具有雙控制磁路的電磁致動器的製作方法

2023-05-18 13:08:51 1

專利名稱：具有雙控制磁路的電磁致動器的製作方法
技術領域：
本發明涉及電磁致動器，其包括第一磁路，第一磁路包括相對於第一磁軛移動的第一移動電樞。所述第一電樞能夠在第一和第二位置之間移動，與第一磁軛分隔至少一個軸向氣隙。第一磁路包括第一線圈，第一線圈設計成生成磁控制通量，以將第一移動電樞從第一位置移動至第二位置。第一磁路包括第二線圈，第二線圈設計成生成磁控制通量，以將第一移動電樞從第二位置移動至第一位置。具有徑向磁化作用的永久磁體生成偏振通量， 以對抗由第一和第二線圈生成的磁通量。
背景技術：
電磁致動器通常包括例如滑動致動杆等可動部分、施加移動可動部分的作用力的至少一個感應線圈、和圍繞線圈但被所述杆穿過的電磁殼體，磁場線在電磁殼體處閉合。電磁致動器的雙穩定功能也是已知的。通常還被稱作混合致動器的雙穩定電磁致動器還包括將可動部分保持在至少一個穩定位置的至少一個永久磁體。雙穩定電磁致動器因此包括鎖定功能和驅動功能，所述鎖定功能通過閉合由永久磁體偏振出的可變氣隙而鎖定可動部分，所述驅動功能能在使可動部分旋轉至另一穩定位置後實現解鎖。為了改善電磁致動器的操作，製造中已努力來減小目前約為幾微米的殘餘氣隙、 最佳化各種幾何參數，例如片材金屬板的厚度、磁結構的分支的寬度和厚度、以及移動部分與對應物之間的氣隙的形狀。具體說，通過使用傾斜部分來最大化氣隙的表面。此外，具有稀土基的高矯頑力永久磁體的引入(NdFeB)實現了使維持可動部分在穩定位置的作用力增大，換言之能獲得顯著的鎖定作用力。獲得約為一公噸的鎖定作用力能實現在電力應用中創新地使用電磁致動器，例如用於對中壓斷路器的直接開/閉控制。然而，儘管其實現很簡單，但是雙穩定電磁致動器特別是由它必須進行的以下兩個矛盾功能之間的折衷得到的對可動部分的鎖定功能和驅動功能。因此在移動氣隙沿其截面的方向發生變形時通常能觀察到普通的鎖定，而在移動氣隙沿其纖維的方向發生變形時能觀察到極低的驅動效率。該折衷由非偏振阻滯磁路的一般性質引起。在通過電壓源向感應線圈供給電壓的情況下，可動部分的運動伴隨著被電壓源觀察到的激勵電路的自感量的增大。如圖7中的虛線所示，因氣隙的閉合而發生的自感量的增大引起移動階段中線圈中的激勵電流的減小，並導致電磁致動器的驅動力減弱。因此能觀察到兩個不利於致動器的能量效率的效果一方面，線圈中的焦耳損失， 其隨電流的平方變化；另一方面，移動階段中驅動力的損失，其使致動時間變長。

發明內容
因此，本發明的目的是彌補現有技術的缺點，以提出具有高能量效率的電磁致動
ο本發明的電磁致動器包括第二磁路，第二磁路與第一磁路磁性地分離、並包括第二移動電樞，第二移動電樞相對於第二磁軛移動、並與所述第二磁軛分隔一在其整個移動中保持恆定的徑向滑動氣隙。兩個移動電樞彼此機械地連接，以同時在第一和第二位置之間移動。第三線圈設計成生成磁控制通量，以將第二移動電樞從第一位置移動至第二位置。 第四線圈設計成生成磁控制通量，以將第二移動電樞從第二位置移動至第一位置。根據第一特定實施例，第一線圈和第三線圈串聯，並設計成同時生成磁控制通量， 以將第一和第二移動電樞從第一位置移動至第二位置。第二線圈和第四線圈串聯，並設計成同時生成磁控制通量，以將第一和第二移動電樞從第二位置移動至第一位置。根據第二特定實施例，電磁致動器包括第一、第二、第三和第四線圈的獨立的電源器件，該電源器件設計成同時控制第一線圈和第三線圈，以將第一和第二移動電樞從第一位置移動至第二位置。該電源器件設計成同時控制第二線圈和第四線圈，以將第一和第二移動電樞從第二位置移動至第一位置。根據本發明的一個發展實施例，第一磁軛包括至少一個第一 E形部分，具有兩個外側臂和一個中間臂，中間臂包括永久磁體，各外側臂通過第一部分連接至中間臂。第一和第二線圈分別定位在第一部分上，第一移動電樞在外側臂之間移動。