控制電磁體磁通量的方法以及執行所述方法(變量)的電磁體的製作方法

2023-05-16 02:07:36 1

專利名稱：控制電磁體磁通量的方法以及執行所述方法(變量)的電磁體的製作方法
技術領域：
本發明涉及磁路系統，尤其涉及控制電磁體磁通量的方法以及執行所述方法的電磁體結構。
給出的本發明可以優選用於機電領域的執行裝置，尤其用於磁力起動器、接觸器和真空開關、用於保險箱、汽車、門等裝置的封鎖的鎖定裝置，以防非法侵入，還用於超越聯軸器、連接聯軸器(connecting coupling)、制動機構以及其它結構。
在所述結構中，執行機電驅動功能的電磁體包括在鐵磁性材料的磁性導軌上的磁力線圈，至少具有一個氣隙。當對磁性導軌的鐵磁性材料的磁力線圈施加電壓時，在磁性導軌中產生的磁通量吸引可移動鐵芯。當從磁力線圈的繞組撤開電壓時，磁通量消失，結果，吸引鐵芯的力消失，在回彈力作用下，鐵芯回到其初始位置。
一種控制具有中繼牽引特性(relay pulling characteristic)的電磁體的磁通量的方法為大家所知，該中繼牽引特性由磁性導軌中磁通量的值的穩定水平來決定，該裝置至少部分包括硬磁性材料並且至少具有一個氣隙，通過給磁力線圈的繞組提供控制電流脈衝，可以獲得磁性導軌可移動部分-電磁體鐵芯的吸引力，參見例如1997.12.18的DE19639545A1，申請人是ICON，AG PRAZISIONSTECINIC(1)。
該已知方法不是充分有效的。這是因為在控制磁性導軌中的磁通量時，根據該方法，沒有提供電磁體的磁性導軌的閉合電路，在末端位置固定鐵芯可移動部分是採用機械方法，換句話說，是使用機械方法，具體而言是通過使用球的方法，該球通過環(ring)彈性偏置並且在電磁體的磁性導軌可移動部分的端部位置中進入相應的環凹槽。結果，由於增加了機械磨損而無法相對充分地利用其可靠性，這會導致增加操作失敗以及在失敗前壽命降低的可能性，限制了推力和吸引力的值。
此外，該已知方法不能確保氣隙以及相應的磁性導軌閉合磁路的最小化。
根據技術組合和獲得的結果，與所請求方法最接近的方法是用中繼牽引特性控制電磁體的磁通量，該中繼牽引特性由磁性導軌中磁通量值的穩定水平來決定，該裝置至少部分由硬磁性材料形成並且至少具有一個氣隙，通過給磁力線圈的繞組提供控制電流脈衝的方法，可以獲得磁性導軌可移動部分-電磁體鐵芯的吸引力。參見例如1997.09.10的歐洲專利EP 0794540A1，申請人是HARTING K Ga A CNJK，TW 2 CNIJRB，實用新型(2)。
在用於控制電磁體的磁通量的已知方法中，部分地排除了上述缺點，因為它提供了更高的使用可靠性。但是，由於電磁體的實用可能性相對不足，該已知方法的效果仍然相對不足。這是因為，由於在電磁體的磁路中總是存在氣隙，該已知方法也沒有提供電磁體的磁性導軌的閉合磁路。此外，在磁力線圈引起磁性導軌中的磁通量變化的情況下，該已知方法不能提供對磁性導軌的硬磁性材料再磁化、退磁或進行其它操作的可能性。
已知一種傳動裝置，優選是磁驅動的電磁體，形成為在具有不可移動的定子、可移動鐵芯和至少一個氣隙的合成磁性導軌上的至少一個磁力線圈，其中至少部分磁性導軌形成為硬磁性材料的插入件，可以通過給磁力線圈的繞組提供不同極性電流的短期脈衝使其交變磁化來控制磁性導軌中的磁通量，參見例如1997.12.18的DE19639545A1，申請人是ICON，AGPRAZISIONSTECINIC(3)。
該已知的電磁體沒有提供閉合的金屬結構，因而由於足夠高的磁漏以及由於在氣隙中磁能的大量損耗而降低了其效能。此外，該已知電磁體的結構不具有「磁存儲(magnetic memory)」能力(這裡和此後術語「磁存儲」用於表示合成磁性導軌積聚由磁力線圈引起的磁通量水平的磁能)。
還已知這種傳動裝置尤其是磁性裝置的電磁驅動的電磁體，其形成為在具有不可移動的定子、可移動鐵芯和至少一個氣隙的合成磁性導軌上的至少一個磁力線圈，其中至少部分磁性導軌形成為硬磁性材料的插入件，可以通過給磁力線圈的繞組提供不同極性電流的短期脈衝使其交變磁化來控制磁性導軌中的磁通量，參見例如1997.09.10的EP0794540A1，申請人是HARTING KgaA CNJK，TW2 CNIJRB(4)。
在這個電磁體的已知結構中，部分鐵芯是由硬磁體材料組成。但是，該已知電磁體的這種合成磁性導軌沒有提供磁性導軌的閉合磁路，由於在鐵芯和蓋子之間存在滑動軸承，而且因此在磁性導軌中存在永久性氣隙。此外，該已知電磁體的效率不足，因為在其磁性導軌中使用了永磁插入件，該插入件以其磁極嚴格取向來安裝，具體而言是「S」和「N」極，這使得鐵芯向圓柱體底部位置「靠近」。由於這一點，以及此外由於存在該磁性導軌的軟磁性材料的平行分支，該平行分支穿過永磁體-環形磁性插入件中間，因此，其磁性導軌的硬磁性材料不能交變磁化，換句話說，不能退磁，結果，它因此無法從磁力線圈一側對硬磁性材料實施任何控制操作，因為磁力線圈產生的磁通量在磁性導軌中通過磁阻最小的路徑，具體而言是通過導磁率最大的軟磁性材料的平行分支中的路徑。結果，該已知電磁體的磁性導軌不具有在磁性導軌中的磁通量為「零」的性能(這裡和此後術語「零」用於磁通量等於零或N＝0的情況)。換句話說，當在磁力線圈的繞組中的電流脈衝缺乏時，在已知電磁體合成磁性導軌中的磁通量的值不足以提供吸引可移動鐵芯所需的力，因為在該已知電磁體中的吸引力相當於簡單雙極永磁體產生的力。從底部釋放鐵芯，或者換句話說，鐵芯的回覆是通過形成磁通量方向相反或者換句話說相對的磁力線圈、補償硬磁性插入件一直產生的磁通量來提供的。因此該已知電磁體具有保持力相對較低、在使用時不夠穩定以及功能不足的缺點。
根據技術組合和得到的結果，最接近所要求的裝置是一種已知的執行(executing device)裝置尤其是磁驅動的電磁性裝置的電磁體，形成為在具有不可移動的定子、可移動鐵芯和至少一個氣隙的合成磁性導軌上的至少一個磁力線圈，其中至少部分磁性導軌形成為硬磁性材料的插入件，可以通過給磁力線圈的繞組提供不同極性電流的短期脈衝使其交變磁化來控制磁性導軌中的磁通量，參見例如2000.02.03的國際專利申請PCT/UA00/0005H01F7/16，7/124 E05B47/02，申請人是BABICH，N.S.-實用新型(5)。
在這種結構中，部分消除了上述缺陷。但是，其效率不足，因為硬磁性材料插入件處於磁性導軌的可移動部分上，或者換句話說處於鐵芯上。因此，在鐵芯和與磁力線圈的繞組的匝圈有關的硬磁性材料插入件位移時，在線圈繞組中引起了互感的電動力，這在電磁體磁性導軌中引起了磁通量，該磁通量朝向主(main)磁通量或者換句話說是由相同線圈產生的控制磁通量。在這種情況下，所述磁通量矢量具有基本相同的大小，但是相位不同。因此，最終的磁移動力(此後稱為MMF)和磁性插入件產生的吸引力減小。因此，該已知的電磁體結構的使用效率實際上不高。此外，該已知結構的缺點在於所述互感的MMF不能提供關閉電磁體磁系統的頻率，因為隨著關閉和回復鐵芯到初始位置，硬磁性材料插入件相對無電流磁力線圈的匝圈移動，從而在線圈的繞組中感應出電流並磁化其本身，或者換句話說沒有完全「歸零」，這會引起未經許可的吸引鐵芯。
