CN105659481A - 机电致动器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及以永磁方式极化的可逆线性螺线管，其具有第一端部行程位置和第二端部行程位置以及至少一个电枢，其特征在于，可逆线性螺线管具有弹簧系统或在这样的弹簧系统下操作：该弹簧系统在两个端部行程位置中的每一者中，将力沿中位行程位置的方向施加在一个或多个电枢上。根据本发明，该弹簧系统和可逆线性螺线管彼此配合，使得一个或多个电枢能够以永磁方式对抗弹簧力而保持在两个端部行程位置中。优选地，该弹簧系统将被配置成，在可能的情况下，通过一个或多个电枢在其端部行程位置中的运动而(弹性地)存储在其中的势能具有相等的幅值。如果外部回复力由于施加而存在，则外部回复力需要相应地考虑到弹簧系统的设计中。

Description

机电致动器
技术领域
本发明涉及电磁致动器领域，例如涉及可逆线性螺线管。
背景技术
可逆线性螺线管通常是已知的并构成现有技术。例如，双稳态的设计用于驱动电气中压开关设备，其中需要用于给磁体供电的电解质电容器。例如，另外的磁场的使用可以在螺线管阀中找到，该螺线管阀应当能够对抗回复力维持状态，而无需任何控制电流。另外，存在大量的另外的应用，尤其是在分类和传送车间中，还有在汽车部门中(尤其是传动引擎、中控锁系统、换挡锁)以及在编织机中。重要的可行使用范围还存在于所谓的热流道工程领域中(致动喷射成型工具的针阀)和机器人焊钳领域中(利用所需要的能够通过弹簧来确保的间隙补偿来跟踪焊条)。
已知的可逆线性螺线管的缺点是其时常小的电效率，该缺点时常排除其代替气动驱动器或液压驱动器(或通过力传递锁定的弹簧蓄能器)的使用。这由于昂贵的电解质电容器而在使用(双稳态的)可逆线性螺线管的中压开关设备中导致了大量成本。在现有技术的其它领域中，尤其是在引擎中的阀(例如在大的燃气引擎中的气阀)中，小的电效率导致了许可频率的不想要的限制或通过发生在线圈中的功率耗损的切换的出现，该线圈将会因较高的切换频率而热损坏。
已知的可逆线性螺线管的另一缺点是其小的动力，这是由于，尤其是利用相对长行程的驱动器(与磁体直径相比长的行程)，仅仅小的初始力时常是可用的并且，另外相对大的公差不可避免。例如，电源开关应当在断电时将短路尽可能快地与主电源断开，或者应当在接通时碰撞电流的或电压的过零；为此需要高的动力以及短的死区时间—仅仅使用常规的可逆线性螺线管，这可能是不够的。
最后，已知的双稳态的可逆线性螺线管的缺点可以在以下事实看到：它们趋向于当电枢在调节过程结束而达到端部行程位置时表现出最高的电枢速度。这导致了用于端部位置阻尼的大的工作量或限制了磁体的使用寿命。
在一些应用中，尤其是在阀和电气开关设备中，可逆线性螺线管应当是单稳态的，可选地代替双稳态的，以便能够无需任何控制电流而采用安全的端部位置。
因此，本发明的根本目的是提高极化的可逆线性螺线管的电效率，尤其是极化的双稳态可逆线性螺线管的电效率。新的磁体还应当能够具有相较于已知的可逆线性螺线管而高的动力以及减小的死区时间。另外，对致动器的一般要求是紧凑的构造。
发明内容
所称的目的通过根据独立权利要求中的一项独立权利要求的驱动器来实现。不同的实施方式、另外的改进和应用是从属权利要求的主题。
根据本发明的示例，利用永磁极化的可逆线性螺线管具有弹簧系统，该弹簧系统在两个端部行程位置中将力施加在电枢上，该力沿运动的方向指向中位行程位置(即朝向两个端部行程位置之间的中位)。在这方面，弹簧系统被设计成，在静态的、非激励的情况下，至少一个端部行程位置中的弹簧力在幅值上小于作用在电枢上的总的磁阻力，从而电枢可以对抗在至少一个端部位置中的弹簧力以永磁方式保持静止。
不仅可以考虑具有机械弹簧的弹簧系统，还可以考虑磁性弹簧系统或气动弹簧系统。起决定性的是，沿设置在两个端部行程位置之间的中位行程位置的方向作用的力可以在两个端部行程位置中传递至电枢或电枢系统。对于双稳态的磁体，在可能的情况下，该弹簧系统被配置成，使得存储在弹簧系统中的势能在两个端部行程位置中相同。在静态的、非激励的情况下，在两个端部行程位置中的弹簧力在幅值上必须小于相关的磁阻力。如果通过可逆线性螺线管本身提供的应用产生回复力，则这必须相应地被考虑到弹簧系统的设计中。例如，真空电源开关就是这种情况，真空电源开关的接触压力弹簧在此处被理解为弹簧系统的部件。
根据本发明的驱动器应当能够被配置成，使得驱动器相对于它们的体积可以产生更大的力(相比于已知的可逆线性螺线管)。最后，该驱动器还应当能够被设计为单稳态的并且应当还能够具有短的调节时间和高的效率。
附图说明
在下文中参照附图中所示出的示例更详细地解释本发明。该图示不必是按照比例的并且本发明不仅仅被限制于所示出的方面。相当重要的是示出了基于本发明的原理。以下附图示出了：
图1a为根据本发明的一个示例的具有两个电枢或两个电枢板的实施方式中的驱动器的镜向平面中的且平行于运动方向的截面；
图1b为根据图1a的驱动器的垂直于穿过气隙10至气隙14的运动方向的截面；
图2a至图2e参照示意性图示，为根据本发明的驱动器的不同构造的不同示例；
图3为通过根据本发明的一个示例的驱动器的纵向截面，以用于图示基于驱动器的磁原理；
图4为根据本发明的驱动器的另一旋转对称的实施方式；
图5为根据本发明的另一示例的驱动器的磁回路的示意性表示；以及
图6为其中驱动器执行有限的旋转运动的另一示例。
具体实施方式
本发明在下文中将首先以双稳态的可逆线性螺线管进行解释。由于弹簧系统，电枢被设置成一旦保持力在幅值上变得小于电的反激励产生的弹簧力，就沿中位行程位置的方向移动离开每一个端部行程位置，所述保持力被定义为在相应的端部行程位置中电枢上的总磁阻力。为此，与常规的没有弹簧系统的双稳态的可逆线性螺线管相比，需要小得多的电功率；相关的(外)力转换率也可以高得多。例如，它还近似地应用在常规的双稳态的可逆线性螺线管中的起动行程位置中：
Fext＝(FGap1+FGap2)–F邻接部＝1/(2*μ0)*(A1*BGap1^2+A2*BGap2^2)–F邻接部
其中A1和A2为电枢的(相反的)磁极面，并且F邻接部为映射端部位置邻接部的函数。
