CN105190797A - 电动机械的驱动装置和磁阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种特别用于移动阀元件(49、69、79、89)的电动驱动装置，具有至少一个空心卷绕的电磁线圈(2、22、42)和环轭(3、23)，它包括第一环段(4、24)和第二环段(5、25)，其中电磁线圈(2、22、42)在部分区域包围第一环段(4、24)并且其中第二环段(5、25)安置成可朝向第一环段(4、24)摆动运动地。根据本发明建议，第一环段(4、24)和第二环段(5、25)如此构造，使得在第一环段(4、24)和第二环段(5、25)之间构成的第一气隙(9)完全在由电磁线圈(2、22、42)围起来的空间体积内设置，特别完全在该空间体积的中间的三分之一内设置。

Description

电动机械的驱动装置和磁阀

技术领域

本发明涉及一种特别用于移动阀元件的电动机械的驱动装置，其具有至少一个空心卷绕的电磁线圈和环轭，它包括第一环段和第二环段，其中所述至少一个电磁线圈在部分区域包围第一环段并且其中第二环段安置成可朝向第一环段摆动运动。此外本发明涉及具有这种电动机械的驱动装置的磁阀。

背景技术

从德国专利文献DE536909A中获知一种用于直流和交流的开关磁铁，其中给固定的磁铁芯提供电磁线圈并且在磁铁芯的支架上设置可动的衔铁。这里在衔铁和磁铁芯的支架之间借助螺栓铰链建立可动的连接。

DE1972126U公开了一种拍板式电枢，其中在E形的轭的中间的柱上设置电磁线圈并且提供可摆动的衔铁，它依赖于给电磁线圈通电能够进行摆动运动。该可摆动的衔铁在侧面在轭上设置的矩形的框架形的覆盖区上借助铆钉连接可摆动地安置，其中保证衔铁在覆盖区上的安置，使得在衔铁和轭之间在铆钉连接的区域内与衔铁的摆动位置无关地始终存在相同的磁阻抗。

发明内容

本发明的任务在于，提供具有改进的开关特性的电动机械的驱动装置和磁阀。

根据第一发明方面该任务针对开始时提到的类型的电动机械的驱动装置通过权利要求1的特征来解决。这里规定，第一环段和第二环段如此构造，使得第一气隙完全在由电磁线圈围起来的空间体积内设置，特别完全在该空间体积的中间的三分之一内设置。优选第一气隙在由电磁线圈围起来的空间体积内的中心的区域内特别在该空间体积的中间的三分之一内设置，以便保证由电磁线圈产生的磁场在两个环段内损失小地耦合。有利的是，气隙与电动机械的驱动装置的功能位置无关地始终完全在由电磁线圈围起来的空间体积内收纳，因为由此能够在环轭内把为电磁线圈的磁场的耦合的依赖于气隙的大小的波动保持低。特别能够通过气隙的该设置能够把为耦合磁场的散射损失保持小。

本发明的有利的改进方案是从属权利要求的主题。

当在第一环段和第二环段之间构造至少一个第一的和第二的大小分别可变的气隙时是合适的。

这里优选这样设置环段，使得两个气隙在第二环段相对于第一环段摆动运动的情况下分别经历优选同一方向的大小变化。由此根据两个环段的设计方案能够提供两个气隙的成比例的或者不成比例的大小变化。优选用于第二环段的摆动轴线在第二环段的末端区域内设置。因此能够实现使第二气隙始终小于第一气隙。

在本发明的改进方案中规定，第一和第二环段之间的磁阻抗在第二气隙的区域内至少几乎仅仅依赖、特别仅仅依赖于第二气隙的大小和/或第二环段在第二气隙的区域内始终至少以线接触附在第一环段上。在电动机械的驱动装置的该实施方式中能够针对环轭实现特别简单的结构方式，因为为保证具有恒定大小的气隙不必采取任何措施。

