CN101189690A - 电磁驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电磁驱动装置，其具有可沿一条轴线(3)运动的衔铁(6，6a，6b)。所述衔铁(6，6a，6b)具有活塞形部段(8，8a，8b)。活塞形部段(8，8a，8b)被导引在定子(1)的缸筒形部段(2)内。所述活塞形部段(8，8a，8b)有一个基本上沿所述轴线(3)的方向延伸的切口(10)贯穿。

Description

电磁驱动装置

技术领域

本发明涉及一种电磁驱动装置，该装置具有可沿着一条轴线移动的衔铁，该衔铁具有活塞形部段，该活塞形部段可以在定子的缸筒形部段内移动。

背景技术

例如，由德国实用新型DE29715900U1中已知一种这样的电磁驱动装置。在该实用新型中描述了一种电磁驱动装置，该电磁驱动装置用于触发功率开关的开关操作。为此，电磁驱动装置具有一个带有电磁绕组的定子，衔铁可以在绕组通电时移动到该电磁绕组中。衔铁具有活塞形部段，该活塞形部段可以在定子的缸筒形部段内移动。为了调节衔铁的响应时间，改变衔铁的质量。

随着电磁驱动装置的衔铁质量的增大，整个系统惯性变得更大，并且驱动装置的响应出现延迟。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，这样地设计一种本文开头所述类型的电磁驱动装置，使得以衔铁的精确运动保证了快速的响应。

根据本发明，这一技术问题在本文开头所述类型的电磁驱动装置的情况下如下地实现，即，活塞形部段由至少一个基本上沿所述轴线延伸的切口贯穿。

切口的引入使得在活塞形部段快速移动时形成的流体垫可以通过所述活塞形部段膨胀降压。压力升高的流体(如气体或液体)可以由活塞形部段快速地引导通过所述切口。在此，沿所述轴线延伸的切口可以有不同的形状。因此，可以例如设置直线的通道，或者利用在活塞形部段中倾斜的通道。此外，也可以使用其它的设计，如螺旋形切口、曲折形切口等。所有切口都在所述轴线的方向上在所述活塞形部段之前和之后设有入口和出口，以便将气体或液体流快速地导引通过所述活塞形部段。尤其是在活塞形部段在一个封闭腔室内移动时，避免了在移动装置中活塞形部段之前形成流体垫。为了保证在定子中尽可能精确地导引衔铁，衔铁在定子的缸筒形部段内滑动。在此，不需要在定子和衔铁之间设置特殊密封。在活塞形部段和缸筒形部段之间较小的间隙尺寸已经足以避免流体经由活塞形部段和缸筒形部段之间的间隙流过。

在此，可以规定一种有利的设计，即，所述切口将活塞形部段的朝向缸筒形部段的边缘断开。

在设置于活塞形部段的边缘内的切口可以例如是缺口或开槽，它们有针对性地构成活塞形部段和缸筒形部段之间的通道，以便在衔铁移动时使气体和流体能够流过。在此，切口可以具有不同类型的轮廓。因此，所述槽例如可以被设计成燕尾形、尖端形、直角形、V形以及任意的其它形状。

与切口在边缘区域内或者由活塞形部段围绕的位置无关的，可以提供下述措施。为了在移动时有针对性地控制流体的流过，也可以例如设置成，使得所述切口设有一定的轮廓。因此，可以在切口内有针对性地为所述部分设置更高或更低的流阻。此外，可以通过切口的一定路线(例如围绕活塞形部段的螺旋形)在衔铁移动时有针对性地影响流过流体的体积。因此可以例如实现，在整个、由切口构成的溢流通道(überstroemkanal)运动的过程中首先流过较大的流量，并随着前进运动在切口内出现限制流体进一步穿过的回流波(Rückstauwelle)。因此，例如可以支持对衔铁的特定运动轮廓的遵守。

还可以有利地规定，所述切口是基本上沿径向与轴线对齐的开槽。

沿径向朝向轴线的开槽除了其对流体流的操纵和引导之外还有利地适于，避免在定子通电时在衔铁中产生涡流。在电磁驱动装置中，由于所出现的磁场而在衔铁和定子之间产生力的作用。此外，位置固定的定子通常具有可加载电流的电绕组。由于流动的电流，因而在该绕组内构成了磁场。(例如由铁磁性材料构成的)衔铁由于磁场而在运动中发生位移。在运动在磁场中的衔铁内感应出涡流。所述涡流导致衔铁发热并造成作用在驱动衔铁上的电磁力降低。通过至少一条沿径向朝向轴线的开槽的引入，可能的涡流轨迹被断开。在此可以规定，在衔铁内在沿关于轴线的径向上设置多个开槽。所述开槽在此可以有不同的设计。比如，这些开槽可以例如由衔铁包围或者在轴线方向上延伸通过衔铁的边缘。这可以例如通过对衔铁边缘区域的锯或铣削实现。