本發明的基礎是通過減少能量消耗的方法、通過減少失敗次數並提高失敗之前的服務壽命來提高可靠性的方法、通過增加大量尺寸參數方法以及通過提供電磁體實用性或者換句話說擴大其實用可能性的方法來提高使用效率的目的。
在該發明中實現了這個目的，其中，具有中繼牽引特性地控制電磁體的磁通量的已知方法中，該中繼牽引特性由合成磁性導軌中磁通量值的穩定水平來決定，該裝置至少部分由硬磁性材料形成並且至少部分具有一個氣隙，通過給磁力線圈的繞組提供控制電流脈衝的方法，可以獲得電磁體磁性導軌可移動部分的吸引力，根據本發明，使用了具有至少保持兩個磁化穩定狀態的性能的硬磁性材料，而且，作為控制電流脈衝，在電磁體合成磁性導軌的磁力線圈中至少提供了兩種短期脈衝，其中，在提供第一脈衝時，提供了磁性導軌的閉合磁路，由於磁性導軌的氣隙最小化而使其磁阻最小化，因而使磁性導軌中的磁通量最大化並且轉變成一種穩定狀態，其特性在於在磁性導軌中磁通量的最大值，該值對應於控制脈衝操作的能量，由於電磁體合成磁性導軌保持在這種穩定狀態下的可能性以及通過提供其保持力直到提供另一控制電流脈衝，其能量特性在於其大小足以將磁性導軌轉變到另一穩定狀態，該另一穩定狀態的特性在於與其相對應的另一大小的磁通量以及與其相對應的另一大小的保持力。
還通過以下方法實現了設定的目的，其中在磁力線圈的繞組中提供第一控制電流脈衝，使得合成磁性導軌中的磁通量最大化直到氣隙最小化，以及還有在氣隙最小化之後在磁力線圈的繞組中提供第一電流控制部分，使得合成磁性導軌中的磁通量最大化。
還通過以下方法實現了設定的目的，其中在電磁體合成磁性導軌中提供其大小為其優選值水平的控制磁通量，直到磁性導軌的磁路閉合，該控制磁通量是由電磁體磁力線圈的繞組中的第一控制電流脈衝引起的，該控制磁通量是產生電磁體吸引力所必須的，而且它一直維持在該水平直到消除氣隙並磁化磁性導軌材料，此後從磁力線圈的繞組去掉電子脈衝電壓，由於合成磁性導軌材料的「磁記憶」可以獲得保持力，從而提供電磁體的保持力，該保持力的值是F≤0.98Fmax，其中Fmax是磁力線圈的繞組產生的磁通量的最大值。
還通過以下方法實現了設定的目的，其中由於改變控制脈衝的參數提供可以為電磁體提供必需的力所要求的控制脈衝功率，這些參數選自脈衝振幅、其寬度、其形狀以及它們的組合構成的組。
此外，通過以下方法實現了本發明目的，其中給磁力線圈的繞組提供與第一控制脈衝的特性相比具有不同能量特性的第二控制電流脈衝，並且磁性導軌轉變成另外一種穩定狀態即第三穩定狀態，第三穩定狀態的特徵在於對應於合成磁性導軌中磁通量的大小並且對應於保持力的大小。
還通過以下方法實現了該目的，其中，通過在磁力線圈的繞組中提供在磁性導軌中提供磁場強度的控制電流脈衝，使磁性導軌轉變為其特徵在於磁性導軌中的磁通量大小為零的穩定狀態，該磁場強度等於磁化曲線上的矯頑力並且對應於保持力的大小。在該過程中，合成磁性導軌的一個穩定狀態是其初始狀態，該初始狀態是以其大小等於初始值的磁通量和與其對應的保持力的值為特徵的。
在該過程中，還通過以下方法實現了該目的，其中反極性的第二控制電流脈衝的功率P2比順極性的第一控制脈衝的極性功率P1小2:5倍，並且對應於P1＝(2)5)P2。
在磁力線圈的繞組中的順極性第一控制電流脈衝的周期t1和相應的反極性第二控制脈衝t2以及相應的在電磁體合成磁性導軌中磁通量脈衝的周期的大小是這樣的，該大小不超過磁性導軌可移動部分轉變過程的時間常數 的三倍，即和 其中 是轉變過程的時間常數。
作為第一控制電流脈衝，可以以一組周期性調諧脈衝的形式提供給磁力線圈的繞組，該組周期性調諧脈衝的振幅和/或包絡線從零振幅開始加大。
作為第二控制電流脈衝，可以以一組周期性調諧脈衝的形式提供給磁力線圈的繞組，該組周期性調諧脈衝的振幅和/或包絡線減小到零振幅。
此外，通過以下方法實現了該目的，其中，在該已知運行驅動的電磁驅動的電磁體中，該電磁體由具有不可移動的定子、可移動鐵芯和至少一個氣隙的合成磁性導軌上的至少一個磁力線圈形成，其中至少部分磁性導軌形成為硬磁性材料的插入件，可以通過給磁力線圈的繞組提供不同極性的短期電流脈衝使其交變磁化來控制磁性導軌中的磁通量，根據本發明，該磁性導軌可以在由於鐵芯往複線性位移而使氣隙最小化的情況下閉合磁通量，其中該定子形成為至少一個硬磁性插入件固定在其上的平底面，鐵芯形成為至少有兩個棒端部固定於其上的鋼板。
該電磁體還具有在線圈繞組中的電流斷路器，形成為通常的閉合接觸器(closed contact)，該閉合接觸器在磁力線圈的繞組的供電電路中串聯連接，該電磁體還具有接觸器開關，在底面中心形成了開口讓接觸器開關通過，其中鐵芯具有固定於鐵芯上的接觸器推進器和回復彈簧。
為了改變磁力線圈的繞組中電流脈衝的周期並打開和/或關閉電磁體，電流斷路器還具有通常的閉合接觸器，該閉合接觸器在磁力線圈的繞組的供電電路中串聯連接，而接觸器開關形戍為上端牢固地與線圈連接的推進器，其中在底面中心提供了用於接觸器開關的開口。
還通過以下方法實現了本發明的目的，其中，鐵芯形成縱截面為∏形的平板，側面棒端部連接到該平板，其中定子形成為具有硬磁性材料的插入件的棒。
還通過以下方法實現了本發明的目的，其中，該磁性導軌形成為兩個平板、至少兩個棒和至少一個硬磁性材料插入件，其中，該鐵芯形成縱截面為∏形的一個平板，兩個棒的端部與其相連，而定子形成為第二平板，該第二平板具有與其相連的硬磁性材料的至少一個插入件。
還通過以下方法實現了本發明的目的，其中，該磁性導軌形成為兩個平板，一個硬磁性材料插入件連接一個平板，至少三個棒的上端連接到第二自由平板，從而形成縱截面為 形的鐵芯，可以在氣隙最小化的情況下閉合磁路。
還通過以下方法實現了本發明的目的，其中，鐵芯形成為縱截面為 形，其中至少兩個磁力線圈優選設置於鐵芯末端棒上，可以在中心棒中產生一致的磁通量。
還通過以下方法實現了本發明的目的，其中，該磁性導軌還具有設置在鐵芯所有棒上的磁力線圈，這些磁力線圈之一的繞組與其它磁力線圈的繞組相反地連接。
還通過以下方法實現了本發明的目的，其中，該磁性導軌還具有設置在中心棒上的磁力線圈，該磁力線圈的繞組與設置在末端棒上的線圈相反地連接。
此外，還通過以下方法實現了本發明目的，其中，在該已知運行裝置的電磁性導軌的電磁體中，該電磁體形成為在具有不可移動的定子、可移動線圈和至少一個氣隙的合成磁驅動上的至少一個磁力線圈，其中至少部分磁性導軌形成為硬磁性材料的插入件，可以通過給磁力線圈的繞組提供不同極性的短期電流脈衝使其交變磁化來控制磁性導軌中的磁通量，根據本發明，該磁性導軌可以在由於沿著弧線尤其是圓圈的鐵芯往複線性位移而使氣隙最小化的情況下閉合磁通量，並且該電磁體具有形成為盤狀的外殼，其上至少設置一個磁系統，以片段的形式，尤其是以其中形成了通路凹槽(passage-slot)並且通路凹槽沿著圓圈弧線同軸地設置的形式，磁力線圈設置在外殼中，該鐵芯設置在該通路凹槽中並形成為具有頂部和反向彈簧的棒，並且該鐵芯形成為凹槽的形狀，可以沿著其中的圓圈的弧線往復位移，硬磁性材料插入件設置在通路凹槽底部，並且固定於與鐵芯位移的方向垂直的其側壁，並且限制其位移。
