電磁裝置的製作方法
2023-10-07 00:36:49
專利名稱：電磁裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種通過由電磁線圈產生的磁通量啟動插棒式鐵心的電磁裝置。
背景技術：
日本專利申請公開H05(1993)-55029和2002-8498公開了已有的雙向電磁裝置的實例。這些實例中的一種雙向電磁裝置包括磁路、兩個激勵線圈和由磁路包圍的插棒式鐵心。磁路包括第一磁路部件、第二磁路部件、支路部件、中心磁路部件和中間磁路部件。支路部件連接第一磁路部件和第二磁路部件。中間磁路部件從管狀支路部件的中間部分徑向朝內地凸伸。中心磁路部件每個從第一磁路部件和第二磁路部件的中心部件的基本中間到中間磁路部件與支路部件平行地朝內延伸。兩個激勵線圈設置在由此構造的磁路中。插棒式鐵心通過激勵線圈的電磁力吸引中心磁路部件或與其分離。
在本實例中，在給一個激勵線圈輸送激勵電流時，插棒式鐵心通過自第一磁路部件的磁動力朝上驅動，並吸引到上部中心磁路部件。然後，在停止給所說的一個激勵線圈輸送的激勵電流時，給另一個激勵線圈輸送激勵電流，插棒式鐵心通過自第二磁路部件的磁動力朝下驅動，並被吸引到下部的中心磁路部件。
對於這種實例的雙向電磁裝置的驅動，磁動力的幅值(每個激勵線圈的匝數和所輸送的電流的乘積)被確定為與為啟動插棒式鐵心而要求產生的力相對應；並且插棒式鐵心的形狀和大小、磁路和其它的元件也被確定為用於防止由磁動力所產生磁通量的飽和。
發明概述本發明的一個目的是通過使用較少量的能量啟動插棒式鐵心並通過將洩漏磁通量改變為有效磁通量提供一種具有較小的尺寸並實現了較大的磁性吸引力的電磁裝置。
根據本發明的一方面，一種電磁裝置包括包括第一和第二磁路部件和連接第一和第二磁路部件的支路部件的磁路；設置在磁路中並被布置成產生磁通量的吸引線圈；設置在磁路中並被布置成產生磁通量的排斥線圈；設置在磁路中並被布置成通過吸引線圈和排斥線圈的電磁力中的至少一個電磁力移動到第一和第二磁路部件中的一個部件和從其移開的插棒式鐵心；和設置在磁路中的吸引線圈和排斥線圈之間的啟動磁通產生部分，該啟動磁通產生部分被布置成產生磁通量以使啟動磁通產生部分的磁通量和排斥線圈的磁通量在磁路的一部分上彼此磁性地排斥以啟動插棒式鐵心。
通過下文參考附圖的描述將會理解本發明的其它目的和特徵。
附圖概述附
圖1所示為根據本發明的第一實施例在設置磁通量流時使用磁性排斥效應的電磁裝置的側面剖面視圖。
附圖2所示為附圖1的電磁裝置在吸引驅動起始位置中的剖面視圖，顯示了磁通量流的行進。
附圖3所示為附圖2的電磁裝置在吸引驅動起始位置中的剖面視圖，顯示了磁通量的排斥。
附圖4所示為附圖3的電磁裝置在吸引驅動起始位置中的剖面視圖，顯示了排斥的磁通量的行進。
附圖5所示為電磁裝置的剖面視圖，顯示了在插棒式鐵心正從附圖4的吸引驅動起始位置移動的狀態中的排斥的磁通量的行進。
附圖6所示為根據本發明在電磁裝置中關於間隙和啟動插棒式鐵心的力的操作特徵曲線的特徵圖。
附圖7所示為根據本發明的第二實施例使用延遲的效應的電磁裝置的側面剖視圖。
附圖8所示為根據本發明的第三實施例電磁裝置的側剖視圖。
附圖9所示為附圖8的電磁裝置的下部中心部件的部件剖視圖。
附圖10所示為在附圖9的電磁裝置的下部中心部件中的磁通量的部分剖視圖。
附圖11所示為在附圖8的電磁裝置的變化的下部中心部件中的磁通量的部分剖視圖。
附圖12所示為在附圖8的電磁裝置中在有效磁通量和吸引線圈的激發時間之間的關係的特徵圖。
附圖13所示為根據本發明的第四實施例的電磁裝置的側面剖視圖。
附圖14所示為在附圖13的電磁裝置的下部中心部件中的磁通量流的部分剖視圖。
附圖15所示為根據本發明的第五實施例的電磁裝置的側面剖視圖。
附圖16所示為附圖15的電磁裝置的部件的部分剖視圖，其中金屬環設置在棒孔和插棒之間。
附圖17所示為附圖15的金屬環的透視圖。
優選實施例的詳細描述(1)實施例1附圖1所示為使用磁性排斥效應的電磁裝置(或傳動裝置)的結構的剖視圖。如附圖1所示，根據本發明的第一實施例的電磁裝置包括磁路1(或形成磁路的殼體)、吸引線圈7、形成啟動磁通產生部分的啟動線圈(或驅動線圈)8、排斥線圈9和插棒式鐵心4。磁路1包括分別在上端和下端的第一磁路部件2A和第二磁路部件2B和位於第一磁路部件2A和第二磁路部件2B之間的中間磁路部件3。中間磁路部件3在第一和第二磁路部件2A和2B之間自磁路1的內周邊徑向朝內地凸伸。第一磁路部件2A和第二磁路部件2B在磁路1內連成一起。因此，在磁性上，磁路1由第一磁路10和第二磁路11的兩個磁性部分形成。在結構上，第一磁路10和第二磁路11由通過具有部分6C和6D的側支路部件連接的第一磁路部件2A和第二磁路部件2B形成。形成磁路1的殼體在形狀上類似於管子或空的圓柱體。
