在这种情况下，永久磁铁B’和C’被设计成框架10的部分。但是永久磁铁也可以配置在槽中，如在来自图3的实例中，其在圆周方向上围绕框架10的内部。此外永久磁铁也可以附接在框架的内部上(与来自图2的激发线圈B相同)。(也可以将框架和电枢的“职责”交换，且将永久磁铁附接在电枢上，且取而代之将前述电枢线圈附接在框架上。)在所展示的实例中，永久磁铁B’、C’具有中空圆柱体形式。然而永久磁铁也可以由数个个别磁铁组建。除了前述线性致动器之外，本实例示出变型，其中弹簧50通过线性致动器的移动而张紧，并维持在张紧状态。即使没有在每个实例中示出，也可以使用任何所示实施方案以张紧弹簧。此外，每个所示致动器(如果必要，设计上轻微调整)可将弹簧维持在张紧状态。对于除了来自图2的实例之外的所有实施方案，这在非常低的电力消耗或甚至没有任何电力(见图5)的情况下也是可能的。以这种方式，可实现非常简单结构的“弹簧致动电流以这样一种方式供应至电枢线圈Α，使得(如果在每种情况下个别地观察场)电枢线圈的所得磁场相反于永久磁铁B’的激发磁场而对准。如用前述实例所述，电枢线圈A和永久磁铁B’的磁场叠加导致径向场分量，其在电枢线圈中导致力效应，其将电枢线圈A和永久磁铁B’驱动分开。因此，在开端位置中(见图5a)，力作用在电枢线圈A上，其连同作用在电枢上的磁阻力跨整个调节距离是足够大的，以张紧(压缩)弹簧50并将电枢抵靠弹簧力移动至闭端位置(见图5b)。在闭端位置中，由于保持磁铁C’的激发场以及由于电枢线圈A的磁场，保持力Fh起作用，其使电枢保持在闭端位置中并因此使弹簧保持张紧。如果其大小适当，电枢也可以仅仅由于保持磁铁C’的激发场而在断电的情况下抵靠弹簧力保持。如果至电枢线圈A的电流馈电被反向(“负激发”)，那么保持磁铁C’的磁场可由来自电枢线圈A的场补偿，且至电枢20上的保持力Fh消失(和/或变得小于弹簧力)。弹簧50可松弛，由此致动器再次被移动至起始位置(见图5a)。另外，洛伦兹力将作用在电枢线圈A上，但是在与张紧弹簧时相反的方向上，即朝轴向气隙的开口，这将另外加速电枢20。在图6中，线性致动器示作另一个实施方案，其可基本上视作图1和图2所示的致动器的组合(机械串联连接)。因此，来自图6的致动器具有两个电枢线圈Al和A2和一个激发线圈BI，其中线圈Al和BI对对应于电枢线圈A和/或来自图2的实例的激发线圈B，和来自图1的实例的电枢线圈A的(自激发)电枢线圈A2对。如果末端位置闭合，那么保持力Fh以与来自图1的实例相同的方式作用在电枢20与框架10之间。在线性致动程序期间，当与来自图1的实例对比时，附加的线圈对(激发线圈B1、电枢线圈Al)提供电枢线圈Al和因此在电枢20上的附加电磁力效应。依据图7的磁线性致动器可视作来自图1和图3的实施方案的组合，其提供跨整个调节时间的尤其较高的磁力，且由于高比容力而可包括较短致动时间。电枢线圈A2具有与来自图1或图6的前述实例相同的功能。保持线圈C具有与来自图3的实例相同的功能。在每种情况下线圈对A1、B1和A3、B3也具有像来自图3的实例中的线圈A和/或B的相同功能。依据图7的电磁线性致动器也可被看作依据图1的致动器和依据图3的致动器的机械串联连接，其中对比于来自图3的致动器，为由激发线圈B和电枢线圈A组成的对提供两次依据图7的致动器。为在致动器的横截表面保持的相同时增加电磁力，可提供由电枢线圈和对应激发线圈组成的任何任选数量的对在理论上是可行的。与来自图3的实例相同，电枢线圈Al和A3不填充电枢20中相关槽的整个横截面。滑动轴承材料配置在紧靠各自电枢线圈A1、A3的槽中及在相关激发线圈B1、B2下方，如合成材料。所述材料用于填充槽，其一方面影响力的特性，且另一方面滑动轴承材料可用作由电枢20和框架10形成的摩擦轴承的部分。