根據本發明的一個發展，第一磁軛包括至少一個第一 E形部分，具有兩個外側臂和一個中間臂，各外側臂通過第一部分連接至中間臂，第三和第四線圈分別定位在第一部分上。第二移動電樞在所述臂的自由端的前方移動，並與所述端分隔徑向滑動氣隙。有利地，外側臂的自由端包括垂直於所述臂的第二部分，第二移動電樞沿平行於這些第二部分的方向移動，並與所述部分分隔徑向滑動氣隙。根據本發明的一個發展實施例，第一和第二磁軛彼此面對，以使第一軛的外側臂和中間臂的端部定位成面對第二軛的臂的端部。根據本發明的另一發展，第一磁軛包括兩個分別呈E形的部分，它們定位成彼此面對，以使第一部分的外側臂和中間臂的自由端定位成面對第二部分的臂的自由端。具有徑向磁化作用的兩個永久磁體定位在中間臂上。第一和第二線圈定位成圍繞第一移動電樞，第一移動電樞在兩個部分的外側臂之間移動。第二磁軛包括兩個分別呈E形的部分，它們定位成彼此面對，以使第一部分的外側臂和中間臂的自由端定位成面對第二部分的臂的自由端。第三和第四線圈定位成圍繞第二移動電樞，第二移動電樞在兩個E形部分內並在所述臂的端部的前方移動。有利地，所述兩個移動電樞通過鎖定杆連接，所述鎖定杆的縱軸與移動電樞的縱軸相同，所述兩個移動電樞具有相同的縱軸，對應於所述電樞的移動軸。根據本發明一優選實施例，第一磁軛呈彎曲的E形，具有兩個外側臂和一個中間臂，各外側臂通過根據一個圓的第一圓弧發展出的部分連接至中間臂。第一移動電樞在外側臂之間以圓弧移動方式移動。第二磁軛呈彎曲的E形，具有兩個外側臂和一個中間臂，各外側臂通過根據一個圓的第二圓弧發展出的部分連接至中間臂。第二移動電樞在所述臂的端部的前方以圓弧移動方式移動。有利地，所述兩個移動電樞通過鎖定杆機械地連接。


其它優點和特徵將在以下對只作為非限制性示例給出並表示在附圖中的本發明的特定實施例的描述中變得更加清楚明了，附圖中
圖1示出了處於第一操作位置的電磁致動器的第一優選實施例的布局圖；圖2和3示出了處於中間位置的根據圖1的電磁致動器的線路圖；圖4示出了根據圖1的處於第二操作位置的電磁致動器的線路圖；圖5示出了第一特定實施例的電磁致動器的控制電路的圖；圖6示出了第二特定實施例的電磁致動器的控制電路的圖；圖7示出了在根據圖1的電磁致動器的線圈中流動的電流的強度的曲線圖；圖8示出了根據圖1的電磁致動器的第一替代實施例的線路圖；圖9示出了根據圖1的電磁致動器的第二替代實施例的線路圖；圖10示出了根據圖1的電磁致動器的另一替代實施例的線路圖；圖11示出了處於第一操作位置的電磁致動器的第二優選實施例的線路圖；圖12示出了處於第一操作位置的電磁致動器的第三優選實施例的線路圖。
具體實施例方式根據如圖1_4、11和12所示的所有優選實施例，電磁致動器包括第一磁路1，第一磁路1包括相對於第一磁軛11移動的第一移動電樞10。可變形第一磁路1提供可變軸向氣隙。在第一和第二位置之間移動的所述第一移動電樞10與第一磁軛11分隔至少一個軸向氣隙el、e2。所述第一移動電樞10在打開位置Kl與閉合位置K2之間移動。作為操作的示例，如圖4所示的閉合位置K2通常對應於在移動電樞12與固定軛 11之間存在的第一氣隙el的最小值。通常，移動電樞12與固定軛11之間的第二氣隙e2 於是是最大值。如圖1所示的閉合位置Kl通常對應於第一氣隙el的最大值。第二氣隙e2 於是是最小值。電磁致動器的第一磁路1包括第一線圈12A，第一線圈12A設計成生成磁控制通量Φ 12Α，以將第一移動電樞10從第一位置Kl移動至第二位置Κ2。第一磁路1包括第二線圈12Β，第一線圈12Β設計成生成磁控制通量Φ12Β，以將第一移動電樞10從第二位置Κ2 移動至第一位置Kl。第一磁軛11包括具有徑向磁化作用的至少一個永久磁體16。所述至少一個永久磁體16生成偏振通量Φυ，其對抗由第一和第二線圈12Α、12Β生成的磁通量。