此外，還通過以下方法實現了本發明目的，其中，在上述已知運行裝置的電磁驅動的電磁體中，該電磁體形成為在具有不可移動的定子、可移動鐵芯和至少一個氣隙的合成磁性導軌上的至少一個磁力線圈，其中磁性導軌的至少一個部分形成為硬磁性材料的插入件，可以通過給磁力線圈的繞組提供相同極性的兩個短期電流脈衝使磁性導軌交變磁化來控制磁性導軌中的磁通量，根據本發明，形成該磁性導軌，使得氣隙由於鐵芯相對定子往複線性位移而最小化，該定子形成為具有至少一個棒的中空杯，優選為圓柱形杯，棒的至少一部分包括硬磁性材料，並且棒的一端固定到杯的底部，而另一端形成在具有圓柱體端部的一個平面內，其中，至少一個磁力線圈環繞該棒，鐵芯設置在杯外部並形成為平板，可以在氣隙由於鐵芯相對定子往複線性位移而最小化時閉合磁路。
作為可移動的定子，可以使用金屬屑(scrap)或負載(load)的結構元件。
還通過以下方法實現了本發明的目的，其中，在該已知運行裝置的電磁驅動的電磁體中，該電磁體形成為在具有不可移動的定子、可移動鐵芯和至少一個氣隙的合成磁性導軌上的至少一個磁力線圈，其中至少一部分磁性導軌形成為硬磁性材料的插入件，可以通過給磁力線圈提供不同極性的短期電流脈衝使磁性導軌交變磁化來控制磁性導軌中的磁通量，根據本發明，形成該磁性導軌，使得該磁性導軌在氣隙由於鐵芯相對定子可旋轉地位移而最小化時可以閉合磁通量，其中，該磁性導軌的定子形成為具有至少一個棒的杯，棒的部分包括硬磁性材料，並且棒的一端連接到杯的底部，而另一端形成在具有圓柱體端部的一個平面內，其中，至少一個磁力線圈被棒環繞，鐵芯設置在杯外部並形成為平板，可以用蓋閉合該杯，而且形成了「杯-蓋」的體積閉合的導磁性結構，可以改變鐵芯和定子之間摩擦力的力矩。
還通過以下方法實現了本發明的目的，其中，在該已知運行裝置的電磁驅動的電磁體中，該電磁體形成為在具有不可移動的定子、可移動鐵芯和至少一個氣隙的合成磁性導軌上的至少一個磁力線圈，其中至少一部分磁性導軌形成為硬磁性材料的插入件，可以通過給磁力線圈的繞組提供不同極性的短期電流脈衝使磁性導軌交變磁化來控制磁性導軌中的磁通量，根據本發明，形成該磁性導軌，使得該磁性導軌在氣隙由於鐵芯相對定子往複線性和/或旋轉位移而最小化時可以閉合磁通量，其中，該磁性導軌的定子形成為杯，有磁化鐵芯設置在杯的空腔中，而且杯的底部形成為硬磁性材料的插入件，而鐵芯形成為該杯的蓋，該杯連接到棒的端部，該棒同軸地設置在該線圈的內部空腔中，其中，形成該磁性導軌，使得磁性導軌在棒的自由端和杯底接觸的同時可以用蓋來閉合該杯，形成體積閉合的導磁性結構「杯-蓋-棒-杯底」。
還通過以下方法實現了本發明的目的，其中，該杯底由硬磁性材料形成，杯的外側具有軟磁性材料層，可以增加垂直於磁性導軌方向的杯底的截面積。
還通過以下方法實現了本發明的目的，其中，杯底至少部分形成為硬磁性材料插入件，可以改變鐵芯和定子的摩擦力。
最後，通過以下方法實現了本發明的目的，其中，杯的至少部分側壁由硬磁性材料形成，並且鐵芯形成為可以往複線性位移，可以改變鐵芯和定子的摩擦力的力矩。
本發明的實施提高了使用效率，因為減少了能量消耗，因為減少失敗和提高失敗之前的服務壽命而提高了可靠性，因為改善了大量尺寸參數，以及通過提高電磁體的實用性，或者換句話說擴大了其實用可能性。


以下通過

發明的權利要求項(claimed group)，其中圖1是所要求電磁體合成磁性導軌的磁路的等效圖；圖2是表徵所要求具有合成磁性導軌的電磁體過程的參數的時序圖；圖3是所要求電磁體合成磁性導軌硬磁性材料磁化和能量消耗的示意性曲線，具體而言，該硬磁性材料是以下合金31號的UN13 DK24、32號的UN15 DK25BA、33號的UNDK35 T5BA、34號的28 CA250(FeBa)、35號的KSP37A(SmCo)和36號的NdFeB；
圖4是合成磁性導軌硬磁性材料和軟磁性材料的電磁性能的圖表；圖5-8是具有多棒合成的磁性導軌並且鐵芯線性往復位移的電磁體的正面圖、縱向截面圖(圖5、7和8)和相應的俯視圖(圖6)；圖9和10是具有合成磁性導軌並且鐵芯往復旋轉位移的電磁體的正面圖(縱向截面圖)和相應的俯視圖(橫截面圖)；圖11和12是具有多個棒合成的磁性驅動並且鐵芯往複線性和/或往復旋轉位移的電磁體的正面圖和相應的俯視圖；圖13-16是具有單個棒的合成磁性導軌並且鐵芯往複線性和/或往復旋轉位移的電磁體的正面圖和縱向截面圖；圖17-21是硬磁性材料磁疇結構中發生的作用的示意圖；圖22-25是根據西歐標準的燒結和鑄造硬磁性材料性能的表格，該西歐標準相應於前蘇聯國家包括烏克蘭認可的標準。
具體實施例方式
本發明的權利要求項的重要特性在於其實施必須滿足以下條件1、氣隙必須最小化，這一方面意味著分散場最小化，另一方面意味著形成閉合磁路，該磁路由互相串聯鐵磁連接的獨立部分組成，具有等效磁路的幾乎最小化的總磁阻，因此所有磁通量通過等效磁路的每一部分。
2、在圖5-16中所要求電磁體的閉合磁路的鐵磁性必須包括軟磁性和硬磁性材料的組合，因為僅用硬磁性材料例如合金KSP37A(SmSo)或UNDK15、UNDK18S、UN13DK24、UN13DK25、UN14DK25等來形成電磁體的磁路會大大增加成本從而降低所要求發明的效率。
此外，在這種情況下，還必須花費更多能量來交變磁化電磁體磁性導軌的硬磁性材料。
3、上述在圖5-16中電磁體磁路中的軟磁性和硬磁性材料的組合必須這樣選擇，使得一方面可以使磁路的硬磁性插入件交變磁化，從而使磁性導軌由於硬磁性材料的「磁記憶」而(從多個)轉變到一個穩定狀態，另一方面可以使磁性導軌在最小能量損耗並且不用特殊裝置的情況下回復到磁化的原始狀態。在每個這些情況下，軟磁性材料作為磁性導軌的主要成分，具有相對較高的導磁率和相對低的成本，通過使用硬磁性材料來提供「磁記憶」，因為硬磁性插入件基本上完全積聚磁力線圈產生的磁能。
4、為了有效利用磁能，提供了磁通量完全通過硬磁性插入件的可能性，或者換句話說沒有通過軟磁性材料磁路平行分支尤其是通過氣隙的漏磁，否則所要求的方法無法實現。在這種情況下，硬磁性插入件的橫截面面積必須具有類似於磁性導軌軟磁性部分橫截面面積的大小，在最優情況下是兩者面積相等，必須根據具體給出的吸引力和保持力來計算它們的體積(它們的質量)。
5、硬磁性材料中磁場強度矢量的方向必須基本上與硬磁性插入件材料磁疇設置方向一致，或者換句話說必須滿足條件cos＝1，其中＝0是上述方向的角度；6、如果可能，合成磁性導軌所用的硬磁性材料(合金、燒結磁體等)必須具有其交變磁化所需的最小能量(參見圖3中的曲線31-35)。
7、必須在氣隙最小化時結束提供控制磁化電磁體的脈衝，或者換句話說，為了滿足保持施加給硬磁性材料的最大磁能的條件。
為了在實現本發明方法時提供硬磁性插入件的交變磁化，必須滿足所述條件1-7。因此，這也是本發明在所要求裝置中實現所要求方法的結構實施(implementation)所必須的。
根據本發明，在實現這些條件的同時實現所要求的方法，來控制電磁體合成磁性導軌中的磁通量，該控制是通過嫻熟方法實現的-通過在其磁化時將斷開的合成磁性導軌變形成具有最小氣隙的環狀閉合磁性導軌；-以及在其退磁時、或者換句話說在磁性導軌中的磁通量「歸零」時，將其反向變形成具有大氣隙的斷開的磁性導軌。
