具有增强的磁结构的电磁致动器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及具有增强的磁结构的电磁致动器。一种致动器包括定子、电枢和线圈，电枢被布置用于相对于定子选择性且可操作地运动，线圈以与电枢和定子紧密关联的方式安装。线圈具有延伸超过电枢的远端的第一部分。该致动器还包括通量收集器。通量收集器基本上环绕线圈的第一部分。
【专利说明】具有增强的磁结构的电磁致动器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及电磁致动器，且特别地，涉及具有用于引导磁通量的增强的磁结构的电磁致动器。
【背景技术】
[0002]致动器是被使用以移动或控制系统的机构的设备。电磁致动器由能量源即电流操作并将该能量转变为动作。图1和2分别图示了已知的三叉致动器10和单叉致动器20。如在本文中示出的，致动器10、20 —般包括定子22和被配置用于相对于定子22的旋转或枢转运动的电枢(armature)24。电枢24和定子22通常由高磁导率材料，例如钢制成。电枢24通常包括一个或多个叉状物26。例如，图1中的电枢24具有三个叉状物26而图2中的电枢具有单一叉状物26。定子22可以包括两个或多个支腿，导线线圈28围绕支腿中的一个配合。在操作中，电流被引到线圈28中以产生用来将铰接电枢24吸引到定子22以使电枢24旋转的电磁力。
[0003]如将被容易地领会的，当线圈28被激励时，磁场围绕线圈360度生成。磁场的磁通量盘绕穿过金属电枢24 (并穿过叉状物26的尖端)和定子22，在电枢24和定子22之间产生磁吸引以使电枢24旋转。使用图1的三叉致动器10，通过激励线圈28产生的磁通量的基本上全部被电枢24和定子22获得，并被指引穿过电枢24和定子22以产生闭合力使电枢24朝着定子22旋转。然而，像图2中示出的致动器20 —样的单叉致动器不能获得全部的所产生磁通量。特别地，如在本文中示出的，从线圈28的一侧发出的围绕线圈28的另一侧缠绕的磁场线30流失，即该磁场线30未被电枢24和定子22收集，且因此不能促进旋转力或力矩的产生。
[0004]如将被容易地领会的，三叉致动器设计具有结合以覆盖线圈28的圆周的约75%的电枢24和定子22。相比而言，单叉致动器设计或两叉致动器设计具有结合以仅覆盖线圈28的圆周的约35%的电枢24和定子22，其中单叉设计具有较小的有效磁路径，如图2中所图示的。因此，三叉致动器通常具有比其两叉或单叉对应物更强大的闭合力。
[0005]在尺寸为关注点的某些应用中，有时必须使用单叉致动器设计。然而，由于环绕线圈圆周的几乎75%的大量低磁导率空气，这样的单叉致动器的低输出功(B卩，所产生的转矩或闭合力)受损。
[0006]相应地，存在对具有增强的磁结构的致动器的需要，该致动器提供与类似尺寸和类型的已知致动器相比增加的输出功或闭合力。
实用新型内容
[0007]本实用新型的目的是提供一种具有增强的磁结构的电磁致动器，包括:定子；电枢，其被布置用于相对于所述定子选择性且可操作地运动；线圈，其以与所述电枢和所述定子紧密关联的方式安装，所述线圈具有延伸超过所述电枢的远端的第一部分；以及通量收集器，所述通量收集器基本上环绕所述线圈的所述第一部分。[0008]本实用新型的另一个目的是提供一种具有增强的磁结构的电磁致动器，包括:定子；电枢，其具有至少一个叉状物，并且相对于所述定子在打开位置和关闭位置之间可移动；导线线圈，其被布置在所述电枢和所述定子中间，所述导线线圈界定闭合线圈区域和打开线圈区域，在所述闭合线圈区域处，所述电枢和所述定子大体包围所述线圈的一部分，在所述打开线圈区域处，所述电枢和所述定子两者都不包围所述线圈；以及通量收集器，其从所述定子延伸并包围所述线圈的所述打开线圈区域。
