CN205230681U - 磁性锁闭的磁通转移电子机械致动器 - Google Patents

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Abstract

磁性锁闭的磁通转移电子机械致动器(9)包括可在第一和第二位置之间移动的软铁质电枢(31)、永磁体(5A)、螺线管(23)和软铁质外部框架(11)。永磁体(5A)可相对于螺线管(23)静止并操作成将电枢(31)稳定地保持在第一位置或第二位置。致动器(9)提供两个不同磁通路径(24A，24B)，其中的一个或另一个是用于永磁体(5A)的主磁通路径，取决于电枢(31)的位置。两个磁通路径皆穿过电枢(31)。磁通路径中的一个可穿过外部框架(11)。另一磁通路径则没有。致动器(9)可包括用于第一和第二位置的起到互补作用的两个永磁体(5)。致动器(9)可以是简单地构成的、紧凑的和非常有效的。

Description

磁性锁闭的磁通转移电子机械致动器
优先权
本申请要求2014年8月18日提交的印度临时申请No.2335/DEL/2014和2015年7月9日提交的美国临时申请No.62/190460的优先权。
技术领域
本实用新型总的涉及致动器，更具体地涉及磁性锁闭的螺线管。
背景技术
电子机械致动器将电流变换成机械运动。电子机械致动器可以包括卷绕在可移动的铁磁性电枢周围的螺线管。当电流从螺线管通过时，产生磁通量。在典型设计中，致动器被设计成包括可以通过移动电枢来减小的气隙。该气隙位于由来自螺线管的磁通量采取的路径中。当螺线管通电时，它使电枢磁化并沿减小气隙的方向吸引它。一弹簧可以构造成使电枢沿增大气隙的方向移动。该弹簧决定电枢在螺线管断电时的位置。
锁闭式电子机械致动器与该常规设计的不同之处在于，当螺线管断电时，电枢保留在原位。这可以例如通过安设永磁体(5A)来实现，其中当电弧处于气隙减小的位置时，所述永磁体克服弹力保持电枢。通过给螺线管提供具有合适的极性的短电流脉冲，可以使电枢从锁闭位置移动。
实用新型内容
根据本教导的一些方面，一种锁闭电子机械致动器包括可在第一和第二位置之间移动的电枢、永磁体、螺线管和用于螺线管的外部框架(11)，该外部框架具有由低矫顽力铁磁材料形成的一个或多个区段。电枢的至少一部分也由低矫顽力铁磁材料组成。永磁体(5A)可相对于螺线管静止并操作成将电枢稳定地保持在第一位置或第二位置。在缺乏来自螺线管或任何外源的磁场的情况下，致动器提供两个不同的磁通路径，其中的一个或另一个是用于永磁体(5A)的主磁通路径，取决于电枢是处于第一位置还是处于第二位置。两个磁通路径皆穿过电枢。磁通路径之一可围绕螺线管的线圈穿过外部框架(11)。另一磁通路径则没有。
在操作中，第一极性的电压可作用于螺线管以使电枢从第一位置致动到第二位置。通过螺线管产生的磁场可以以增加第一磁通路径中的磁阻的方式改变电枢和外部框架(11)内的磁化强度。来自永磁体(5A)的磁通量因此可随着电枢承受使它从第一位置行进到第二位置的力而朝向第二磁通路径转移。然后可保持电枢稳定在第二位置，即使螺线管从电压源断开。
随后，可向螺线管作用具有与第一极性相反的极性的电压以增加第二磁通路径中的磁阻。来自永磁体(5A)的磁通量因此可随着电枢承受使它从第二位置行进回到第一位置的力而朝向第一磁通路径转移。然后可保持电枢稳定在第一位置，即使螺线管从电压源断开。
通过使用螺线管来破坏两个磁通量路径——一个将致动器稳定在第一位置且另一个将致动器稳定在第二位置——中的一个或另一个的稳定性，根据这些教导的电子机械致动器相比于通过抵抗永磁体的保持力而工作的电子机械致动器可以以更高的效率工作。更高的效率可允许更小螺线管的使用。使永磁体(5A)相对于螺线管静止允许从电枢拆卸永磁体，由此磁体(5A)不会有助于电枢的惯性。将电枢构造成使得用于永磁体(5A)的主磁通路径在不到达外部框架(11)周围的情况下穿过电枢减少了磁通量泄漏并且增加了当电枢处于第二位置时由永磁体(5A)提供的单位质量保持力。
在这些教导的一部分中，用于永磁体(5A)的极片定位在螺线管内。该极片可以靠接永磁体的磁极。该极片可定位成有利于磁通量从永磁体(5A)到达电枢。在这些教导的一部分中，永磁体(5A)具有圆环形式。磁体(5A)可在平行于螺线管的轴线的方向上极化。在这些教导的一部分中，极片是邻近永磁体定位在螺线管内的由低矫顽力铁磁性材料形成的圆环。该环的位置相对于永磁体可以是固定的。这些形式简化了致动器的结构。
