专利名称：电磁装置的制作方法
技术领域：
本发明所涉及的电磁装置，具有一个电磁线圈;具有一个形成槽口型磁极的线圈铁芯，而为了产生相移，使该铁芯的一个磁极由一个短路环包围起来;具有一个安放在槽口形磁极对面的衔铁;又具有一个轭铁，由该轭铁使磁路得以闭合。
这一类电磁装置，已经用在许多技术领域里，例如，按目前技术现状，可用交流电驱动的继电器便是如此构成的。装在衔铁对面的磁极至少分成两个极，其中一个极用短路环包围起来，这样，在这个两个极的范围内，在由流经线圈的电流在磁回路内感应产生的磁通内部便产生相移。这个相移是必要的，用以防止由于线圈铁芯和衔铁之间磁通量方向的交变而引起吸力不能保持。这一类电磁装置，作为范例，已在DE-AS1141026和DE-AS1539918中说明。
为了产生尽可能好的在槽口形磁极和衔铁间的力的关系，在用金属片制成槽口形磁极的铁芯时，人们努力使短路环包围的面积尽可能地大。这样就能使通过这个磁通通路的磁阻较小。用这种方法一方面可得到较好的磁通量的关系，另一方面使得相对于两部分磁流间的相移的输出状态较好。然而这里的前提是铁芯是分层的。这样可以形成一个均匀的磁场分布，在使用合适的铁片厚度的情况下通过在铁芯片中尽可能少的涡流可避免发生磁场密集的效应。
然而出自加工技术上的原因，人们努力在从一个一定大小的铁芯开始，例如使用交流电的继电器，使用非铁片的线圈铁芯，通过在非铁片型式的铁芯中出现的涡流会造成磁场的密集，这就造成了磁场渗透深度的减少。这样同时在槽口形磁极临近的周围产生了一个不均匀的磁场，这种物理效应使得磁极和衔铁之间的磁场力效果不好，因为通过磁极表面的磁通密度同样会因此而与所处的位置有关并且是变化的。
由于由短路环所包围的磁极面积相当大，因而在这种磁极上，由上面所提到的后果造成的影响不再能够忽略。
由此可以得出本发明的任务为去组成开始提及型式的电磁装置，以避免或者尽可能减少前面所提到的不好的效应并且因此使得在槽口形磁极和衔铁之间的维持吸力较高。
按照本发明这项任务是这样完成的，为了提高磁极和衔铁之间的磁通密度，在构造由短路环包围的磁极时，让其终端的端面积小于它短路环范围内的横截面面积。
根据本发明所形成的由短路环所包围的磁极造成在这些磁极的范围内的磁通密度的局部提高，并附加地使得渗入深度增加的导磁率降低了。
具体的磁极面积的尺寸可以通过计算或者根据经验来得到，每个磁极的横截面积却只能减小到恰好达到这种材料的磁饱和极限，因为不这样的话对于力的作用的好的效应会被抵销的。如果选用被遮盖的磁极的终端端面的面积与这些磁极的总的横截面的比小于或等于0.7，这时可以使磁力线密度得到明显的提高并得到所需的维持吸力的提高。
大家都知道可以通过切割那个用短路环包围的磁极而使这个磁极的终端端表面积小于这个磁极在短路环范围内的横截面积。然而，这种对磁极的众所周知的切割却仅仅只适用于较容易的短路环的安装。在磁力线的关系中可能引起的变化在实践中是可忽略不计的，是根本不能与按本发明提出的解决办法所达到的变化相对比的。按本发明的解决办法是通过让短路环封闭的磁极呈阶梯形而达到的。理论上这样的磁作用磁极表面的变化也可以通过从对应的磁极到其端面的一个单方向的或环绕的呈斜面形状的方法来达到，而实际的要求却与这种解决方法相反。为了提高磁极与衔铁之间的力，提高磁通密度是决定性的。但这种提高只是在磁极的近旁才是所希望的，因为否则的活磁阻或者由此引起的磁场强度的下降会以不可容许的程度递增。通过这样一种斜面形状，只能很免强地提高吸力，或者，让短路环大大地往回缩，而这明显是有害处的。
通过在短路环和衔铁之间的区域内由短路环包围的磁极的阶梯形结构，可以将这个区域内的磁极有效面积如此地缩小，以使这个磁极分岔上所有的磁通集中到这个缩小了的磁极横截面上。这样就可以近似地认为产生了均匀的磁场分布，其均匀性只受磁学推导的三维性的干扰。通过局部提高磁通密度使得尽管磁极表面减小了，而磁力却增加了，因为磁力是按磁通密度的平方增加的。
按技术的现状，通过斜面形状而使得贴近衔铁的那个不被短路环包围的磁极的有效截面得以缩小。然而，这项措施却仅仅只适用于调节要求的磁通关系而已。
本发明不仅仅限于线圈铁芯的形状，也可以有多于两块槽口形磁极。为此目的，也可以制成圆形截面的线圈铁芯，通过集中的环形表面形成磁极的终端端面，这时短路环置于在线圈铁芯端面一边中的一个环形槽内，由短路环包围的磁极的阶梯形状，可以用更简单的方式，通过一个中心的盲孔来实现，它的深度小于用作短路环的环形槽的深度。