插棒式鐵心4設置在磁路1中。插棒式鐵心的插棒5延伸通過插棒式鐵心4並自插棒式鐵心4的上部和下部端部4A和4B朝外通過中心磁路部件6A和6B凸伸。中心磁路部件6A和6B分別與第一磁路部件2A和第二磁路部件2B形成一體。每個中心磁路部件6A和6B自第一或第二磁路部件2A或2B的中心部分軸向朝內凸伸。此外，插棒5可以通過形成在第一磁路部件2A和第二磁路部件2B中的棒孔直接插入。插棒式鐵心4通過線圈7、8和9的磁動力在由箭頭Y所示的軸向方向上移動。插棒式鐵心4和每個中心磁路部件6A和6B形成了間隙G1或G2。磁路1和插棒式鐵心4由磁性材料形成。
吸引線圈7和排斥線圈9設置在磁路1中。吸引線圈7設置在中間磁路部件3和包括中心磁路部件6A的第一(上部)磁路部件2A之間。排斥線圈9設置在中間磁路部件3和包括中心磁路部件6B的第二(下部)磁路部件2B之間。吸引線圈7和排斥線圈9每個都由纏繞在軸向方向上延伸的線周圍的導體形成。啟動線圈8提供在中間磁路部件3上。
通過纏繞在垂直於線圈7和9的軸向方向的徑向線周圍的導體形成每個啟動線圈8。啟動磁通產生部分的啟動線圈8可以通過一個或多個永磁體或能夠產生磁通量的任何裝置替換。在啟動通量產生裝置8直接提供在磁路1中時，可以省去中間磁路部件3。插棒式鐵心4設置在由吸引線圈7、排斥線圈9和啟動磁通產生部分8包圍的區域內。
啟動線圈8和排斥線圈9布置成產生彼此接近的磁動力。換句話說，啟動線圈8和排斥線圈9的磁動力使在相應的方向上產生在磁性上彼此排斥的磁通量以在磁路1的一部分上啟動插棒式鐵心4的運動。每個啟動線圈8和排斥線圈9被布置成使磁動力小於或等於吸引線圈7的磁動力。
詳細地說，與吸引線圈7和啟動線圈8相對的磁路1的部分、第一磁路部件2A和中間磁路部分3構成了第一磁路10。與排斥線圈9相對的磁路1的部分和第二磁路部件2B構成了第二磁路11。因此，如上文所述，磁路1由第一磁路10和第二磁路11構成。第一磁路10被布置成具有比第二磁路11的截面更大的截面。因此，第一磁路10具有比第二磁路11的磁阻更小的磁阻。第一磁路10和第二磁路11是獨立的部分，並且彼此可分離。在本實例中，第一磁路10和第二磁路11彼此鄰接以形成磁路1。
接著，下文參考附圖1至附圖5描述利用磁性排斥的電磁裝置的操作。如附圖1所示，在磁通量流的初始設置時，給吸引線圈7、啟動線圈8和排斥線圈9輸送電流以便產生在相同的方向上流動的吸引磁通量φ7、啟動磁通量φ8和排斥磁通量φ9。
附圖2所示為在吸引驅動起始位置中的電磁裝置，其中插棒式鐵心4鄰接在中心磁路部件6B上，由此間隙G1比間隙G2更寬。在這種狀態下，吸引磁通量φ7、啟動磁通量φ8和排斥磁通量φ9如下文所述地流動。
吸引磁通量φ7主要在第一磁路10中流動，並且也作為吸引磁通量φ7′在第二磁路11中流動。由於第二磁路11是具有大於第一磁路10的磁阻的瓶頸路徑，因此吸引磁通量φ7大於吸引磁通量φ7′(φ7＞φ7′)。由於間隙G1比間隙G2更寬(G1＞G2)，因此間隙G2具有比間隙G1的磁阻更小的磁阻，大部分起始磁通量φ8使它的流動過程朝其中磁阻更小的在第二磁路11中的插棒式鐵心4的下部端部4B反向流動，如在附圖2中的彎曲箭頭X所示。起始磁通量φ8的這個反向流動的方向與其中起始磁通量φ8最終在吸引完成位置流動的方向相反，在吸引完成位置中在插棒式鐵心4和第一中心磁路部件6A之間的間隙G1減小。排斥磁通量φ9主要在第二磁路11中流動。
啟動線圈8和排斥線圈9的磁動力被設置成彼此相等或接近。因此，雖然大部分排斥磁通量φ9流過與在中心磁路部件6B和插棒式鐵心4的下部端部4B之間的第二磁路11中的排斥線圈9相對地形成的間隙G2，如附圖3所示，但是反轉到下部端部4B的起始磁通量φ8和在中心磁路部件6B中流動的排斥磁通量φ9在間隙G2的兩側上彼此相對著，由此以在磁體之間的同極排斥類似的方式產生排斥力。
然後，在起始磁通量φ8和排斥磁通量φ9之間的排斥迫使起始磁通量φ8如在附圖3中的彎曲箭頭X所示地轉彎，並作為起始磁通量φ8′朝第一磁路10流動。
在這種情況下，插棒式鐵心4接收通過在間隙G2上通過排斥磁通量φ9所排斥的起始磁通量φ8′所形成的驅動力和在間隙G1上通過在第一磁路10中流動的吸引磁通量φ7所形成的吸引力，如附圖4所示。
在間隙G2是最小時，吸引磁通量φ7′以在吸引磁通量φ7和φ7′之間的磁阻的比率從吸引磁通量φ7中分出來，在第二磁路11的瓶頸路徑中流動，然後與在間隙G2中的起始磁通量φ8相排斥的排斥磁通量φ9聯合。然而，在吸引磁通量φ7和φ7′之間的磁阻的比率隨著間隙G2在插棒式鐵心4的啟動之後立即增加而變化。根據由此變化的比率，吸引磁通量φ7′降低，而吸引磁通量φ7增加。吸引磁通量φ7通過輸送給吸引線圈7的較大的電流進一步增加，同時磁通量彼此抵消並且延遲插棒式鐵心4的驅動的啟動，如下文所述。