作为补充或者另选可以规定，在第一和第二环段之间与第二环段相对于第一环段的摆动位置无关在第一和第二环段之间存在线接触。因此始终保证在两个环段之间在第二气隙的区域内磁阻抗不超过可预先规定的数值，其中在最大的气隙大小的情况下最大的磁阻抗通过第一和第二环段之间的线接触规定并且随气隙大小减小而减小。

优选在第二环段和第一环段之间构造的第二气隙完全在由第二电磁线圈围起来的空间体积内设置，特别在该空间体积中间的三分之一内设置。由此至少在很大程度上与两个环段的互相相对的位置无关地也针对第二气隙保证磁场向环轭内的损失小的耦合。

在本发明的改进方案中第一环段和第二环段互相以铰接方式连接并且在第一环段和第二环段之间针对在第一环段和第二环段的与运动无关的、恒定的磁阻抗而构建铰接连接。由此环轭内的磁阻抗至少在很大程度上由第一气隙的大小规定，而铰接连接的区域内的磁阻抗至少在很大程度上与两个环段互相的位置无关。

为此例如可以规定，在第一环段侧设置的覆盖板之间敷设第二环段，其中该覆盖板与第一环段磁耦合，因此由此在铰接连接的区域内在轭和衔铁之间保证与环段的摆动位置无关的磁阻抗。

优选第一环段构造成U形，特别以第一U形边长于第二U形边的方式构造。由此在遵守环轭的紧凑的结构方式的情况下保证电磁线圈和第一气隙的中心的设置。在环轭的另一种实施方式中无论第一还是第二环段都可以构造为U形。由此优选可以规定，各环段的U形边分别等长。

有利的是，给第一环段分配两个特别互相平行并且互相隔开设置的电磁线圈。由此不用很大地放大电动机械的驱动装置的结构体积就能够显著提升功率，这例如对执行快速的开关过程是有利的。

在本发明的另外的扩展方案中规定，第二环段在第一环段和特别构成为刃状的安置元件和/或特别弹性构造的压按元件之间设置，后者为对准第二环段和/或为向第二和第一环段上导入力而构造。这里安置元件用于在所有能够收纳第二环段的摆动位置保证第二环段相对于第一环段的每次可唯一地预先规定的位置。所述安置元件特别可以涉及刃状的几何结构，它的刃缘平行于第二环段的摆动轴线定向。作为补充或者另选可以提供压按元件，它在第一环段的方向上向第二环段上施加压力，以便由此保证第二环段相对于第一环段可靠地定位。优选该压按元件至少部分用弹性材料制造。

在本发明的一种有利的改进方案中规定，在由第一和由第二环段构成的第一磁路内设置永久磁铁，它分配给第一或者第二环段和/或给环轭分配第三环段，第三环段与第一或者第二环段一起构成至少一个特别大小可变的气隙并且与第一和/或第二环段一起构成第二磁路。借助该永久磁铁能够在环轭中引起磁预应力，其例如可以用于：使第二环段相对于第一环段在没有供给能量的情况下在电磁线圈中占据可预先规定的优选位置。如果另外提供第三环段，则由此构成附加的磁路，该磁路优选设计用于使第二环段保留在至少一个开关位置，优选保留在两个不同的开关位置，而不必为此需要向电磁线圈内另外引入能量。如果不向电磁线圈提供能量输入的话，通常给第二环段分配弹簧装置，其与第一环段有效连接并且它针对第二环段相对于第一环段规定优选位置。根据弹簧装置的力和永久磁铁的磁场的设计能够由此提供一种双稳态的驱动装置，其中不用向电磁线圈输入能量使第二环段在两个不同的开关位置保留。

优选规定，第二环段在第一气隙的区域内具有至少一个弯曲的表面和/或环段由多个金属板层构成和/或至少一个环段具有矩形的、特别正方形的横截面。所述至少一个弯曲的表面特别能够对第二环段的摆动轴线对准和/或具有如下的半径，它相应于第二环段的摆动轴线和该表面之间的距离。由此能够通过第二环段保证有利地利用由电磁线圈包围起来的空间体积，由此能够优化用于电动机械的驱动装置的磁效率。通过由多个特别互相绝缘的金属层制成的环段的结构，如其在为电动机械的驱动装置的高频开关操作的情况下由于快速交变的磁场可能发生的那样，能够抑制或者完全避免涡流。