另一种有利的设计可以规定，在活塞形部段上连接一个锥形成型部。

活塞形部段上的锥形成型部使磁力线可以有利地导入衔铁内部。因此可以以一种简单的方式使从定子经过到衔铁内的磁力线这样地偏转，使得在边界面上磁力线尽可能垂直地从表面发出或从进入表面中。所以这样做是有利的，因为对于在衔铁上产生力的作用而言只有磁力线的法向分量是起作用的。活塞形部段可以例如设置在锥形的底部。

在此，另一种有利的设计可以规定，在活塞形部段上连接一个盘垛式的阶梯形成型部。

所述成型部的阶梯形设计同时具有对于偏转磁力线有利的特性。可以有针对性地这样构造磁极表面，使得磁力线被汇聚地引入该磁极表面。这在直角阶梯的情况下例如是与轴线同轴设置的圆环形面。同样围绕轴线同轴地延伸的阶梯形成型部的圆筒形表面尽可能地与穿过的磁力线无关。

除了阶梯形的直角设计之外，也可以采用阶梯形的锯齿状布置或成型部的其它适当的轮廓。

阶梯形和锥形成型部可以与活塞形部段一体地构成。不过也可能将成型部本身以及衔铁构造成多个部分。

由锥形成型部或阶梯形成型部进一步提供了有利的流动系数，以便使衔铁快速地移动通过流体并使挤出的气体或流体体积偏转流过所述活塞或穿过所述活塞。

而且，为了保证在定子通电时衔铁的对中，逐渐缩窄的成型部也是合适的。通过这样一种成型部可以由电磁驱动装置产生较大的保持力。

有利的是，可以规定将成型部构造成空心的。

通过空心的成型部一方面降低了运动衔铁的质量，由此降低了运动部件的惯性并保证了衔铁的迅速响应。此外，还可以通过空心主体的壁引起有针对性的磁力线偏转。

为了构成该壁，可以例如有利地规定，该空心的成型部在轴线方向上具有一个逐渐缩小的周长，并随着周长逐渐地变小而减小空心成型部的壁厚。

空心成型部沿其窄端方向的壁厚的减少使得在衔铁内部导引的磁力线可以有一种有利的分布。在电绕组内产生的磁力线可以通过定子上的相应极靴穿过活塞形部段上的一个大体积。在此有利的是，将活塞形部段设计成圆柱形或空心圆筒形并尽可能靠近所述定子的缸筒形部段。因此就能够使磁力线从定子无损耗地进入衔铁，或者反之。随着空心成型部壁厚的降低，该壁的磁阻增大。由此使磁力线广泛地分布在成型部的外周表面(流入或流出面)上。由此，衔铁实现了均匀的磁通。利用磁场的均匀磁场密度，可以为电磁驱动装置提供相应的高功率。而且，也保证了至少在可动衔铁的端部位置内有较高保持力。

一种有利的设计例如可以规定，在所述衔铁上构造基本上与轴线垂直的面作为端部止挡。

例如，垂直的止挡允许相对较小的表面用作止挡面。对于产生和偏转磁力线所必需的外周表面可以有针对性地与定子的边界面保持间隔。由此，提供了对具有高表面品质的用于磁力线的流入和流出面的损坏。适于作为端部止挡面的例如是圆形或圆环形面。倾斜的衔铁或定子表面并不相接触。因此，几乎排除了这些面发生机械磨损的风险。也可以设有共同起到端部止挡的作用的多个边界面。这些边界面也可以配设给不同的端部位置。

一种优选的设计可以规定，锥形成型部具有截锥尖端，该尖端起到端部止挡的作用。

锥形成型部的截锥尖端允许将止挡力良好地导入锥形成型部以及整个衔铁中。因此防止了压扁和形变。

一种有利的设计可以规定，成型部的外周表面在衔铁的端部位置内与定子的边界面相隔开。

成型部的外周表面，即锥形壳或阶梯形外周表面，应与定子的边界面隔开，以便避免敏感的表面受损。因此，在成型部的锥形设计中可以规定，例如仅有一个截锥尖端与定子的边界面相接触，并且该锥形外周表面与定子的边界面的位置相隔开。在此，该距离应当如此的小，以至于所经过的磁力线的轨迹仅受到很小的程度的影响。在成型部的阶梯形设计中可以规定，只有一定的表面部分与定子的边界面相接触，而其它的表面部分则与定子的边界面相隔开。在成型部的直角阶梯形旋转对称设计中，可以例如将与轴线同轴的圆环形片靠在定子的边界面上。磁力线可以在低磁阻的情况下导引通过该接触面。与此相反，与轴线同轴地布置的圆柱壳状表面与定子的相应边界面相隔开地设置，以便有针对性地使磁力线偏转至相互接触的表面内。