這些條件都滿足時，在所要求電磁體磁性導軌的鐵磁體上提供了磁通量環，磁力線圈產生的MMF作用所要求電磁體磁性導軌的鐵磁體上，該鐵磁體在合成磁性導軌軟磁性部分和硬磁性插入件之間，該硬磁性插入件與其串聯地接入到磁路中。因為通過這些部分中的每一個，這些部分在合成磁性導軌中互相串聯連接，通過相同的磁通量N，所以，這種再分布直接與合成磁性導軌這些部分的磁阻成正比，或者換句話說與它們的導磁率成反比(見圖1)。因為作為合成磁性導軌一部分的硬磁性插入件的導磁率比同樣的合成磁性導軌的軟磁性部分的導磁率低得多，所以基本上所有(或者大部分)MMF作用在硬磁性插入件上，或者換句話說，在硬磁性插入件中的磁場強度將非常大，其大小基本上完全由磁力線圈的繞組產生的MMF的大小來確定。這使硬磁性插入件材料的磁化值非常大，該磁化值由圖2中硬磁性插入件材料的磁化曲線上的磁感應值Bwork.nom來確定。這個磁感應值Bwork.nom提供電磁體的保持力，因為F正比於乘積Bwork.nom×S×m×cos，其中Bwork.nom是工作感應(working induction)的額定值；S是硬磁性插入件的橫截面積；m是插入質量；是磁力線圈產生的磁場強度矢量的方向和硬磁性插入件材料有秩序的磁疇位置的方向之間的角度。這些方向一致時，＝0，cos＝1。
在滿足上述條件1-7的情況下，作為這樣一種永磁體操作電磁體的合成閉合磁性導軌，該永磁體基本上磁化到磁感應的最大值，或者換句話說接近硬磁性材料的飽和磁化強度值。在這些條件下，優選由硬磁性材料例如由合金「Alnico」或者換句話說鋁(Al)、鎳(Ni)和鈷(Co)的合金形成插入件，尤其是由廣泛使用並便宜的任何合金變體形成插入件，其中，最適合實現本發明的是其交變磁化能量最低的合金，例如合金UN13DK24，該合金在圖3中用數字31表示了，其特徵在於磁感應值接近飽和磁感應大小Bmax，並相應地提供吸引力F，該吸引力超過與合成磁性導軌中插入件大小相同的同種材料構成的永磁體的吸引力的好幾倍。換句話說，對於在磁性導軌閉合磁路中使用與插入件相同的硬磁性材料的情況，磁感應大大高於磁開路，具體而言Bwork.nom∶Bmax＝10∶15。
例如，在閉合磁路中，合金UN13DK24形成的直徑為6mm高為3mm的硬磁性插入件提供2.8kg的保持力，相當於小於200g的永磁體。
在閉合磁路中，直徑為12mm高為8mm的插入件提供15kg的保持力，相當於小於1kg的永磁體。
所要求電磁體(圖5-16)的合成磁性導軌包括可移動部分1和不可移動部分2，並且在氣隙最小化時可以閉合磁路。在這種情況下，作為磁性導軌的定子(圖5-6)的不可移動部分2形成為平底面，四個插入件3安裝在其上，而且該底面由硬磁性材料KSP37A(SmCo)和磁力線圈4組成，在磁力線圈供電電路中串聯連接通常的閉合接觸器5和6，在底部2的中心形成開口7從而讓接觸器關閉的推進器8通過。作為磁性導軌鐵芯的可移動部分1形成為其(鋼St3)上安裝了棒9的鋼(鋼St3)板，形成該磁性導軌，使得可以沿著棒軸往復位移。電磁體具有兩個回復彈簧10和11，並且用塞子12從頂部閉合。使用圖5-6所示的所要求裝置得到的附加技術效果在於，可以在棒型(rod type)傳動裝置即其傳動可以與電磁體系統同軸地設置在磁力線圈之間的裝置中實現本發明。這些可以是磁力起動器、接觸器和真空開關、用於保險箱、汽車、門等裝置的塊封鎖的鎖定裝置、防止非法侵入的結構以及鎖緊閥等中的傳動裝置。與已知的電磁體結構相比，所要求的發明除了開關時刻之外，在穩定狀態下可以在磁力線圈4不消耗能量的情況下就能以脈衝模式運行。結果，最終存在顯著地增加線圈的繞組4中的電流強度(一個數量級以上)和磁線圈的大量安普迴旋的可能性並相應地增加電磁體的拉力和保持力，同時減小其質量-尺寸特性。
下面具體說明對要求的電磁體結構進行改變和實現這些結構的要求方法。它們具體圖示了進行本發明的這些方式且對於整個發明不存在任何限制。
在圖7的電磁驅動的電磁體中，線圈1形成為在縱向截面為∏形狀的鋼板(鋼10)，其中棒9由鐵芯的板1形成，定子2形成為條且裝備有硬磁性材料的插入3，也形成為安裝在定子上的合金KSP37A(SmCo)條。使用圖7示出的要求裝置獲得的附加技術成果在於擴大了其使用，例如用於提供設備的最優設置的磁起動器。
在圖8所示的電磁驅動的電磁體中，磁性導軌形成為軟磁性材料(St3)的兩個鍍層1和2。硬磁插入件3(合金UNDK15)被固定到極板2上(定子)且位於磁化線圈4的軸向通道中。鐵芯1形成為鋼(鋼10)板以及在縱向截面像III的三個棒固定它們的端部到極板1。棒9具有提供磁性導軌中的磁通量閉合的長度，用鐵芯的往複線性位移最小化氣隙。使用圖8所示要求的發明獲得的附加技術成果也在於通過它的使用，例如用於接觸器擴大了要求的電磁體的實用可能性，用最小的金屬消耗提供電磁系統的最佳設置。
利用圖9和10中所示的電磁驅動的電磁體，由於沿圓圈1的弧形，鐵芯的往復位移，形成的磁性導軌具有最小化氣隙閉合磁路的可能性，磁性導軌包含形成為圓盤的鋼(St3)殼10，具有位於它之上且形成為圓形部分11的兩個馬蹄形磁系統。每部分具有沿圓圈的弧形延伸的同軸側壁13和14的通道-槽12。磁線圈4的繞組位於外殼10中。形成為具有頂部15和復位簧16的棒的線圈1位於通道-槽12中，且形成與槽的形狀一致，在沿圓圈的弧形的槽中具有往復位移的可能性。硬磁性材料-合金KSP37A(SmCo)的插入件3位於通道-槽12的底部上並固定到它的壁17上，壁17垂直於鐵芯1的位移方向並限制它的位移。除磁化線圈4的繞組之外，退磁線圈18的繞組位於外殼10中並提供相反極性的控制脈衝。使用圖9和10所示要求的器件提供的附加技術成果在於由於產生和使用這些聯軸器的附加功能，通過例如使用溢流和爪形聯軸器中擴大了要求的電磁體的實用可能性，具體具有給定步驟的開啟、關斷、改變旋轉方向、角位移。此外，通過它用於具有調整通道的截面可能性的液壓系統閥中實現這些功能。
在圖11和12所示的電磁驅動電磁體中，利用由於與由鋼杯19(鋼St3)形成的定子有關的鐵芯的往複線性位移最小化氣隙，形成的磁性導軌具有閉合磁通量的可能性。定子設有部分地由硬磁性材料合金KSP37A(SmCo)組成五個棒9(鋼St3)，形式上插入件3連接到杯子19的底部20。每個棒9連接到插入件3且形成它的延伸部分，以致棒9的外端表面位於與杯子19的端面相同的平面。每個棒9被磁線圈4圍繞，而可動鐵芯1形成為圓盤，在鐵芯1相對於定子9的往複線性和/或旋轉位移過程中，具有其表面閉合磁驅動的磁路的可能性。電磁體的這些變型的特徵在於，可動鐵芯1可以使用金屬碎片和/或負載的結構元件，因為要求的電磁體可以用作運輸碎片及其他金屬負載的經濟方法。當形成的電磁體具有鐵芯相對於定子具有往複線性和/或同步旋轉位移的可能性時，要求的結構可以用作用於扭矩傳輸的聯軸器、用作制動機構和用於其他相似的目的。由此更擴大了要求的電磁體的實用可能性。在電磁體的要求變體中，磁線圈被連接，以致它們產生增加磁性導軌中的磁通量的座標。在對要求的電磁體的變體分析中，布置在棒9的中間上的線圈4的繞組可以被連接，具有產生相反磁通量和使用它退磁的可能性。要求的電磁體的這些變體的附加技術成果在於改變鐵芯和定子之間的摩擦力的力矩的可能性。
