CN105580094A - 电磁致动器和用于制造这样的致动器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电磁致动器(10)，其包括铁磁壳体(12)、两个电磁线圈(14、16)、铁磁单元(24)、铁磁柱塞(22)，所述铁磁壳体在纵向方向(X)上延伸并在垂直于纵向方向(X)的垂直方向(Z)上具有高度(H1)，所述两个电磁线圈定位在壳体(12)内，并且各自包括绕纵向方向(X)的至少一个绕组(36、38)，所述铁磁单元布置在线圈(14、16)之间，所述铁磁柱塞承受由线圈(14、16)产生的磁场，所述柱塞(22)在纵向方向(X)上是可移动的，并能够被固定在取决于所述线圈(14、16)所产生的场的三个不同纵向位置上。铁磁单元(24)刚性地连接到壳体(12)，并在垂直方向(Z)上具有大于壳体(12)的高度(H1)的六分之一的尺寸(H2)，所述铁磁单元(24)还相对于中平面(P)定位在小于所述两个线圈(14、16)之间沿纵向方向(X)的间隙(E)的四分之一的距离处，所述中平面垂直于所述纵向方向，并且位于所述两个线圈(14、16)之间的中间处。

Description

电磁致动器和用于制造这样的致动器的方法

技术领域

本发明涉及一种电磁致动器。所述致动器包括铁磁壳体，所述壳体在纵向方向上延伸并在垂直于纵向方向的垂直方向上具有高度。致动器包括定位在所述壳体内的两个电磁线圈，各自包括绕纵向方向的至少一个绕组。

致动器还包括定位在线圈之间的铁磁单元，和承受由线圈产生的磁场的铁磁柱塞，所述铁磁柱塞在纵向方向上是可移动的，并能够被固定在取决于线圈所产生的场的三个不同纵向位置上。

本发明还涉及用于制造这样的电磁致动器的方法。

背景技术

从文档EP2250651中，包括两个线圈、能够被固定在三个位置上的柱塞的电磁致动器是已知的，所述位置即关于线圈的两个端部位置和在线圈之间的中间位置。

柱塞包括磁体和用于将磁通从磁体一直引导到壳体的两个单元，从而将所述柱塞稳定在它的中间位置上。致动器包括附加线圈，使得当柱塞处于除它的中间位置外的位置上时能够抵消磁体的磁场。

然而，这样的致动器是相对复杂的，因为为了允许中间位置上的更好的稳定性，它涉及磁体和附加线圈的存在。

发明内容

因此，本发明的目的是提出具有降低的成本和体积的有三个位置的致动器。

为此，本发明的主题是一种电磁致动器，其中，铁磁单元刚性地连接到所述壳体，并在垂直方向上具有大于壳体高度的六分之一的尺寸，优选地大于所述高度的四分之一，甚至更优选地大于所述高度的三分之一，所述铁磁单元还相对于中平面定位在小于两个线圈之间沿纵向方向的间隙的四分之一的距离处，所述中平面垂直于纵向方向，且位于两个线圈之间的中间处，从而将由线圈产生的磁通引导到壳体。

根据其他有利的方面，所述电磁致动器孤立地或根据任何技术上可能的组合包括以下特征中的一个或多个：

-每个电磁线圈包括线圈架，所述绕组或每个绕组被固定到相应的线圈架，并且铁磁单元被固定到两个线圈架；

-铁磁单元在纵向方向包括柱塞可以穿过其中的切口；

-铁磁单元从切口一直延伸壳体；

-所述切口具有周缘，而铁磁单元包括从所述周缘延伸的至少一个凸缘；

-所述凸缘在纵向方向上延伸；

-所述铁磁单元包括至少一个外突起，所述或每个外突起定位在所述壳体之外并至少部分地与所述壳体接触；

-铁磁单元包括至少一个内突起，所述或每个内突起被定位在所述壳体内，并至少部分地与所述壳体接触；和

-所述突起定向在纵向方向上。

本发明的另一主题是一种用于制造电磁致动器的方法，该方法包括下列步骤：

a)制造在纵向方向上延伸并在垂直于纵向方向的垂直方向上具有高度的铁磁壳体，

b)将两个电磁线圈定位在所述壳体内，每个线圈包括绕纵向方向的至少一个绕组，

c)将铁磁单元定位在所述线圈之间，

d)将铁磁柱塞放置在由线圈产生的磁场中，所述柱塞在纵向方向上可移动，并能够被固定在取决于由线圈产生的场的三个不同纵向位置上，

其中，在步骤c)中，铁磁单元刚性地连接到壳体，并在垂直方向上具有大于壳体高度的六分之一的尺寸，优选地大于所述高度的四分之一，甚至更优选地大于所述高度的三分之一，所述铁磁单元还相对于中平面定位在小于两个线圈之间沿纵向方向的间隙的四分之一的距离处，所述中平面垂直于纵向方向，且位于两个线圈之间的中间处，从而将由线圈产生的磁通引导到壳体。