线圈铁芯并不必须是实心的，也可以是铁片形式的。但是与本发明有关联的优先使用的是一块实心的线圈铁芯。
前面提到的，按本发明的解决方法，有目的地提高了线圈磁极和衔铁之间的磁力，这是通过有目的地提高在这个区域内的磁通来得到的。
按照本发明不仅可以通过前面所提及的线圈铁芯的优先的结构形式，而且还可以通过处在槽口形磁极对面区域内的衔铁的相应的结构形式来提高磁力，即将衔铁置放在由短路环包围的磁极对面的区域内。在这个区域内作用的磁表面，为了使磁通得以集中，应予以缩小，也即使得在这个区域内衔铁磁性作用的端表面小于磁极终端的端表面。
这可用下面的例子来说明，靠近磁极的衔铁有明显增加的端表面，这个表面位于由短路环包围的磁极对面并且小于这个磁极的终端一侧的端表面。
从结构和加工技术简单的要求来说也可以用这样的方法来达到，即将衔铁稍加缩短，这样使得它的处于由短路环包围的磁极对面位置的磁作用面积小于这个磁极的终端一侧的端表面。
本发明用后面附上的图的形式来举例说明。它以大大简化的形式来表示。
图1按照本发明的一个电磁装置的较佳结构的纵截面，图2图1所示的线圈铁芯的顶视图的放大图，图3图2中沿Ⅲ-Ⅲ线的截面图，图4按图2所示的线圈铁芯的另一种组成形式，图5图4中沿截面线Ⅴ-Ⅴ的截面图，图6按技术现状一个线圈铁芯的顶视图，图7图6中沿着截面线Ⅶ-Ⅶ的剖面与两个处于线圈铁芯对面区域内的衔铁的不同的构成方式。
附图1表示的电磁装置可以表示例如是一个电磁交流继电器的一部分。1表示电磁线圈，在线圈1的内部是线圈铁芯2，磁路部分由线圈铁芯2，一个轭铁3和一个衔铁4组成。线圈铁芯2基本上呈圆柱形，是一个高导磁率的实心体，在图1下侧线圈铁芯2与轭铁联接在一起，轭铁同样也是由磁的良导体组成的，轭铁按图1的外观有些象L型，其一个边脚横向而另一边脚平行于线圈铁芯，衔铁4位于轭铁靠着线圈铁芯一侧很近的距离处。与线圈铁芯保持同样的距离，因此磁路是闭合的。
当电流流经线圈1时，在其周围形成一个磁场，并由此在前面所述的磁路内流过一磁通量。并通过其将衔铁4拉向线圈铁芯2。通过这个力引起的衔铁4的运动被用众所周知的方法来加以利用，例如用于断开或接上触点。因此在这个范围内产生的在线圈铁芯2和衔铁4之间作用力是电磁装置的目的。
为了避免在用交流电给线圈1加载时由于线圈1周期性电压变化使磁场方向变换而使得在线圈铁芯2和衔铁4之间的维持吸力中断，让线圈铁芯2接近衔铁4的一端作成槽口形磁极的铁芯，这样形成了二个磁极5和6，磁极5完全被一个短路环7所包围，磁极5以后用被遮蔽的磁极来表示的。如大家所知，通过短路环7达到磁通量的一个相移，因此在磁通量的方向发生变化的情况下可以确保在线圈铁芯2和衔铁4之间的维持吸力在短时间的零过渡期间不会消失。
环7的顶视图呈D型，被置于线圈铁芯2端部一侧槽8内。短路环7围绕着被遮蔽的磁极5的整个外周，并与衔铁4之间有一明显的距离，因为槽8的深度大于短路环7的高度。
而未被遮蔽的磁极6仅通过槽8与线圈铁芯2隔开，被遮蔽的磁极5上有一阶梯9，这样形成了处在衔铁4正对面的端表面10以及相隔一个距离处在衔铁4对面的端表面11。端表面11平行于端表面10，处于端表面10与短路环7之间的区域内。通过这种形式的阶梯，就象在本文开始时提及的那样达到了在衔铁近处磁通的集中并因此造成磁力的增加。因为磁通密度的增加只发生在磁极5相对较短的区域内，并且只发生在衔铁4和短路环7之间的区域内，由于在这区域内通过较高的磁阻上的磁压降，相比之下是较小的。
不管有没有阶梯9，可以将让被遮蔽的磁极5，在其端面一侧的周边棱角上有一个斜坡。同样未被遮蔽的磁极6的端表面可通过在磁极6上一侧的斜坡相对于图示的状态来予以缩小。按技术现状在这个区域内这样来调节磁通是众所周知的了。
图4和图5表示的是线圈铁芯(2a)的另一种结构选择。线圈铁芯2a同样是基本圆柱形的，然而在线圈铁芯2a的端表面有一个环形的槽8a，在其中放置了一个短路环7a，这样就形成了一个环形的，置于外围的并且是未被遮蔽的磁极6a以及全封闭的被遮蔽的磁极5a。
在这种结构中阶梯9a是通过一个中心盲孔来实现的。这样就得出一个被遮蔽的磁极5a的端表面10a，它明显地小于在短路环7a区域内这个磁极的横断面，但同样在这个区域内提高了磁通密度，往回缩的被遮蔽的磁极5a的端表面用11a来表示，未被遮蔽的磁极6a的端表面用12a来表示。
