CN102265356B - 电磁执行装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电磁执行装置，其带有一个具有长条形的衔铁推杆区段(24)以及轴向延长该衔铁推杆区段(24)的衔铁体区段(26)的衔铁，所述衔铁设计用于与核心单元(18，22)磁性共同作用并且通过给静止设置的线圈装置(16)通电而可以相对于该线圈装置移动，其中，所述核心单元设计成，它至少区段性地包绕所述衔铁推杆区段(24)以及相对于衔铁推杆区段直径扩宽的衔铁体区段(26)，所述核心单元设计为在轴向上由静止的核心区段(18)、可轴向移动的核心区段(22)和静止核心区段与可移动核心区段之间的可变核心缝隙(34)组成的多构件式，并且所述可移动核心区段和衔铁这样设计并且通过传动件(32)相连，使得作为对通电的反应，可移动核心区段进行闭合核心缝隙的运动并且通过传动件沿轴向驱动衔铁。

Description

电磁执行装置
本发明涉及一种按照独立权利要求前序部分所述的电磁执行装置。
这种例如由本申请人的德国实用新型20 2006 011 905已知的装置在现有技术中普遍公知并且公开了一种(适合与执行配合件共同作用的)作为衔铁的轴向延长部的衔铁推杆区段，其中，衔铁与静止的核心单元以及静止的线圈单元这样共同作用，使得衔铁进行轴向运动作为对线圈单元(线圈装置)通电的反应。
与按本发明所述技术在阀门或类似开关单元上的应用相关联地具有这样的特殊挑战，即，在开关过程开始(即开始通电)时即实现快速地响应并且达到较高的磁性操纵力，从而可以实现该装置相应较小的滞后时间和较高的动力性能。所谓的扁平衔铁系统通常可以实现较大的力，但具有可用衔铁行程较短的缺点。
此外由现有技术已知，例如借助所谓插棒式衔铁(Einzugsanker)明显地提高衔铁的有效行程，但这种附加件的缺点是，尤其是紧接在通电之后仅产生较小的磁力并且因此只能较慢地响应。
因此，本发明所要解决的技术问题在于，对按独立权利要求前序部分所述的电磁执行装置紧接在通电之后的力和动力性能方面进行改善，并且扩大有效行程。
该技术问题按本发明通过一种具有独立权利要求特征的电磁执行装置解决；本发明有利的扩展设计在从属权利要求中描述。
按本发明首先规定，核心单元沿轴向设计为多构件式，即为静止的核心区段这样配设一个可轴向移动的核心区段，使得在这两个区段之间存在一条核心缝隙，该核心缝隙是磁回路的一部分并且可以有助于紧接在通电之后额外地产生力。此外，可移动的核心区段与衔铁这样借助按本发明的传动件相连，使得作为对通电的反应和由此致使的核心缝隙闭合，可移动的核心区段在衔铁上施加一个沿轴向作用的驱动力，并且由此紧接在通电之后(更确切地说：在通电开始之后)优化动力性能和力的产生；一旦核心缝隙闭合，则衔铁以已知的方式以插棒式衔铁的形式继续沿轴向运动。
这种方式因此有利地致使在紧接于通电之后(更确切地说：启动通电之后)的对于响应性能和动力性能至关重要的阶段中，在衔铁上作用有较大的力，该力沿轴向驱动衔铁，其中，该力一方面以按本发明所述类型已知的方式通过衔铁和核心单元之间的磁场线作用，然而尤其也得到了在可移动的和静止的核心区段之间构成的核心缝隙的支持，该核心缝隙在由通电造成的闭合时有利地将力引入并且施加在衔铁上。
按照扩展设计特别优选的是，将传动件设置在(直径相对于较宽的衔铁体区段有所减小的)衔铁推杆区段上，进一步优选的是设置在衔铁推杆区段穿过进一步优选呈杯形的可移动核心区段的过渡或穿过区域内：以这种方式可以特别适合例如通过设置阶梯状和/或斜面状的传动件将力传递到衔铁上，此外大幅简化了制造和安装：因此在本发明优选扩展设计的范围内规定，为衔铁推杆区段配设一个(单构件式或多构件式的)环形凸肩，其与例如可移动核心区段上的相应传动配合件相咬合地共同作用，从而将可移动的和静止的核心区段之间产生的、致使核心缝隙闭合的力有效地传递到衔铁上。补充地或可选地，该传动区段例如锥形的或其他的几何造型也是可能并且有意义的。