根据另一有利方面，所述制造方法包括以下特征：在步骤c)中，铁磁单元通过激光焊接固定到壳体。

附图说明

在阅读下面的描述时，本发明的这些特征和优点将变得显而易见，所述描述仅通过非限制性示例的方式给出并且参考附图写成，其中：

-图1是根据本发明的致动器的透视图，所述致动器包括铁磁壳体、两个电磁线圈、平移可动铁磁柱塞和用于引导由线圈产生的磁通的单元，

-图2是图1的致动器的分解透视图，

-图3是图1的用于引导磁通的单元的透视图，和

-图4是用于根据本发明的制造方法的流程图。

具体实施方式

在图1和图2中，电磁致动器10包括壳体12，两个电磁线圈14、16，两个线圈架18、20，柱塞22，用于引导由线圈14、16所产生的磁场的单元。

此外，电磁致动器10包括用于引导所述柱塞的杆26。

电磁致动器10例如用于施加或断开电流。它特别用于控制电动机的旋转方向。

壳体12在纵向方向X上延伸，并且具有带圆边的大致立方体形状。此壳体12优选地由铁磁材料组成。壳体12包括两个U形件28、30和两个磁性连接件32、34。

壳体12在垂直于纵向方向X的垂直方向Z上具有第一高度H1。

两个电磁线圈14、16被定位在壳体12内。例如，两个线圈14、16，相对于在纵向方向X上的轴线同轴。每个电磁线圈14、16包括各自的绕组36、38。

两个线圈14、16通过间隙E在纵向方向X上隔开，如图1和图2所示。

两个线圈架18、20各自保持相应的绕组36、38，并且将线圈14、16固定到壳体12。线圈架18、20优选地由塑料制成。在图1和图2的示例中，线圈架18、20优选地形成单个塑料件，两个铜线围绕所述塑料件缠绕，以便形成各自的绕组36、38。

如在图1和图2中可见的，每个线圈架18、20围绕线圈14、16的轴线旋转，并具有通向包含线圈轴线的垂直平面外部的U形横截面。线圈架18、20因而能够容纳绕组36、38。线圈架18、20相对于壳体12固定。

如图1和图2所示，每个线圈架18、20在其中心形成在纵向方向X上延伸的大致圆柱形的管39，并且柱塞22能够在所述管内部滑动。

柱塞22承受由线圈14、16产生的磁场。该柱塞22可沿各线圈14、16的轴线平移运动。柱塞22包括铁磁材料，并且优选地由所述铁磁材料组成。

柱塞22围绕纵向方向X旋转，并且围绕导向杆26定位。

如图1和图2所示，柱塞22的中间部分具有沿纵向方向X的圆柱形状，并且在其沿纵向方向X的每个端部处具有两个凸圆锥形状。

柱塞22能够被固定在三个不同的纵向位置上，即关于线圈14、16的两个端部位置和在线圈14、16之间的中间位置。例如，柱塞22的中间位置属于垂直于纵向方向X并且位于两个线圈14、16之间的中间处的中平面。

引导单元24定位在线圈14、16之间，并且相对于壳体12固定。引导单元24优选地穿过壳体12，以便被固定到其上。

引导单元24具有在垂直方向Z上的第二高度H2，所述第二高度H2大于壳体12的第一高度H1的六分之一，优选地大于所述第一高度H1的四分之一，甚至更优选地大于所述第一高度H1的三分之一。

如图1和图2所示，在所描述的示例性实施例中，引导单元24的第二高度H2大于壳体12的第一高度H1。

如在图3中可以看出的，引导单元24包括主体部分40、切口42、第一凸缘44A和第二凸缘44B。引导单元24包括上外突起46A和下外突起46B，以及内突起48。所述上外突起46A在垂直于纵向方向X的垂直方向Z上意图定位在壳体12之外并且之上，而下外突起46B意图定位在壳体12之外并且之下。内突起48意图被定位在壳体12内部。