电枢线圈Al和保持线圈C在运行中供应有电流使得所得磁场是单向的。电枢线圈A3供应有电流使得其磁场与电枢线圈Al的场反向定向。最后，激发线圈BI和B3供应有电流使得其磁场在致动器的打开起始位置中几乎补偿相关电枢线圈Al和A3的磁场，使得可实现较低的总电导。线圈B1、A1和B3、A3成对串联连接，且形成低电感子电路。与其平行(或单独供应)地连接线圈A2和C。参考图2至图4的这种连接中所述的内容相应地适用。电枢线圈Al和A3的轴向距离被定大小使得在电枢20的闭端位置中，电枢线圈A3将定位在激发线圈BI中并直接紧靠激发线圈BI。以相同方式，激发线圈BI与保持线圈C之间的距离被定大小使得在电枢20的闭端位置中，电枢线圈Al将位于保持线圈C中或紧靠保持线圈C。在闭端位置中，保持线圈C以及电枢线圈A2的激发磁场确保充足的电枢力，以抵抗潜在的恢复力(例如，弹簧力)将电枢20保持在框架10上。所有实施方案的共同点在于电枢20可以是沿着在框架10中轴向引导的纵轴I延伸的轴向引导软磁性组件。电枢线圈A、A1、A2、A3也可以埋头在沿着电枢的周边圆周延伸的槽中，或沿着电枢的圆周缠绕(见图1、图3至图5和图7和图8)或可沿着电枢的周边缠绕(见图2和图6)。出于这个目的，线圈可由电绝缘的异型线(例如具有矩形剖面)缠绕。可根据已知方法用铸造树脂铸造电枢线圈，其中铸造树脂可包括粉末。在这种背景下，粉末可由陶瓷材料组成，例如具有高热导率的材料，或具有对应的高热导率的另一种材料。通常可注意到，电枢20和框架10以及激发线圈B、B1、B3 (以及自激发情况下的A)应被构造成使得所得激发磁场(和/或所得激发磁场)可与所述(或这些)电枢线圈A、A1、A3相互作用，将由电枢线圈的磁路的对应几何构造所集中，其中在致动器的开端位置中，激发场将径向地使电枢线圈导磁，以实现轴向力效应(因为线圈电流在圆周方向上流动)。如前文所提，与电枢线圈A相互作用的磁场可由电枢线圈A自身生成(见图1，具有轴向气隙La，使得二次流使电枢线圈A导磁并径向驱动电枢线圈A)。或者，被视作用于生成激发磁场的构件是固定在框架上的激发线圈B、B1、B3 (见图3)，或对应的永久磁铁B’(见图5)。激发线圈B、B1、B3可在径向方向上比对应电枢线圈A、Al、A3更大(例如，直径更大)，使得电枢和激发线圈可至少部分滑动至彼此中。在这种背景下，电枢20和框架10可在彼此上滑动，使得径向气隙取决于电枢位置而闭合(见图3和图4)。电枢线圈A和激发线圈B或者可为几乎相同大小(见图2和图6)。在这种情况下，电枢线圈和相关激发线圈可在致动器的开端位置中直接并排配置。对于电枢和/或框架应使用具有最大可能饱和聚合和最大可能高的相对导磁性的软磁性材料。电枢和框架的电导率应尽可能低，以保持低的涡流损失。出于这个目的，类似于变压器，用于抑制涡流的电枢和/或框架的材料可被层叠(“电气片/薄片”)或可由复合粉末材料组成或设有槽。电枢线圈的电流供应(即，电缆)可从电枢20通过轴向孔带出。可通过绞合线或绞线确保电流供应。出于这个目的的适当材料例如是铍青铜。如前文已提及，电枢线圈应与对应激发线圈串联或并联连接，且被设计和配置使得在调节距离的开端各自磁场很大程度地彼此补偿，使得在调节距离起始处配置的电感相对较低。然而在对应[激发线圈]之间必须保留特定轴向偏移，否则驱动力会消失或改变其符号。作用在电枢20上的磁力必须借助于杆21 (棒)从框架10带出，以促进机械耦接至其他机器元件。致动器可与弹簧50组合(见图5或弹簧，图8)，使得其在末端位置中(即，在调节距离的末端)可抵靠弹簧力的作用而将其绷紧并保持在绷紧状态中。通过切断或通过减小负责将电枢20保持在端位置中的磁场，弹簧致动器可按需要被释放，这导致致动器回弹至打开的起始位置。