机电致动器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及电磁致动器领域，例如设及可逆线性螺线管。
【背景技术】
[0002] 可逆线性螺线管通常是已知的并构成现有技术。例如，双稳态的设计用于驱动电 气中压开关设备，其中需要用于给磁体供电的电解质电容器。例如，另外的磁场的使用可W 在螺线管阀中找到，该螺线管阀应当能够对抗回复力维持状态，而无需任何控制电流。另 夕h存在大量的另外的应用，尤其是在分类和传送车间中，还有在汽车部口中（尤其是传动 引擎、中控锁系统、换挡锁）W及在编织机中。重要的可行使用范围还存在于所谓的热流道 工程领域中（致动喷射成型工具的针阀）和机器人焊错领域中（利用所需要的能够通过弹黃 来确保的间隙补偿来跟踪焊条）。
[0003] 已知的可逆线性螺线管的缺点是其时常小的电效率，该缺点时常排除其代替气动 驱动器或液压驱动器(或通过力传递锁定的弹黃蓄能器)的使用。运由于昂贵的电解质电容 器而在使用(双稳态的）可逆线性螺线管的中压开关设备中导致了大量成本。在现有技术的 其它领域中，尤其是在引擎中的阀（例如在大的燃气引擎中的气阀）中，小的电效率导致了 许可频率的不想要的限制或通过发生在线圈中的功率耗损的切换的出现，该线圈将会因较 高的切换频率而热损坏。
[0004] 已知的可逆线性螺线管的另一缺点是其小的动力，运是由于，尤其是利用相对长 行程的驱动器(与磁体直径相比长的行程），仅仅小的初始力时常是可用的并且，另外相对 大的公差不可避免。例如，电源开关应当在断电时将短路尽可能快地与主电源断开，或者应 当在接通时碰撞电流的或电压的过零;为此需要高的动力W及短的死区时间一仅仅使用常 规的可逆线性螺线管，运可能是不够的。
[0005] 最后，已知的双稳态的可逆线性螺线管的缺点可W在W下事实看到：它们趋向于 当电枢在调节过程结束而达到端部行程位置时表现出最高的电枢速度。运导致了用于端部 位置阻尼的大的工作量或限制了磁体的使用寿命。
[0006] 在一些应用中，尤其是在阀和电气开关设备中，可逆线性螺线管应当是单稳态的， 可选地代替双稳态的，W便能够无需任何控制电流而采用安全的端部位置。
[0007] 因此，本发明的根本目的是提高极化的可逆线性螺线管的电效率，尤其是极化的 双稳态可逆线性螺线管的电效率。新的磁体还应当能够具有相较于已知的可逆线性螺线管 而高的动力W及减小的死区时间。另外，对致动器的一般要求是紧凑的构造。
【发明内容】
[000引所称的目的通过根据独立权利要求中的一项独立权利要求的驱动器来实现。不同 的实施方式、另外的改进和应用是从属权利要求的主题。
[0009]根据本发明的示例，利用永磁极化的可逆线性螺线管具有弹黃系统，该弹黃系统 在两个端部行程位置中将力施加在电枢上，该力沿运动的方向指向中位行程位置（即朝向 两个端部行程位置之间的中位）。在运方面，弹黃系统被设计成，在静态的、非激励的情况 下，至少一个端部行程位置中的弹黃力在幅值上小于作用在电枢上的总的磁阻力，从而电 枢可W对抗在至少一个端部位置中的弹黃力W永磁方式保持静止。
[0010] 不仅可W考虑具有机械弹黃的弹黃系统，还可W考虑磁性弹黃系统或气动弹黃系 统。起决定性的是，沿设置在两个端部行程位置之间的中位行程位置的方向作用的力可W 在两个端部行程位置中传递至电枢或电枢系统。对于双稳态的磁体，在可能的情况下，该弹 黃系统被配置成，使得存储在弹黃系统中的势能在两个端部行程位置中相同。在静态的、非 激励的情况下，在两个端部行程位置中的弹黃力在幅值上必须小于相关的磁阻力。如果通 过可逆线性螺线管本身提供的应用产生回复力，则运必须相应地被考虑到弹黃系统的设计 中。例如，真空电源开关就是运种情况，真空电源开关的接触压力弹黃在此处被理解为弹黃 系统的部件。
[0011] 根据本发明的驱动器应当能够被配置成，使得驱动器相对于它们的体积可W产生 更大的力（相比于已知的可逆线性螺线管）。最后，该驱动器还应当能够被设计为单稳态的 并且应当还能够具有短的调节时间和高的效率。
【附图说明】
[0012] 在下文中参照附图中所示出的示例更详细地解释本发明。该图示不必是按照比例 的并且本发明不仅仅被限制于所示出的方面。相当重要的是示出了基于本发明的原理。W 下附图示出了 ：
[0013] 图la为根据本发明的一个示例的具有两个电枢或两个电枢板的实施方式中的驱 动器的镜向平面中的且平行于运动方向的截面；
[0014] 图化为根据图la的驱动器的垂直于穿过气隙10至气隙14的运动方向的截面；
[0015] 图2a至图化参照示意性图示，为根据本发明的驱动器的不同构造的不同示例；
[0016] 图3为通过根据本发明的一个示例的驱动器的纵向截面，W用于图示基于驱动器 的磁原理；
[0017] 图4为根据本发明的驱动器的另一旋转对称的实施方式；
[0018] 图5为根据本发明的另一示例的驱动器的磁回路的示意性表示；W及
[0019] 图6为其中驱动器执行有限的旋转运动的另一示例。
【具体实施方式】