在圖13所示的電磁驅動的電磁體中，由於相對於定子的鐵芯往複線性和/或旋轉位移最小化氣隙，形成的磁驅動具有閉合磁通量的可能性。在此情況下定子形成為(鋼St3)杯21，底部3由硬磁性材料-合金KSP37A(SmCo)組成，並通過由非磁性材料構成的螺帽26壓緊杯子21的端面。磁線圈4同軸地位於杯子21的內空腔22中，鐵芯形成為杯子23的蓋子，連接到同軸地位於磁線圈25的容器25的內部空腔24中的鋼(鋼St3)棒9。形成的磁性導軌具有用蓋子23閉合杯子21的可能性，杯子同時接觸棒9的三個端部與杯子21的底部3，形成體積閉合的結構「杯子21-蓋子23-棒9-杯子21的底部3」以及通過可能改變鐵芯和定子之間的摩擦力力矩的磁線圈4，提供幾乎等於由磁線圈4產生的拉力的電磁矯頑力磁化硬磁性材料的底部3。圖13所示要求的電磁體的這些變體的附加技術成果在於增加行程長度，由於鐵芯的棒沿它的整個長度設置在杯子內，以及由於增加外磁場影響磁系統的幹擾保護也增加了可靠性。
在圖13所示的電磁驅動的電磁體中，由從具有軟磁層27的外側提供的硬磁性材料形成的杯子21的底部3，由於增加參與磁通量的再磁化和「存儲」的硬磁性材料的面積，因此允許增加電磁體的矯頑力。
在圖14所示的電磁驅動的電磁體中，杯子21的按鈕3由硬磁性材料組成，它從鐵芯側面的表面形成有軟磁性材料層27的絕緣體。這些允許影響鐵芯轉動，而沒有由於鐵芯和定子之間的摩擦力，在杯子21的底部3的硬磁性材料的磁疇結構中發生不可逆過程的風險。
在圖16所示的電磁驅動的電磁體中，空心鋼杯21形式的定子至少部分由環28形式硬磁性材料組成，杯子21的底部3由軟磁性材料組成並通過非磁性材料的螺帽26壓緊杯子21的端面。
使用圖16所示要求的裝置獲得的附加技術成果在於提供線性往復位移和改變鐵芯和定子之間的摩擦力力矩的可能性。
分析決定並實踐證實要求的電磁體的棒鐵芯的棒的數目增加允許它們每個的橫截面面積增加，由於對於要求的結構(例如參見圖5-16)它們的橫截面總面積是重要的。另一方面，這些棒的磁線圈的串聯連接允許減小由這些繞組提供的安培-圈繞總量，即，允許保持(甚至增加)由電磁體提供的MMF和吸引力，同時減小銅消耗，由於提供結構上明顯減小線圈的圈繞(convolution)Iav的平均長度，產生必要的安培圈繞。因此在具有可動棒鐵芯的電磁體中，使用四個杯子提供銅消耗的經濟性近似兩倍的附加效果。
此外，分析決定和實踐證實了發明的權利要求項的附加效果，其中要求的電磁體的磁化線圈的繞組提供的脈衝電源與上述效果無關，由於增加控制脈衝的電功率，允許減小銅消耗3-5倍(基於特定的結構)。這是因為電磁體的線圈上的短時脈衝作用和在提供第二控制脈衝之前線圈繞組中缺少電流，根據本發明提供不加熱磁線圈繞組的電磁體的這種熱模式開發。由此，實踐決定兩種附加效果一同提供金屬消耗減少50-90％。
要求的方法中使用的電磁體和退磁電流脈衝的電磁體允許使用合成磁性導軌的軟磁性材料，任何導磁的鋼，包括代替特殊電工鋼的常規結構鋼，沒有可移動鐵芯將粘附的風險。此外，電磁體的脈衝控制提供鋼損耗的減小(渦流、用於再磁化的損耗等)允許除去合成棒，或換句話說除去電磁體的顆粒、鐵芯。這些降低了成本，是由要求的發明提供的附加技術效果。
在當與接觸器(起動器等)的磁性條件相比較，其線圈在電壓的工作條件下磁性導軌不存在噪音和振動的兩個基本條件中，電磁體的磁線圈中沒有電流，這也代表附加的技術成果。這些導致增加開發可靠性，由於減小接觸的「低機械磨損」和部分電驅動，結果增加發明的權利要求項的效率。
與電磁體的牽引性能和矯頑力相比較，提供短期控制電流脈衝到要求的電磁體的磁線圈允許顯著地減小要求的電磁體的金屬消耗和允許增加控制脈衝的電流強度。這些是通過要求的發明提供的另一附加技術成果且在於質量-尺寸性能的顯著減小。
電磁體可移動部分的質量減少以及同時顯著減少代替金屬部分的機械接觸的鉚釘的可能性也有助於提高效率。此外，磁線圈的內空腔中的鐵芯棒的氣動制動效果是使用有助於它的發明的權利要求項的附加技術成果。
使用要求的發明的附加技術成果是在接觸器、開關等裝置中使用本發明的情況下，要求的發明導致首先接觸器的接觸壓力不取決於電源電壓的減少，其次由於它在無電流的和不使用電能的工作條件中，因此電壓的增加不能導致接觸器的磁線圈繞組變熱。
下面提出的定性-定量分析必須考慮實現要求的方法的實例和要考慮要求的電磁體。從這些分析，在要求的電磁體合成磁性導軌中控制磁通量的要求方法的特性和要求的電磁體的結構特性變得更加清楚。
至於磁路的分析，在磁體和電路之間使用類似設備是方便的和可接受的。在此情況下磁路通常是代表電路中的電流流動的電示圖，電學地類似於分析的磁路。分析下面那些類似的電路。圖1所示的電路表示要求的電磁體的合成磁性導軌的等效閉合磁路。在此情況下該磁性導軌至少部分地由硬磁性材料組成。下面給出這些電路的分析，存在串聯元件。由硬磁性材料組成的部分磁性導軌(在圖1的示圖上)顯示為磁動力(MMF)的來源和磁性材料的磁阻RT，而由軟磁性材料組成的部分磁性導軌顯示為磁阻Rm。圖1所示的合成磁性導軌的氣隙相應地作為磁阻R3。為了簡化分析，假定磁通量、渦流及用於解釋的其他非重要現象的損耗有條件地考慮在氣隙的磁阻R3內。然後分析電路的磁動力MMF的數量與磁性導軌材料的剩餘磁化強度成正比，相應的硬磁性材料、軟磁性材料的磁阻RT、RM、R3的數量與硬磁性材料的相應導磁率T，軟磁性材料的相應導磁率M以及氣隙的相應導磁率3成正比。此外，它們相應地與硬磁性材料、軟磁性材料的電力磁力線的持續時間(長度)以及氣隙的數量成正比。顯然隨著氣隙的持續時間增加，這些氣隙的磁阻R3也按平方比率增加，反之亦然，隨著氣隙的持續時間(數量)減小，這些氣隙的磁阻R3將根據該比率減小。
圖2示出了該參數的時間圖，其特徵在於在實現控制電磁體的磁通量的要求方法的過程中，在至少部分由硬磁性材料組成的所要求的電磁體的合成磁性導軌中發生物理作用。示圖I(t)表示磁化線圈的繞組中電流的控制脈衝的時間相關性，或換句話說電流的數量與時間的相關性。類似地，示圖H(t)示出了磁場的電壓的時間相關性。示圖T(t)表示硬磁性材料中的導磁率的時間相關性。示圖M(t)表示軟磁性材料的導磁率的時間相關性。示圖RM(t)表示硬磁性材料的磁阻的時間相關性。示圖R3(t)表示軟磁性材料的磁阻的時間相關性。示圖R3(t)表示氣隙的磁阻的時間相關性。示圖RE(t)表示合成磁性導軌的總磁阻的時間相關性。示圖MMF(t)表示在磁性導軌中起作用的磁動力的時間相關性。示圖N(t)表示磁性導軌中的磁通量的時間相關性。示圖BT(t)表示硬磁性材料中的磁感應的時間相關性。示圖BM(t)表示軟磁性材料中的磁感應的時間相關性。示圖F(t)表示吸引鐵芯的電磁力的時間相關性。示圖*(t)表示氣隙數量的時間相關性。