如果在上文所描述的早先技術已有的雙向電磁裝置的實例中激勵吸引線圈，則在第二磁路中流動的吸引磁通量φ7′的大小相當大，因為對應於第二磁路11的部分具有相當大的截面面積，因此具有相當小的磁阻。在吸引磁通量φ7′的大小相當大並且停留在間隙G2中時，在間隙G2中流動的吸引磁通量φ7′施加在插棒式鐵心4的下端部分4B和中心磁路部件6B之間的吸引力，由此阻止插棒式鐵心4的正常操作，因為在間隙G1中的吸引力和在間隙G2中的吸引力之差形成了啟動插棒式鐵心4的力。此外，由於與永磁體的磁通量相排斥的位置不能被固定，因此在除了間隙G2之外的部分上非常可能發生排斥。因此，上文描述的已有的雙向電磁裝置的實例不能實現用於驅動插棒式鐵心4的穩定的力。
因此，吸引磁通量φ7和起始磁通量φ8′自驅動開始一起形成了用於插棒式鐵心4的磁性吸引力，並以較強的驅動力移動插棒式鐵心4，如附圖5所示。
如上文所述，在驅動開始時磁性排斥增加了驅動插棒式鐵心4的力。即使在驅動開始之後，在排斥線圈9中的排斥磁通量φ9也不極大地改變，因為排斥點處於排斥線圈9中；因此，排斥磁通量φ9繼續排斥並使啟動線圈8的起始磁通量φ8反向直到驅動操作結束，由此繼續將起始磁通量φ8′加入到吸引線圈7的吸引磁通量φ7中。在這種情況下，由於吸引線圈7、啟動線圈8和排斥線圈9被布置成向它們輸以電流以使吸引磁通量φ7、起始磁通量φ8和排斥磁通量φ9在相同的方向上流動，如附圖1所示，施加給吸引線圈7、啟動線圈8和排斥線圈9的所有的磁動力形成了驅動插棒式鐵心4的力。
然後，插棒式鐵心4如附圖5所示地移動，插棒式鐵心4的上部端部4A在電磁裝置的驅動操作結束時鄰接著中心磁路部件6A。
因此，從插棒式鐵心4的驅動開始，本發明的電磁裝置通過使用由排斥磁通量φ9所排斥的起始磁通量φ8′的驅動力和通過始磁通量φ8′和吸引磁通量φ7的合併所增加的吸引力移動插棒式鐵心4。因此，該電磁裝置能夠自驅動開始使用由此增強的力來驅動插棒式鐵心4。除此之外，由於本發明的電磁裝置獲得了在驅動的開始時從另一線圈(在本實例中為啟動線圈8)驅動插棒式鐵心開始要求的驅動力，因此本發明的電磁裝置能夠以吸引線圈7的較小的磁動力進行操作，由此能夠減小在驅動操作結束時的衝擊。
附圖6所示為關於間隙G1和驅動插棒式鐵心4的力(F)的操作特徵曲線的操作特徵圖。假設本發明的特徵曲線12表示在間隙G1的100％的位置上的100％的驅動力F1，特徵曲線12表示在間隙G1的0％的位置上的500％的驅動力F3。驅動力F3與驅動力F1的比率是5。
通過對比，如果與本發明相同的幅值的磁動力施加在上述的已有的雙向電磁裝置的實例中，則已有的裝置的特徵曲線13表示在間隙G1的100％的位置上的50％的驅動力F2，以及在間隙G1的0％的位置上的700％的驅動力F4。驅動力F4與驅動力F2的比率是14。
因此，特徵曲線13與特徵曲線12的比率在間隙G1的100％的位置上是1/2，在間隙G1的0％位置上是1.4。換句話說，在施加相同的幅值或相同的能量的磁動力時，本發明的電磁裝置在間隙G1的100％位置上能夠實現與插棒式鐵心的驅動開始時初始驅動力兩倍大的驅動力，而在間隙G1的0％位置上在驅動操作的結束時實現減小衝擊0.71比率。
此外，如果在已有的雙向電磁裝置中施加的磁動力的幅值自本發明的相同的幅值增加，則已有裝置的特徵曲線14指示與在本發明中相同的初始驅動力，即在間隙G1的100％位置上的100％的相同的驅動力F1。然而，特徵曲線14指示在間隙G1的0％位置上2000％的較大的驅動力F5。驅動力F5與驅動力F1的比率是20。因此，雖然特徵曲線14與特徵曲線12的比率是0，顯示了在間隙G1的100％的位置上相同的初始驅動力，但是在插棒式鐵心的驅動操作結束時在間隙G1的0％位置上該比率是4。即，由於已有的裝置通過增加磁動力的幅值要求與本發明相同等級的初始驅動力，因此已有的裝置要求了無效率地較大的能量，並且在間隙G1的0％位置上在驅動操作結束時還增加了衝擊。
在這種情況下，在本發明的電磁裝置要求5A的操作電流時，已有的裝置要求10A的操作電流。為輸送10A的操作電流需要導體具有較大的截面面積，由此增加了由導體形成的線圈的尺寸。隨著該線圈的尺寸的增加，在線圈周圍的磁路長度變得更長，以及隨著長度增加，磁路的磁阻變大。為補償磁阻的增加，磁路的截面面積需要增加，由此已有裝置陷入尺寸增加。