引导单元24由铁磁材料制成，并能够引导由线圈14、16产生的磁通。

引导单元24例如是定位在大致垂直于纵向方向X的平面上的铁磁板形式。引导单元24的平面在纵向方向X上相对于中平面P定位在小于间隙E的四分之一的距离处，所述中平面P垂直于纵向方向，且位于两个线圈14、16之间的中间处。

在所描述的示例性实施例中，引导单元24的平面与平面P融合。换句话说，引导单元24在纵向方向X上定位在柱塞22的中间位置。

在图2中可见的引导杆26例如是由塑料制成的。它在纵向方向X一直穿过柱塞22。引导杆26例如是刚性地固定到柱塞22上的。引导杆26具有大致圆柱形的形状。

引导杆26能够以使得柱塞22仅在纵向方向X上轴向移动的方式引导后者。此外，引导杆26引导柱塞22，使得它不接触由线圈架18、20形成的管39的内壁，以减少摩擦。

每个U形部分28、30包括三个壁，即垂直于纵向方向X的第一横向壁50、上纵向壁52和下纵向壁54。每个横向壁50包括开口56，对应的连接件32、34可以从中通过。

一旦组装之后，两个U形部分28、30一起形成固定框架。该框架形成用于固定所述电磁致动器10的其他元件的支持件。

壳体12的连接件32、34定位在由线圈架18、20形成的管39的纵向端部处。当柱塞22相对于线圈14、16位于其端部位置中的一个上时，这些连接件32、34使得能够限制柱塞22的移动。这些连接件32、34由此形成止动件。这些连接件32、34与线圈14、16的轴线同轴，这也是柱塞22的平移轴线。

每个连接件32、34具有朝向致动器10的内部在纵向方向X上定向的凹入圆锥形状。可选地，连接件32、34的凹入形状朝向柱塞22定向。如在图1和图2中所示，这些锥形形状与柱塞22的凸圆锥面互补。

连接件32、34优选地包括至少一个铁磁部分，以便对由线圈14、16产生的磁通提供改进引导。

如图2所示，各连接件32、34包括纵向通孔57，以允许引导杆26滑动，并限制引导杆26的大致径向运动。

主要部分40形成单元24的中心部分。它优选地是平坦的，并且在纵向方向X上。它从切口42在两个线圈架18、20之间延伸，直到壳体12的端部。

切口42在导向单元24的垂直于纵向方向X的平面上具有周缘58。

切口42形成在主体部分40中。它在垂直于纵向方向X的径向方向上是足够宽的，以允许柱塞22穿过。这个切口42沿纵向方向X上定向。

如图2所示，在径向方向上，切口42具有匹配柱塞22在这个径向方向上的外径D2的内径D1，并且匹配机械公差，以便允许柱塞22滑动。

如在图3中可见的，每个凸缘44A、44B沿纵向方向X从切口的周缘58延伸，第一凸缘44A在一个方向上，第二凸缘44B在另一方向上。

在图1和图2的示例中，凸缘44A、44B在管39的纵向延伸部中装配到两个线圈架18、20内，使得柱塞22容易地在管39、切口42和凸缘44A、44B内滑动。

外突起46A、46B定位在壳体12的外部，并且至少部分地与壳体12接触。引导单元22优选地包括两个外突起46A、46B，即上外突起46A和下外突起46B。

如在图3中可见的，外突起46A、46B在两个方向上沿纵向方向X定向。换句话说，每个外突起46A、46B适于与形成壳体12的两个部分28、30中的每个接触。

如图1所示，每个突起46A、46B例如是固定的扁平条带形式，以便垂直于纵向方向，抵靠壳体12的外表面平放。

内突起48定位在壳体12内并至少部分地与壳体12接触。优选地，有两个内突起48，一个上部，一个下部。如在图3中可见的，这些突起定向在纵向方向X上。

每个内突起48例如是意图与壳体12的内表面接触的突刺的形式。

外突起46A、46B和内突起48例如定位使得将壳体12夹在它们之间。该单元24然后与壳体12的内表面和外表面都接触。

现在将在图4的流程图的帮助下描述用于制造电磁致动器10的方法。

第一步骤100包括定位引导单元24，所述引导单元24配备有其凸缘44A、44B、其外突起46A、46B和其内突起48。单元24定位在垂直于线圈14、16的轴线的中平面上。引导单元24优选地是定位以便垂直于所述纵向方向X的铁磁板