從時間點t1，在磁線圈的繞組中磁場的電壓H開始增加到由電流I的控制脈衝的振幅決定的值。相應於時間t1時磁場電壓H的增加，硬磁性材料的導磁率:T從值:0開始增加到值:max，隨後通過硬磁性材料的飽和使得它減小最小數量:min。類似變化出現於軟磁性材料的導磁率:M。在該過程中，沒有清楚地表示飽和度的軟磁性材料的導磁率:M增加到大於清楚地表示飽和度(參見圖2和圖表1)的硬磁性材料的導磁率:T的1.5-2倍。硬磁性材料的磁阻RT和軟磁性材料的磁阻RM的時間變化表示這些值與相應的導磁率成反比且相應地示出在時間圖RT(t)和RM(t)上。如從時間圖RT(t)和RM(t)可以看出，所述的磁阻在時間t1時刻開始減小，該減小持續到電流值RT(t)和RM(t)達到由最大導磁率:max的數量決定的值，其中軟磁性材料的磁阻假定它的最終值比硬磁性材料的磁阻值低1.5-2倍。至少部分由硬磁性材料(參見圖1)組成的合成磁性導軌的總磁阻RE可以表示為硬磁性材料RT、軟磁性材料RM和氣隙R3的磁阻總和。應該注意氣隙的磁阻值R3是與氣隙*數量的平方成正比的函數，且在時間t1時開始減小，同時在時間t2時達到它的最小值。在同一時間段，氣隙R3的磁阻數量達到它的最小值。
在時間t1時刻硬磁性材料中的磁感應BT的數量和軟磁性材料中的磁感應BM的數量以及磁性導軌中的磁通量N的數量以及磁動力MMF的值開始增加，由於磁場強度H的電壓增加和磁性導軌RE的總磁阻減小，在磁場H的電壓增加結束以及硬磁性材料和軟磁性材料的磁化過程結束以及氣隙的最小化過程結束之後它的增加結束。吸引力F1是磁通量的函數且與氣隙的平方量成反比，在時間t1時刻也開始增加，且通過氣隙的最小值達到它的最大值。
上述物理量保持它們的值到時間t3時刻，即結束磁線圈的繞組中電流的控制脈衝作用的時刻。在該時刻t3，磁場的電壓H和磁場強度MMF開始減小。但是，這些減小受硬磁性材料保持磁化作用限制，接著硬磁性材料的磁化數量受由於磁場的高電壓H保持的磁性導軌的低總磁阻RE限制。由此通過那些和之前未知的實踐發現一個事實，即，在上述數量之間存在正反饋且具體在H、BT、BM、:T、:M、RT和RM之間存在正反饋。這些數量互相防止彼此減小。
因此，隨著磁場H的電壓減小(參見圖2)，硬磁性材料的剩餘磁感應(磁化強度)產生其數量更大的磁動力MMF，更大的BT。在磁性導軌的閉合磁路BT中(例如參見圖1)磁動力MMF產生磁通量N，其值是φ＝MMF/RE(1)其中RE是圖1上的等效磁路的總磁阻。
同時RE＝RT+RM+R3(2)其中RT-磁性導軌的硬磁性材料的磁阻RM-磁性導軌的軟磁性材料的磁阻；R3-氣隙的磁阻由於這些，磁通量N決定軟磁性材料的磁化作用。上述現象的結果是磁性導軌的相應硬磁性材料的導磁率:T和軟磁性材料的導磁率:M幾乎與圖2中的時間t1至t2的間隔相同。因此，在再磁化過程中，即，在磁化和退磁化過程中，硬磁性材料的磁阻RT和相應的軟磁性材料的磁阻RM幾乎不改變。由於氣隙*值保持最小(最小化)，氣隙的磁阻R3和圖1的磁驅動的等效閉合電路的總磁阻保持它們的值為接近圖2中的時間t1至t2的間隔中出現的值。本發明的發明人發現了合成磁路的這些新性能對於發明的權利要求項，控制電磁體的合成磁性導軌中的磁通量的要求方法和使用該方法的電磁體的要求結構具有很大的重要性，由於它決定所謂的「鎖效應」或類似於「觸發效應」的效應。由於上述過程，磁通量H的電壓、硬磁性材料和軟磁性材料中的磁感應BT和BM的數量、磁動力MMF、磁通量N和電磁體的吸引力F保持它們的值為時間t3時刻的值的80-98％。所述條件僅僅是磁性導軌的穩定條件之一。保持該穩定條件直到在時間t4時刻提供第二控制脈衝到磁線圈中。
在第二控制脈衝必須具有相反(當與第一控制脈衝相比較時)極性和它的數量I必須提供等於硬磁性材料的矯頑力Hc(參見圖H(t)的磁場電壓H的檢查情況中。在時間圖中，該條件對應於時間段t5。在該時間段，完成硬磁性材料的退磁，即電流值BT達到值BT＝0，同時硬磁性材料的導磁率:T和軟磁性材料的導磁率:M、硬磁性材料的磁阻RT和軟磁性材料的磁阻RM、氣隙的磁阻R3和磁性導軌的總磁阻RE、硬磁性材料的磁感應強度BT和軟磁性材料的磁感應強度BM、磁通量N、氣隙*的吸引力F和數量經受改變，具有與t1至t2的時間間隔內描述的改變相反的性質，不予考慮磁性導軌的鐵磁材料的再磁化，即，不予考慮鐵芯的軟磁性材料的再磁化特性和插入件的硬磁性材料的再磁化特性。磁通量N＝0的電流值和其他參數的所述值表徵電磁體的第二穩定條件。
時間圖I(t)示出了在磁線圈的繞組中第二控制電流脈衝在時間t7時刻開始作用，類似於t3至t4間隔描述的穩定條件再一次提供第三穩定條件，具有磁通量N的矢量的方向與時間t3至t4間隔描述的方向相反的差異。對於這些(第三)穩定條件的獲得，在磁化線圈的繞組中必須提供其極性與時間t1至t2的間隔中出現的極性相反的控制脈衝，具有足夠再磁化硬磁性材料的振幅，或換句話說具有大於HT的振幅(參見圖2，t4至t6的時間間隔中的時間圖H(t))。在t3至t4的時間間隔中的圖2所示的參數時間相關性將與時間t1至t2的間隔中的相同，具有磁場H的電壓、磁通量N、硬磁性材料的磁感應強度BT和軟磁性材料的磁感應強度BM具有相反極性的差異。
要求的電磁體(圖5-16)按以下方式工作。
當電壓提供到磁線圈的繞組4並激發電磁體的合成磁性導軌中的磁通量時，根據提供的控制電壓的極性產生吸引固定定子2的磁系統的可動鐵芯1的吸引力。該磁通量提供對定子2的磁系統的鐵芯1的吸引力，克服由復位彈簧10產生的力，因此最小化電磁體的磁性導軌的氣隙*。磁路閉合之後，閉合磁性導軌中的磁通量N為環形。從磁線圈的繞組4除去電壓之後，硬磁插入件中積累的磁通量N繼續保持沿磁功率磁力線的磁疇定向。最大矯頑力取決於線圈4的起始脈衝和硬磁插入件3的材料的體積。機械中斷磁路之後，硬磁插入件3的界面層磁疇被部分地重定向，對應於硬磁插入件材料的剩餘磁化強度。由於這些，電磁體的矯頑力F的數量近似減小一個數量級。在硬磁插入件3的材料中完成磁通量的「歸零」對應於近似等於，即近似等於在要求的電磁體的磁性導軌中互相取消磁通量的磁疇細分的情況。在合成閉合導軌中的磁化作用之後，由合金Alniko構成的硬磁插入件3具有比在閉合磁路的外面磁化的同一插入件高一個數量級的矯頑力。
合成磁性導軌中的磁通量在磁性導軌中提供最小化的氣隙*，即最小化合成磁性導軌的等效磁阻的數量，以及合成磁性導軌的硬磁性材料的後續再磁化，在磁線圈的繞組4無電流的條件中，這些再磁化提供磁通量的「存儲」。磁通量的這些「存儲」可以解釋為其中，在anizothropic材料具有六角形結構的情況下硬磁插入件3是單晶或假單晶體，自動地細分為磁疇，其中在最簡單的樣品(圖17-21)中磁通量完全閉合，而在它外面在磁性導軌元件的端面的磁力完全消失。鄰近磁疇之間的相同表面產生限定厚度的邊界層。在它們的體積中，根據從一個磁疇中的取向到另一磁疇中的取向發生磁化Is矢量的轉動。至於邊界層的形成，花費某一「邊界」或表面能量，其數量顯著地小於在形成樣品的環形區域過程中消失的體積能。由此，磁疇結構的形成在於電壓Hout＝0的鐵磁體的自閉合效果。通過間隔缺陷的影響和晶體的結構可以解釋樣品中存在剩餘磁化強度IR的Hout＝0(在永久磁鐵的情況下)，這些使閉合過程困難，即在該處理過程中，獲得整個樣品的所得磁矩的不完全補償和在層的出口位置中存在分散場。具有平行平面的磁疇結構(參見圖19)的單晶由交替區域組成，該區域的磁化方向反向平行。在這些情況中，除主磁疇A、B、C、D...之外，還有所謂的邊界層的閉磁疇合a、b、c、d。