如上文所述，在這種已有的電磁裝置中，無效率地施加磁動力以便啟動插棒式鐵心。因此，為裨補這種無效率，這種已有的電磁裝置要求激勵較大尺寸的線圈以產生較大的磁動力，並且還要求具有較大的截面面積的插棒式鐵心和其它磁路元件以防止由較大的磁動力引起的較大的磁通量的磁飽和。因此，這種已有的電磁裝置陷入尺寸增加和成本增加。除此之外，這種已有的電磁裝置要求具有較高的成本的其它較大尺寸的外部部件，比如具有較大的電流傳輸能力的較大直徑的電纜以便避免在大電流下的壓降。
此外，在本發明中，第一磁路10被布置成具有小於第二磁路11的磁阻的磁阻，以便有利於起始磁通量φ8朝第一磁路10的轉彎和排斥。因此，本實施例的電磁裝置僅要求少量的功率並且能夠使其尺寸較小。
因此，在驅動插棒式鐵心4的過程中，第一實施例的電磁裝置在磁路的較寬的範圍上有效地使用所有的磁通量作為驅動力。因此，本實施例的電磁裝置僅造成了少量的磁通量的損失，因此改善了在驅動插棒式鐵心中的磁通量的效率。因此，本實施例的電磁裝置能夠以少量的功率實現較大的磁性吸引力。因此，本實施例的電磁裝置能夠以少量的能量進行操作，並且也可以將其製成較小的尺寸。依照這種能量和尺寸的降低，本實施例的電磁裝置也能夠減小其它的部件的尺寸和容量，比如該裝置所需要的功率單元和電纜，因此在總的成本降低方面比較有利。
(2)實施例2附圖7所示為使用延遲效應的電磁裝置的結構的剖視圖。根據本發明的第二實施例的電磁裝置延遲插棒式鐵心4的驅動的開始，由此實現較大的磁性吸引力。
如附圖7所示，根據第二實施例的電磁裝置包括替換附圖1的啟動線圈8的延遲線圈28。吸引線圈7被布置成能夠產生比延遲線圈28的磁動力更大的磁動力。延遲線圈28以與吸引線圈7的纏繞方向相反的方向上纏繞。因此，吸引線圈7的磁通量φ7和延遲線圈28的φ28在彼此抵消的方向上流動。因此，延遲線圈28被纏繞成產生抵消吸引線圈7的磁通量φ7的磁通量φ28。在附圖7的實例中，沒有排斥線圈9。
在通過吸引線圈7所產生的磁通量φ7和通過延遲線圈28所產生的磁通量φ28彼此抵消的周期中，附圖7的電磁裝置臨時地延遲插棒式鐵心4的驅動的開始。在這個周期中，給吸引線圈7輸送更大的激勵電流。在吸引線圈7的磁動力變得大於延遲線圈28的磁動力時並且失去了在磁通量φ7和磁通量φ28之間的平衡時，電磁裝置立即驅動插棒式鐵心4。
如上文所述的已有的電磁裝置的實例中，如果在磁通量的產生的時刻啟動插棒式鐵心的驅動，則作為每個線圈的匝數和所輸送的電流的乘積的磁動力的幅值必須被確定為實現在磁通量的產生的時刻啟動插棒式鐵心所要求的力。因此，即使在磁通量的產生的時刻為了實現較大的磁性吸引力，該裝置需要製造得尺寸較大，並且要求大量的功率。
通過對比，第二實施例的電磁裝置通過使用延遲線圈28延遲了插棒式鐵心4的驅動的開始，因此能夠給吸引線圈7輸送對應於延遲時間的量的更多的激勵電流。因此，附圖7的電磁裝置能夠以通過吸引線圈7產生的較大的磁動力促進插棒式鐵心4的驅動。因此，本實施例的電磁裝置能夠以較小的功率實現較大的磁性吸引力，由此能夠使其尺寸較小。假設已有的雙向電磁裝置要求10的電功率實現啟動插棒式鐵心的驅動所要求的磁性吸引力，則本實施例的電磁裝置僅要求2～5的電功率實現啟動插棒式鐵心的驅動的這種磁性吸引力。
(3)實施例3附圖8所示為根據本發明的第三實施例的電磁裝置的結構的剖視圖。附圖9至11每個都是附圖8的電磁裝置的一部分的部分剖視圖。本實施例的電磁裝置包括延伸通過下部第二磁路部分2B的中心孔或通道部件38。中心磁路部件或中心支路部件6A從第一磁路部分2A的中心部件軸向朝內、深入吸引線圈7並朝通道部件38延伸。下部第二磁路部分2B包括形成通道部件38的第二磁路內部表面34A和與中心支路部件6A的中心支路下部端部36A相對的第二磁路上部端部表面34B。插棒式鐵心4自驅動開始位置S在通道部件38內移動。驅動開始位置S位於第二磁路部件2B的附近，並且在軸向上在第二磁路內部表面34A和第二磁路上部端部表面34B之間，如附圖9所示。
在這種結構設置中，洩漏磁通量Φ32是主要在中心支路下部端部36A和第二磁路部分2B之間產生的磁通量。插棒式鐵心4自驅動開始位置S的移動改變了磁阻的平衡，洩漏磁通量Φ32將流動的方向改變到磁阻變得相對較小的在中心支路部件6A和插棒式鐵心4之間的一部分，洩漏磁通量Φ32變為構成移動插棒式鐵心4的吸引力的有效磁通量，如附圖10所示。因此，這個實施例的電磁裝置將洩漏磁通量Φ32改變為有效磁通量Φ31，由此增加了吸引力。因此，本實施例的電磁裝置通過將有效磁通量加入到吸引力的程度使尺寸更小。
通過將驅動開始位置S設置在如上文所述的第二磁路部分2B的附近的位置上，通過斜切第二磁路部分2B以在第二磁路內部表面34A和第二磁路上部端部表面34B之間形成傾斜的表面(或錐形表面)34C，或者通過在如附圖11所示的第二磁路內部表面34A的上部部分上形成凹陷部分30，洩漏磁通量Φ32能夠平滑地改變到有效磁通量Φ31。凹陷部分30是圓柱形並且具有比由第二磁路內部表面34A所包圍的圓柱形通道部件38的直徑更大的直徑。