如果使用永久磁铁，那么可在没有任何电力的情况下将弹簧保持在张紧位置中。为释放弹簧致动器，永久磁铁的场(见图5中的磁铁C’)至少部分由线圈的相反定向的场补偿，使得保持力Fh变得小于弹簧力且弹簧回弹至起始位置中。此外在回弹期间可借助于作用在电枢线圈上的电磁力而使电枢20另外地加速，这使甚至更短的致动时间成为可能。与弹簧组合，例如可有利地代替所示的线性致动器，先前已知的弹簧致动器和电开关(短致动时间、高的力，较少数量的移动件)。这尤其适用于配备有成对配置的线圈的这种驱动，从这种构造在每种情况下一者与电枢(电枢线圈)机械连接，且另一者与定子(激发线圈)连接。这种构造由于其而具有尤其适于高动力驱动的优点。这个构造由于其而具有尤其适于高动力驱动的优点:-在起重开始时，可提供特别大的力-在起重开始时，共轭(彼此排斥)线圈的电感可很大程度地补偿，这可简单地通过相同匝数和串联连接来实现。与传统起重磁铁对比，这导致快得多地形成力(更小的死区时间)。然而在图3、图4和图7中公开的本发明的实施方案中，所述优点与缺点相关，缺点实际上可表示可能有经济效益的一些应用的排除标准。1.电感1.1当驱动开启时所需的低初始电感可导致高的电流上升速率，这在许多半导体开关(例如，晶体管)中可导致局部过热(所谓的热点)。在接触颤动期间(电_)机械开关可能因火花或电弧放电而损坏或过早磨损。为安全防止破坏开关，其必需过大，这导致附加成本。或者具有闭合磁路的电感和高导磁芯材料必须与驱动串联连接(“磁开关保护”)，这也引起成本且同时增加电路的ESR[电子自旋共振]。2.内槽固定在定子上的激发线圈(其可对附接在电枢上的(电枢)线圈起排斥作用)例如插入至内槽中。当跨特别长的起重机在给定电枢半径上产生尽可能高的力是至关重要时，这种配置(见图3、图4和图7)是有利的。然而除此之外，其也受到缺点影响:2.1 一般而言，不可能在没有线圈架的情况下将激发线圈附接至定子，这一方面增加了有效(径向)气隙(lb)，且增加了驱动的必要横截面(以及因此其质量和所使用的材料)，且另一方面减小了其“力常数”(意思是F=F (X，I)，其中F=驱动力，X=起重位置，且I=电流强度)。2.2在(定子)激发线圈被配置在内槽中的情况下，具有长行程的设计中具有在起重移动期间电枢的边缘与位于槽内部的定子的边缘碰撞的风险。鉴于驱动越来越多的活动，由于磨损，必须特别考虑这个风险。然而这可通过用特别高质量的材料、制造期间的高精确度和/或相当大的径向(寄生)气隙运作而抵消。然而，这些测量需要附加成本或其降低驱动效率。除上述缺点(其可在本发明的一些实施方案中给出)之外，还存在另一个缺点，其影响图1至图7所示的所有实施方案:(大的)力出现在(软)铜上。这些力通常必须被铸造化合物吸收，且被转移至定子和/或电枢。尤其鉴于线圈(和平滑槽)的相当小的正面，与其相关的技术挑战对本领域技术人员而言是显然的。所有所述缺点可通过诸如图8所示的配置防止。图8通过具有缠绕在电枢上的第一电枢线圈A以及(定子)激发线圈B和指派给这个激发线圈B的第二电枢线圈Al的驱动的实例来展示。框架由多个软磁性组件组成，其中电枢在其内移动(框架(I))的部分具有代替内槽的外槽。分派给第二电枢线圈Al的激发线圈B缠绕至这个槽中。外槽随后将用另一种软磁性材料磁性围封，其在图8中借助于框架(2)组件而发生。示意图示出处于其初始起重位置的驱动，绕组未绘出。如可见，外槽形成重叠线圈(激发线圈B、第二电枢线圈Al)之间的初始起重位置中的一种类型的“软磁桥”。因此，其无法得到这些线圈之间的未消失的互相排斥作用，这些必须自然供应有相反方向的电流。电流引致“软磁桥”中的磁通量，其归因于软磁性工作材料的高相对磁导率产生驱动的高初始电感(有利地提供具有大致相同数量绕组的互相指派线圈并且将其串联连接)。