在附录的图6和图7中表示了通过建立相应的衔铁4实现本发明的替换方案(标号B和C)线圈铁芯2b相应于图1和图3中展示的直至被遮蔽的磁极5b没有分级的区段，没有被遮蔽的磁极用6a来表示，短路环用7b来表示。这个线圈铁芯属于目前通用的那种线圈铁芯。在磁极和衔铁4b或4c(替换方式)之间的区域内的磁通密度的增加会通过以下的方式来达到，即让衔铁在它作用的磁面积内在直接处于被遮蔽的磁极5b的对面的区域内小于被遮蔽的磁极5b的端面积10b。在结构B中是这样解决的，即在对应于端表面10b所示的衔铁的端表面14有一个阶梯15。在C型结构中替代这个阶梯15的是整个衔铁4c缩短了，因此它只跟被遮蔽的磁极5b的端表面10b的一部分处于正对面的位置。用这种替换的解决方法虽能完成发明目的但不能完全象前面所说有那种结构型式在衔铁和磁极之间那样获得如此高的吸力。
权利要求
1.一种电磁装置具有电磁线圈(1)，具有一个槽口形磁极的线圈铁芯(2)，由短路环(7)包围的用来产生相移的磁极(5)，具有一个处在槽口形磁极对面的衔铁(4)和具有用来使磁回路闭合的轭铁(3)，其特征为由短路环(7)包围的磁极(5)是用来提高衔铁(4)和磁极(5)之间的磁通密度的，其一个终端的端表面(10)小于这个处在短路环(7)区域内的磁极的横截面。
2.如权利要求1所述的装置，其征在于由短路环(7)包围的磁极(5)为阶梯式的，这样就形成了一个在衔铁(4)紧对面的终端端表面和另一个间隔一定距离位于其对面的端表面(11)。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于处于衔铁(4)对面的两个磁极(5，6)的终端端表面(10，12)仅仅通过供安放短路环(7)而设的槽口(8)而彼此分隔开来。
4.如上述任一权利要求之一所述的装置，其特征在于位于衔铁(4)对面的两个磁极(5a，6a)的终端端表面(10a，12a)，是环形表面。
5.如上述任一权利要求之一所述的装置，其特征在于线圈铁芯(2)跟短路环(7)是一个整体。
6.如上述任一权利要求之一所述的电磁装置，其特征在于由短路环(7)包围的磁极(5)的终端表面积与这些磁极(5)的总的横截面的比小于或者等于0.7。
7.一种具有电磁线圈(1)，槽口形磁极的线圈铁芯(2b)的电磁装置，它的一个磁极(5b)被一个短路环(7b)包围以便产生相移。这种电磁装置还具有一个处在槽口形磁极(5b，6b)对面位置的衔铁(4b或4c)，其特征在于，在短路环(7b)包围的磁极(5b)直接对面的区域内的衔铁(4b或4c)，为了提高衔铁(4b，4c)和磁极(5b)之间的磁通密度，其磁力作用的面积小于这个磁极(5b)的终端端表面面积。
8.如权利要求7的电磁装置，其特征在于衔铁(4b)有一个增大了的有效表面(14)，这个表面位于短路环包围的磁极(5b)的对面并且小于这个磁极(5b)的终端表面积。
9.如权利要求7的电磁装置，其特征在于处在由短路环包围的磁极(5b)对面位置的区域内的衔铁(4c)，应使它的正对这个磁极(5b)的磁作用有效面积小于这个磁极(5b)的终端端面面积(10b)。
10.一种具有槽口形磁极的线圈铁芯，它的一个磁极由短路环(7)包围，其特征在于这个磁极(5)是下陷的，因此它具有一个终端端表面(10)和一个更下陷的端表面(11)，而这二个端表面是在同一侧的。
11.如权利要求10的线圈铁芯，具有下列特征即由短路环包围的磁极(5)的终端端表面与这个磁极(5)的总横截面积(10+11)相比小于或者等于0.7。
全文摘要
本电磁装置由一个电磁线圈和一个槽口形线圈铁芯组成。为了产生一个相移，槽口形磁极的一个磁极是用短路环包围起来的。位于槽口形磁极对面的是一个衔铁。此外还有一个使磁路闭合的轭铁。为了提高线圈铁芯与衔铁之间的吸力，在被遮蔽的磁极上有一个阶梯，并且它位于短路环和衔铁之间的区域内。通过这样的办法可以提高磁通密度并提高磁力。
文档编号H01F7/12GK1090424SQ93121338
公开日1994年8月3日 申请日期1993年12月23日 优先权日1992年12月24日
发明者威尔佛里德·拜尔, 索尔斯滕·克劳斯 申请人:库恩克有限公司