根据第二方面本发明的任务通过根据权利要求11的磁阀来解决。所述磁阀包括阀外壳，它具有至少一个用于供给流体的输入接口和至少一个用于排出流体的输出接口并且在其内可动地收纳阀元件，该阀元件为在给输入接口或者输出接口分配的阀座上密封贴紧构造用于影响在至少一个输入接口和至少一个输出接口之间穿过阀外壳的流体的流动，具有根据上述权利要求之一所述的电动机械的驱动装置。通过在该磁阀中集成本发明的电动机械的驱动装置，能够创造具有小的结构体积和高能量效率的快速开关的阀。

在磁阀的一种有利的改进方案中规定，阀元件作为密封元件在第二环段的远离第一环段的表面上构造或者可由与第二环段运动耦合的操作元件控制。

附图说明

本发明的有利的实施方式在附图中表示。附图中：

图1表示一种电动机械的驱动装置的第一实施方式的示意的截面图，

图2表示一种电动机械的驱动装置的第二实施方式的示意的截面图，

图3表示具有电动机械的驱动装置的和第一阀实施的磁阀，

图4表示为根据图3的磁阀的第二阀实施，

图5表示为根据图3的磁阀的第三阀实施，

图6表示为根据图3的磁阀的第四阀实施。

具体实施方式

在图1中表示的电动机械的驱动装置1包括空心卷绕的电磁线圈2，把它分配给用为导通磁场的材料、特别用铁氧体材料制成的环轭3。这里环轭3示范地由第一环段4和第二环段5构成，它们可摆动地互相相对安置，其中摆动轴线6垂直于图1的表示平面定向并且通过轴线符号表示。示范地把电磁线圈2分配给第一环段4，特别在第一环段4上固定，使得第二环段5对电磁线圈2相对运动地构造。

为保证在不对电磁线圈2施加电流的情况下的第二环段5相对于第一环段4的优选的位置，示范地提供弹簧装置7，它在环段4、5的突起上啮合并且把它们压离。为保证第二环段5相对于第一环段4的规定的位置，提供用弹性材料示范地作为弹性软管8构造的压按元件，它支撑在用于电动机械的驱动装置1的未表示的外壳上。软管8如此在该未表示的外壳和第二环段5之间收纳，使得软管8能够顶着第一环段4压第二环段5。通过由软管8施加的压力保证第二环段5始终至少以线接触附在第一环段4上。

在图示的打开位置，在该位置由两个环段4、5构成的磁路打开，在环段4、5之间构成第一气隙9和第二气隙10。因为摆动轴线6示范地沿第一和第二环段4、5之间的接触线延伸，所以在从图示的打开位置向两个气隙9、10至少几乎完全消失的关闭位置的摆动运动期间第一气隙9的大小和第二气隙10的大小之间的比至少几乎恒定。第二环段5相对于第一环段4围绕摆动轴线6和逆着由弹簧装置7施加的弹簧力的摆动运动通过对电磁线圈2的通电引起。通过该通电构成磁通量，该磁通量被耦合到环轭3内并且它在气隙9和10的区域内在环段4、5之间引起磁性的吸引力。由于该吸引力超过弹簧装置7的回复力，使得两个环段4、5能够互相接近。该接近运动示范地首先通过第二环段5平面地附在第一环段4上结束。在这种情况下气隙9和10消失。

根据两个环段4、5的结构和电磁线圈2的设置第一气隙位于由示范地空心构造的电磁线圈2围起的空间体积内，由此保证磁通量在环轭3内有利的耦合。在能量结束向电磁线圈2内进入的情况下第二环段5由于弹簧装置7的回复力重新向根据图1的静止位置运动。