这种高初始电感允许用于在大电流流动穿过驱动线圈之前切换驱动变为完全导电的开关。这保护开关(见上文)。驱动在磁通量已在移动方向上穿过“软磁桥”、饱和时开始移动。其随后结合比例磁铁充当根据本发明的其他驱动(电枢移动缩短饱和“软磁桥”在移动方向上的磁力线)。根据图8，电枢以连续管状实体滑动超过它且不再存在“边缘碰撞边缘”的可能性。根据图8，可简单使寄生(径向)气隙保持较小。上文所示的所有问题因此免除，“从铜至铁上”的力传递除外。这最后一个问题根据图8处理，即电枢和定子上的外槽执行为切割为(平)螺纹或引入多个小型附加槽(槽例如由多个平行肋部形成，在圆周方向上间断并且围绕周边延伸)。绕线完全或部分缠绕至这些较小槽和/或(平)螺纹中并且随后如前般浇铸。一方面，这促进将作用在铜上的力分布至槽和/或螺纹的侧翼上且浇铸化合物与电枢巧妙联锁。另一方面，一部分力不再发生为铜上的(洛伦兹)力而是槽和/或螺纹侧翼上和因此坚固得多的组件，即电枢(其通常由铁合金组成)本身上的所谓磁性侧向压力。此外，位于槽/螺纹中的绕组在操作期间被电磁压入其中；这种效应通常用于标准旋转电机器。通过应用已知方法，诸如使用适当的漆包线(尤其聚酰胺酰亚胺绝缘漆包铜线和尤其异型钢丝)和/或适当的浇铸化合物，绕组与“铁”之间的绝缘问题可由任何专家安全阻止。作为将电枢与线圈绝缘的附加手段，电枢也可通过采用已知方法，诸如通过浸溃、汽相沉积、离子化等而自然设有电绝缘层。在这种背景下，根据已知手段施加绝缘层可限于电相关区域；但还可涂布整个电枢，其中涂层随后也可充当摩擦轴承的一部分，其可形成框架(I)中的电枢，只要不提供单独腹点或杆托(其用例如软磁性轴承材料形成)。如前文已述，根据本发明的上述驱动非常适于与弹簧结合以替换电路断路器中的已知弹簧操作机构(如直接驱动):这适用于所有实施例。在这种背景下，可能特别有趣地将驱动器直接安装至高压电路断路器的气体隔室中或低压和中压电路断路器的(真空)管中。这使得可省去复杂密封件(例如，真空灭弧室情况下的SF6绝缘高压电路断路器或金属波纹管的旋转密封件)并且显著减小移动件的数量，其一方面节约成本且另一方面对于可靠性有利。由于当与传统磁性驱动相比高得多的动力尤其适用于同步开关(即，用零电流开关)且甚至驱动传统配置在气体和/或真空隔室之外的情况。总之，开关循环和有利的接线电路参考图8所示的驱动实例描述。驱动具有三个线圈，即第一电枢线圈A以及激发线圈B和指派给激发线圈B的第二电枢线圈Al。第二电枢线圈Al中的激发线圈B例如具有相同数量的绕组并且串联连接使得其生成相反的磁场。对于驱动的初始致动，电容器较佳充电并且跨串联连接的线圈Al、B放电，即在电枢处于初始起重位置时，其意味着属于第一电枢线圈A的轴向工作气隙因此首先完全打开。在这种背景下，在所有侧上用软磁性材料包封激发线圈B和电枢线圈Al穿过电枢，框架(I)和框架(2)最初产生高电感(闭合磁路)及因此小初始速率的电流增大。这保护闸流晶体管。由激发线圈B和第二电枢线圈Al引致的磁通量不久在最小(有效)横截面区域中导致磁路的部分饱和，即由定子(I)形成的“软磁桥”(在图8中设计为激发线圈B的平螺纹)。为了例证，可想象两个磁性部分电路，即一个围绕激发线圈B且一个围绕第二电枢线圈Al，其共用具有“软磁桥”的共同路径。由于部分饱和，磁路非常快速地打开，串联连接(Al、B)的电感快速减小且电流极大地增大。由于饱和，力生成在电枢上和第二电枢线圈Al上，其抵着压缩弹 簧移动电枢使得第一电枢线圈A (先前尚未看见的吸引线圈)的磁路的轴向气隙闭合。电枢线圈A可与其他线圈串联或并联连接，而串联连接减小驱动的动力。电枢线圈A还可由另一个电源供应或用电流或从具有一些延迟的另一个开关/闸流晶体管供应。