具有有限行程及低橫向力的可擴展的高動態(tài)電磁線性驅動器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電磁線性執(zhí)行器領域，具體涉及用于彈簧儲能操動機構中的彈簧的張緊和保持。
【背景技術】
[0002]在出版物DE 10 2011 080 065 Al中公開了一個電磁驅動器，它適用于驅動電氣開關裝置。出版物DE 10 2011 080 065 Al中的驅動器由電磁鐵組成，它們的電樞尤其是在行程起始位置附近-也就是工作氣隙開的大的時候，額外用電動力驅動的。這在至少一個線圈的幫助下就可以實現，這個線圈與電樞機械連接在一起的，并且通過勵磁場和其電流的一個相互作用對線圈施加了一個力，這個力可傳輸到電樞上，并且將電樞推向它的行程終端位置(氣隙閉合)。
[0003]出版物DE 10 2011 080 065 Al公開了多個結構形式的例子，它們尤其適用于驅動電氣開關裝置，這些開關裝置包含了成對固定在框架和電樞上，并且同軸放置的(薄層)線圈。在出版物DE 10 2011 080 065 Al中，這種固定在框架上的線圈被稱為“支撐線圈”，附屬的用來額外驅動電樞的線圈被稱為“推力線圈”(在這里，通常情況下推力線圈纏繞于環(huán)繞電樞的槽內)。支撐線圈和推力線圈是同軸放置的，在這里行程起始位置中的推力線圈部分拉入到了支撐線圈中。如果現在這些支撐線圈和推力線圈是反向通電流的，那么在它們之間會出現一個排斥的相互作用，這個相互作用可額外驅動電樞。
[0004]所描述的這種布置的特點在于，在某些特定的前提條件下，在與一般的電磁鐵相比，(比如兩個線圈的串聯電路的)電感非常小的情況下，而這個力卻非常大。如果框架和電樞中的渦流阻尼足夠，那么就可達到特別高的力上升率。
[0005]但是出版物DE 10 2011 080 065 Al中列舉的結構形式有兩個缺點:可擴展性差以及作用于電樞上的橫向力大。“可擴展性差”在此主要指的是在驅動器的最大作用力，位移以及尤其是保持力(比如對回位彈簧)增加時，電樞的重量增加了很多。電樞重量基本上是以想要的標稱保持力的平方來增長的。這樣，在出版物DE 10 2011 080 065 Al中列舉的驅動器在有些時候就不太適用了，比如，要在大型的高壓功率開關中使用常用的彈簧儲能操動機構的時候。此外，上述驅動器在運行時(最大)橫向力很大，這樣就會不可避免地產生制造誤差，對電樞造成(彈性)變形，并且對軸承形成很大的負荷。
[0006]因此，本發(fā)明的任務在于找出一種設計，它與出版物DE 10 2011 080 065 Al中列舉的結構形式相比，可擴展性要提高，并且橫向力要減小。

【發(fā)明內容】

[0007]此任務可通過根據權利要求1的一種電磁線性驅動器來完成。
[0008]接下來將對一種具有有限行程的可擴展的高動態(tài)電磁線性驅動器進行描述。該線性執(zhí)行器的特點是橫向力小。根據本發(fā)明的一個例子，該執(zhí)行器包括以下部件:
[0009]-定子，該定子包含了兩個軟磁鐵心；
[0010]-由軟磁材料制成的至少部分截面是扁平的電樞，該電樞能夠沿定子鐵心之間的軸移動；
[0011]-至少兩個帶有軟磁鐵心的扁平線圈，其繞組高度大，并且被固定在定子(定子線圈)上，其中線圈鐵心為軟磁定子鐵心的一部分或者以導磁形式與定子鐵心連接；
[0012]-至少一個帶有軟磁鐵心的扁平線圈(電樞線圈)，其繞組高度大，并且被固定在電樞上，其中線圈鐵心為電樞的一部分，或者是由它制作而成的，或者該電樞線圈及其軟磁鐵心一起臥于扁平式電樞的凹口處；
[0013]-預先定義的行程起始位置和終端位置(“多個終端位置”)
[0014]-至少一個通過開關控制的裝置，用于抵抗反彈力，并將電樞保持在至少一個終端位置上，比如，一個與電樞機械連接在一起的自保持電磁鐵或者一個機械嚙合裝置，
[0015]通過開關控制的供電裝置，該供電裝置包括能量儲存器，比如電容性蓄電池，以及至少一個開關。
[0016]電樞和/或定子鐵心可由疊片鐵心或者樹脂粘結的軟磁粉末制成。