为了说明进行如下假设：除了冗余的气隙之外，气隙Gap2是闭合的，并且该冗余的气隙传导具有密度2T的流动(BGap2＝2T)，而气隙Gap1完全地打开并且没有传导任何流动(BGap1＝0T)。从而作用在电枢上的相反的磁阻力的总和FGap1+FGap2沿着电枢的运动的轴向方向改变符号，在条件A1＝A2下，Gap1中的磁通量密度必须大于Gap2中的磁通量密度。为此由于Gap1是全开的而可能需要大的电功率。在最简单的近似法中，产生气隙中给定的磁通量密度所需要的电流与气隙长度成比例；然而，相关的功率耗损是电流的平方。
在忽略杂散场和涡流(静态情况或准静态情况)时，对于非常小的行程可以假设，在气隙Gap1和气隙Gap2中由反激励所产生的磁通量密度行程具有相同的幅值。在对于常规的双稳态的可逆线性螺线管最有利的情况下，在仅为了完全补偿保持力的每一种情况下的1T的本示例(Gap1:0T->1T，Gap2:2T->1T)中，磁通量密度行程将是必要的。
现在使同样的磁体配备有根据本发明的弹簧系统，在先前描述的起动行程位置(位置“0”)中，该弹簧系统沿中位行程位置的方向施加力F弹簧(0)，该力F弹簧(0)可以说是只有(保持)力的一半。因此，Gap2中的磁通量从2T到的减小足以允许经由Gap2作用在电枢上的磁阻力变成与弹簧力具有相等的幅值。因此，经由Gap1作用在电枢上的磁阻力已经可用于加速该电枢；并且事实上具有仅-0.59T的磁通量密度行程(在Gap2处)。如在前面的示例中所述，如果Gap2中的磁通量密度由于电的反激励而从2T减小到1T并且如果Gap1中的磁通量密度从0T增大到1T，则弹簧力的一半(在BGap2＝1T处F弹簧-FGap2)实际上加上磁阻力FGap1可用于在起动行程位置0中加速电枢，这在1T处产生了四分之一的力，该力将在2T处产生。在A1＝A2的同样的假设下，这是与弹簧所产生的力的幅值近似相同的力。因此不管工作气隙Gap1是否全开，驱动器都可以直接在起动行程位置中以1T(在Gap1中为+1T，在Gap2中为-1T)的磁通量密度行程产生力，该力对应于近似一半的保持力，对应于所述使用的弹簧力。在该对用于常规的双稳态的可逆线性螺线管的特别有利的情况的粗略的近似法中已经可以看到，根据本发明的驱动器需要小得多的电功率以被设置到运动中，例如，其中驱动器有利地被配置成使得初始加速电枢的能量的较大部分从弹簧系统获得并且未被电消耗。另外可以看到的是，与常规的磁体相比较，电枢运动已经可以以小得多的磁通量密度行程来完成，这进而允许短的死区时间(自然以有效的保持力为代价，该有效的保持力由弹簧力和磁阻力的总和产生)。
对于理解本发明而言重要的是，电枢首先可以主要用弹簧力来加速，为了该目的，需要相对小的电功率消耗(用于反激励)。与从空闲状态起动的电动机械相比，移动或加速电动机械可以具有高得多的电效率。这最后是由于以下事实：由驱动器执行的工作量是力在调节路径上的积分，但是热耗损是功率耗损在时间上的积分。因此清楚的是，在调节时间中的切割，即在时间域中积分间隔的减小，将趋向于导致电效率的提高。同样清楚的是，电枢在任何位置中的“夹紧”必须产生零效率，这是由于功的积分消失且积分时间上升。
因此在此所描述的根据本发明的示例的一个方面是，仅仅需要可以快速产生的小的反激励来触发该运动。另外的方面包括以下事实：对称的弹簧系统可以在缺乏磁场且缺乏摩擦的情况下的特定时期内使电枢在其端部位置之间来回地移动，无需必须用于此的任何能量。弹簧系统为此必须被设计成，使得在可能的情况下，弹性地存储在其中的(势)能量在两个端部行程位置中具有相等的幅值。以该方式设计弹簧系统，仅上述所称的反激励必须产生并且仅仅这么多的电功率必须被供应至驱动器，使得驱动器可以被设置成进行动作、可以克服摩擦力，并且可选地使得可以额外地执行有用的工作。与此形成对照，对于常规的双稳态的可逆线性螺线管，首先必须产生大得多的反激励，这与对应的欧姆耗损相关联。之后电枢必须仅仅借助于电功率来加速，这相对慢地发生并且因此同样是耗能的。磁体还必须克服摩擦力并执行有用的工作，但实际上反过来具有低效率，尤其是由于在行程起动处的通常小的力和力转换率引起的长的调节时间。常规的双稳态的可逆线性螺线管通常在电枢碰撞行程端部时达到其最高电枢速度。在这方面，传递到电枢的动能被转换成热、声以及还不可避免地转换成驱动部件的塑性变形。一方面，在适用的情况下由于碰撞到端部行程位置中的高速而产生的高动能对于为此目的的驱动器是浪费的，并且在其它方面，通过剧烈磨损对其使用寿命构成威胁，并且在需要的情况下，使得复杂且昂贵的端部位置阻尼是必要的。与此形成对照，利用根据本发明的驱动器，电枢的(以及可选地与其机械相关的另外的部件的，例如在施加侧的另外的部件)动能依次主要存储在弹簧系统(“恢复”)中，并从而可用于在相反的方向上的后续的调节过程(除了(摩擦)耗损之外)。
总之，根据本发明的驱动器通常必须比常规的可逆线性螺线管执行更少的工作量，以便能够在有限时间中从一个端部行程位置移动到另一端部行程位置。并且，由于通过弹簧系统“预加速”，因而它们还可以以较高的电效率执行该所需要的较小的工作量。这相应地导致了小的功率耗损并且允许更高的切换频率，其中到目前为止，它们被耗损功率或(积分)热耗损限制。
对于小的行程，即当可以以良好的近似法假设工作气隙为“小”或“短”时，形成本发明的主题的驱动器相对于常规的双稳态的可逆线性螺线管有巨大的优势。在此所描述的驱动器的死区时间通常更短；调节时间更短；效率更高；进而端部位置速度更小。无可否认地，在双稳态设计中的创新型磁体具有至少一个咬合点，该咬合点在非激励的情况下由于弹簧系统而未对应于任何端部行程位置。然而，磁体可以容易地被设计成，使得对抗弹簧系统的回复力而仍将电枢磁性地传送到所要求的端部行程位置中。在以可切换的(恒定的)电压源操作时，磁体可以被配置成其在规定的调节过程时由于来自一个或多个线圈的相反感应而远没有达到其平衡电流。如果现在驱动器由于机械负载(例如高的摩擦力)的行为而在咬合点的环境中被“捕获”，则电流增大并从而伴随由于自感应和涡流效应、磁阻力而产生的一定的延迟，该磁阻力作用在电枢上并可以最后总是足以再次使弹簧系统张紧且将电枢传送到所要求的端部位置中。