当起重的末端位置已到达时，电枢线圈A上方的轴向工作气隙小于(近似)由电枢线圈A的绕组高度给定的径向气隙且配置越发像传统起重磁铁般工作(见图1);穿过电枢线圈A的电流因此在电枢靠近闭端位置(未示出)时形成保持力。使用合理设计，这种保持力可使所示压缩弹簧保持紧实。因此，由压缩弹簧驱动的驱动不立即快速恢复，而是可在末端位置中保持更长时间，必须为电源提供构件以适当供应电流至电枢线圈A。电流的中断因此导致驱动弹簧操作重设为初始起重位置(开端位置)。根据图8的驱动可在传统上明显设有如来自图7的实例所示的保持线圈C使得抵着可示作固定的弹簧的保持力可在驱动的横截面保持相同的情况下近似翻番。在保持线圈C附近，如已知电磁铁和/或起重磁铁的配置功能及在驱动设计期间，可使用针对电磁铁的相应多重已知的结构方法(例如，电枢-电枢匹配组件系统、压力管、衰减涡流的构件、鼠笼式绕组
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权利要求
1.一种电磁线性致动器，其包括: 定子(10)，其至少部分由软磁性材料制成； 电枢(20)，其至少部分由软磁性材料制成并且以所述电枢(20)可沿着纵轴(I)相对于所述定子(10)移动的这样一种方式支撑在所述定子(10)上，由此，所述电枢(20)和所述定子(10)以在打开位置中沿着所述纵轴(I)在所述电枢(20)与所述定子(10)之间存在间隙(La)且在闭合位置中所述电枢(20)与所述定子(10)抵靠彼此使得间隙(La)闭合的这样一种方式设计； 第一电枢线圈(A)，其以作用在所述第一电枢线圈(A)的力可传递至所述电枢(20)的这样一种方式连接至所述电枢(20);和 用于生成激发磁场(A、B、C)的构件，其至少部分由所述定子(10)和所述电枢(20)引导并且以在电流流动穿过所述第一电枢线圈(A)时力作用在其上且这种力传递至所述电枢(20)以闭合所述间隙(La)的这样一种方式导向，由此定子、电枢和激发磁场此外以保持力可在所述定子(10)与所述电枢(20)之间的所述间隙(La)闭合时生效的这样一方式设计。
2.根据权利要求1所述的线性致动器，其中所述电枢(20)和所述定子(10)连同作为气隙的所述间隙(La)形成磁路，其中所述激发磁场被引导； 所述第一电枢间隙(A)自行充当用于生成激发磁场的构件，由此所述电枢间隙(A)以其在邻近(工作)气隙(La)的所述纵向上部分处于打开位置，即其深入所述定子(10)中的这样一种方式配置在所述电枢(20)上。
3.根据权利要求1所述的线性致动器，其中所述电枢(20)和所述定子(10)连同作为轴向(工作)气隙的所述间隙(La)形成磁路，其中所述激发磁场被引导；所述第一电枢线圈(A)自行充当用于生成激发磁场的构件，由此所述电枢线圈(A)以这样一种方式配置在所述电枢(20)上且所述框架和所述电枢以在所述电枢(20)的打开位置中，所述激发磁场集中在横向于所述纵轴的所述径向上并且径向延伸穿过所述电枢线圈的这样一种方式设计。
4.根据权利要求2或3所述的线性致动器，其中，所述电枢(20)沿着在所述定子(10)中滑动的所述纵轴引导且其中所述电枢(20)具有止挡，当所述气隙(La)闭合时，所述定子(10)的正面静置在所述止挡上使得引导所述激发场的几乎闭合磁路形成。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的线性致动器，其中所述电枢线圈(A)围绕所述电枢(20)的所述纵轴引导。