在本實例中，通過形成傾斜面34C，在包含線圈7的空間中產生的洩漏磁通量連續地移到傾斜面34C，並繼續補充洩漏磁通量Φ32。因此，洩漏磁通量Φ32根據插棒式鐵心4的運動連續地輸送有效磁通量，由此甚至產生了用於插棒式鐵心4的更大的吸引力。因此，本實施例的電磁裝置能夠製造得更加小。
凹陷部分30增加了在與下部端部36A相對的第二磁路部分2B上的磁阻，由此使洩漏磁通量Φ32通過第二磁路部分2B流到下部端部36A。在下部端部36A和插棒式鐵心4之間，洩漏磁通量Φ32變為有效磁通量，由此增加了吸引力。
附圖12所示為在激發時間T和有效磁通量Φ之間的關係的磁性特徵圖。已有的電磁裝置的特徵曲線ΦA成比例地增加直到曲線ΦA顯示對應於吸引線圈7的最大電流的大約70％的磁通量，並在此後顯示飽和。特徵曲線ΦA顯示在成比例地增加的區域中時間t1時對應於啟動插棒式鐵心4的力的有效磁通量。
由於本發明的電磁裝置累積洩漏磁通量Φ32，因此在開始形成了少量的有效磁通量。因此，本發明的電磁裝置的特徵曲線ΦB適當地增加到對應於啟動插棒式鐵心4的力的上文所述的有效磁通量的水平直到延遲的時間t2。在延遲的時間t2之後，洩漏的磁通量Φ32急劇地改變到有效磁通量Φ31；因此，特徵曲線ΦB顯示有效磁通量的急劇的增加。
因此，在延遲的時間t2時，插棒式鐵心4自驅動開始位置S的運動改變了磁阻的平衡，洩漏磁通量Φ32將流動的方向改變到在中心支路部件6A和插棒式鐵心4之間的磁阻變得相對較小的部分。然後，洩漏磁通量Φ32變為增加到移動插棒式鐵心4的吸引力的有效磁通量。因此，有效磁通量Φ31急劇地增加，由此增加了吸引力。因此，本發明的特徵曲線ΦB顯示了比已有的電磁裝置的特徵曲線ΦA更急劇地增加的有效磁通量Φ31。
如附圖12所示，本發明的特徵曲線ΦB在每個特徵曲線指示對應於啟動插棒式鐵心的力的有效磁通量大小之後具有比已有的電磁裝置的特徵曲線ΦA的梯度αA更大的梯度αB。這個更大的梯度αB顯示了本發明的電磁裝置通過急劇增長的有效磁通量根據吸引力的增加以變得更高的速度驅動插棒式鐵心4。除此之外，例如，在本發明的電磁裝置應用於控制斷路器時，該電磁裝置以具有從斷路操作引起的衰減的直流分量到短路電流的較小的電流值進行操作。在這種情況下，該電磁裝置能夠以這種較小的電流值進行操作，因為延遲時間t2比延遲時間t1更長。因此，本實施例的電磁裝置和斷路器的控制器的尺寸可以更小。
為延遲啟動插棒式鐵心4的時間，本實施例的電磁裝置包括螺紋槽37D和加重物或偏置部件37E。螺紋槽37D提供在延伸過插棒式鐵心4的通孔中。上部和下部插棒5A和5B從插棒式鐵心4的上部和下部端部凸伸。通孔37C通過第一磁路部分2A和中心支路部件6A延伸。上部插棒5A通過插入到通孔37C並插入到螺紋槽37D的上部部分中而固定到插棒式鐵心4。下部插棒5B通過將加重物37E設置在下部插棒5B周圍、將螺栓37F通過加重物37E放置並將螺栓37F固定到螺紋槽37D的下部部分中而固定到插棒式鐵心4。
加重物37E延遲插棒式鐵心4的啟動直到用於驅動的電流變得大於或等於吸引線圈7的最大電流的70％，由此在延遲周期中使洩漏磁通量較大並使有效磁通量更小。啟動插棒式鐵心4的力可以通過連接到加重物37E或與其分離來改變啟動驅動所要求的力的水平而調整。因此，本實施例的電磁裝置使用加重物37E調節啟動插棒式鐵心4所要求的時間和吸引力。
根據本第三實施例，電磁裝置將洩漏磁通量Φ32改變到有效磁通量Φ31，由此以少量的電流增加吸引力。因此，本實施例的延遲電磁裝置能夠根據增加的吸引力高速地操作；並且根據小電流電磁裝置、斷路器和它的控制器的尺寸也可以製造得較小。
(4)實施例4附圖13所示為根據本發明的第四實施例的電磁裝置的結構的剖視圖。附圖14所示為附圖13的電磁裝置的一部分的部分剖視圖。本實施例的電磁裝置如第三實施例一樣將洩漏磁通量改變到有效磁通量。
在附圖13的電磁裝置中，中心支路部件6A具有大於插棒式鐵心4的截面面積S2的截面面積S1。下部第二磁路部分2B包括徑向朝通道部件38凸伸的凸伸部分44A和在凸伸部分44A之上形成的凹陷部件40。凹陷部件40是圓柱形並且具有大於由凸伸部分44A所包圍的圓柱形通道部件38的直徑D1的直徑D2。凹陷部件40設置在凸伸部分44A和中心支路部件6A之間。因此，凸伸部分44A的上部端表面在凹陷部件40上與中心支路部件6A相對，即凸伸部分44A在凹陷部件40上與中心支路部件6A重疊。