電磁致動器是具有磁鎖定的雙穩定致動器。電磁致動器還包括與第一磁路磁性地分離的第二磁路2。第一和第二磁路1、2之間的磁分離意味著兩個磁路之間的互感係數基本等於零。該分離可通過磁屏蔽(未示出) 得以實現。第二磁路2包括相對於第二磁軛21移動的第二移動電樞20。第二移動電樞20 與第二磁軛21分隔一滑動氣隙e3。在第二移動電樞20的移動期間，滑動氣隙e3沿垂直於所述移動電樞的運動方向的徑向方向是恆定的。兩個移動電樞10、20彼此機械地連接，以同時在第一和第二位置之間移動。電磁致動器的第二磁路2包括第三線圈22A，第三線圈22A設計成生成磁控制通量，以將第二移動電樞20從第一位置Kl移動至第二位置K2。第二磁路2包括第四線圈 22B，第四線圈22B設計成生成磁控制通量，以將第二移動電樞20從第二位置K2移動至第一位置Kl。
當第一移動電樞10沿縱軸Y從第一位置Kl移動至第二位置K2時，施加至第一電樞的位移作用力Fl與移動y的平方成反比。所述位移作用力可表示為以下方程式(1)
權利要求
1.一種電磁致動器，包括第一磁路(1)，第一磁路(1)包括-第一移動電樞(10)，相對於第一磁軛(11)移動，所述第一移動電樞(10)能夠在第一和第二位置(K1、K2)之間移動，與所述第一磁軛(11)分隔至少一個軸向氣隙(el、e2)；-第一線圈(12A)，設計成生成磁控制通量(Φ12Α)，以將第一移動電樞(10)從第一位置(Kl)移動至第二位置(K2)；-第二線圈(12B)，設計成生成磁控制通量(Φ12Β)，以將第一移動電樞(10)從第二位置(以)移動至第一位置(Kl)；-具有徑向磁化作用的至少一個永久磁體(16)，所述至少一個永久磁體(1 6)生成偏振通量(Φυ)，以對抗由第一和第二線圈(12Α、12Β)生成的磁通量(Φ12Α、Φ12Β)，其特徵在於，所述電磁致動器包括第二磁路O)，第二磁路( 與所述第一磁路磁性地分離並包括-第二移動電樞(20)，相對於第二磁軛移動，並與所述第二磁軛分隔一徑向滑動氣隙(e3)，該徑向滑動氣隙(e!3)在第二移動電樞00)的整個移動中保持恆定，所述兩個移動電樞(10、20)機械地連接，以同時在第一和第二位置之間移動，-第三線圈02A)，設計成生成磁控制通量(Φ22Α)，以將第二移動電樞OO)從第一位置(Kl)移動至第二位置(K2)；-第四線圈02B)，設計成生成磁控制通量(Φ22Β)，以將第二移動電樞OO)從第二位置(K2)移動至第一位置(Kl)。
2.如權利要求1所述的電磁致動器，其特徵在於，-第一線圈(12A)和第三線圈(22A)串聯，並設計成同時生成磁控制通量(Φ12Α、 Φ22A)，以將第一和第二移動電樞(10、20)從第一位置移動至第二位置。-第二線圈(12Β)和第四線圈(22Β)串聯，並設計成同時生成磁控制通量(Φ12Β、 Φ22Β)，以將第一和第二移動電樞(10、20)從第二位置移動至第一位置。
3.如權利要求1所述的電磁致動器，其特徵在於，它包括第一、第二、第三和第四線圈 (12Α、12Β、22Α、22Β)的獨立的電源器件，該電源器件設計成-同時控制第一線圈(12Α)和第三線圈02Α)，以將第一和第二移動電樞(10、20)從第一位置移動至第二位置；-同時控制第二線圈(12Β)和第四線圈02Β)，以將第一和第二移動電樞(10、20)從第二位置移動至第一位置。
4.如權利要求1 3中任一項所述的電磁致動器，其特徵在於，第一磁軛(11)至少包括第一 E形部分，所述第一 E形部分具有兩個外側臂(13Α、13Β)和一個中間臂(14)，所述中間臂(14)包括所述永久磁體(16)，各外側臂(13Α、13Β)通過第一部分(15Α、15Β)連接至中間臂(14)，第一和第二線圈(12Α、12Β)分別定位在所述第一部分(15Α、15Β)上，第一移動電樞(10)在外側臂(13AU3B)之間移動。