[0017]“至少部分截面是扁平的電樞”在這里指的是，至少可拉入定子內-也就是其鐵心之間-的那部分電樞是扁平:定子鐵心之間的距離，以及空隙G基本上都小于電樞的深度O (寬度)(鐵心與空隙垂直，與移動方向垂直)，并且也小于電樞沿著移動方向的延伸，電樞(剩余氣隙盡可能小)可在這個空隙G中移動。比如，(長方形)電樞的寬度O至少是空隙G，也就是定子鐵心之間的正常距離的三倍這么大。根據這樣的一種結構形式，寬度O至少是空隙G的五倍，更多的至少是十倍。
[0018]由于本發(fā)明中的“扁平線圈”是扁平的，因此其長度L(沿線圈軸)比它最小的外徑還要小很多?！按蟮睦@組高度”在這里指的是繞組窗口的高度H(沿著移動方向)既取決于(額定)行程的數量級，也取決于軟磁線圈鐵心的延伸K的數量級，比如H = 2/3*S。“繞組窗口”指的是在運行中用銅填滿并且通電的線圈的那些區(qū)域。一個結構對稱有兩個相同長度的繞組窗口，(與線圈軸垂直)距離與線圈鐵心的寬度K相同。繞組窗口沿線性執(zhí)行器縱軸(與線圈軸垂直)的尺寸被稱為繞組高度H.。
[0019]正如上面所提及的那樣，通常情況下，扁平線圈的最小外觀尺寸(繞組高度的兩倍加上線圈鐵心的最小外觀尺寸)比其長度要大。根據所列舉的例子，繞組高度H至少是線圈長度L(沿線圈軸)的兩倍。根據所列舉的另一個例子，繞組高度H至少是線圈長度L的三倍，比如可以至少是它的五倍。
[0020]在這些需考慮電磁功率密度的部件((軟)磁以及導電部件)的幾何形狀方面，該驅動器的特點是，與移動方向相平行有兩個幾乎相互垂直的鏡面(對稱面)，因此，它們的交線(也等同于縱軸)是一個二重旋轉軸，其走向是與移動方向平行的。(電樞是滑動地安放在定子鐵心上的，因此，電樞和定子形成了一個滑動軸承或者配備了類似的滑動軸承)。
[0021]從這個對稱條件中可得出，定子線圈是成對固定在定子鐵心上的:固定在第二個鐵心上的第二個扁平線圈屬于固定在第一個鐵心上的第一個扁平線圈所有。與亥姆霍茲線圈相比，這些定子線圈必須同一方向進行通電，那么根據本發(fā)明，這兩個線圈在運行時就可能產生盡可能相同大的磁化力(盡量使用相同的定子線圈，并且將它們進行串聯，用這樣簡單的方法即可實現)。在開關過程中在給定子線圈進行相同方向的通電時，從第一個線圈的鐵心中會產生磁通量(串接)，然后橫向通過位于空隙中的扁平式電樞以及電樞線圈，并且進入第二個定子線圈的鐵心。(這也同樣適用于第二個線圈，由于這個對稱條件，引入到第一個和第二個定子線圈是隨意的)。磁軛再次通過定子鐵心和電樞。為了將電樞從行程起始位置推向行程終端位置(接通過程)，位于定子線圈間的電樞線圈需與定子線圈反向通電，這樣它(們)就可產生一個盡可能與所屬的定子線圈一樣大的磁化力。根據本發(fā)明，必須對供電這樣進行分配，使得位于電樞和定子線圈之間的軟磁材料在接通過程期間達到磁飽和，并且局部達到一個超過軟磁材料飽和極化強度的磁通密度。
[0022]定子鐵心和電樞必須這樣進行配備，使得由定子線圈和電樞線圈產生的磁場沒有流經值得一提的氣隙。制造誤差最多產生一個非常小的氣隙。
[0023]在行程起始位置上，電樞線圈和所屬的定子線圈并不是同軸放置的，更多的是向行程終端位置移動(比如，一般的繞組高度0.5*H);根據本發(fā)明，可以對所有線圈這樣進行通電，使得電樞線圈和定子線圈從行程起始位置沿著旋轉軸離開，在這里作用于電樞線圈的力由它傳輸到電樞上，并且將其推向行程終端位置。如果想要回到行程起始位置，那么可將所有電樞和定子線圈進行相同方向的通電，這樣就會(額外)產生一個吸力。
【附圖說明】
[0024]接下來將借助于附圖中所列舉的例子對本發(fā)明進行進一步的闡述。這些圖示的比例不一定是正確的，并且本發(fā)明也并不僅局限于所描述的這些方面。我們更注重的是對這些以本發(fā)明為基礎的原理的進行描述。附圖展示的是:
[0025]圖1按照本發(fā)明一個例子的線性執(zhí)行器的縱向剖面圖；
[0026]圖2圖1中的執(zhí)行器的電樞的俯視圖；
[0027]圖3不同狀態(tài)下圖1中的執(zhí)行器的模擬B場(圖表3a到3e)；
[0028]圖4帶有兩個不同的充電電壓的驅動電路的第一個例子；
[0029]圖5帶有兩個不同的充電電壓的驅動電路的第二個例子。
[0030]在這些圖中，相同的附圖標記表示具有相同或者類似含義的相同的或者類似的組件。
【具體實施方式】
[0031]接下來將借助于線性驅動器的一個典型例子來對本發(fā)明進行進一步的說明。圖1所示的是一個驅動器范