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的线性致动器，其还包括第二电枢线圈(Al)，其以作用在所述第二电枢线圈(Al)上的力可传递至所述电枢(20)上的这样一种方式连接至所述电枢(20)，由此用于生成所述激发磁场的所述构件包括邻近所述第二电枢线圈(Al)，与后者相关并且机械连接至所述定子(10)的激发线圈(BI)， 由此所述第二电枢线圈(Al)和与其相关的所述激发线圈(BI)在其具有电流时生成相反磁场，其至少在打开位置中叠加并且因此形成具有横向于所述纵轴定向的场分量的激发场，及 由此在打开位置中，所述第二电枢线圈(Al)和与其相关的所述激发线圈(BI)以当所述线圈具有电流时，横向于所述纵轴定向的所述场分量以闭合所述间隙(La)的力作用在所述第二电枢线圈(Al)上的这样一种方式与所述第二电枢线圈(Al)相互作用的这样一种方式配置为邻近方式。
7.根据权利要求6所述的线性致动器，其还包括第三电枢线圈(A3)，其以作用在所述第三电枢线圈(A3 )上的力可传递至所述电枢(20 )的这样一种方式连接至所述电枢(20 )， 由此用于生成所述激发磁场的所述构件除所述第三电枢线圈(A3)之外包括与后者相关并且机械连接至所述定子(10)的激发线圈(B3)， 由此所述第三电枢线圈(A3)和与其相关的所述激发线圈(B3)在其具有电流时生成相反磁场，其至少在打开位置中叠加并且因此形成具有横向于所述纵轴定向的场分量的激发场，和 由此在打开位置中，所述第三电枢线圈(A3)和与其相关的所述激发线圈(B3)以当所述线圈具有电流时，横向于所述纵轴定向的所述第三电枢线圈(A3)的所述激发场和与其相关的所述激发线圈(B3)的所述场分量以闭合所述间隙(La)的力在所述纵向上作用其上的这样一种方式与所述第三电枢线圈(A3)相互作用的这样一种方式配置为邻近方式。
8.根据权利要求7所述的线性致动器，其中在闭合位置中，所述第三电枢线圈(A3)直接邻近与所述第二电枢线圈(Al)相关的所述激发线圈(BI)或位于其中。
9.根据权利要求7或8所述的线性致动器，其中所述第二电枢线圈(Al)和所述第三电枢线圈(A3 )在其具有电流时自行生成相反磁场。
10.根据权利要求2至5中任一项所述的线性致动器，其还包括第二电枢线圈(A)，其以作用在所述第二电枢线圈(A)上的力可传递至所述电枢上的这样一种方式连接至所述电枢(20)，由此用于生成所述激发磁场的所述构件除所述第二电枢线圈(A)外包括与后者相关并且机械连接至所述定子的至少一个永久磁铁(B’)， 由此在打开位置中，所述第二电枢线圈(A)和与其相关的所述永久磁铁(B’ )以在所述第二电枢线圈(A)具有电流时所述永久磁铁(B’)的所述磁场和所述第二电枢线圈(A)的所述磁场至少在打开位置中叠加且因此形成至横向于所述纵轴定向的所述场分量的激发场，所述场分量以闭合所述间隙(La)的力在所述纵向上作用在所述第二电枢线圈(A)上的这样一种方式与所述第二电枢线圈(A)相互作用的这样一种方式配置。
11.根据权利要求2至10中任一项所述的线性致动器，其中所述电枢(20)和所述定子(10)以在闭合位置中横向于所述纵轴延伸的所述激发场至少大致磁性短路(因此，径向气隙Lb闭合)的这样一种方式设计。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的线性致动器，其中用于生成所述激发场的所述构件具有机械连接至所述定子(10)并且以在所述纵向上所述电枢在打开位置中和闭合位置中不深入或仅部分深入另一激发线圈(C)的这样一种方式配置的另一个激发线圈(C)(“保持线圈”)， 所述电枢(20)充当另一个激发线圈(C)的铁芯，或 所述电枢(20)以在所述另一个激发线圈(C)具有电流时，保持力作用在所述电枢(20)与所述定子(10 )之间的这样一种方式耦合至所述另一个激发线圈(C)，或 所述电枢连同所述定子使所述另一个激发线圈(C)磁性短路。