对于长行程的驱动器(即在纵向方向上的行程比在横向方向上的气隙的宽度长)，上面的“小气隙”的近似在该长行程驱动器中是不满足的，弹簧系统中的咬合相比更容易是可能的。驱动器的长行程设计的可改正的缺点还可以在此看到：根据弹簧系统的设计和负载行为，在中位行程位置的区域中(即，当简单的电枢的工作气隙全开时)可以达到最高的电枢速度。然而，全开的气隙产生了低的“力常数”(实际上是力函数)，即给定的电流仅仅产生了小的磁阻力。这与上面所描述的目的相矛盾，只有在可以利用额外驱动器通过弹簧力达到最高的电枢速度的情况下，高的电效率由此可以在理论上映射出，在根据本发明的驱动器处的“力常数”是小的，而没有特性影响，这会削弱本发明的优势。
如果本发明的驱动器的行程太大，使得相关的工作气隙在每一个规定的操作状态中不能近似为“小的”，则因此有利地是，根据本发明的驱动器配备有用于特性影响的装置。如果该装置是几何特性影响，则其匹配到根据本发明的弹簧系统。该特性影响还可以减小工作气隙的串联磁阻，并从而有助于使所需要的触发功率最小化。
常规的双稳态的可逆线性螺线管的另一缺点可以在以下事实中看到：它们具有额外的磁通量导向。以永磁方式产生的磁通量一方面必须被提供到电枢中，并且必须关于至少一个线圈被供应到电枢的磁极面(通常前表面)。这导致了增大的驱动横截面。
如果根据本发明的驱动器应当具有特别紧凑的构造形状，则它包括两个或更多个软磁材料的框架部件，在两个或更多个框架部件之间以永磁方式产生磁张力。该驱动器还包括至少两个软磁电枢部件(以下为电枢板)，即为第一电枢板和第二电枢板，两个软磁电枢板彼此刚性连接。根据本发明，该驱动器具有两个端部行程位置，即为第一端部行程位置和第二端部行程位置。该驱动器被配置成，在第一端部行程位置中，第一电枢板使框架部件磁短路，除了不可避免地冗余的气隙，而在第二电枢板处的工作气隙打开至最大值。在第二端部行程位置中，第二电枢板相应地使框架部件磁短路，且在第一电枢板处的工作气隙打开至最大值。彼此刚性连接的电枢部件(在此为电枢板)从第一端部行程位置到第二端部行程位置的强制性的位移因此有以下结果：以永磁方式产生的磁通量主要从第一电枢板向第二电枢板整流。(两个电枢板的工作气隙(朝向框架)关于借助于驱动器线圈所产生的磁通量彼此磁性地串联连接。所称的两个电枢板的工作气隙关于以永磁方式所产生的磁通量磁性地并联连接)。
图1a示出了侧视图，图1b为根据本发明的驱动器的一个实施方式的几乎按比例的正视图，该驱动器具有两个电枢或电枢板(通常说来电枢部件)。弹簧系统并未示出，这是由于本领域技术人员根据权利要求的措施、可选择地配合具体的应用而容易地设计这种弹簧系统。两个电枢的刚性的机械连接同样地也未示出，本领域技术人员可以利用其常规技能设计出该刚性的机械连接，例如以杆布置的形式。
图1a以侧视图示出了形成磁体的框架的电片材包30、电片材包31和电片材包32。在这方面，通过永磁体50、永磁体51在张力下将内框架部件31磁性地设置成倚靠外框架部件30、外框架部件32。磁体具有两个线圈40、41，例如，两个线圈40、41可以串联连接或者可以单独地被激励。然而，他们通常是以同样的方式被激励。如所提到的，磁体具有两个电枢(电枢板)，即为电枢10和电枢20。电枢20由于与线圈41所产生的径向的“气隙”而不具有任何狭义上的几何特性影响，线圈41的设计用来使经由其工作气隙δ20和工作气隙δ21而传递到电枢20的磁阻力最大化。
相比之下，电枢10和框架形成为电枢/电枢对件系统，其大大地提高了磁体吸引电枢的利用度。电枢10和框架部件30、31、32的电枢/电枢对件系统包括工作气隙δ10、δ12、δ13、δ14，工作气隙δ10、δ12、δ13、δ14由于驱动器的镜像对称而双倍地出现，但是单一地标称。同样的情况应用于径向气隙δ11和径向气隙δ15，径向气隙δ11和径向气隙δ15同样是几何特性影响的部分。如在图1b中所看到的，驱动器具有带正方形芯部的线圈。这是有利的，但并不是必要的。优选地，电枢10和电枢20同样由软磁金属片材包组成。由于根据本发明的驱动器可以具有高动力，因而在涡流阻尼方面满足相对高的需求，例如可以借助于典型的金属片材包而实现。金属片材包用于平行六面体形磁体的设计的使用尤其被推荐，那些平行六面体形磁体的磁回路在第一近似结构中仅仅具有两个或三个镜平面。根据本发明的较小的旋转对称/圆柱形的磁体的磁回路可以由典型的软磁固体材料(例如纯铁、铁素体钢、铁硅合金、铁钴基合金)构成。狭缝的成熟引入(特别是引入到一个或多个电枢中)有助于额外的阻尼。特别短的死区时间和非常小的涡流损耗(在“铁”中)可以借助于软磁复合材料(例如3PSomaloy1000，所谓的SMC材料)来实现。这些SMC材料还可以通过粉末喷射成型来转换成具有复杂的三维几何结构的组件。例如，这还允许形成旋转对称驱动器的“腔室”，该腔室可以容置永磁体。形成腔室必要的SMC材料的腹板(“横梁”)无可否认地以这种构造形成了磁短路；然而，它们可以被设计成其磁饱和或在这方面产生足够小的磁通量。以类似的方式，用于容纳永磁体的腔室也可以形成金属片材包，这是由于某些金属片材被设计为连续的，而其它的金属片材具有开孔；用于容纳永磁体的蜂窝构造可以由此产生，该蜂窝构造在机械上也是非常稳健的，即刚性的。
特别显而易见的是，不仅旋转对称的驱动器而且根据本发明的具有两个电枢的平行六面体的驱动器都通过中心布置的杆来实现电枢之间的刚性连接，该中心布置的杆例如同轴于圆柱形磁体的圆柱轴线而延伸。如果连接到电枢的这一杆由一个或多个驱动线圈围绕，则可以有利的是杆本身包括软磁材料并用来磁通量导向。因此在设计磁极面的尺寸中，自然必须考虑该额外的磁通量。
图1a和图1b的示意性图示是按规定比例的，从而它可以用作FEM仿真的良好基础。为了由此而绘制根据本发明的驱动器，应当在仿真中考虑根据本发明的弹簧系统(未示出)的特性。通过改变弹簧功能、铜电解液液面、线圈的数量等等来最优化驱动器属于被委托有电驱动器的FEM仿真的本领域技术人员的日常工作。