5.如上述權利要求中任一項所述的電磁致動器，其特徵在於，第二磁軛至少包括第一E形部分，所述第一E形部分具有兩個外側臂(23Α、23Β)和一個中間臂(M)，各外側臂 (23Α、23Β)通過第一部分(25Α、25Β)連接至中間臂(M)，第三和第四線圈(22Α、22Β)分別定位在所述第一部分(25Α、25Β)上，第二移動電樞OO)在所述臂的自由端的前方移動、並與所述端分隔所述徑向滑動氣隙(e3)。
6.如權利要求5所述的電磁致動器，其特徵在於，外側臂(23A、23B)的自由端包括垂直於所述臂的第二部分(18A、18B)，第二移動電樞00)沿平行於這些第二部分的方向移動， 並與所述部分分隔所述徑向滑動氣隙(e3)。
7.如上述權利要求中任一項所述的電磁致動器，其特徵在於，第一和第二磁軛(11、 21)彼此面對，以使第一軛(11)的外側臂(13A、13B)和中間臂(14)的端部定位成面對第二軛的臂03A、2;3B、24)的端部。
8.如權利要求1 3中任一項所述的電磁致動器，其特徵在於，-第一磁軛(11)包括兩個分別呈E形的部分(IlAUlB)，它們定位成彼此面對，以使第一部分(IlA)的外側臂和中間臂的自由端定位成面對第二部分(IlB)的臂的自由端，-具有徑向磁化作用的兩個永久磁體(16)定位在中間臂上，-第一和第二線圈定位成圍繞第一移動電樞(10)，第一移動電樞(10)在兩個部分 (IlAUlB)的外側臂之間移動，-第二磁軛包括兩個分別呈E形的部分(21Α、21Β)，它們定位成彼此面對，以使第一部分(21Α)的外側臂和中間臂的自由端定位成面對第二部分OlB)的臂的自由端，-第三和第四線圈定位成圍繞第二移動電樞(20)，第二移動電樞OO)在兩個E形部分 (21Α.21Β)內側並且在所述臂的端部的前方移動。
9.如權利要求8所述的電磁致動器，其特徵在於，所述兩個移動電樞(10、20)通過鎖定杆連接，所述鎖定杆的縱軸與移動電樞的縱軸相同，所述兩個移動電樞具有相同的縱軸，對應於所述電樞的移動軸。
10.如權利要求1 3中任一項所述的電磁致動器，其特徵在於，-第一磁軛(11)呈彎曲的E形，具有兩個外側臂(13AU3B)和一個中間臂(14)，各外側臂(13Α、13Β)通過根據一個圓的第一圓弧發展的部分(15Α、15Β)連接至中間臂(14)，-第一移動電樞(10)在外側臂(13Α、13Β)之間以圓弧移動方式移動，-第二磁軛(21)呈彎曲的E形，具有兩個外側臂(23Α、23Β)和一個中間臂(M)，各外側臂(23Α、23Β)通過根據一個圓的第二圓弧發展的部分(25Α、25Β)連接至中間臂04)，-第二移動電樞OO)在所述臂的端部的前方以圓弧移動方式移動。
11.如權利要求10所述的電磁致動器，其特徵在於，所述兩個移動電樞(10、20)通過鎖定杆(17)機械地連接。
全文摘要
本發明涉及一種電磁致動器，其包括第一磁路(1)，第一磁路(1)具有第一可動電樞(10)，第一可動電樞(10)能夠相對於第一磁軛(11)移動，並與所述第一軛分隔至少一個軸向氣隙(e1、e2)。具有徑向磁化作用的永久磁體(16)生成偏振通量(ΦU)，其對抗由第一線圈(12A)和第二線圈(12B)生成的磁通量(Φ12A、Φ12B)。致動器包括第二磁路(2)，第二磁路(2)與第一磁路磁性地分離、並包括第二可動電樞(20)，第二可動電樞(20)能夠經由徑向的、恆定的且持續的滑動氣隙(e3)相對於第二磁軛(21)移動，所述兩個可動電樞(10、20)機械地連接，以同時在第一和第二位置之間移動。第二磁路(2)包括第三和第四線圈(22A、22B)。
文檔編號H01F7/122GK102257581SQ200980151093
公開日2011年11月23日 申請日期2009年12月8日 優先權日2008年12月22日
發明者D.拉達斯, M.巴勞爾特, V.馬祖裡克 申請人:施耐德電器工業公司