[0009]本实用新型的另一个目的是提供一种电磁致动器，该电磁致动器提供与类似尺寸和类型的已知致动器相比增加的输出功或闭合力。
[0010]根据对本实用新型的如在附图中所图示的最佳模式实施方式的详细描述，本实用新型的这些和其它的目的、特征和优势将变得明显。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]通过参考附图阅读对非限制性实施方式的下列描述，本实用新型将被更好地理解，以下在附图中:
[0012]图1是现有技术的三叉致动器的侧视图。
[0013]图2是现有技术的单叉致动器的侧视图。
[0014]图3是根据本实用新型的实施方式的具有增强的磁结构的致动器的侧视图。
[0015]图4是图3的致动器的定子的透视图。
[0016]图5是图3的致动器的通量收集器(flux gatherer)的透视图。
[0017]图6是安装在壳体中的图3的致动器的横截面透视图。
[0018]图7是安装在壳体中的图3的致动器的侧视图。
[0019]从结合通过实施例的方式图示本实用新型的原理的附图得到的下列详细描述，本实用新型内容的其它特征和优势将变得明显。
【具体实施方式】
[0020]参考图3，示出了根据本实用新型的实施方式的具有增强的磁结构的电磁致动器100。该致动器包括定子102和电枢104。在实施方式中，致动器100可以包括用于使电枢104偏置到其打开位置的弹簧(未不出)。在实施方式中，电枢104和定子102由高磁导率材料，例如钢制成。电枢包括一个或多个叉状物108。定子102可以包括两个或多个支腿，导线线圈110围绕支腿中的一个配合。
[0021]如在本文中进一步示出的，致动器100包括通量收集器112，通量收集器112从定子102延伸并环绕致动器的打开线圈区域。像电枢104和定子102 —样，通量收集器112可以由高磁导率材料，例如钢制成，然而也可以使用本领域已知的其它高磁导率磁性材料，而不偏离本实用新型的更宽泛的方面。特别参考图5，通量收集器112是大体U形的且包括臂114，臂114被配置成配合在定子102的底部上的相应凹槽116内，如图4所示。在实施方式中，通量收集器112使用螺钉的螺栓固定到定子102，然而也可以使用本领域已知的其它紧固装置。在实施方式中，通量收集器112与定子102整体地形成。
[0022]如图3所示，通量收集器112从定子102的底部延伸并卷绕和环绕线圈110的暴露端(即，打开线圈区域)。通量收集器112定尺寸和定形为使得通量收集器112的远端118与电枢104的叉状物108紧密关联。
[0023]重要地，通量收集器112因此提供了围绕线圈110的打开区域的静态的高透过性介质，在此处，磁通量可以行进穿过介质，穿过电枢104并回到线圈110的中心，到达主动移动的磁电枢104。
[0024]通量收集器112生成另外的磁路径，该另外的磁路径被用来引导远离线圈发出的杂散磁场回到用来在致动器中产生旋转力的磁路径中。特别地，当线圈110被使用DC电流激发时，磁通量沿着线圈110的轴线产生并以360度的方式散发离开线圈110顶部，从各个方向返回到线圈110底部。
[0025]使用该类型的已知致动器，通量的一部分被引导穿过定子和电枢，生成所需的致动器力。然而，与定子相对的一定百分比的通量穿过自由空气返回到线圈且不行进穿过定子或电枢，引起能量消耗。
[0026]然而，本实用新型的电枢100的通量收集器112引导该杂散磁通量回到定子102和电枢104，使得产生了另外的旋转力(B卩，电枢104和定子102之间的磁吸引)。在实施方式中，旋转力可以增加为超过相似类型和尺寸的现有致动器约20%。
[0027]图6和7图示了本实用新型的定位在壳体120内的致动器100。