如果具有磁疇結構的「退磁」鐵磁層被放入外磁場，那麼由於它們更小有效地「耗盡」相鄰的磁化鄰居，因此它被「磁化」，即磁疇具有靠近外磁場的電壓方向的磁化方向。由於磁疇之間的邊界層的位移執行該過程，與此同時，相對於外磁場的旋轉方向將發生磁化矢量Is轉動的旋轉過程。在它們中的磁疇邊界的自然位移和磁化矢量的旋轉決定鐵磁樣品的所得磁化的種類相關性和它們的來自外磁場的磁感應強度決定磁化曲線的形狀。
如果硬磁性材料的樣品放置在由軟磁性材料形成的磁性導軌的體積閉合磁路中，那麼通過外磁場作用樣品的邊界層被開啟，根據外磁場重定向樣品的反向磁疇，圖17，18所示的簡單磁疇結構被鑄模。換句話說，在開啟磁疇的邊界層的條件下固定硬磁插入件和重定向主磁疇的這種情況中，在中斷磁線圈的繞組中提供的脈衝電流之後，閉合磁疇的功能被轉移到鐵芯和定子部分，鐵芯和定子設置垂直於外磁通量的方向，參見圖20和21。
要求的結構允許結合軟磁性材料的正性質量，軟磁性材料的磁化曲線的特點在於決定弱場中的磁化作用(感應)增加的較高磁靈敏度(導磁率)，弱場具有非常窄的磁滯迴路，特別小的矯頑力，接近飽和磁化強度更大剩餘磁化強度，硬磁性材料的優點是強場的穩定源，強場具有最寬的磁滯的迴路(接近矩形)，即，具有接近於飽和磁化強度的高矯頑力和剩餘磁化強度。
軟磁和硬磁性材料中的MMF增加。
在磁性導軌退磁電極的端面上產生合成磁性導軌的磁路機械斷裂之後，插入件3恢復對應於剩餘磁化強度的條件，即，鐵磁材料變為雙極永久磁鐵，即，硬磁插入件從具有最大磁化強度(邊界層開啟)的條件轉變為其剩餘磁化強度(邊界層閉合)的數量降低一個數量級的條件。
通過短期電流脈衝進入相反纏繞線圈或通過具有計算振幅的反向極性的脈衝電壓或計算的電流持續時間或通過一組消除脈衝振蕩或通過復位簧作用提供鐵芯1返回原始位置。
因為提供節省能量以及由於隨機故障的明顯減少以及增加使用壽命而不損壞整流裝置，即由於增加損壞之前的工作，以及由於顯著的擴大電磁體結構的要求可變性的實用可能性，因此作者通過計算和實驗證實發明的權利要求項的顯著效率。
要求的發明在它的使用過程中提供下列技術成果-要求的電磁體在交流電和直流電的電路中工作；-要求的電磁體至少提供磁性導軌的兩種能量獨立的穩定條件；-要求的電磁體的磁性導軌由非合金鋼組成；-要求的電磁體顯著增加拉力(一個數量級)或顯著減小橫截面面積和顯著減小大尺寸參數以及減小銅的金屬消耗3-5倍以及減小軟磁金屬(鋼)的金屬消耗7-10倍。
-減小電磁體的慣性和增加響應時間；-減小磁性導軌元件的鉚接和增加它們的電阻；
-增加整流電氣設備執行接觸的使用壽命；-增加具有合成磁性導軌例如合金UN13DK24的硬磁插入件的要求電磁體的矯頑力，在開啟由稀土金屬、釹(Nd)、鐵(Fe)和硼(B)的組成的同一尺寸的非合成磁性導軌的情況下增加由永久磁鐵提供的矯頑力3倍。根據作者的數據，僅僅利用深冷的硬磁性材料的上述解決辦法可以達到該結果；-顯著擴大要求的結構的實用可能性，包括在整流電氣設備中、在扭矩傳輸的電磁聯軸器中、在制動機構和相似結構中使用它的可能性。
當與已知技術方案相比較時，要求的發明的上述優點，它們的特點和性能存在於圖表2中的概括形式中，其中使用下列指示器(indicators)類似文獻1-來自德國專利申請號DE19639545的技術方案；類似文獻2-來自歐洲專利EP074540的技術方案；類似文獻III-來自國際申請PCT/UA00/0005的技術方案。
圖表2的分析數據和上述數據證實要求發明的對應保護標準，特別「新穎性」、「創造性」和「工業實用性」標準。
此外，發明的權利要求項滿足發明的單一性原理，由於其他目的的使用提供要求項的目的之一，具體為控制電磁體的磁性導軌中的磁通量的方法提供電磁體的結構。
考慮的信息來源1.DE No.19639545A1 of 12/18/1997，ICON，AG PRAZISIONSTECINIC(1)；2.EP 0794540 A1 of 09/10/1997 HARTING KgaA CNJK，TW2 CNIJRB實用新型(2).
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權利要求
1.一種具有中繼牽引特性地控制電磁體磁通量的方法，該中繼牽引特性由合成磁性導軌中磁通量值的穩定水平來決定，該裝置至少部分由硬磁性材料組成，通過給磁力線圈的繞組提供控制電流脈衝，可以獲得磁性導軌可移動部分的保持力，該裝置具有至少一個氣隙，其特徵在於，使用了這種硬磁性材料，該材料在交變磁化時可以保持至少兩個磁化穩定狀態，而且，作為控制電流脈衝，在合成磁性導軌磁化線圈中提供了兩種相反極性的短期脈衝，其中，在提供第一脈衝時，提供了磁性導軌的閉合磁路，由於磁性導軌的氣隙最小化而使磁性導軌的磁阻最小化，因而使磁性導軌中的磁通量最大化並且轉變成一種穩定狀態，其特性在於在磁性導軌中磁通量的最大值，該值對應於控制脈衝操作的能量，由於電磁體合成磁性導軌可以保持在該穩定狀態下並提供保持力，直到提供相反極性的另一控制電流脈衝，其能量特徵在於其大小足以將磁性導軌轉變到另一穩定狀態，該另一穩定狀態的特徵在於與其相對應的另一大小的磁通量以及與其相對應的另一大小的保持力。
2.根據權利要求1的方法，其特徵在於，在磁力線圈的繞組(winding)中提供第一控制電流脈衝，使得氣隙最小化之後合成磁性導軌中的磁通量最大化。
3.根據權利要求1的方法，其特徵在於，在磁力線圈的繞組中提供第一控制電流脈衝，使得在氣隙最小化之前合成磁性導軌中的磁通量最大化。
4.根據權利要求1的方法，其特徵在於，在磁性導軌的磁路閉合之前，在電磁體合成磁性導軌中提供其大小為其優選值水平的控制磁通量，該控制磁通量是由電磁體磁力線圈的繞組中的第一控制電流脈衝引起的，該控制磁通量優選值是產生電磁體工作拉力所必須的，而且該控制磁通量一直維持在該水平直到磁化該磁性導軌材料，此後從磁力線圈的繞組去掉電子脈衝電壓，由於合成磁性導軌材料的「磁記憶」而提供電磁體的保持力，可以獲得其大小為F≤0.98Fmax的保持力，其中Fmax是磁力線圈的繞組產生的磁力的最大值。
5.根據權利要求1的方法，其特徵在於，由於改變控制脈衝的參數而提供可以為電磁體提供必需的保持力所要求的控制脈衝功率，這些參數選自脈衝振幅、其寬度、其形狀以及它們的組合構成的組。
6.根據權利要求1的方法，其特徵在於，給磁力線圈的繞組提供與第一控制脈衝的特性相比具有不同能量特性的第二控制電流脈衝，並且使磁性導軌的磁化轉變成另一種穩定狀態，該另一種穩定狀態的特徵在於在合成磁性導軌中相應的磁通量大小和相應的保持力值。
7.根據權利要求6的方法，其特徵在於，通過在磁力線圈的繞組中提供在磁性導軌中提供磁場電壓的控制電流脈衝，使磁性導軌轉變為其特徵在於磁性導軌中的磁通量大小為零的穩定狀態，該磁場電壓等於磁化曲線上的矯頑力並且對應於保持力的大小。
8.根據權利要求7的方法，其特徵在於，合成磁性導軌的一個穩定狀態是其初始狀態，該初始狀態是以其大小等於初始值的磁通量和與其對應的保持力為特徵的。