13.根据权利要求1至11中任一项所述的线性致动器，其中用于生成所述激发场的所述构件具有机械连接至所述定子(10 )并且以所述另一个永久磁铁(C’)在闭合位置中在电枢(20)与定子(10)之间带来保持力的这样一种方式配置的至少另一个永久磁铁(C’)，由此在闭合位置中，至少一个电枢线圈(A)以这样一种方式静止并且以所述永久磁铁(C’ )的所述磁场可通过为所述电枢线圈(A)或配置在所述框架上的另一线圈适当供应电流而完全或部分补偿使得保持力减小或完全消失及/或打开所述轴向(工作气)隙(匕)的排斥力可在所述电枢线圈(A)与所述永久磁铁(C’ )之间生成的这样一种方式磁性耦合至所述永久磁铁(C’)。
14.根据权利要求1所述的线性致动器，其中用于生成所述激发场的所述构件除所述第一电枢线圈(A)外包括与后者相关并且机械连接至所述定子的激发线圈(B)，由此所述第一电枢线圈(A)和所述激发线圈(B)在其具有电流时自行生成相反磁场，其叠加并且因此形成场分量横向于所述纵轴定向的激发场且其中在打开位置中，所述第一电枢线圈(A)和与其相关的所述激发线圈(B)以在所述线圈具有电流时所述激发场的所述场分量(所述分量横向于所述纵轴定向)以闭合所述轴向间隙(La)的力在所述纵向上作用在所述第一电枢线圈(A)上的这样一种方式与所述第一电枢线圈(A)相互作用的这样一种方式邻近配置。
15.根据权利要求14所述的线性致动器，其中所述定子(10)具有止挡，所述电枢(20)在闭合位置中静置在所述止挡上。
16.根据权利要求14和15中任一项所述的线性致动器，其中用于生成所述激发场的所述构件包括机械连接至所述定子(10)并且以所述电枢(20)在打开位置中和闭合位置中不深入或仅部分深入另一个激发线圈(C)中的这样一种方式配置在所述纵向上的所述另一个激发线圈(C): 所述电枢(20)充当所述另一个激发线圈(C)的铁芯， 或所述电枢(20)以在所述另一个激发线圈(C)具有电流时，保持力作用在所述电枢(20)与所述定子(10)之间的这样一种方式耦合至所述另一个激发线圈(C)，或 所述电枢连同所述定子使所述另一个激发线圈(C)磁性短路。
17.根据权利要求16所述的线性致动器，其中所述第一电枢线圈(A)在闭合位置中直接邻近所述另一个激发线圈(C)。
18.根据权利要求14至17中任一项所述的线性致动器，其中径向气隙(Lb)存在于所述电枢(20)与所述定子(10)之间，所述气隙在所述轴向上由所述电枢线圈(A)和所述相关激发线圈(B)的位置限制。
19.根据权利要求14至16中任一项所述的线性致动器，其中在所述电枢(20)与所述定子(10)之间存在径向气隙(LB)，所述间隙在所述轴向上由所述电枢线圈(A)和所述相关激发线圈(B)的位置限制，由此所述电枢和所述定子以所述径向气隙在闭合位置中磁性短路的这样一种方式构建。
20.根据权利要求1所述的线性致动器，其中用于生成所述激发场的所述构件除所述第一电枢线圈(A)外包括与后者相关并且机械连接至所述定子的至少一个永久磁铁(B’)，由此所述第一电枢线圈(A)和所述至少一个永久磁铁(B’)在所述电枢线圈具有电流时生成相反磁场，所述磁场在闭合位置中叠加并且形成场分量横向于所述纵轴定向的激发场且其中在打开位置中，所述第一电枢线圈(A)和与其相关所述永久磁铁(B’ )以在所述第一电枢线圈具有电流时所述激发场的所述场分量(所述场分量横向于所述纵轴定向)以闭合所述间隙(La)的力在所述纵向上作用在所述第一电枢线圈(A)上的这样一种方式与所述第一电枢线圈(A)相互作用的这样一种方式配置。
21.根据权利要求20所述的线性致动器，其包括另一个永久磁铁(C’)，其永久连接至所述定子(10)，所述磁铁生成以在所述轴向间隙闭合时磁性保持力作用在所述电枢(20)与所述定子(10 )之间的这样一种方式导向的激发磁场。