电动机械的驱动装置21的在图2中表示的第二实施方式包括和电动机械的驱动装置1功能相同的部件，以致这些部件用各提高20的附图标记表示并且在下面不再次说明。为明显起见在图2中省略弹簧装置和压力装置的图示。

与电动机械的驱动装置1不同，在电动机械的驱动装置21中在第二气隙30的区域内在第一环段24上设置永久磁铁31。优选该永久磁铁31这样磁化，使得出发的磁力线沿成U形构造的环段24的较长的边32延伸，如其通过图2中的箭头所示。此外提供第三的、示范地成U形构造的环段33，它对环轭23隔开并且不动地设置并且与该环轭23一起构成第三以及必要时第四气隙34、35。这里第四气隙35由于第二环段25的运动性特别大小可变地构造。

可以示范地规定，由永久磁铁31在第一和第二环段24、25之间引起的吸引力不足以克服未图示的弹簧装置的回复力，使得不用给电磁线圈22通电第二环段就占据图示静止位置。在这种情况下从永久磁铁31出发的流出的磁通量越过第三和第四气隙34、35流过第三环段33，因为该第二磁路的磁阻抗小于由环轭22规定的第一磁路的磁阻抗。

在给电磁线圈22通电的情况下在第一磁路内亦即通过环轭22产生磁通量，它导致环段24和25之间的吸引力，该吸引力大于未图示的弹簧装置的回复力，使得发生第二环段围绕摆动轴线26的摆动运动并且两个气隙29、30至少几乎消失。

只要电磁线圈22的通电在如下时间点停止，即在该时间点第二环段25就基本上平面地附在第一环段24上，由于气隙29、30的消失在第一磁路内产生比在第二磁路内小的磁阻抗。因此通过永久磁铁的磁通量在环段24和25之间引起吸引力，其大于未图示的弹簧装置的回复力从而保证第二环段25相对于第一环段24占据的位置。

在对具有导致环轭23内的、其流动方向逆着永久磁铁31的流动方向的磁通量的极性的电磁线圈后继通电的情况下，在磁通量密度足够大的情况下抑制永久磁铁31的磁通量，使得环段24、25之间的吸引力减小并且未图示的弹簧装置的回复力导致第二环段25的摆动运动，通过该摆动运动放大了气隙29、30。由此第二环段25重新到达静止位置。

在图3到6中表示的磁阀中各个与根据图1的驱动装置1一致的驱动装置提供未详细表示的弹簧装置，其设计用于，不对各电磁线圈通电引起各第二环段相对于各第一环段的间隔。相应地图3到6的表示应该这样理解，即给各自的一个或多个电磁线圈通电，使得在各自的第一环段和各自的第二环段之间的一个或多个气隙最小。

在图3中表示的磁阀40中提供电动机械的驱动装置41。它除第二电磁线圈42外相应于电动机械的驱动装置1，以致在这里为功能相同的部件使用和在电动机械的驱动装置1的情况下相同的附图标记。此外电磁线圈2、42和第一环段4由驱动装置外壳43包围，外壳43设置用于这些部件的电气绝缘和机械的保护。

在驱动装置外壳43上连接阀外壳44，其上构造输入接口45和输出接口46，用于供给或者排出流体，特别是气体状的或者液体状的介质。在该阀外壳44内在输入接口45和输出接口46之间构造阀空间47，其可由所述流体通过。示范地在阀空间47内在输出接口46上构造阀座48，它用作用于密封地放置作为阀元件49的、由弹性橡胶材料制成的密封元件的放置面。这里阀元件49在第二环段5的外表面上设置。因此阀元件49能够在静止位置和功能位置之间从第二环段5通过电磁线圈2、42的相应的通电运动，在所述静止位置阀元件49由于未图示的弹簧装置的作用不用给电磁线圈2、42通电密封地附在阀座48上，在所述功能位置所述流体在输入接口45和输出接口46之间自由地流动。