附图说明

下面在附图中示意地示出本发明的实施例并对其进行详细解释。在附图中：

图1示出了电磁驱动装置的第一实施形式，其中电磁驱动装置处于停机位置；

图2示出了电磁驱动装置的第一实施形式，其中电磁驱动装置处于接通位置；

图3示出了图1和图2所示衔铁的透视图和部分截去图；

图4示出了电磁驱动装置的第二实施形式，该电磁驱动装置在衔铁的活塞形部段上具有盘垛式的阶梯形成型部；

图5示出了电磁驱动装置的第三实施形式，该电磁驱动装置在衔铁的活塞形部段上具有盘垛式的阶梯形成型部的一种替换设计。

具体实施方式

首先，结合图1示例地解释根据本发明的电磁驱动装置的原理结构。图4和图5中所示实施形式在原理上同样地构造，不过在衔铁的设计上有所区别。

电磁驱动装置的第一实施形式具有一个定子1。定子1由第一部分1a和第二部分1b组成。第一部分1a具有缸筒形部段2。该缸筒形部段2具有圆形截面。缸筒形部段2与一条轴线3同轴地设置。定子1的第二部分1b具有一个与轴线3同轴地设置的、截面为圆形的通道4。定子的第一部分1a和第二部分1b相互连接，因此产生一种紧凑的导引磁力线的主体。在定子1中，带有铁芯的可通电绕组5插入到构造在第一部分1a和第二部分1b的接合区域内的环形间隙中。带有铁芯的绕组5与该轴线3同轴地布置。

在定子1的缸筒形部段2中导入衔铁6的带有圆形截面的活塞形部段8。衔铁6具有驱动杆7，该驱动杆同样与轴线3同轴地布置并被导入到通道4中。衔铁6的活塞形部段8与锥形成型部9相连。活塞形部段8和锥形成型部9被构造成一体的主体。不过，可以规定，为活塞形部段8和锥形成型部9使用分开的部分主体。锥形成型部9以及衔铁6的活塞形部段8都被设计成空心主体。如由图1的剖视图可见，在此这样选择壁厚，使得壁厚随着锥形成型部9周长的减少而减少。为了避免涡流并使气体能够穿过，在衔铁6中引入沿径向取向的槽形切口10。在此，槽形切口10可以这样深地引入，使得它达到锥形成型部9。在此，该切口10处于相对于轴线3的径向，并截断活塞形部段8的边缘。

锥形成型部9在朝向驱动杆7一侧具有平截头圆锥形的扁平部分。由此构成一个围绕驱动杆7延伸的圆环形面11。该圆环形面11用作衔铁6的端部止挡。在衔铁6的背向驱动杆7一侧，在活塞形部段8的底部区域构造有一个圆环形面12。该圆环形面12同样起到端部止挡的作用。在停机状态下，衔铁6的底部的圆形表面12向缸筒形部段2挤压锁闭的板16。在电磁驱动装置的第一实施形式的如图1所示的停机状态中，由在通道4内绕驱动杆7延伸的螺旋形弹簧13将衔铁6与定子1的第二部分1b相隔开。衔铁6通过其处在背向驱动杆7一侧的端部上的圆环形面12保持在其最终位置。在带有铁芯5的绕组通电时形成电磁场，该电磁场在定子1的第一部分1a和第二部分1b中延伸并在定子1的内部导引。磁力线在缸筒形部段2的区域中离开第一部分1a并优选在活塞形部段8的区域中进入空心的衔铁6的壁内。由于衔铁6的壁厚向尖端的方向逐渐减少，因而磁力线均匀地分布在锥形成型部9的锥形外周表面上。在缩短自身封闭的磁力线的努力中，磁力线从衔铁6的表面离开并进入定子1的第二部分1b。由于现在产生的力的作用，衔铁6向第二部分1b的方向运动。在电磁驱动装置的第一实施形式的接通位置(图2)中，示例性地显示出磁力线。磁力线在铁磁材料的边界面垂直地离开。在图2中可见，分界面上的磁力线在活塞形部段8的区域内以及锥形成型部9的外周表面的分界面的区域内近似垂直地穿过分界层。由此分界层上的大部分磁力线都成为法向分量并产生较高的保持力。所述保持力对在接通状态下拉伸的弹簧13起反作用。在断电时，弹簧13驱动驱动杆7连同衔铁6再次进入图1所示位置。