图2b、图2c、图2d、图2e示意性地示出了相较于常规的可逆线性螺线管2a不同的驱动器构造，甚至是不同的拓扑结构。示出的所有的驱动器应当被假设具有平行六面体形，并且可选择地由金属片材包组成。根据本发明的驱动器自然可以是以示出的所有构造形式及其结合的装置；关于构造尺寸，具有两个电枢的实施方式(2b-2e)的优点是显而易见的，这是由于此处穿过示意性地示出(但相对地按照比例示出)的所有驱动器的工作气隙的磁极面具有相等的幅值。因此，相较于那些仅仅具有一个电枢的驱动器，具有两个电枢的驱动器可以具有更加紧凑的构造，这尤其是由于省去了额外的磁通量返回。另外，对于根据本发明的具有两个电枢的磁体的动力，有利的是，总的电枢质量由于以下两个原因而可以比常规的几何构造的磁体(如2a中)更小：第一，更大的磁极距允许相对薄的“电枢板”；第二，待移动的(总的)电枢质量不会增大到与标称行程的磁体增大的相同的程度，而只是与增大的线圈长度或永磁体长度一样小。
如果仅仅需要小的横截面执行本发明，并且如果构造长度(如果有的话)是不显著的，则以永磁方式极化的两个定子和单个电枢也可以用来替代两个电枢和以永磁方式极化的单个定子。这种实施方式无可否认地需要大约两倍的永磁体材料数量(每个有效的磁极面)，并且在构造方面，还是那些具有两个电枢的驱动器的大约两倍的长度。然而，利用恰当的设计，它们由于较小的电枢质量而可以具有特别高的动力，至少在短行程设计中具有特别高的动力。为了进一步提高动力，除了电动的额外的驱动器(参照例如WO2011/003547A1)，也可以考虑增加磁极对的数目来减小电枢质量(“电枢板”之后可以具有较薄的设计)；在这种情况下，一个或多个框架包括多于两个(旋转对称的构造)或三个(“成角度的”构造)软磁部件，这些软磁部件关于彼此而设置在磁张力下。
不同的软磁部件决不能被理解成，它们必定是彼此物理分开的。如上所述，它们也可以是通过完全饱和的或部分饱和的区域而彼此分开；起决定性的仅仅是这些部件之间(或者更精确地说，这些区域之间)所需要的磁张力可以以永磁方式而产生。
根据图2a至图2e的所有的驱动器自然也可以具有旋转对称的设计。根据本发明的具有两个彼此刚性连接的电枢的驱动器在任何情况下都是特别紧凑的；假设使用相同的永磁体材料，相较于常规的可逆线性螺线管，本发明的驱动器可以被设计为更小的构造体积，通常小一倍。如果不考虑小型化并且根据本发明的具有两个电枢板的磁体恰好做得与常规的磁体一样大，则所得到的构造空间可以用来使用大且便宜的低能量密度的永磁体(例如硬铁氧体)代替小且昂贵的高能量密度的永磁体(特别是稀土磁体)。
本发明的另一示例将在以下参照单稳态的可逆线性螺线管来解释。本发明的单稳态的实施方式由于以下原因而获得：在静态的、非激励的情况下，作用在电枢上或电枢系统上的磁阻力仅仅大于在一个端部行程位置中的相关的弹簧力，而不大于另一端部行程位置中的相关的弹簧力。在这方面，弹簧与磁体彼此配合，从而在静态的、非激励的情况下弹簧力和磁阻力的总和(“静态的总力”)在调节路径的每一点处具有相同的符号。在非激励的情况下，驱动器因此仅仅在电枢(或电枢系统)处于其一个稳定的端部行程位置中时是稳定的。根据幅值，(磁力和弹簧力的)总静态力必须大于可能作用在该系统上的摩擦力；在必要的情况下，相关的静态总力特性必须关于可能的回复力(例如，在单稳态的驱动器必须克服气动阀时的气动压力，例如用在自动变速装置中)而适应相应的应用。
在静态的、非激励的情况下，磁阻力可以并不由在非稳定的端部位置中的磁饱和来限制。这意味着，由于部分磁回路包括电枢接触定子的粘接表面，因而磁饱和决不应当且没有在任何区域中遍及总的有效的铁横截面而出现。以这种方式，到目前为止，只要利用为了激励线圈所需要的电源，通过激励线圈，磁体对抗在该(“第二”)端部行程位置中的弹簧力也是(中间)稳定的，就可以增大在非激励的、非稳定的端部行程位置中的磁阻力。此处，磁体应当被设计尺寸为，使得利用尽可能小的电源，实现在“非稳定的”的(“第二”)端部行程位置中尽可能大的磁阻力的增大，这对于能够使磁体在长的通电持续时间内维持在非稳定的端部位置中也是重要的。至于弹簧系统，不必是线性的。优选地，它相对于稳定的端部行程位置具有渐进的特性；也就是说，在中位行程位置的方向上驱动电枢系统的弹簧力在电枢系统接近稳定的(“第一”)端部行程位置时超出线性地增大。这也可以通过多个线性的弹簧的组合来实现。
磁性原理将参照图3来说明。相对于定子而在图像中的下部的电枢比在图像中上部的电枢具有更大的铁横截面。因此，由永磁体所产生的磁通量在接触下部的电枢处比接触上部的电枢处遍及更大的横截面分布。另外，构造了下部的电枢的表面或下部的电枢板的表面。如果接触区域已经饱和，则产生从非饱和的定子铁到非饱和的电枢铁中几乎平行延伸的磁通量，术语铁在此处用作与“软磁材料”同义。该平行延伸的磁通量的磁通量密度小于所使用的铁材料(在使用不同铁材料时小于具有较小的饱和磁通量密度的材料的饱和磁通量密度)的饱和磁通量密度。通过激励线圈放大该磁通量产生了所需要的磁阻力的增大。根据图3的驱动器主要是按照比例的并且可以用作FEM仿真的基础。然而，对于本发明的设计，作为具有两个刚性连接的电枢的单稳态的可逆线性螺线管，这些电枢(电枢板)不必是不同形状的。磁体系统还可以被设计成，根据本发明在小电流情况下待避免的饱和不会在任何位置出现，这仅仅是可能的，然而，这是以“稳定的”位置中的磁阻力为代价。在另一个实施方式中，上面所描述的所期望的“磁力的”不对称由于以下原因而实现：利用相同构造的电枢板，不同厚度的防粘接盘用于每一个电枢板或者仅仅提供一个防粘接盘，而一个电枢板可以直接接触定子。图3示出了根据本发明的单稳态的驱动器的示意性的二维模型(其中未画出弹簧系统)，其中已经论述过的横梁通过磁短路来绘制。因此，例如磁体被建模，其中烧结的永磁体关于内定子区域的外围以径向或直径方向极化的圆形节段的形式来布置。内定子部件或区域和外定子部件或区域通过所谓的横梁而彼此连接，所述横梁在各个圆形节段之间径向地延伸。以这样的方式，总定子可以包括单个的机械制造的部件(尤其是SMC部件)，该机械制造的部件具有通过横梁彼此分开的腔室并且可以被放置到烧结的PM中。图3中所示出的树脂粘合的永磁体同样被径向地或直径方向地极化。它们不是绝对必要的，但是有助于补偿杂散耗损。该杂散耗损的补偿还可以通过单个的永磁环在驱动器的单侧发生；这在对应于稳定的端部行程位置的那一侧处是最好的情况，这是由于在此处应当产生尽可能高的且不必通过激励线圈而进一步增大的永磁保持力。模制的弹簧可以用作弹簧系统，其从“外侧”作用在电枢板上，并且在必要的情况下该弹簧经由壳体机械地连接到定子。然而，弹簧(多个弹簧)也可以关于中心(驱动器)轴线或以另一种方式来构造。