为可靠地定位和摆动安置第二环段5，在阀外壳44上示范地构造具有基本上三角形的横截面的安置元件50。该安置元件50以相同形状的横截面垂直于图3的表示平面延伸并且在这里构成安置刃51。安置刃51与第二环段5以直线形状接触并且把第二环段5压在第一环段4上。通过安置刃51与第二环段5的相互作用它被保持在相对于第一环段4可预先规定的位置。鉴于为第二环段5在图3中表示的功能位置和未图示的静止位置之间运动所需要的微小的摆动角范围，此类安置不足够。

在图4中表示的阀外壳64中，它可以以和阀外壳44相同的方式在驱动装置外壳43上构造，阀元件69作为形成输入接口65和输出接口66之间的阀空间67的边界的膜片构造。这里该膜片环绕密封地在阀外壳64上固定。在阀元件69的朝向第二环段5的表面区域上形成挺杆60，特别是一体地形成。该挺杆60使得能够从第二环段5向膜片上中心地导入力，所述膜片因此能够在功能位置平面密封地压在阀座68上。

图5中表示的阀外壳74涉及阀外壳64的另外一种可选的改进方案，其中阀元件79同样构造为膜片并且在边缘侧环绕密封地在阀外壳74内收纳。第二环段5向阀元件79上的运动导入借助可摆动运动地在阀外壳74内安置的跷跷板70进行。该跷跷板70用作为压力弹簧构造的弹簧元件71以及用凸块72在第二环段5上安置。因为弹簧元件71和凸块72在摆动轴线73的不同侧设置，所以在适宜选择弹簧元件71、给至少一个未图示的电磁线圈通电的情况下跷跷板70和阀元件79向图示的功能位置运动，在该位置流体能够从输入接口75向输出接口76流动。只要电磁线圈2和42的通电一停止，就由于未图示的弹簧装置存储的弹簧力进行一种在图5中向下指向的向凸块72上的力导入，使得凸块72和膜片的位于其下的区域在于输出接口76上构造的阀座78的方向上受压并且在阀元件79的静止位置保证阀元件79的膜片在阀座78上平面密封地放置。此处弹簧元件71被压缩并且保证凸块72始终放置在第二环段5上。

在一种未图示的实施方式中阀元件和跷跷板使得能够交替地密封两个对跷跷板的摆动轴线镜像构造设置的输出接口，使得在静止位置以和根据图5的实施方式相同的方式产生对第一输出接口的密封并且在对两个电磁线圈通电的情况下由于弹簧元件的回复力进行跷跷板的摆动运动。由此第二输出接口被密封。在对两个电磁线圈的通电停止的情况下释放第二输出接口而重新关闭第一输出接口。

在阀外壳84的一种在图6中表示的实施方式中安置元件90示范地作为固体支架在在阀外壳84上构造的安置簧片(Lagerzunge)92和第二环段5之间构造。这里安置元件90作为弹性弯曲的板例如用塑料材料或者金属材料制造并且分别与阀外壳84和第二环段5特别以材料决定的方式连接。

在安置元件的一种未图示的实施方式中它在第一和第二环段之间构造为固体铰链。

此外在根据图6的实施方式中阀元件89作为在圆周侧环绕密封的膜片构造并且借助可移动地在阀外壳84内安置的挺杆91与第二环段5运动耦合。

根据上述实施方式的安置元件和阀元件能够以任意方式互相组合，所说明的图示的组合分别是示范性质的。

Claims (12)

1.特别用于移动阀元件(49、69、79、89)的电动机械的驱动装置，其具有至少一个空心卷绕的电磁线圈(2、22、42)和环轭(3、23)，所述环轭包括第一环段(4、24)和第二环段(5、25)，其中所述电磁线圈(2、22、42)在部分区域包围所述第一环段(4、24)并且其中所述第二环段(5、25)安置成可朝向第一环段(4、24)摆动运动，其特征在于，所述第一环段(4、24)和所述第二环段(5、25)如此构造，使得在所述第一环段(4、24)和所述第二环段(5、25)之间构成的第一气隙(9)完全设置在由所述电磁线圈(2、22、42)包围的空间体积内，特别完全设置在所述空间体积的中间的三分之一内。