在本第四實施例中，在插棒式鐵心4的運動改變磁阻的平衡時，主要在中心支路下部端部36A和第二磁路部分2B之間產生的洩漏磁通量Φ32將流向方向改變到在中心支路部件6A和插棒式鐵心4之間的部分，在這裡磁阻變得相對較小並且洩漏磁通量Φ32變為構成移動插棒式鐵心4的吸引力的有效磁通量Φ31，如附圖14所示。在這種結構設置中，由於截面面積S1大於插棒式鐵心4的截面面積S2的緣故，中心支路部件6A吸引更大部分的有效磁通量Φ31。因此，本實施例的電磁裝置將洩漏磁通量Φ32改變到有效磁通量Φ31，並有效地增加吸引力。因此，本實施例的電磁裝置能夠通過將有效磁通量增加到吸引力中的程度使尺寸減小。
由於中心支路部件6A的截面面積S1大於插棒式鐵心4的截面面積S2，因此中心支路部件6A從插棒式鐵心4吸引更大部分的有效磁通量Φ31，由此進一步有效地增加了吸引力。因此，本實施例的電磁裝置能夠通過吸引力進一步增加的程度使尺寸減小。
除此之外，如上文所述，下部第二磁路部分2B的凸伸部分44A與中心支路部件6A重疊，並且凹陷部件40在與下部端部36A相對的第二磁路部分2B上增加磁阻。這種結構布置防止了洩漏磁通量Φ32洩漏到下部端部36A而不通過插棒式鐵心4，而是有利於較大部分的洩漏磁通量Φ32通過凸伸部分44A流到插棒式鐵心4。因此，洩漏磁通量Φ32增加在插棒式鐵心4中的有效磁通量Φ31，並且有效磁通量Φ31增加了吸引力。因此，本實施例的電磁裝置能夠根據吸引力的增加使尺寸更小。
為了實現有在附圖2中所示的本發明的特徵曲線ΦB所表示的類似的磁特性，加重物37E與插棒式鐵心4連接或分離，由此改變啟動插棒式鐵心4所要求的力，並且調節延遲的時間直到插棒式鐵心4的開始。在延遲的時間中，調節輸送給吸引線圈7的激勵電流的幅值，吸引線圈7產生根據激勵電流的幅值調節的磁通量。根據所調節的磁通量，電磁裝置能夠調節驅動插棒式鐵心4所要求的時間和吸引力。
根據本發明的第四實施例，電磁裝置隨著通過有效地改變洩漏磁通量Φ32到有效磁通量Φ31而以少量的電流增加吸引力。因此，本實施例的電磁裝置根據較小的電流能夠使尺寸較小，並且能夠用於斷路器的控制器，如第三實施例一樣。因此，本實施例的延遲的小尺寸的電磁裝置能夠根據以較小的電流增加的吸引力高速地操作。
(5)實施例5附圖15所示為根據本發明的第五實施例的電磁裝置的結構的剖視圖。附圖16所示為附圖15的電磁裝置的一部分的部分剖視圖。附圖17所示為在附圖15的電磁裝置中提供的每個金屬環的透視圖。附圖15的電磁裝置具有與附圖1的電磁裝置基本相同的結構。此外，附圖15的電磁裝置包括設置在通過第一磁路部分2A和中心磁路部件6A延伸的棒孔或棒通道51中的金屬環或磁性部件55和放置在上部和下部金屬環55之間的墊片56。每個金屬環55包括磁性片或磁性層55A和滑動層55B。磁性片55A由薄環形的磁性材料製成。滑動層55B提供與在插入在棒孔51中的插棒5A相對的磁性片55A的表面上。
滑動層55B由本身潤滑的可滑動的材料製成，它具有較小的摩擦係數，並且不容易磨損。例如，四氟乙烯樹脂(氟樹脂)、聚乙烯樹脂、矽樹脂或聚縮醛樹脂都可用作可滑動的材料。在本實施例中，滑動層55B由氟樹脂製成。金屬環55可以由其它的磁性金屬部件替換，比如除了環形之外的其它形狀的金屬板，只要該部件包括磁性材料部件和滑動層，或者僅有磁性材料部件。
插棒5A插入在棒孔或棒通道51中，金屬環55插入在棒孔51和插棒5A之間。在這種狀態下，第一磁路部分2A置於側支路部件的部分6C和6D的上部端部；螺栓52通過第一磁路部分2A擰進中心磁路部件6A，由此支撐著第一磁路部分2A和中心磁路部件6A。
然後，在給吸引線圈7和排斥線圈9輸送激勵電流時，通過所輸送的激勵電流所產生的吸引磁通量Φ7和排斥磁通量Φ9和由啟動磁通產生部分8所產生的啟動磁通量Φ8通過中心磁路部件6A在磁路1中循環，並產生將插棒式鐵心4吸引到下部端部36A的電磁吸引，如上文在第一實施例中所述。
在棒孔51和插棒5A之間的間隙51A通過插入在棒孔51和插棒5A之間的金屬環55的厚度容易變窄。由此變窄的間隙51A阻止了插棒5A的傾斜。因此，在插棒式鐵心4接觸下部端部36A的接觸面57上，在插棒式鐵心4和下部端部36A之間的接觸面積增加，相反，在接觸面57上在插棒式鐵心4和下部端部36A之間的間隙減小。在插棒式鐵心4和下部端部36A之間的這種接觸降低了造成接觸面57的損壞和磁通量損失的可能性，由此提高了本實施例的電磁裝置的壽命。
在插棒5A與滑動層55B接觸的同時在棒孔51中移動時，滑動層55B的潤滑性使插棒5A的運動平穩，由此防止了插棒5A受到額外的負擔，並減小了本實施例的電磁裝置的操作所要求的功率量。
由於通過簡單地將金屬環55插入到棒孔51中容易使間隙51G變窄，因此棒孔51不需要以更高的精度形成。不同尺寸的金屬環55可以插入到棒孔51中以便容易調節間隙51A的寬度。