此外，本发明的扩展设计还包括，使电磁执行装置的结构与几乎任何的使用目的相匹配并且适当地进行结构上的扩展设计，例如形式为借助衔铁导引管限定行程地导引衔铁。本发明还包括，把利用一个划分出的、可移动的核心区段部分来辅助产生力的本发明思想转用到一个相应配置的磁轭区段上，或者说通过一个相应配置的磁轭区段对本发明思想加以补充，该磁轭区段同样使衔铁运动并且可以对衔铁施加力。
本发明的其它优点、特征和细节由以下参照附图对优选实施例的说明中得出。在附图中：
图1是剖切按照本发明第一种优选实施形式的电磁执行装置的示意纵剖面；
图2是与图1相似的视图，用于示出通电时(开始通电之后)的磁通；
图3是用于示出借助连接衔铁和核心单元的传动件在衔铁和双构件式核心单元之间进行机械力传递的细节视图；
图4、图5是借助锥面(图4)或多台阶式环形凸肩(图5)设计传动件几何形状的其它变型方案的原理图；
图6是用于示出由本发明实现的、在响应时或紧接在通电之后力显著增大的力/行程曲线图；
图7至图11示出在给按图1至图3的装置通电后五个在时间上相继的一系列运动状态；
图12至图14是与图7至图11相似的用于示出本发明第二种实施形式的运行方式和结构的视图；
图15至图17是与图7至图11相似的用于示出本发明第三种实施形式的结构和运行方式的视图；
图18至图20是与图7至图11相似的用于示出本发明第四种实施形式的结构和运行方式的视图。
在对以下本发明的实施例的说明中，如果没有另外解释，则相同的附图标记表示相同的或直接等同的功能部件。
图1的示意纵剖面视图示出了所示第一种实施形式的电磁执行装置的基本结构：在一个由磁轭侧的壳体板10、核心侧的壳体板12和圆柱形壳体表面14构成的壳体中设有一个静止的线圈单元16，该线圈单元16以未示出但在其它方面已知的方式通电。所述装置还具有一个由静止的核心区段18和可沿轴向(点画线20)移动的核心单元22构成的双构件式核心单元。衔铁推杆区段24导引穿过核心单元18，22，该衔铁推杆区段沿轴向从直径扩宽的衔铁体区段26延伸出。
此外，衔铁推杆区段24和可移动的核心区段22借助各自构成止挡的环形凸肩28(图3，用于衔铁推杆区段24)或30(用于可移动的核心区段)相连，并且形成了一个(由图3中的虚线32示出的)传动单元(传动件)。图3尤其还示出了沿轴向在核心单元22和18之间构成的核心缝隙34。
参照图7至图11说明了按图1至图3的装置的运行方式，其中，图2示出了通电后经过图1所示部件的磁力线分布：在线圈单元16上施加电信号产生了相应于箭头34和36的、穿过环绕的由导磁性材料制成的壳体的磁场分布，同时产生了从衔铁体区段26到衔铁推杆区段24并且从该处到静止的核心区段18的磁通量，附加地也产生了直接从衔铁体区段26(经由一条在其间形成的狭窄的空气缝隙)流入可移动的核心区段22并且随后通过核心缝隙34流入静止的核心区段18的磁通量。恰恰所述第二个磁场分布使得很大的力作用在可移动的核心区段22上，用以闭合核心缝隙34。该力借助凸肩30，28(传动件32)的力传递到衔铁推杆区段24上并且由此传递到整个衔铁上，因此在该通电的初始阶段(在通电后很短时间内或在接通电流时)已实现了较大的力(和相应快速的响应)。这在图6的左侧区域内示出。该力相应地致使核心缝隙34闭合(图8，其中图7相应于图3的初始状态)，并且在缝隙闭合后，衔铁继续以传统的插棒式衔铁(带有单构件式核心)的形式移动，参见图9，直至到达端侧止挡位置(图10或图11)。
在这种实施形式中值得注意的是，对于一个插棒式衔铁来说以下这一点并不普遍，即紧接在启动通电之后就已经在衔铁上作用了非常大的力以及相应对响应和动力特性的作用。