9.根據權利要求7的方法，其特徵在於，反極性的第二控制電流脈衝的功率P2比順極性的第一控制電流脈衝的功率P1小2-5倍，並且對應於P1＝(2)-5)P2。
10.根據權利要求1的方法，其特徵在於，在磁力線圈的繞組中的順極性第一控制電流脈衝和相應的在順極性電磁體合成磁性導軌中的磁通量的周期t1以及反極性第二控制脈衝的t2的大小是這樣的，該大小不超過磁性導軌可移動部分轉變過程的時間常數 的三倍，即 和 ，其中 是轉變過程的時間常數。
11.根據權利要求1的方法，其特徵在於，作為第一控制電流脈衝，可以以一組周期性調諧脈衝的形式提供給磁力線圈的繞組，該組周期性調諧脈衝的振幅和/或包絡線從零值開始增加。
12.根據權利要求1的方法，其特徵在於，作為第二控制電流脈衝，可以以一組周期性調諧脈衝的形式提供給磁力線圈的繞組，該組周期性調諧脈衝的振幅和/或包絡線衰減到零振幅。
13.一種運行裝置的電磁驅動的電磁體，該電磁體形成為具有不可移動的定子、可移動鐵芯和至少一個氣隙的合成磁性導軌上的至少一個磁化線圈繞組，其中至少部分磁性導軌形成為硬磁性材料的插入件，可以通過給磁力線圈的繞組提供不同極性的短期電流脈衝使其交變磁化來控制磁性導軌中的磁通量，其特徵在於，該磁性導軌可以在由於鐵芯往複線性位移而使氣隙最小化的情況下閉合磁通量，其中該定子形成為至少一個硬磁性材料插入件固定在其上的平底面，鐵芯形成為至少有兩個棒通過其端部安裝於其上的鋼板。
14.根據權利要求13的電磁體，其特徵在於，還具有在線圈繞組中的電流斷路器，形成為通常的閉合接觸器(closed contact)，該閉合接觸器在磁力線圈的繞組的供電電路中串聯連接並且具有接觸器開關，其中，在底面中心設置了開口讓接觸器開關通過，其中鐵芯具有固定於鐵芯上的接觸器推進器和至少一個回復彈簧。
15.根據權利要求13的電磁體，其特徵在於，鐵芯形成縱截面為∏形的平板，其中，側面棒端部固定到該平板中，而定子形成為具有硬磁性材料插入件的杆。
16.根據權利要求13的電磁體，其特徵在於，該磁性導軌形成為兩個平板、至少兩個棒和至少一個硬磁性材料插入件，其中，該鐵芯形成為縱截面為∏形的平板，兩個棒的端部與其相連，而定子形成為第二平板，該第二平板具有固定在其上的硬磁性材料構成的插入件。
17.根據權利要求13的電磁體，其特徵在於，該磁性導軌形成為兩個平板，至少一個硬磁性材料插入件連接到平板，至少三個棒的上端連接到第二平板，從而形成縱截面為Ш形的鐵芯，可以在氣隙最小化的情況下閉合磁路。
18.根據權利要求17的電磁體，其特徵在於，鐵芯形成為縱截面為Ш形，其中至少兩個磁力線圈優選設置於鐵芯的末端棒上，可以在中心棒中產生一致的磁通量。
19.根據權利要求18的電磁體，其特徵在於，該磁性導軌還具有設置在鐵芯中心棒上的磁力線圈，這些磁力線圈的繞組一起(incoordination)與設置在末端棒上的磁力線圈的繞組相連。
20.根據權利要求19的電磁體，其特徵在於，這些磁力線圈之一的繞組反向連接。
21.一種運行裝置的電磁驅動的電磁體，該電磁體形成為在具有可移動的定子、不可移動鐵芯和至少一個氣隙的合成磁性導軌上的至少一個磁力線圈，其中至少部分磁性導軌形成為硬磁性材料的插入件，可以通過給磁力線圈的繞組提供不同極性的短期電流脈衝使其交變磁化來控制磁性導軌中的磁通量，其特徵在於，該磁性導軌可以在由於鐵芯沿著弧線往復旋轉位移而使氣隙最小化的情況下閉合磁通量，並且該電磁體包括形成為盤狀的外殼，其上至少放置一個磁系統，並且外殼具有圓缺的形狀，其中，形成了通路凹槽並且通路凹槽具有在平面上沿著弧線、優選圓圈布置的同軸設置的側壁，磁力線圈設置在外殼中，該鐵芯設置在該通路凹槽中並形成為具有頂部和回復彈簧的棒，並且該鐵芯形成為凹槽的形狀，可以在其中往復位移，其中，硬磁性材料插入件設置在通路凹槽底部，並且固定於與鐵芯位移方向垂直的其側壁，並且限制其位移。
22.一種運行裝置的電磁驅動的電磁體，該電磁體形成為在具有可移動定子、不可移動鐵芯和至少一個氣隙的合成磁性導軌上的至少一個磁力線圈，其中，至少部分磁性導軌形成為硬磁性材料插入件，可以通過給磁力線圈的繞組提供不同極性的兩個短寬度脈衝使磁性導軌交變磁化來控制磁性導軌中的磁通量，其特徵在於，形成該磁性導軌，使得在氣隙由於鐵芯相對定子往複線性位移而最小化時，可以閉合磁通量，該定子形成為具有至少一個棒的杯，其部分由硬磁性材料組成，並且該棒具有連接到杯底的一端和形成為一個平面並具有圓筒狀端部的另一自由端，其中，至少一個磁力線圈環繞該棒，鐵芯設置在杯外部並形成為平板，可以在氣隙由於鐵芯相對定子位移而最小化時閉合磁路。
23.權利要求22的電磁體，其特徵在於，使用金屬屑(scrap)和/或負載(load)的結構元件作為可移動的鐵芯。
24.權利要求22的電磁體，其中，形成的磁性導軌可以在氣隙由於鐵芯相對定子旋轉位移而最小化時閉合磁通量，該鐵芯形成為平板，可以用蓋閉合杯，形成體積閉合的導磁性結構「杯-蓋」，並且可以改變鐵芯和定子之間摩擦力的力矩。
25.一種運行裝置的電磁驅動的電磁體，該電磁體形成為在具有不可移動定子、可移動鐵芯和至少一個氣隙的合成磁性導軌上的至少一個磁力線圈，其中至少部分磁性導軌由硬磁性材料的插入件組成，可以通過給磁力線圈的繞組提供不同極性的短寬度電流脈衝使磁性導軌交變磁化來控制磁性導軌中的磁通量，其特徵在於，該磁性導軌形成為可以在由於鐵芯相對定子線性和/或旋轉位移而使氣隙最小化的情況下閉合磁通量，其中，該磁性導軌的定子形成為杯狀，在該杯的內部空腔中同軸設置了磁力線圈，並且杯底由硬磁性材料組成，而鐵芯形成為杯蓋，杯蓋與同軸設置在線圈內部空腔中的棒端部相連，其中，磁性導軌形成為在棒的自由端和杯底接觸的同時可以用蓋來閉合該杯，形成體積閉合的導磁性結構「杯-蓋-棒-杯底」，並且可以改變鐵芯和定子之間摩擦力的力矩。
26.權利要求25的電磁體，其特徵在於，該杯底由硬磁性材料組成，杯的外側具有軟磁性材料層，可以增加垂直於磁通量方向的杯底的截面積。
27.權利要求25的電磁體，其特徵在於，杯底部分形成為軟磁性材料插入件。
28.權利要求25的電磁體，其特徵在於，杯的至少部分側壁形成為硬磁性材料插入件。
全文摘要
本發明涉及磁系統，尤其涉及控制電磁體磁通量的方法和用於實施所述方法的電磁體結構設計。本發明的電磁體結構可以主要用於電機傳動裝置，並且包括磁力線圈，該磁力線圈具有至少部分由硬磁性材料製成並且至少具有一個氣隙的合成磁性鐵芯。本發明的新穎性在於這樣安裝合成磁性鐵芯，使其具有至少兩個穩定磁狀態，通過給磁力線圈提供具有不同(相反)極性的控制電流脈衝使所述鐵芯分別具有每個所述狀態(氣隙最小化)。在其磁力線圈的繞組中沒有電流時，磁通量的特定值對應電磁體磁性鐵芯的穩定狀態。所述發明可以通過提高其吸引力和保持力、改善其質量和尺寸特性、以及通過節省能量和提供使用本發明控制磁通量方法的本發明電磁體的所述結構設計的實用可能性而大大提高電磁體效率。
文檔編號H02K26/00GK1623211SQ02828339
公開日2005年6月1日 申請日期2002年12月26日 優先權日2001年12月28日
發明者謝爾科維奇 巴比奇 尼古拉 申請人:Spb 聯合有限公司