在衔铁6运动时，可以通过驱动杆7做功。例如可以使一种电开关设备(如高压-断路器)的驱动器的保持连杆断开，并从而触发开关过程。

在电磁驱动装置的第一实施形式的图2所示接通位置中，绕驱动杆7延伸的圆环形面11靠在第二部分1b上。在此，这样设计在定子1的第二部分1b上的相对于锥形成型部9相对地实施的面，使得它近似平行于锥形成型部9的外周表面，但在这两个表面之间却又不存在直接的接触。由此避免了对锥形成型部9表面的损坏。

图3以透视图示出了衔铁6的设计，图中略去了对驱动杆7的显示。图中可见活塞形部段8、围绕驱动杆7的圆环形面11、以及多个径向的贯穿活塞形部段8的槽形切口10。

作为对图3所示衔铁的设计的替换，也可以使用其它的衔铁。为此，在图4和图5中示出了原理实施形式。在图4中，示出了电磁驱动装置的第二种变形。电磁驱动装置被示出为处于其停机位置。该电磁驱动装置具有与图1和图2所示的电磁驱动装置的第一实施形式具有相同原理结构以及同一作用形式。借助图4对衔铁6a的不同设计进行了描述。衔铁6a在其活塞形部段8a上具有盘垛式的阶梯形成型部9a。由于阶梯形设计，成型部9a的周长在驱动杆7的方向上逐渐递增地减小。阶梯形成型部还具有旋转对称的构造，其中旋转轴线对应于轴线3。衔铁6a同样设计成空心的，其中限定空心腔边界的表面还具有锥形的构造。因此保证了衔铁6a的壁厚在驱动杆7的方向上减少并因而实现了磁力线在阶梯形成型部9a的表面上的均匀分布。在阶梯形式中，在定子1的第二部分1b上设计相对的边界面。

图5示出了电磁驱动装置的第三实施形式，其中电磁驱动装置处在其接通位置。电磁驱动装置的第三实施形式具有衔铁6b，该衔铁6b带有一个与盘垛式的阶梯形成型部9a相连的活塞形部段8b。电磁驱动装置的第三实施形式的衔铁6b也被设计成空心的，其中阶梯形成型部的朝向空心腔的面被设计成阶梯形。因此也确保了空心成型部的壁厚在驱动杆7方向上减小。

在电磁驱动装置的图4和图5所示的实施形式中，衔铁6a、6b的圆盘形面14分别用作端部止挡。圆柱壳形面15分别与相对的定子1的边界面相隔开地布置。在此范围内，在接通位置中也有针对性地构造有呈空心圆柱形地环绕轴线3的气隙。由于这样构造的有关磁阻的关系而迫使磁力线从成型部9a、9b经过圆环形面14到达定子1的第二部件1b内。因此，保证了磁力线即使在此也总是垂直于定子1地经过衔铁6a、6b，反之亦然。因此，产生了较大的保持力或吸引力。

Claims (10)

1.一种电磁驱动装置，其具有沿一条轴线(3)运动的衔铁(6、6a、6b)，所述衔铁具有活塞形部段(8，8a，8b)，该活塞形部段可在一个定子(1)的缸筒形部段(2)内运动，其特征在于，所述活塞形部段(8、8a、8b)由至少一个基本上沿所述轴线(3)的方向延伸的切口(10)贯穿。

2.根据权利要求1所述的电磁驱动装置，其特征在于，所述切口(10)使所述活塞形部段(8、8a、8b)的朝向所述缸筒形部段(2)的边缘断开。

3.根据权利要求1或2所述的电磁驱动装置，其特征在于，所述切口(10)是基本上沿径向指向轴线(3)的开槽。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的电磁驱动装置，其特征在于，有一锥形成型部(9)与所述活塞形部段(8)相连。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的电磁驱动装置，其特征在于，有一盘垛式的阶梯形成型部(9a、9b)与所述活塞形部段(8a、8b)相连。

6.根据权利要求4或5所述的电磁驱动装置，其特征在于，所述成型部(9、9a、9b)被构造成空心的。

7.根据权利要求6所述的电磁驱动装置，其特征在于，所述空心成型部(9、9a、9b)具有沿轴线方向逐渐减小的环周长，并且所述空心成型部(9、9a、9b)的壁厚随着该环周长逐渐变小而减小。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的电磁驱动装置，其特征在于，在所述衔铁(6、6a、6b)上设计有基本上垂直于轴线(3)的面(11、12、14)作为端部止挡。

9.根据权利要求4或6至8所述的电磁驱动装置，其特征在于，所述锥形成型部(9)具有起端部止挡作用的截锥尖端(11)。

10.根据权利要求4至9中任一项所述的电磁驱动装置，其特征在于，在所述衔铁(6、6a、6b)处于端部位置时，所述成型部(9、9a、9b)的外周表面(15)与所述定子(1)的边界面相互之间有间距。

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