图4和图5示出相对于传动件32的台阶式设计结构的变型方案：图4取代凸肩30(用于可移动的核心区段)或28(用于衔铁推杆区段)示出了一个相互作用的配合锥面28a，30a，它们类似于图3的环形凸肩形状设计为环形锥面，并且以所示的方式用作将致使核心缝隙闭合的力传递到衔铁上的传动件。
相应地，在图5中简略画出的传动件的实施形式包括一对彼此关联的多台阶式环形凸肩28b或30b。
图12至图20示出本发明其它的变化：图12至图14的第二种实施形式示出通过适当地与衔铁26耦连的可移动磁轭板40对图1至图11中基本原理的补充和/或替代，在通电时，控制可移动磁轭板40闭合用于提供辅助力的缝隙42，并且通过前述原理在衔铁上施加辅助力。
按照图15至图17的实施例变化的可移动磁轭板40a相应地同理：在此示出了可移动的磁轭板40a如何直接作用在衔铁26的环形凸肩44上。
相反地，图18至图20实施例中的磁轭板40b固定在用于将力传递到衔铁上的衔铁凸肩46和用于限定磁轭板40b行程的壳体侧的凸肩48之间。

Claims (14)

1.一种电磁执行装置，其带有一个具有长条形的衔铁推杆区段(24)以及轴向延长该衔铁推杆区段(24)的衔铁体区段(26)的衔铁，所述衔铁设计用于与核心单元(18，22)磁性共同作用并且通过给静止设置的线圈装置(16)通电而可以相对于该线圈装置移动，其特征在于，所述核心单元设计成，它至少区段性地包绕所述衔铁推杆区段(24)以及相对于该衔铁推杆区段直径扩宽的所述衔铁体区段(26)，所述核心单元设计为在轴向上由静止的核心区段(18)、可轴向移动的核心区段(22)和该静止核心区段与可轴向移动的核心区段之间的可变核心缝隙(34)组成的多构件式，并且所述可轴向移动的核心区段和衔铁这样设计并且通过传动件(32)相连，使得作为对通电的反应，所述可轴向移动的核心区段进行闭合核心缝隙的运动并且通过传动件沿轴向驱动所述衔铁，并且一旦核心缝隙闭合，则衔铁继续沿轴向运动。
2.按权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传动件(32)设置在所述衔铁推杆区段上。
3.按权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述传动件具有一个设置在所述衔铁外周面上的凸肩(28)。
4.按权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传动件具有一个设置在所述衔铁外周面上的锥形区段(28a)。
5.按权利要求1所述的装置，其特征在于，所述可轴向移动的核心区段(22)设计为杯形并且配设有一个设计用于导引穿过所述衔铁推杆区段(24)的轴向穿孔。
6.按权利要求5所述的装置，其特征在于，所述可轴向移动的核心区段在外周表面区域内具有锥面的形状。
7.按权利要求1所述的装置，其特征在于，所述可轴向移动的核心区段上的传动件(32)设计在一个设置用于导引穿过所述衔铁推杆区段的穿孔区域中。
8.按权利要求7所述的装置，其特征在于，所述可轴向移动的核心区段上的传动件构造成环形凸肩(30)或环形锥面的形状。
9.按权利要求1所述的装置，其特征在于，所述衔铁在一个限定衔铁行程的衔铁导引管中导引。
10.按权利要求1所述的装置，其特征在于，设有一个与所述衔铁磁性共同作用的、具有可移动的磁轭区段(40，40a，40b)的磁轭，该磁轭设计成，其作为对通电的反应而机械地支持所述衔铁的驱动。
11.按权利要求3所述的装置，其特征在于，所述传动件具有一个设置在所述衔铁外周面上的环形凸肩。
12.按权利要求11所述的装置，其特征在于，所述环形凸肩设计为多台阶式。
13.按权利要求4所述的装置，其特征在于，所述传动件具有一个设置在所述衔铁外周面上的环形锥面。
14.按权利要求6所述的装置，其特征在于，所述可轴向移动的核心区段在外周表面区域内具有环形锥面的形状。
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