[0028]虽然本实用新型的致动器100的通量收集器112特别地可适用于单叉致动器，例如图3中示出的单叉致动器，但是通量收集器112也可以与目前在工业中使用的两叉移动电枢致动器一起使用。
[0029]虽然本实用新型已经关于其详细的实施方式来显示和描述，但是本领域技术人员将理解，可以做出各种改变且等同物可以用于代替本实用新型的元件，而不偏离本实用新型的范围。此外，可以做出修改以使特定情况或材料适合于本实用新型的教义，而不偏离本实用新型的基本范围。因此，应预期，本实用新型不被限制于在以上详细描述中公开的特定实施方式，而是本实用新型将包括落在本实用新型内容的范围内的所有实施方式。
【权利要求】
1.一种具有增强的磁结构的电磁致动器，包括: 定子; 电枢，其被布置用于相对于所述定子选择性且可操作地运动； 线圈，其以与所述电枢和所述定子紧密关联的方式安装，所述线圈具有延伸超过所述电枢的远端的第一部分；以及 通量收集器，所述通量收集器基本上环绕所述线圈的所述第一部分。
2.如权利要求1所述的具有增强的磁结构的电磁致动器，其中: 所述通量收集器在至少两侧上环绕所述线圈的所述第一部分。
3.如权利要求2所述的具有增强的磁结构的电磁致动器，其中: 所述通量收集器在三侧上环绕所述线圈的所述第一部分。
4.如权利要求1所述的具有增强的磁结构的电磁致动器，其中: 所述通量收集器是大体U形的且包括臂，所述臂被配置成配合在所述定子中的相应凹槽内；并且 其中所述通量收集器 被紧紧地固定到所述定子。
5.如权利要求1所述的具有增强的磁结构的电磁致动器，其中: 所述通量收集器的远端与所述电枢的叉状物紧密关联；并且 其中所述通量收集器被配置成引导杂散磁通量回到所述定子和所述电枢。
6.如权利要求1所述的具有增强的磁结构的电磁致动器，其中: 所述电枢具有一个叉状物。
7.如权利要求1所述的具有增强的磁结构的电磁致动器，其中: 所述电枢具有两个叉状物。
8.如权利要求1所述的具有增强的磁结构的电磁致动器，还包括: 弹簧，其附接到所述电枢并被配置成使所述电枢朝着打开位置偏置。
9.如权利要求1所述的具有增强的磁结构的电磁致动器，其中: 所述电枢、所述定子和所述通量收集器由高磁导率材料制成。
10.如权利要求9所述的具有增强的磁结构的电磁致动器，其中: 所述高磁导率材料是钢。
11.一种具有增强的磁结构的电磁致动器，包括: 定子; 电枢，其具有至少一个叉状物，并且相对于所述定子在打开位置和关闭位置之间可移动； 导线线圈，其被布置在所述电枢和所述定子中间，所述导线线圈界定闭合线圈区域和打开线圈区域，在所述闭合线圈区域处，所述电枢和所述定子大体包围所述线圈的一部分，在所述打开线圈区域处，所述电枢和所述定子两者都不包围所述线圈；以及通量收集器，其从所述定子延伸并包围所述线圈的所述打开线圈区域。
12.如权利要求11所述的具有增强的磁结构的电磁致动器，其中: 所述通量收集器是大体U形的且包括臂，所述臂被配置成配合在所述定子中的相应凹槽内；并且 其中所述通量收集器被紧紧地固定到所述定子。
13.如权利要求11所述的具有增强的磁结构的电磁致动器，其中:所述通量收集器与所述定子整体地形成。
14.如权利要求11所述的具有增强的磁结构的电磁致动器，其中:所述通量收集器的远端与所述电枢的所述至少一个叉状物中的远侧叉状物紧密关联。
15.如权利要求11所述的具有增强的磁结构的电磁致动器，其中:所述至少一个叉状物 是两 个叉状物。
【文档编号】H02K33/16GK203457022SQ201320156644
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年4月1日 优先权日:2013年3月1日
【发明者】阿尼·埃特拉森, 德里克·卡斯特, 威廉·费里 申请人:美国调速器公司