根据本发明的驱动器的完全不同的实施方式(在此：旋转对称的实施方式)示出在图4中；弹簧系统再次并未示出。图4中的磁体具有定子11、两个电枢21、22、两个线圈31、32和推杆71，该推杆71刚性地连接两个电枢。注意：对于根据图4的驱动器，通常有利的是以相同方式将线圈31、32串联连接。由于磁短路K，磁体可以表现为包括两个单独的磁体的双行程磁体，该两个单独的磁体背靠背地安装并且共用相同的驱动轴线。永磁体紧固在电枢处对于本发明的这一实施方式是基本的。在将电枢伸入到定子11中时，该电枢相对于定子11而设置在磁张力之下。取决于电流方向，激励相关的线圈导致了永磁体上的吸引力或排斥力，排斥力被转移到电枢。这大大地提高了磁体的设计自由度，这是由于在纯磁阻磁体中，没有互相排斥作用发生，至少在软磁电枢上没有发生。基本上，磁体在很大程度上对应于插棒式线圈驱动器，永磁体和励磁线圈在该插棒式线圈驱动器中互换作用。然而，不同于这一点，永磁体具有额外的(径向的)“气隙”，正如所描述的，在没有额外的(径向的)“气隙”的情况下，电枢关于定子不能处在(可感知的)磁张力下。在任何情况下，电枢都未在非常巨大的区域上磁导通地连接至定子11。例如，此处用滑动轴承材料51、52(滑动轴承材料51、52也可以用作紧急运行轴承；在示出的模型中，在驱动轴处提供用于滑动轴承的空间)填充具体的径向气隙。这些所需要的径向气隙可以如在图4中被配置成，根据对应的用途影响驱动器的特性曲线。例如，阶梯部S可以用来在中位行程位置的区域中产生特别高的力转换率，另外在非激励的情况下，这尤其在某种状况下没有弹簧系统的实施方式中是需要的，以防止电枢在非限定的位置中的停止。在没有额外的气隙的情况下，没有磁体的部分会在利用较长的行程产生保持力的位置，这是由于每一电枢在插入定子中太深时，使其永磁体磁短路。
例如，永磁体可以形成为直径方向或径向极化的圆形节段。双稳态的驱动器也可以利用安装成称为背靠背的两个磁体中的仅仅一者来获得，即为“半驱动器”，并且真正地在于另一半用相应地设计尺寸的弹簧或弹簧系统来代替。这种驱动器也必须具有旋转对称设计。另外，非旋转对称的变型可以利用横向的磁通量导向来实现，以表示具有特别长的行程的驱动器。根据图4的驱动器的优点在于，利用在使用高能量密度的永磁体时相对长的行程，它们可以具有非常高的力常数。驱动器是非常通用的。与弹簧系统的组合(其从两个端部行程位置中的一者沿中位行程位置的方向驱动电枢系统)允许非常快的驱动器具有高的效率、高的力常数、从而具有高的行程动作但是小的磨损，这是由于在通过弹簧系统达到端部行程位置之前基本上阻止了电枢速度。相比之下，如果省掉弹簧系统，并且将容易电传导的金属用作“紧急运行轴承”51、52，则紧急运行轴承同时充当涡流致动器并允许使电枢运动减慢，其中一旦电枢保持快速运动(例如通过摩擦或通过负载)，完全静止的力就仅仅在给定的电流处建立。在调节过程期间，可以说在驱动力和涡流制动之间采用动态平衡。“涡流制动器”(在此设计为紧急运行轴承)也减缓了冲击过程，“该涡流制动器”也可以紧固至一个或多个电枢，而代替紧固至定子。紧固至电枢的永磁体(permanentmagnet,PM)也表示一种磁性弹簧系统。
对于特别是具有机械弹簧的高动力驱动器，显而易见的是设计磁体的旋转对称的实施方式或者至少设计那些具有来自SMC材料的旋转对称的内极的实施方式。在切割工序中由固体材料机加工的部件更好地适合于较慢的“无弹簧”设计(即，没有机械弹簧或气动弹簧的设计)，尤其是在使用所描述的涡流制动器时。一方面，背铁R允许永磁体的容易的装配，该背铁R对于永磁体还充当邻接部，但同样地大大影响特性并尤其是增大在行程起始处的力。
本发明的另一实施方式的磁回路示意性地示出在图5中。弹簧系统未示出。在此优选使用一个或多个机械弹簧。该附图是不按照比例的。电枢部件11和电枢部件12优选地被理解为由金属片材包所形成的电枢板，反过来，所述电枢板具有尽可能刚性的机械连接(未示出)。21和22是定子部件，定子部件优选由金属片材包形成并通过永磁体31和永磁体32而相对于彼此设置在磁张力下。驱动器通过激励线圈41、42来操作，其中电容器或电容器组或PLC能够用作电源，例如PLC给出了能够在调节运动期间控制驱动器或者能够根据负载或根据路径调节运动过程的优点。为了效率的进一步提高，可以使用自由运行的装置，例如相应地连接的基于MOSFET的AC开关，其允许线圈中的电流利用单独的电源而自由运行。图5在设计方面类似于图1，但是除了其它的构造差别，还尤其具有一个特定的特征：额外的永磁体51、52、53、54紧固至(至少)一个电枢板，以影响特性。永磁体51、52、53、54应当是机械稳健的，并且具有高的矫顽磁性以及尽可能地的具体的或有效的电导率；树脂粘合的NdFeB磁体或节段、烧结的NdFeB磁体是特别合适的。作用在永磁体上的磁力可以被理解为作用在它们的“表面电流”上的洛伦兹力。在从图5中所示出的起始行程位置的调节运动期间插入定子时，磁体52、54(磁体52、54相对于定子21、22具有与磁体31、32相同的极化方向)开始感测力，该力对抗行程运动而指向并无可否认地减小驱动器在行程起始的区域中的“力常数”，而且补偿在电枢板11插入定子中的部分上的“流动耗损”。反过来，关于前进的行程运动，当磁体51、53开始插入到定子时，非常高的“力常数”可以出现，磁体51、53像磁体52、54一样被反向极化。关于布置的效率，有利的是，磁体51、53的这一插入与弹簧系统配合，从而仅仅在弹簧系统已经由于行程运动而被大量地释放并且电枢系统已经达到其基本上的最大速度时发生这一插入。为了以所描述的方式彻底地使用在行程运动期间(例如中位行程位置的区域)出现的高速，以提高效率(驱动器的力常数与电枢速度沿着行程的配合；在此不是通过纯粹的几何结构特性影响，而是通过适当布置的固定到至少一个电枢板的永磁体)，涡流阻尼在永磁体中也是非常重要的并且必须通过材料选择并通过构造措施被尽可能有效地设计(如已经提到的)。来源于图1和图5的驱动器尤其非常适合作为拉丝机中的气动的或液压的拉丝闸瓦控制件的替代。
