機電致動器的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及電磁致動器領域，例如設及可逆線性螺線管。
【背景技術】
[0002] 可逆線性螺線管通常是已知的并構成現有技術。例如，雙穩(wěn)態(tài)的設計用于驅動電 氣中壓開關設備，其中需要用于給磁體供電的電解質電容器。例如，另外的磁場的使用可W 在螺線管閥中找到，該螺線管閥應當能夠對抗回復力維持狀態(tài)，而無需任何控制電流。另 夕h存在大量的另外的應用，尤其是在分類和傳送車間中，還有在汽車部口中（尤其是傳動 引擎、中控鎖系統(tǒng)、換擋鎖）W及在編織機中。重要的可行使用范圍還存在于所謂的熱流道 工程領域中（致動噴射成型工具的針閥）和機器人焊錯領域中（利用所需要的能夠通過彈黃 來確保的間隙補償來跟蹤焊條）。
[0003] 已知的可逆線性螺線管的缺點是其時常小的電效率，該缺點時常排除其代替氣動 驅動器或液壓驅動器(或通過力傳遞鎖定的彈黃蓄能器)的使用。運由于昂貴的電解質電容 器而在使用(雙穩(wěn)態(tài)的）可逆線性螺線管的中壓開關設備中導致了大量成本。在現有技術的 其它領域中，尤其是在引擎中的閥（例如在大的燃氣引擎中的氣閥）中，小的電效率導致了 許可頻率的不想要的限制或通過發(fā)生在線圈中的功率耗損的切換的出現，該線圈將會因較 高的切換頻率而熱損壞。
[0004] 已知的可逆線性螺線管的另一缺點是其小的動力，運是由于，尤其是利用相對長 行程的驅動器(與磁體直徑相比長的行程），僅僅小的初始力時常是可用的并且，另外相對 大的公差不可避免。例如，電源開關應當在斷電時將短路盡可能快地與主電源斷開，或者應 當在接通時碰撞電流的或電壓的過零;為此需要高的動力W及短的死區(qū)時間一僅僅使用常 規(guī)的可逆線性螺線管，運可能是不夠的。
[0005] 最后，已知的雙穩(wěn)態(tài)的可逆線性螺線管的缺點可W在W下事實看到：它們趨向于 當電樞在調節(jié)過程結束而達到端部行程位置時表現出最高的電樞速度。運導致了用于端部 位置阻尼的大的工作量或限制了磁體的使用壽命。
[0006] 在一些應用中，尤其是在閥和電氣開關設備中，可逆線性螺線管應當是單穩(wěn)態(tài)的， 可選地代替雙穩(wěn)態(tài)的，W便能夠無需任何控制電流而采用安全的端部位置。
[0007] 因此，本發(fā)明的根本目的是提高極化的可逆線性螺線管的電效率，尤其是極化的 雙穩(wěn)態(tài)可逆線性螺線管的電效率。新的磁體還應當能夠具有相較于已知的可逆線性螺線管 而高的動力W及減小的死區(qū)時間。另外，對致動器的一般要求是緊湊的構造。

【發(fā)明內容】

[000引所稱的目的通過根據獨立權利要求中的一項獨立權利要求的驅動器來實現。不同 的實施方式、另外的改進和應用是從屬權利要求的主題。
[0009]根據本發(fā)明的示例，利用永磁極化的可逆線性螺線管具有彈黃系統(tǒng)，該彈黃系統(tǒng) 在兩個端部行程位置中將力施加在電樞上，該力沿運動的方向指向中位行程位置（即朝向 兩個端部行程位置之間的中位）。在運方面，彈黃系統(tǒng)被設計成，在靜態(tài)的、非激勵的情況 下，至少一個端部行程位置中的彈黃力在幅值上小于作用在電樞上的總的磁阻力，從而電 樞可W對抗在至少一個端部位置中的彈黃力W永磁方式保持靜止。