用于引导磁通的单元24例如通过烧结两个块体形成，每一个在纵向方向X上都是U形的，并且U形件沿相反的方向定向，以便形成在纵向方向X上延伸的大致H形形状。

下一步骤110包括通过将电磁线圈14、16固定到单元24而定位它们。

电磁线圈的线圈架18、20然后优选地围绕用于引导磁通的单元24包覆模制。线圈架18、20优选地形成围绕引导单元24包覆模制的单个塑料件。在这种情况下，在第一步骤100中，引导单元24定位在模具中的中心位置，其随后用于包覆模制线圈架18、20。

绕组36、38通过绕线圈架18、20卷绕铜线而制造，所述线圈架18、20先前已经固定到引导单元24。

接着，在步骤120中，引导杆26被放置在铁磁柱塞22内，然后引导杆26-柱塞22组件被放置到由线圈架18、20形成的管39内。

最后，在步骤130中，壳体12通过将磁性连接件32、34放置到U形部件28、30内而制造，所述磁性连接件允许所述引导杆26滑动，所述U形部件装配在一起以形成壳体12。

当被组装时，部件28、30通过外突起46A、46B和内突起48被引导部件24夹在中间。

引导部件24然后通过激光焊接固定到主体12上。磁性连接件32、34也通过激光焊接固定到U形部件28、30。

现在将描述电磁致动器10的操作。

为了将柱塞22移动到其端部位置中的一个，电磁线圈14、16中的一个被供电，以产生吸引柱塞22的磁场。电磁线圈14、16中另一个不供电，或者被供电以产生排斥柱塞22的磁场。

所产生的磁场或场产生由电磁致动器10的铁磁部件引导的磁通，即被壳体12、柱塞22和引导单元24引导。这种布置最小化了磁通泄漏，并使得能够提高电磁致动器10的效率。

柱塞22到它的中间位置的移动例如通过复位弹簧(未示出)保证。复位弹簧的使用使得能够避免为了将柱塞22移动到它的中间位置而向电磁线圈14、16供电。

在一个变体中，柱塞22到它的中间位置的移动是通过产生排斥柱塞22的磁场(或者是吸引柱塞22的磁场)得到的，这些排斥或吸引场是通过两个电磁线圈14、16产生的，它们这时被供电。

柱塞22然后在管39、切口42和凸缘44A、44B的内部移动，同时通过引导杆26在连接件32、34内的滑动而引导。

根据本发明的引导单元24然后使得能够对在其中间位置上的柱塞22确保改进的机械稳定性，引导单元24改进从线圈14、16到壳体12的磁通引导。

通过将磁通更大程度地从线圈14、16引导到壳体12，凸缘44A、44B有利地使得能够改进柱塞22在它中间位置上的稳定性。凸缘44A、44B的取向平行于柱塞22的平移轴线，即在纵向方向X上，使得能够通过最小化柱塞22与引导单元的主体部分40之间的磁阻而进一步改进这种磁通引导。

外突起46A、46B使得能够通过改进磁通引导而进一步改进柱塞22在它的中间位置的稳定性。外突起46A、46B沿纵向方向X平行于壳体12的纵向壁的定位使得能够通过最小化壳体12与引导单元的主体部分40之间的磁阻而进一步改进这种磁通引导。

因此，通过其相当的径向尺寸，并通过它在电磁线圈14、16之间的定位，铁磁单元24允许由线圈14、16产生的磁通的最佳引导，柱塞22被朝向它的中间位置吸引。因此，这提高了柱塞22在中间位置的稳定性，而不依靠其他设备，诸如现有技术致动器的磁体和附加线圈。

铁磁线圈架18、20使得能够固定线圈14、16，使得它们各自施加用于控制柱塞22的位置的磁场。

线圈架18、20的包覆模制允许线圈14、16相对于柱塞22在纵向方向X上的平移轴线的改进的同轴定位，

通过柱塞22在其沿纵向方向X的每个端部处的两个凸圆锥形状，柱塞22的形状使得能够减少致动器10上的铁磁质量，并且也能够缩小阻力图。

柱塞22的锥形形状与磁性连接件32、34各自的锥形形状的互补性允许几何地同轴重定位，同时通过引导杆26防止所述锥形形状粘在一起。

另外，铁磁单元24从切口42一直延伸到壳体12的事实允许磁通一直到壳体的最佳引导，并降低了电磁致动器10的总磁阻。

由此，将理解的是，根据本发明的电磁致动器10使得能够改进柱塞22的中间位置的稳定性，同时具有相比于现有技术的电磁致动器降低的成本和体积。

Claims (11)