在此先前所示出的本发明的所有实施方式为具有有限的行程的线性驱动器。然而，实施方式也可以作为具有有限的旋转运动的旋转磁体。在这一情况下，术语“行程”指的是在特定的角度范围上的旋转运动。可以容易地利用图6中示意性示出的驱动器设计出实现极其短的调节时间和高的操作频率及同时高效率的驱动器。图6以横截面示出了驱动器。该驱动器可以被理解为永久激励的外转子马达。外转子由软磁部件21、22、23、24形成，软磁部件21、22、23、24彼此机械地连接(未示出连接)并且围绕定子11来布置。外转子围绕定子的纵向轴线被旋转地支撑，并可以配备有弹簧系统(未示出)。外转子部件21、22、23、24明显具有向内指向(即朝向定子)的尖齿，尖齿可以在两个端部行程位置中位于定子处。即使在构造方面没有提供分开的邻接部，驱动器围绕旋转轴线的运动由尖齿来限制(与已知的外转子马达形成对照)。外转子的软磁部件通过永磁体41-48而相对于定子被设置在磁张力下，其中磁张力的符号关于外转子的外围交替。永磁体的极化方向如用于图示的箭头所画出的。在该示例中，永磁体紧固至定子。然而，它们也可以是外转子的一部分。图6通常被理解为原理的一般图示且并未意在表示任何限制。外转子的软磁部件21、22、23、24和定子优选地由(电的)金属片材包或软磁复合材料制造。另外，图6的驱动器具有一个或多个线圈。对于可能的绕组方式的示例象征性地画出(在圆圈中的叉和点)。两个线圈(即31和32)在图6中画出。然而，定子11也可以为直接卷绕的，如从电动马达所已知的。正如所解释的，在外转子围绕其纵向轴线旋转时，驱动器具有两个端部位置，外转子部件21、22、23、24的尖齿在该两个端部位置中位于定子11处。在这一方面，由于外转子部件和定子之间的相关的(工作)气隙不存在(除了构造上所引起的冗余气隙以外)，因而借助于永磁体41-48可以产生非常高的保持扭矩，而且图6中所示出的永磁体的布置还用作本发明的旋转的实施方式中的特性影响的示例。根据本发明，驱动器具有扭转柔性的弹簧，该弹簧沿中位行程位置的方向驱动所述驱动器离开两个端部行程位置。不但简单的扭簧适合于该目的，而且螺旋弹簧的布置(例如通常从来自自动构造的双质量飞轮已知)也适合于该目的。弹簧或弹簧系统在两个端部行程位置的每一个位置中产生扭矩，该扭矩在幅值上小于驱动器的相关的保持扭矩(即，其在静态的、非激励的情况下的磁阻扭矩)并且此外还具有相反的符号。通过线圈31、32的反激励现在可以减小磁体的保持扭矩，直到符号改变。正如所述的，由于保持扭矩因构造原因而可以非常的大，并且弹簧的(或弹簧系统的)扭矩可以具有相似的幅值(利用某一安全距离，从而驱动器例如不被设置成由于振动而意外地运动)，因而非常高的起动扭矩产生了允许极其高的驱动动力的总和。为此需要线圈31、32的有效的涡流阻尼和适当小的电感。在可能的情况下，永磁体应当关于涡流而被考虑。如果在没有负载或者具有小的负载的情况下操作的驱动器也应当具有非常高的动力(根据负载来测量)，则在可能的情况下，整个外转子的惯性矩必须被结构性地最小化。
根据图6的驱动器可以在50mm的直径、20°的旋转角度和70mm的总长度下容易地达到并超越10Nm到20Nm的起动扭矩，例如可以借助于麦克斯韦的牵引力公式以非常简单的估值来计算。根据图6中所示出的原理的驱动器配备有对应的弹簧系统(其移动的质量同样必须保持尽可能的小)，格外适合于作为分类磁体，特别是作为分类之后的磁体。在本申请中，已经优选旋转磁体。然而，与现有技术相比较，利用相对较小的或甚至更小的功率消耗并以相对高的整体效率可获得与现有技术相比高10的一次幂到10的二次幂(！)的起动扭矩。在高频分类应用中，高效率实际上是基本的。
以下对本发明的一些重要方面进行总结，其中这一总结不表示任何排他性列表。根据本发明，由于可逆线性螺线管具有弹簧系统，该弹簧系统沿运动的方向将指向中位行程位置的作用力施加在两个端部行程位置中的电枢上，因而实现上面提到的目的。在这一方面，弹簧系统将被设计成，在静态的、非激励情况下，至少一个端部行程位置中的弹簧力在幅值上小于作用在电枢上的磁阻力，从而电枢可以对抗至少一个端部位置中的弹簧力以永磁方式保持稳定。对于双稳态的磁体，在可能的情况下，弹簧系统将被设计成使得在静态的、非激励的情况下，存储在弹簧系统的势能在两个端部行程位置中具有相等的幅值，并且使得在两个端部行程位置中的弹簧力在幅值上小于相关的磁阻力。如果通过可逆线性螺线管本身提供的应用产生回复力，则这必须相应地在弹簧系统的设计中被考虑。
如果根据本发明的驱动器的行程如此大，使得相关的工作气隙不能在每一个规定的操作状态中近似为“小”，则驱动器可以具有用于特性影响的装置。所述装置必须匹配根据本发明的弹簧系统。根据本发明的特性影响还可以在几何特性影响的情况下减小工作气隙的连续磁阻，从而可以帮助最小化所需要的触发功率。
如果根据本发明的驱动器应当具有特别紧凑的构造形状，则它包括两个或更多个软磁材料的框架部件，在两个或更多个框架部件之间以永磁方式产生磁张力。另外，该驱动器包括至少两个软磁电枢板，即为第一电枢板和第二电枢板，该两个软磁电枢板彼此刚性连接。根据本发明，该驱动器具有两个端部行程位置，即为第一端部行程位置和第二端部行程位置。该驱动器被配置成，在第一端部行程位置中，第一电枢板使框架部件磁短路，除了不可避免的冗余的气隙，而在第二电枢板处的工作气隙打开至最大值。在第二端部行程位置中，第二电枢板相应地使框架部件磁短路，并且在第一电枢板处的工作气隙打开至最大值。彼此刚性连接的电枢板的从第一端部行程位置到第二端部行程位置中的强制性的位移因此有以下结果：以永磁方式产生的磁通量主要从第一电枢板向第二电枢板整流。(两个电枢板的工作气隙(朝向框架)关于借助于驱动器线圈所产生的磁通量而彼此磁性地串联连接。关于以永磁方式所产生的磁通量，所称的工作气隙磁性地并联连接，即关于第二电枢板，第一电枢板的工作气隙并联地连接至第二电枢板的工作气隙)。