由於金屬環55提供在磁路1中，因此通過磁路1的磁性吸引，金屬環55可以連續地保持在棒孔51的內表面上。由於這種磁性吸引的緣故，金屬環55保持不動並繼續保持在棒孔51的內表面上，即使在插棒5A與滑動層55B接觸移動時。
如上文所述，啟動磁通產生部分8可以作為永磁體實現。在這種情況下，甚至在沒有給吸引線圈7和排斥線圈9輸送激勵電流時，來自永磁體並在磁路1中循環的磁通量產生了將金屬環55繼續保持在棒孔51的內表面上或者下文所描述的支撐金屬部件53的表面上或者在磁路1的部件上的磁性吸引力。在電磁裝置僅包括吸引線圈7和排斥線圈9時，金屬環55通過剩餘磁通可以連續地保持在磁路1中。因此，本實施例的電磁裝置能夠以不包括額外的支撐部件的簡單結構保持金屬環55。
如上文所述，附圖15的電磁裝置包括支撐金屬部件53。支撐金屬部件53設置在啟動線圈8和排斥線圈9之間。包括與插棒式鐵心4相對的滑動層55B的金屬環55固定在與插棒式鐵心4相對的支撐金屬部件53的表面上。除此之外，金屬環55可以固定在啟動線圈8上或者與插棒式鐵心4相對的磁路1的部件上。與插棒式鐵心4相對地設置的金屬環55具有與上文所述的相對插棒5A設置的金屬環55的效果類似的效果。
具體地說，金屬環55使在支撐金屬部件53和插棒式鐵心4之間的間隙變窄，並防止了插棒式鐵心4相對於軸向方向傾斜。除此之外，在插棒式鐵心4與滑動層55B接觸移動時，滑動層55B的潤滑性防止了插棒式鐵心4受到額外的負擔，由此減小了本實施例的電磁裝置的操作所要求的功率大小。此外，金屬環55使在磁路1和插棒式鐵心4之間的間隙變窄，由此減小在磁路1中的磁性損失。因此，本實施例的電磁裝置能夠通過金屬環55減小磁性損失的程度增加磁性吸引力。
在本實施例中，金屬環55可以由其它的磁性金屬部件替換，比如除了環形之外的其它形狀的金屬片，只要該部件可用於容易使該間隙變窄並且容易調整該間隙的寬度，如上文所描述，它包括磁性材料部件和滑動層，或者僅有磁性材料部件。
因此，本實施例的電磁裝置能夠降低在插棒5A或者插棒式鐵心4和相對的部件的接觸表面上的磁通量損失和損壞，由此具有提高的壽命和增加的磁性吸引力。特別是，在將該電磁裝置設計成簡單地增加磁性吸引力時，上文所提及的磁性金屬部件比如金屬環或金屬片可以僅包括磁性材料部件。磁性金屬部件可以提供在插棒式鐵心4上。
例如，被布置成調節在磁路1和插棒式鐵心4之間的間隙的磁性金屬部件可以設置在間隙內在插棒式鐵心4或磁路1上或者這兩者上。該磁性金屬部件可以包括在與磁路1或插棒式鐵心4相對的表面上的滑動層。因此，該電磁裝置可以具有在磁路1和插棒式鐵心4之間變窄的間隙。
可替換地，被布置成調節在磁路1和插棒式鐵心4之間的間隙的磁性金屬部件可以設置在該間隙內在插棒式鐵心4或磁路1或這兩者上。磁性金屬部件僅包括磁性材料部件。因此，電磁裝置可以具有在磁路1和插棒式鐵心4之間的變窄的間隙。
本申請基於在先的2003年8月12日申請的日本專利申請No.2003-292242；2003年11月19日申請的日本專利申請No.2003-388836；2004年6月8日申請的日本專利申請No.2004-170283；2004年6月8日申請的日本專利申請No.2004-170284；和2004年6月8日申請的日本專利申請No.2004-170285。在此以引用參考的方式將這些日本專利申請No.2003-292242、2003-388836、2004-170283、2004-170284、2004-170285的全部內容結合在本申請中。
雖然上文參考本發明的某些實施例已經描述了本發明，但是本發明並不限於上文所描述的實施例。對於本領域普通技術人員來說根據上文的教導可以對上文所描述的實施例進行改進和改變。本發明的範圍參考後面的權利要求界定。
權利要求
1.一種電磁裝置，包括包括第一和第二磁路部件和連接第一和第二磁路部件的支路部件的磁路；設置在磁路中並被布置成產生磁通量的吸引線圈；設置在磁路中並被布置成產生磁通量的排斥線圈；設置在磁路中並被布置成通過吸引線圈和排斥線圈的電磁力中的至少一個電磁力移動到第一和第二磁路部件中的一個部件和從其移開的插棒式鐵心；和設置在磁路中的吸引線圈和排斥線圈之間的啟動磁通產生部分，該啟動磁通產生部分被布置成產生磁通量以使啟動磁通產生部分的磁通量和排斥線圈的磁通量在磁路的一部分上彼此磁性地排斥以啟動插棒式鐵心。
2.如權利要求1所述的電磁裝置，其中磁路由形成在對著吸引線圈和啟動磁通產生部分的一部分中的第一磁路、和形成在對著排斥線圈的一部分中的第二磁路構成，第一磁路具有比第二磁路的磁阻更小的磁阻。
3.如權利要求1所述的電磁裝置，其中啟動磁通產生部分的磁通量和排斥線圈的磁通量在第二磁路部件和插棒式鐵心之間的部分上在磁性上彼此排斥。