[0020] 本发明在下文中将首先W双稳态的可逆线性螺线管进行解释。由于弹黃系统，电 枢被设置成一旦保持力在幅值上变得小于电的反激励产生的弹黃力，就沿中位行程位置的 方向移动离开每一个端部行程位置，所述保持力被定义为在相应的端部行程位置中电枢上 的总磁阻力。为此，与常规的没有弹黃系统的双稳态的可逆线性螺线管相比，需要小得多的 电功率;相关的（外)力转换率也可W高得多。例如，它还近似地应用在常规的双稳态的可逆 线性螺线管中的起动行程位置中：
[0021 ]化別=(FGapl+FGap2)-F领劍=1/(2*μΟ)*(Α1 地 Gapi。化 A2 地 Gap2~2)-F令印劍
[0022] 其中A1和A2为电枢的（相反的)磁极面，并且F领劍为映射端部位置邻接部的函数。
[0023] 为了说明进行如下假设:除了冗余的气隙之外，气隙Gap2是闭合的，并且该冗余的 气隙传导具有密度2Τ的流动（BGap2 = 2T)，而气隙Gapl完全地打开并且没有传导任何流动 (BGapl = OT)。从而作用在电枢上的相反的磁阻力的总和FGapl+FGap2沿着电枢的运动的轴向方 向改变符号，在条件A1 =A2下，Gapl中的磁通量密度必须大于Gap2中的磁通量密度。为此由 于Gapl是全开的而可能需要大的电功率。在最简单的近似法中，产生气隙中给定的磁通量 密度所需要的电流与气隙长度成比例;然而，相关的功率耗损是电流的平方。
[0024] 在忽略杂散场和满流(静态情况或准静态情况)时，对于非常小的行程可W假设， 在气隙Gapl和气隙Gap2中由反激励所产生的磁通量密度行程具有相同的幅值。在对于常规 的双稳态的可逆线性螺线管最有利的情况下，在仅为了完全补偿保持力的每一种情况下的 1T的本示例(Gapl: 0Τ-〉1Τ，Gap2: 2Τ-〉1Τ)中，磁通量密度行程将是必要的。
[0025] 现在使同样的磁体配备有根据本发明的弹黃系统，在先前描述的起动行程位置 (位置"0")中，该弹黃系统沿中位行程位置的方向施加力巧機(0)，该力巧機(0)可W说是只有 (保持)力的一半。因此，Gap2中的磁通量从2Τ到VT的减小足W允许经由Gap2作用在电枢上 的磁阻力变成与弹黃力具有相等的幅值。因此，经由Gapl作用在电枢上的磁阻力已经可用 于加速该电枢;并且事实上具有仅-0.59T的磁通量密度行程(在Gap2处）。如在前面的示例 中所述，如果Gap2中的磁通量密度由于电的反激励而从2T减小到1T并且如果Gapl中的磁通 量密度从0T增大到1T，则弹黃力的一半（在BGap2=lT处巧機-FGap2)实际上加上磁阻力FGapl可 用于在起动行程位置0中加速电枢，运在1T处产生了四分之一的力，该力将在2T处产生。在 A1=A2的同样的假设下，运是与弹黃所产生的力的幅值近似相同的力。因此不管工作气隙 Gapl是否全开，驱动器都可W直接在起动行程位置中W1T(在Gapl中为+1T，在Gap2中为- 1T)的磁通量密度行程产生力，该力对应于近似一半的保持力，对应于所述使用的弹黃力。 在该对用于常规的双稳态的可逆线性螺线管的特别有利的情况的粗略的近似法中已经可 W看到，根据本发明的驱动器需要小得多的电功率W被设置到运动中，例如，其中驱动器有 利地被配置成使得初始加速电枢的能量的较大部分从弹黃系统获得并且未被电消耗。另外 可W看到的是，与常规的磁体相比较，电枢运动已经可小得多的磁通量密度行程来完 成，运进而允许短的死区时间（自然W有效的保持力为代价，该有效的保持力由弹黃力和磁 阻力的总和产生）。
[0026] 对于理解本发明而言重要的是，电枢首先可W主要用弹黃力来加速，为了该目的， 需要相对小的电功率消耗（用于反激励）。与从空闲状态起动的电动机械相比，移动或加速 电动机械可W具有高得多的电效率。运最后是由于W下事实：由驱动器执行的工作量是力 在调节路径上的积分，但是热耗损是功率耗损在时间上的积分。因此清楚的是，在调节时间 中的切割，即在时间域中积分间隔的减小，将趋向于导致电效率的提高。同样清楚的是，电 枢在任何位置中的"夹紧"必须产生零效率，运是由于功的积分消失且积分时间上升。
[0027] 因此在此所描述的根据本发明的示例的一个方面是，仅仅需要可W快速产生的小 的反激励来触发该运动。另外的方面包括W下事实:对称的弹黃系统可W在缺乏磁场且缺 乏摩擦的情况下的特定时期内使电枢在其端部位置之间来回地移动，无需必须用于此的任 何能量。弹黃系统为此必须被设计成，使得在可能的情况下，弹性地存储在其中的（势)能量 在两个端部行程位置中具有相等的幅值。W该方式设计弹黃系统，仅上述所称的反激励必 须产生并且仅仅运么多的电功率必须被供应至驱动器，使得驱动器可W被设置成进行动 作、可W克服摩擦力，并且可选地使得可W额外地执行有用的工作。与此形成对照，对于常 规的双稳态的可逆线性螺线管，首先必须产生大得多的反激励，运与对应的欧姆耗损相关 联。之后电枢必须仅仅借助于电功率来加速，运相对慢地发生并且因此同样是耗能的。磁体 还必须克服摩擦力并执行有用的工作，但实际上反过来具有