[0010] 不僅可W考慮具有機械彈黃的彈黃系統(tǒng)，還可W考慮磁性彈黃系統(tǒng)或氣動彈黃系 統(tǒng)。起決定性的是，沿設置在兩個端部行程位置之間的中位行程位置的方向作用的力可W 在兩個端部行程位置中傳遞至電樞或電樞系統(tǒng)。對于雙穩(wěn)態(tài)的磁體，在可能的情況下，該彈 黃系統(tǒng)被配置成，使得存儲在彈黃系統(tǒng)中的勢能在兩個端部行程位置中相同。在靜態(tài)的、非 激勵的情況下，在兩個端部行程位置中的彈黃力在幅值上必須小于相關的磁阻力。如果通 過可逆線性螺線管本身提供的應用產生回復力，則運必須相應地被考慮到彈黃系統(tǒng)的設計 中。例如，真空電源開關就是運種情況，真空電源開關的接觸壓力彈黃在此處被理解為彈黃 系統(tǒng)的部件。
[0011] 根據本發(fā)明的驅動器應當能夠被配置成，使得驅動器相對于它們的體積可W產生 更大的力（相比于已知的可逆線性螺線管）。最后，該驅動器還應當能夠被設計為單穩(wěn)態(tài)的 并且應當還能夠具有短的調節(jié)時間和高的效率。
【附圖說明】
[0012] 在下文中參照附圖中所示出的示例更詳細地解釋本發(fā)明。該圖示不必是按照比例 的并且本發(fā)明不僅僅被限制于所示出的方面。相當重要的是示出了基于本發(fā)明的原理。W 下附圖示出了 ：
[0013] 圖la為根據本發(fā)明的一個示例的具有兩個電樞或兩個電樞板的實施方式中的驅 動器的鏡向平面中的且平行于運動方向的截面；
[0014] 圖化為根據圖la的驅動器的垂直于穿過氣隙10至氣隙14的運動方向的截面；
[0015] 圖2a至圖化參照示意性圖示，為根據本發(fā)明的驅動器的不同構造的不同示例；
[0016] 圖3為通過根據本發(fā)明的一個示例的驅動器的縱向截面，W用于圖示基于驅動器 的磁原理；
[0017] 圖4為根據本發(fā)明的驅動器的另一旋轉對稱的實施方式；
[0018] 圖5為根據本發(fā)明的另一示例的驅動器的磁回路的示意性表示；W及
[0019] 圖6為其中驅動器執(zhí)行有限的旋轉運動的另一示例。
【具體實施方式】
[0020] 本發(fā)明在下文中將首先W雙穩(wěn)態(tài)的可逆線性螺線管進行解釋。由于彈黃系統(tǒng)，電 樞被設置成一旦保持力在幅值上變得小于電的反激勵產生的彈黃力，就沿中位行程位置的 方向移動離開每一個端部行程位置，所述保持力被定義為在相應的端部行程位置中電樞上 的總磁阻力。為此，與常規(guī)的沒有彈黃系統(tǒng)的雙穩(wěn)態(tài)的可逆線性螺線管相比，需要小得多的 電功率;相關的（外)力轉換率也可W高得多。例如，它還近似地應用在常規(guī)的雙穩(wěn)態(tài)的可逆 線性螺線管中的起動行程位置中：
[0021 ]化別=(FGapl+FGap2)-F領劍=1/(2*μΟ)*(Α1 地 Gapi?；?A2 地 Gap2~2)-F令印劍
[0022] 其中A1和A2為電樞的（相反的)磁極面，并且F領劍為映射端部位置鄰接部的函數。
[0023] 為了說明進行如下假設:除了冗余的氣隙之外，氣隙Gap2是閉合的，并且該冗余的 氣隙傳導具有密度2Τ的流動（BGap2 = 2T)，而氣隙Gapl完全地打開并且沒有傳導任何流動 (BGapl = OT)。從而作用在電樞上的相反的磁阻力的總和FGapl+FGap2沿著電樞的運動的軸向方 向改變符號，在條件A1 =A2下，Gapl中的磁通量密度必須大于Gap2中的磁通量密度。為此由 于Gapl是全開的而可能需要大的電功率。在最簡單的近似法中，產生氣隙中給定的磁通量 密度所需要的電流與氣隙長度成比例;然而，相關的功率耗損是電流的平方。
[0024] 在忽略雜散場和滿流(靜態(tài)情況或準靜態(tài)情況)時，對于非常小的行程可W假設， 在氣隙Gapl和氣隙Gap2中由反激勵所產生的磁通量密度行程具有相同的幅值。在對于常規(guī) 的雙穩(wěn)態(tài)的可逆線性螺線管最有利的情況下，在僅為了完全補償保持力的每一種情況下的 1T的本示例(Gapl: 0Τ-〉1Τ，Gap2: 2Τ-〉1Τ)中，磁通量密度行程將是必要的。