2.根据权利要求1所述的电动机械的驱动装置，其特征在于，在所述第一环段(4、24)和所述第二环段(5、25)之间构造至少一个第一和第二的大小分别可变的气隙(9、10)。

3.根据权利要求2所述的电动机械的驱动装置，其特征在于，所述第一和所述第二环段(4、5；24、25)之间的磁阻抗在第二气隙(10)的区域内至少几乎仅仅依赖、特别仅仅依赖于所述第二气隙(10)的大小和/或所述第二环段(5、25)在第二气隙(10)的区域内始终至少以线接触附在第一环段(4、24)上。

4.根据权利要求1或2所述的电动机械的驱动装置，其特征在于，在所述第二环段(5、25)和所述第一环段(4、24)之间构造的第二气隙(10)完全在由第二电磁线圈(42)包围的空间体积内设置，特别在该空间体积中间的三分之一内设置。

5.根据权利要求1所述的电动机械的驱动装置，其特征在于，所述第一环段(4、24)和所述第二环段(5、25)互相以铰接方式连接并且在所述第一环段(4、24)和所述第二环段(5、25)之间针对在所述第一环段(4、24)和所述第二环段(5、25)的与运动无关的、恒定的磁阻抗而构建铰接连接。

6.根据权利要求1、2或3所述的电动机械的驱动装置，其特征在于，所述第一环段(4、24)成U形构造，特别以第一U形边长于第二U形边的方式构造。

7.根据上述权利要求之一所述的电动机械的驱动装置，其特征在于，给所述第一环段(4、24)分配两个特别互相平行并且互相隔开设置的电磁线圈(2、22、42)。

8.根据上述权利要求之一所述的电动机械的驱动装置，其特征在于，所述第二环段(5、25)在所述第一环段(4、24)和特别构成为刃状的安置元件(50、70、80、90)和/或特别弹性构造的压按元件(8)之间设置，所述压按元件用于对准第二环段(5、25)和/或用于向第二和第一环段(4、5；24、25)上导入力而构造。

9.根据上述权利要求之一所述的电动机械的驱动装置，其特征在于，在由所述第一和由所述第二环段(24、25)构成的第一磁路内设置永久磁铁(31)，所述永久磁铁分配给所述第一或者所述第二环段(24、25)和/或给环轭(23)分配第三环段(33)，所述第三环段(33)与所述第一或者所述第二环段(24、25)一起构成至少一个特别大小可变的气隙(34、35)并且与所述第一和/或所述第二环段(24、25)一起构成第二磁路。

10.根据上述权利要求之一所述的电动机械的驱动装置，其特征在于，所述第二环段(5、25)在所述第一气隙(9)的区域内具有至少一个弯曲的表面和/或环段(4、5；24、25)由多个金属板层构成和/或至少一个环段(4、5；24、25)具有矩形的、特别正方形的横截面。

11.具有阀外壳(44、64、74、84)的磁阀，其包括至少一个用于供给流体的输入接口(45、65、75、85)和至少一个用于排出流体的输出接口(46、66、76、86)并且在其内可动地收纳阀元件(49、69、79、89)，所述阀元件针对在给至少一个输入接口(45、65、75、85)或者至少一个输出接口(46、66、76、86)分配的阀座(48、68、78、88)上密封贴紧而构造用于影响在输入接口(45、65、75、85)和输出接口(46、66、76、86)之间穿过阀外壳(44、64、74、84)的流体的流动，所述磁阀具有根据上述权利要求之一所述的电动机械的驱动装置(1、21)。

12.根据权利要求11所述的磁阀，其特征在于，所述阀元件(49、69、79、89)作为密封元件在所述第二环段(5、25)的背离第一环段(4、24)的表面上构造或者可由与所述第二环段(5、25)运动耦合的操作元件(70；72；91)控制。