22.根据权利要求20或21所述的线性致动器，其中所述永久磁铁是所述定子(10)的组件。
23.根据前述权利要求中任一项所述的线性致动器，其中所述电枢和激发线圈(A、B)围绕所述线性电枢的所述纵轴在圆周方向上缠绕。
24.根据前述权利要求中任一项所述的线性致动器，其中所述电枢线圈配置在在圆周方向上围绕所述电枢(20)延伸的槽中及/或所述激发线圈配置在在圆周方向上围绕所述定子(10)延伸的槽中。
25.根据权利要求24所述的线性致动器，其中至少一个电枢线圈(A)不完全填充所述相关槽且所述槽中的其余空间填充摩擦轴承材料(30)，由此在所述线性电枢移动的情况下，所述摩擦轴承材料(30)在所述定子(10)的内表面上滑动。
26.根据前述权利要求中任一项所述的线性致动器，其中所述线圈的所述绕组(如在(旋转)同步马达中常用的)完全或部分容纳在软磁性材料的槽中并且在这种情况下(平)螺纹的螺纹或多个中断肋部，例如平行腹板可充当“槽”。
27.根据前述权利要求中任一项所述的线性致动器，其特征在于其包括紧固在所述定子上的至少一个激发线圈及所述定子包括数个软磁性零件，其至少一个构造成其中引导所述电枢的管及紧固在所述定子上的所述激发线圈例如从外部缠绕至槽中至构造为管的定子零件上，所述管在所述绕组的区域中具有这样一种薄壁使得其可在所述电枢移动的方向上引导比所述电枢本身明显更小的磁通`量而至少部分不饱和，及缠绕至所述管上的所述激发线圈被一个或多个其他定子零件以闭合磁路形成有磁路具有大于所述缠绕管的最小横截面的总横截面的管的这样一种方式围绕及当电流在所述激发线圈中增大时，在无所述电枢的情况下，缠绕有所述激发线圈的所述管的部分因此必须首先饱和。
28.根据权利要求26所述的线性致动器，其中所述电枢缠绕有与紧固在所述定子上的所述激发线圈相关的电枢线圈，由此所述最小电枢横截面为所述电枢线圈的所述绕组的面积且大致等于或小于所述激发线圈外的所述定子的最小横截面。
29.一种真空开关管，其特征在于根据前述权利要求中任一项所述的驱动配置在所述开关管的真空中并且用于打开及/或闭合电接触。
30.一种高压电源开关，其特征在于根据前述权利要求中任一项所述的驱动配置在所述开关的气腔中并且用于打开及/或闭合所述电接触。
31.一种高压电源开关，其包括具有弹簧和用于张紧所述弹簧并且将所述弹簧保持在张紧状态中的根据权利要求1至28中任一项所述的线性电枢的至少一个弹簧加载驱动。
32.一种弹簧加载驱动，其包括弹簧和用于张紧所述弹簧并且使所述弹簧保持在张紧状态中的根据权利要求1至28中任一项所述的线性电枢。
全文摘要
本发明涉及电磁线性致动器。根据本发明的一个实例，所述线性致动器包括框架(定子)，其至少部分由软磁性材料制成；和电枢，其至少部分由软磁性材料制成并且以所述电枢可沿着纵轴相对于所述框架移动的这样一种方式支撑在所述框架上。所述电枢和所述框架以在打开位置中沿着所述纵轴在所述电枢与所述框架之间存在间隙且在闭合位置中所述电枢和所述框架抵靠彼此使得所述间隙闭合的这样一种方式设计。第一电枢线圈以作用在所述第一电枢线圈上的力可传递至所述电枢的这样一种方式连接至所述电枢。所述线性致动器还包括用于生成激发磁场的构件，其至少部分由所述框架和所述电枢引导并且以在电流流动穿过所述第一电枢线圈时力作用在所述第一电枢线圈上且该力传递至所述电枢以闭合所述间隙的这样一种方式导向。所述框架、所述电枢和所述激发磁场以保持力在所述框架与所述电枢之间的间隙闭合时生效的这样一种方式设计。
文档编号H01H53/015GK103155058SQ201180050025
公开日2013年6月12日 申请日期2011年10月6日 优先权日2010年10月16日
发明者R·米夏埃尔森, A·梅克伦堡, R·施耐德 申请人:Msm克里斯塔尔公司