[0025] 現在使同樣的磁體配備有根據本發(fā)明的彈黃系統(tǒng)，在先前描述的起動行程位置 (位置"0")中，該彈黃系統(tǒng)沿中位行程位置的方向施加力巧機(0)，該力巧機(0)可W說是只有 (保持)力的一半。因此，Gap2中的磁通量從2Τ到VT的減小足W允許經由Gap2作用在電樞上 的磁阻力變成與彈黃力具有相等的幅值。因此，經由Gapl作用在電樞上的磁阻力已經可用 于加速該電樞;并且事實上具有僅-0.59T的磁通量密度行程(在Gap2處）。如在前面的示例 中所述，如果Gap2中的磁通量密度由于電的反激勵而從2T減小到1T并且如果Gapl中的磁通 量密度從0T增大到1T，則彈黃力的一半（在BGap2=lT處巧機-FGap2)實際上加上磁阻力FGapl可 用于在起動行程位置0中加速電樞，運在1T處產生了四分之一的力，該力將在2T處產生。在 A1=A2的同樣的假設下，運是與彈黃所產生的力的幅值近似相同的力。因此不管工作氣隙 Gapl是否全開，驅動器都可W直接在起動行程位置中W1T(在Gapl中為+1T，在Gap2中為- 1T)的磁通量密度行程產生力，該力對應于近似一半的保持力，對應于所述使用的彈黃力。 在該對用于常規(guī)的雙穩(wěn)態(tài)的可逆線性螺線管的特別有利的情況的粗略的近似法中已經可 W看到，根據本發(fā)明的驅動器需要小得多的電功率W被設置到運動中，例如，其中驅動器有 利地被配置成使得初始加速電樞的能量的較大部分從彈黃系統(tǒng)獲得并且未被電消耗。另外 可W看到的是，與常規(guī)的磁體相比較，電樞運動已經可小得多的磁通量密度行程來完 成，運進而允許短的死區(qū)時間（自然W有效的保持力為代價，該有效的保持力由彈黃力和磁 阻力的總和產生）。
[0026] 對于理解本發(fā)明而言重要的是，電樞首先可W主要用彈黃力來加速，為了該目的， 需要相對小的電功率消耗（用于反激勵）。與從空閑狀態(tài)起動的電動機械相比，移動或加速 電動機械可W具有高得多的電效率。運最后是由于W下事實：由驅動器執(zhí)行的工作量是力 在調節(jié)路徑上的積分，但是熱耗損是功率耗損在時間上的積分。因此清楚的是，在調節(jié)時間 中的切割，即在時間域中積分間隔的減小，將趨向于導致電效率的提高。同樣清楚的是，電 樞在任何位置中的"夾緊"必須產生零效率，運是由于功的積分消失且積分時間上升。
[0027] 因此在此所描述的根據本發(fā)明的示例的一個方面是，僅僅需要可W快速產生的小 的反激勵來觸發(fā)該運動。另外的方面包括W下事實:對稱的彈黃系統(tǒng)可W在缺乏磁場且缺 乏摩擦的情況下的特定時期內使電樞在其端部位置之間來回地移動，無需必須用于此的任 何能量。彈黃系統(tǒng)為此必須被設計成，使得在可能的情況下，彈性地存儲在其中的（勢)能量 在兩個端部行程位置中具有相等的幅值。W該方式設計彈黃系統(tǒng)，僅上述所稱的反激勵必 須產生并且僅僅運么多的電功率必須被供應至驅動器，使得驅動器可W被設置成進行動 作、可W克服摩擦力，并且可選地使得可W額外地執(zhí)行有用的工作。與此形成對照，對于常 規(guī)的雙穩(wěn)態(tài)的可逆線性螺線管，首先必須產生大得多的反激勵，運與對應的歐姆耗損相關 聯(lián)。之后電樞必須僅僅借助于電功率來加速，運相對慢地發(fā)生并且因此同樣是耗能的。磁體 還必須克服摩擦力并執(zhí)行有用的工作，但實際上反過來具有