4.如權利要求1所述的電磁裝置，其中啟動磁通產生部分和排斥線圈被布置成產生彼此接近的磁動力。
5.一種電磁裝置，包括包括第一和第二磁路部件和連接第一和第二磁路部件的支路部件的磁路；設置在磁路中並被布置成產生磁動力的吸引線圈；設置在磁路中並被布置成通過吸引線圈的電磁力移動到第一和第二磁路部件中的一個部件和從其移開的插棒式鐵心；和設置在磁路中並以與纏繞吸引線圈的纏繞方向相反的纏繞方向纏繞的延遲線圈，並且該延遲線圈被布置成產生比吸引線圈的磁動力更大的磁動力。
6.一種電磁裝置，包括包括第一和第二磁路部件和連接第一和第二磁路部件的側支路部件的磁路，第一和第二磁路部件中的一個包括中心磁路部件；設置在磁路中並被布置成產生磁動力的吸引線圈；和設置在磁路中並被布置成從位於在第二磁路部件附近的部分中的驅動開始位置開始並通過吸引線圈的電磁力移動到中心磁路部件和從其移開的插棒式鐵心。
7.一種電磁裝置，包括設置在磁路中並被布置成產生磁動力的吸引線圈；被布置成通過吸引線圈的電磁力軸向地移動的插棒式鐵心；和磁路，包括在吸引線圈上彼此軸向地面對的第一和第二磁路部件，和包圍著吸引線圈並從第一磁路部件軸向地延伸到第二磁路部件的側支路部件，該第一磁路部件包括軸向地延伸到吸引線圈中的中心磁路部件，並且該第二磁路部件包括容納設置在吸引線圈之外的插棒式鐵心的中心孔。
8.如權利要求6所述的電磁裝置，其中，第二磁路部件包括對著延伸過第二磁路部件的通道部件的內表面、對著中心磁路部件的端部的端面、和在內表面和端面之間的傾斜面；以及插棒式鐵心被布置成移動通過通道部件。
9.如權利要求8所述的電磁裝置，其中，插棒式鐵心被布置成從位於第二磁路部件的內表面和端面之間的驅動開始位置開始。
10.如權利要求8所述的電磁裝置，其中，第二磁路部件包括在內表面上的上部部分上的凹陷部件，該凹陷部件具有比內表面的內部截面尺寸更大的內部截面尺寸。
11.一種電磁裝置，包括包括第一和第二磁路部件和連接第一和第二磁路部件的側支路部件的磁路，第一和第二磁路部件中的一個包括中心磁路部件；設置在磁路中並被布置成產生磁動力的吸引線圈；和設置在磁路中並被布置成通過吸引線圈的電磁力移動到中心磁路部件和從其移開的插棒式鐵心，並且該插棒式鐵心具有比中心磁路部件的截面面積更小的截面面積。
12.如權利要求11所述的電磁裝置，其中，中心磁路部件從第一第二磁路部件的中心部分朝軸向地延伸過第二磁路部件的通道部件朝內軸向地延伸；第二磁路部件包括徑向地朝通道部件凸伸的凸伸部分，以使該凸伸部分與中心磁路部件重疊；以及插棒式鐵心被設置成移動通過通道部件。
13.如權利要求12所述的電磁裝置，其中，第二磁路部件包括在凸伸部分的上部部分上的凹陷部件，該凹陷部件具有比凸伸部分的內部截面尺寸更大的內部截面尺寸。
14.如權利要求11所述的電磁裝置，進一步包括固定到插棒式鐵心並被布置成給插棒式鐵心提供偏壓以調節插棒式鐵心的驅動的時序的偏壓部件。
15.一種電磁裝置，包括產生電磁力的電磁線圈；軸向地移動的插棒式鐵心；通過電磁線圈的電磁力使插棒式鐵心移動的磁路；和設置在插棒式鐵心和磁路之間的間隙中的磁性件。
16.如權利要求15所述的電磁裝置，其中，磁性件包括相對一個磁路和插棒式鐵心保持靜止的磁性層、和與另一個磁路和插棒式鐵心相對著的滑動層。
17.如權利要求15所述的電磁裝置，其中，電磁裝置進一步包括永磁體，該磁性件通過永磁體的磁性吸引力保持在該間隙中。
18.如權利要求16所述的電磁裝置，其中，磁路包括容納插棒式鐵心的孔，並且磁性件設置在該孔中。
19.如權利要求18所述的電磁裝置，其中，磁性件是管狀，並且套在插棒式鐵心上。
20.如權利要求18所述的電磁裝置，其中，插棒式鐵心包括插棒，該磁路包括在電磁線圈上彼此軸向地相對著的第一和第二磁路部件、和包圍著吸引線圈並從第一磁路部件軸向地延伸到第二磁路部件的側支路部件；第一磁路部件包括軸向地延伸到電磁線圈中並包括容納插棒式鐵心的插棒的孔的中心磁路部件；以及該磁體部件套在插棒上。
全文摘要
本發明公開了一種電磁裝置。吸引線圈、排斥線圈和插棒式鐵心設置在電磁裝置的磁路中。啟動磁通產生部分設置在磁路中在吸引線圈和排斥線圈之間。啟動磁通產生部分的磁通量在磁路的一部分上通過排斥線圈的磁通量在磁性上排斥以啟動插棒式鐵心。通過自吸引線圈和排斥線圈的磁通量產生的電磁力將插棒式鐵心吸引到第一和第二磁路部件中的一個部件。
文檔編號H01F3/14GK1585050SQ20041005740
公開日2005年2月23日 申請日期2004年8月12日 優先權日2003年8月12日
發明者谷水徹, 鶴田豐久, 深井利真, 西島陽, 藤卷博志, 谷水良行 申請人:日本Ae帕瓦株式會社, 有限會社技術諮詢谷水