1.一种电磁致动器(10)，包括

-铁磁壳体(12)，其在纵向方向(X)上延伸并具有在垂直于所述纵向方向(X)的垂直方向(Z)上的高度(H1)，

-两个电磁线圈(14、16)，其定位在所述壳体(12)内，并且各自包括绕所述纵向方向(X)的至少一个绕组(36、38)，

-铁磁单元(24)，其布置在所述线圈(14、16)之间，

-铁磁柱塞(22)，其承受由所述线圈(14、16)产生的磁场，所述柱塞(22)在纵向方向(X)上是可移动的，并能够根据所述线圈(14、16)所产生的场而被固定在三个不同的纵向位置上，

其特征在于，所述铁磁单元(24)刚性地连接到所述壳体(12)，并在所述垂直方向(Z)上具有大于所述壳体(12)的高度(H1)的六分之一的尺寸(H2)，优选地大于所述高度(H1)的四分之一，甚至更优选地大于所述高度(H1)的三分之一，所述铁磁单元(24)还定位在相对于中平面(P)的小于所述两个线圈(14、16)之间沿纵向方向(X)的间隙(E)的四分之一的距离处，所述中平面垂直于所述纵向方向，并且所述铁磁单元(24)位于所述两个线圈(14、16)之间的中间处，从而将由所述线圈(14、16)产生的磁通引导到所述壳体(12)，并且，所述铁磁单元(24)包括至少一个突起(46A、46B、48)，所述或每个突起(46A、46B、48)与所述壳体(12)至少部分地接触。

2.根据权利要求1所述的致动器(10)，其中，每个电磁线圈(14、16)包括线圈架(18、20)，所述或每个绕组(36、38)被固定到相应的线圈架(18、20)，并且所述铁磁单元被固定到所述两个线圈架(18、20)。

3.根据权利要求1或2所述的致动器(10)，其中，所述铁磁单元(24)在所述纵向方向(X)上包括所述柱塞(22)能够穿过其中的切口。

4.根据权利要求3所述的致动器(10)，其中，所述铁磁单元(24)从所述切口(42)一直延伸到所述壳体(12)。

5.根据权利要求3或4所述的致动器(10)，其中，所述切口(42)具有周缘(58)，而所述铁磁单元(24)包括从所述周缘(58)延伸的至少一个凸缘(44A、44B)。

6.根据权利要求5所述的致动器(10)，其中，所述凸缘(44A、44B)在所述纵向方向(X)上延伸。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的致动器(10)，其中，所述突起中的至少一个或每个是外突起(46A、46B)，所述或每个外突起(46A、46B)定位在所述壳体(12)之外。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的致动器(10)，其中，所述突起中的至少一个或每个是内突起(48)，所述或每个内突起(48)定位在所述壳体(12)内。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的致动器(10)，其中，所述突起(46A、46B、48)沿所述纵向方向(X)定向。

10.一种用于制造电磁致动器(10)的方法，所述方法包括下列步骤：

a)制造在纵向方向(X)上延伸并具有在垂直于所述纵向方向(X)的垂直方向(Z)上的高度(H1)的铁磁壳体(12)，

b)将两个电磁线圈(14、16)定位在所述壳体(12)内，每个线圈(14、16)包括绕所述纵向方向(X)的至少一个绕组(36、38)，

c)将铁磁单元(24)定位在所述线圈(14、16)之间，

d)将铁磁柱塞(22)放置在由所述线圈(14、16)产生的磁场中，所述柱塞(22)在所述纵向方向(X)上可移动，并能够根据由所述线圈(14、16)产生的场而被固定在三个不同纵向位置上，

其特征在于，在步骤c)中，所述铁磁单元(24)刚性地连接到所述壳体(12)，并在所述垂直方向(Z)上具有大于所述壳体(12)的高度(H1)的六分之一的尺寸(H2)，优选地大于所述高度(H1)的四分之一，甚至更优选地大于所述高度(H1)的三分之一，所述铁磁单元(24)还相对于中平面(P)定位在小于所述两个线圈(14、16)之间沿纵向方向(X)的间隙(E)的四分之一的距离处，所述中平面垂直于所述纵向方向，并且位于所述两个线圈(14、16)之间的中间处，从而将由所述线圈(14、16)产生的磁通引导到所述壳体(12)，并且在于，所述铁磁单元(24)包括至少一个突起(46A、46B、48)，所述或每个突起(46A、46B、48)与所述壳体(12)至少部分地接触。

11.根据权利要求10所述的方法，其中，在步骤c)中，所述铁磁单元(24)通过激光焊接固定到所述壳体(12)。