Claims (38)

1.一种具有可逆线性螺线管的驱动器，所述可逆线性螺线管以永磁方式极化并且具有第一端部行程位置和第二端部行程位置、设置在所述端部行程位置之间的中位行程位置以及至少一个电枢，其特征在于，
所述驱动器具有弹簧系统或者在这样的弹簧系统下操作：所述弹簧系统在两个端部行程位置中的每一者中将力沿所述中位行程位置的方向施加在一个或多个电枢上，其中所述弹簧系统与所述可逆线性螺线管彼此配合，从而所述一个或多个电枢能够以永磁方式对抗弹簧力而被保持在两个端部行程位置中。
2.根据权利要求1所述的驱动器，其中，所述弹簧系统被设计成，在考虑从外侧作用在所述弹簧系统上的外部回复力时，通过所述一个或多个电枢在其端部行程位置中的运动而(弹性地)存储在所述弹簧系统中的势能在两个端部行程位置中具有相等的幅值。
3.根据权利要求1所述的驱动器，其特征在于，所述驱动器具有大的(标称的)行程，即，全开的工作气隙的长度基本上不小于其垂直于所述气隙的长度的最小的范围(“宽度”)；并且，所述驱动器具有(构造的)几何特性影响，根据本发明，所述几何特性影响的尺寸将被设计得如此大，使得在所述端部行程位置中的磁保持力不存在，更确切地说总计为实现没有特性影响的其它的相同的双稳态可逆线性螺线管的保持力的至少三分之一，
其中，根据本设计，所述几何特性影响优选设计成，使得在激励一个或多个驱动线圈时，磁阻力在所述弹簧系统的弹簧函数的零点处产生，所述磁阻力比具有其它的相同的磁体、也利用相同的激励、但没有特性影响的设计具有的磁阻力大至少50％。
4.一种驱动器，包括：
-两个或更多个软磁框架部件或框架区域；
-一个或多个永磁体，所述永磁体将所述两个或更多个框架部件或框架区域关于彼此而设置在磁张力下，这具有磁通量的结果；
-第一软磁电枢部件和第二软磁电枢部件，所述第一软磁电枢部件和第二软磁电枢部件彼此刚性连接，其中对应的电枢部件与框架部件之间的至少一个工作气隙与每一个电枢部件相关联；
-第一端部行程位置，在所述第一端部行程位置中，所述第一电枢部件使所述框架部件磁短路，同时在所述第二电枢部件处的一个或多个工作气隙被打开至最大值；
-第二端部行程位置，在所述第二端部行程位置中，所述第二电枢部件使所述框架部件磁短路，同时在所述第一电枢部件处的一个或多个工作气隙被打开至最大值；
-用于产生磁通量的至少一个励磁线圈，其中，所述驱动器被构造成，使得通过所述电枢部件的刚性连接而同步的所述电枢部件的从所述第一端部行程位置到所述第二端部行程位置中的(强迫)运动具有以下效果：以永磁方式所产生的磁通量大量地从所述第一电枢部件整流到所述第二电枢部件，以及以永磁方式所产生的磁通量大量地从所述第二电枢部件整流到所述第一电枢部件；
其中，一个或多个励磁线圈被布置成，使得所述励磁线圈的激励使以永磁方式所产生的并且穿过一个电枢部件的磁通量减弱，并且放大穿过另一个电枢部件的磁通量；并且
其中，所述电枢部件相对于以永磁方式所产生的所述磁通量磁性地并联连接，但是相对于由至少一个线圈所产生的磁通量磁性地串联连接。
5.根据权利要求1或4所述的驱动器，其中，一个或两个电枢部件与所述框架形成电枢系统/电枢对件系统，以用于几何特性影响。
6.根据权利要求1或4所述的驱动器，代替几何特性影响和/或除了几何特性影响，作为用于特性影响的装置，所述驱动器具有紧固至所述一个或多个电枢或电枢部件的永磁体、线圈或短路绕组。
7.根据权利要求1至3或4至6中任一项所述的驱动器，其特征在于，所述框架部件由金属片材包或软磁复合材料形成。
8.根据权利要求1至3或4至7中任一项所述的驱动器，其特征在于，所述电枢部件被配置为电枢板，所述电枢板由金属片材包或软磁复合材料形成。
9.根据权利要求1至3或4至8中任一项所述的驱动器，其特征在于，所述电枢板由固体软磁材料制成，狭缝被引入到所述固体软磁材料中用于衰减涡流。
10.根据权利要求9所述的驱动器，其特征在于，所述电枢板具有纯铁素体铁的电阻的至少两倍的特定电阻。
11.根据权利要求1至3或4至10中任一项所述的驱动器，所述驱动器具有关于旋转轴线旋转对称的设计，并且所述驱动器具有以粉末注射成型工艺由软磁复合材料制造的单个的框架，其中，关于彼此处在磁张力下的所述框架部件由于一个框架的磁饱和而被形成。
12.根据权利要求11所述的驱动器，其特征在于，所述驱动器具有通过杆彼此刚性连接的两个电枢部件，所述杆沿着所述旋转轴线被近似旋转对称的框架导向，其中所述杆优选是软磁性的。
13.根据权利要求12所述的驱动器，其特征在于，所述弹簧系统布置在所述框架内，所述弹簧系统例如具有螺旋压缩弹簧，所述螺旋压缩弹簧围绕所述杆并且直接或间接地邻接在所述框架处。
14.一种低压开关或中压开关，尤其是真空电源开关，所述低压开关或中压开关由根据权利要求1至13中任一项所述的驱动器来驱动。
15.一种注射成型工具，所述注射成型工具具有针阀，所述针阀由根据权利要求1至13中任一项所述的驱动器致动。
16.根据权利要求15所述的注射成型工具，其特征在于，所述注射成型工具还具有用于间隙补偿的装置，尤其是主轴驱动器，所述主轴驱动器由电马达驱动并能够控制根据权利要求1至13中任一项所述的驱动器在其驱动轴线的方向上的位置。
17.具有根据权利要求1至13中任一项所述的驱动器的机器人焊钳，所述机器人焊钳用于移动一个或多个焊条，其中，用于间隙补偿的装置布置在所述驱动器与所述一个或多个焊条之间，所述用于间隙补偿的装置例如为具有尽可能弱的特性的弹簧。
18.用于气体或液体或疏松材料(例如面粉)的螺线管阀，所述螺线管阀由根据权利要求1至13中任一项所述的驱动器驱动。
19.根据权利要求18所述的螺线管阀，所述螺线管阀额外地具有带有回位弹簧的单稳态的电磁体，当被激励时，所述单稳态的电磁体释放根据权利要求1或4所述的驱动器，但是由于所述单稳态的电磁体通过弹簧力使所述驱动器牢固地移位到端部行程位置中，所述螺线管阀在所述端部行程位置中闭合，因而在未被激励时所述单稳态的电磁体使根据权利要求1或4所述的驱动器下降并阻挡该驱动器。
20.一种具有可逆线性螺线管的驱动器，所述可逆线性螺线管以永磁方式极化并且具有第一端部行程位置和第二端部行程位置、设置在所述端部行程位置之间的中位行程位置以及至少一个电枢，其特征在于，
所述驱动器具有弹簧系统或者在这样的弹簧系统下操作：所述弹簧系统在两个端部行程位置中的每一者中将力沿所述中位行程位置的方向施加在一个或多个电枢上，
对于所述弹簧系统在所述一个或多个电枢上施加力，所述力能够使所述一个或多个电枢沿所述中位行程位置的方向从两个端部行程位置移位，但在所述两个端部行程位置中的一个位置中，所述力在幅值上仅仅大于反向作用的磁保持力，从而所述一个或多个电枢能够仅仅以永磁方式被保持在所述两个端部位置中的一个位置中。
21.根据权利要求20所述驱动器，其中，所述弹簧系统与磁体彼此配合，从而在静态的、非激励的情况下磁阻力与弹簧力的总和以及遍及整个行程的弹簧力的总和具有相同的符号。
22.根据权利要求20或21所述的驱动器，其特征在于，所述弹簧系统具有非线性特性、实际上相对于非激励的稳定端部位置的渐进的特性，使得所述弹簧常数在使所述一个或多个电枢(或所述电枢系统)接近于该端部位置时连续或非连续地增大。
23.一种气动阀，其特征在于，所述气动阀由根据权利要求1至22中任一项所述的驱动器驱动；并且所述气动阀具有在阀部件与驱动器部件之间的用于间隙补偿的弹簧。
24.一种传动阀，所述传动阀具有根据权利要求20、21或22所述的驱动器，或者具有根据权利要求23所述的气动阀。
25.根据权利要求1至13中任一项所述的驱动器，所述驱动器被配置为双稳态的旋转磁体，其特征在于，所述驱动器执行有限的旋转运动并具有弹簧或弹簧系统，
其中，所述弹簧或所述弹簧系统在两个端部行程位置中产生的扭矩在幅值上小于所述旋转磁体的相关的磁保持扭矩，并且在两个端部行程位置中的扭矩具有与所述磁保持扭矩相反的符号。
26.一种驱动器(参照图4)，所述驱动器具有至少一个电枢(21)、至少一个软磁框架(11)、至少一个线圈(31)、以及紧固至一个或多个电枢的至少一个永磁体(41)，
其中，所述框架与所述电枢被配置成使得由激励一个或多个线圈(31)所产生的磁通量至少部分地穿过所述一个或多个永磁体(41)，从而将力作用在所述一个或多个永磁体上，所述力被传递到所述电枢，
其中，在这方面，电枢、框架和一个或多个永磁体的布置被配置成，使得由所述一个或多个线圈(31)所产生的垂直于所述一个或多个永磁体的极化方向的磁通量在行程运动期间至少部分地不均匀，所述磁通量具有由所述一个或多个线圈(31)所引起的并由一个或多个永磁体(41)所感测的磁通量密度，所述磁通量密度为垂直于所述永磁体(41)的所述极化方向的梯度；
其中，所述电枢(21)与所述框架(11)被配置成，使得所述一个或多个电枢与紧固至所述一个或多个电枢的所述一个或多个永磁体一起可以至少部分地插入到所述框架中，其中所述永磁体有利地仅不完全地插入到所述框架中；以及
其中，所述电枢被设计成，使得在行程运动期间所述电枢插入到所述框架(11)中的增大无可否认地减小磁回路的磁阻，但不(完全)使所述一个或多个永磁体短路；并且其中所述电枢(或多个电枢)与所述框架被几何配置成，使得保持力出现在行程的端部处。
27.根据权利要求26所述的驱动器，其特征在于，所述一个或多个电枢被设计为旋转对称的；并且，所述一个或多个永磁体(21)包括径向或直径方向极化的环形磁体或圆形节段磁体。
28.根据权利要求26或27所述的驱动器，其特征在于，定子(11)与所述一个或多个线圈(31)以罐形磁体的方式被配置，即所述驱动器具有内极芯部和外极管，其中所述一个或多个电枢(21)例如被以烧杯形状设计，使得前表面产生在所述电枢处，所述前表面允许利用在所述极芯部处的对应的前表面形成(磁阻)保持力；
在这方面，所述极管与所述极芯部不必在相同的高度处终止，而是能够出于特性影响的目的在不同的高度处终止，并且还能够具有可变的磁性横截面。
29.根据权利要求26所述的驱动器，其特征在于，所述一个或多个电枢(21)具有软磁腹板(R)，所述驱动器的特性能够被所述软磁腹板的尺寸影响，并且所述软磁腹板还能够用作用于所述一个或多个永磁体(21)的邻接部；代替简单的腹板，所述一个或多个电枢(21)还能够具有一个或多个凹槽，所述永磁体、例如形成为圆形节段的所述永磁体能够被放置在所述凹槽中以及例如能够被铸造到所述凹槽中。
30.根据权利要求26至29中任一项或多项所述的驱动器，其特征在于，所述永磁体通过垂直于所述电枢(21)的运动方向的气隙(“径向的”气隙)的短路被避免，例如从常规的电枢/电枢对件系统所熟悉的，使得所述磁体的特性被所述气隙的几何设计所影响。
31.根据权利要求30的驱动器，其特征在于，所述径向的气隙用具有良好的滑动轴承性能的材料填充。
32.根据权利要求31的驱动器，其特征在于，所述气隙用容易导电的(金属)材料填充，以减小所述驱动器的动力。
33.根据权利要求26至32中任一项或多项所述的驱动器，其特征在于，所述驱动器具有两个电枢(21，22)和两个励磁线圈(31，32)，所述电枢(21，22)配备有永磁体(41，42)，其中所述电枢经由推杆(71)而彼此刚性连接。
34.根据权利要求33所述的驱动器，其特征在于，所述驱动器具有在所述线圈之间的(软)磁短路(K)，所述(软)磁短路(K)被配置成，使得形成所述短路的软磁材料在静态情况下没有在所述磁体的标称功率下磁性地饱和。
35.根据权利要求33和/或34所述的驱动器，其特征在于，所述线圈(31，32)串联连接并以相同的方式被激励；并且所述永磁体(41，42)此外以相同的方式被极化。
36.根据权利要求26至35中任一项或多项所述的驱动器，其特征在于，所述驱动器具有彼此刚性连接的两个电枢并且所述驱动器额外地配备有弹簧系统，所述弹簧系统沿所述中位行程位置的方向驱动所述电枢系统离开所述端部行程位置中的每一者。
37.一种锁止单元，尤其是机械锁，为根据权利要求1的锁止单元。
38.一种锁止单元，尤其是机械锁，为根据权利要求26至36中任一项或多项的锁止单元。
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