在这些教导的一部分中，电枢具有由低矫顽力铁磁材料形成的台阶状边缘。当电枢处于第一位置时，电枢的台阶状边缘可与靠接外部框架(11)或形成其一部分的对应地成形的低矫顽力铁磁材料匹配。电枢的边缘可作为极面工作且台阶状的边缘可增大螺线管可用以使电枢从第二位置移动到第一位置的力。
在本教导的一些方面中，致动器包括两个永磁体。致动器可形成用于处于两个稳定的电枢位置中的每个电枢位置的每个永磁体的不同磁通路径。不同路径可以主要用于每个永磁体，取决于电枢的位置。在这些教导的一部分中，在两个稳定的电枢位置中的每个电枢位置，永磁体的其中一个具有穿过电枢而不到达外部框架(11)周围的主磁通路径。利用这些特征，在第一和第二位置两者中，电枢通过永磁体得到很好的稳定并且螺线管可以通过同时作用于两个永磁体的磁场的磁通路径转移机构来致动电枢。在这些教导的一部分中，两个永磁体以相对的极性布置。在这些教导的一部分中，两个磁体在径向上与电枢相邻。这些设计特征有利于使致动器紧凑和高效。
在这些教导的一部分中，用于通过螺线管在通电时产生的磁通量的主路径在电枢处于第一位置时具有第一气隙且在电枢处于第二位置时具有第二气隙。随着电枢在第一和第二位置之间平移，气隙的其中一个的尺寸增大且另一个的尺寸减小。最终结果是，螺线管的磁路中的总气隙在电枢移动时基本不变且电枢的移动主要由永磁体通过磁通转移机构驱动。
在本教导的一些方面中，致动器包括将致动器从第二位置偏压到第一位置的弹簧。弹簧可构造成当电枢处于第一位置时电枢上的弹簧力是当电枢处于第二位置时电枢上的弹簧力的四分之一以下。在这些教导的一部分中，弹簧在致动器到达第一位置之前变成完全伸展。弹簧可增大平移期间电枢上的力并且提高电枢可从第二位置被致动到第一位置的速度。在这些教导的另一些部分中，第二弹簧通常构造成使电枢从第一位置致动到第二位置。
根据本教导的一些方面，锁闭式电子机械致动器包括环形结构，该环形结构包括两个环形永磁体，这两个永磁体在它们的轴线方向上被磁化并以相对的极性布置，由低矫顽力铁磁材料形成的圆环布置在它们之间且靠接它们中的每一者。螺线管具有环绕环形结构的线圈。由低矫顽力铁磁材料形成的外壳包围螺线管的径向外侧部分。由低矫顽力铁磁材料形成的另外的部件覆盖螺线管的两端并从环形结构延伸到外部框架(11)。电枢以这样的构型安装：在该构型中，电枢的包含低矫顽力铁磁材料的部分保留在环形结构内。致动器是紧凑的、高效的和锁闭式的。
本教导的一些方面提供了操作具有螺线管和电枢的电子机械致动器的方法。在这些教导的一部分中，电枢可利用在环绕螺线管的线圈的第一磁通路径之后产生磁场的第一永磁体(5A)而被保持在第一位置。螺线管随后可与具有第一极性的直流电压源连接，藉此它产生再定向来自第一永磁体(5A)的磁通量并使电枢从第一位置移动到第二位置的磁场。在不再需要螺线管的动作来完成电枢从第一位置到第二位置的移动之后，可使螺线管与直流电压源断开。然后可利用第一永磁体将电枢保持在第二位置。在第二位置，第一永磁体(5A)产生沿着不环绕螺线管的线圈的第二磁通路径的磁场。该螺线管随后可与具有与第一极性相反的第二极性的直流电压源连接，以产生再定向来自第一永磁体(5A)的磁通量并使电枢从第二位置移动到第一位置的磁场。DC电压源可以是例如发电机、充电电容器或充电电池。
在这些教导中的一部分中，利用第一永磁体(5A)将电枢保持在第一位置还包括利用产生沿着不环绕螺线管的线圈的第三磁通路径的磁场的第二永磁体(5A)将电枢保持在第一位置。同样，在这些教导的一部分中，利用第一永磁体(5A)将电枢保持在第二位置还包括利用产生顺序环绕螺线管的线圈的第四磁通路径的磁场的第二永磁体(5A)将电枢保持在第二位置。
此实用新型内容的主要目的是为了以简化方式体现发明人的某些设想，以帮助理解以下更具体的说明。此实用新型内容不能全面地说明可被视作“发明”的发明人的每一个设想或发明人的每个设想的全部组合。发明人的其它设想将通过以下的具体描述连同附图被传达给本领域的技术人员。本文披露的具体细节可以被归纳、缩窄和以各种方式组合，发明人期望作为其发明加以保护的最终描述内容供后续权利要求书所用。
附图说明
图1示出了根据本教导的一些方面的电子机械致动器的半截面，其中电枢处于第一位置。
图2示出了可以通过图1的致动器的螺线管产生的磁场。
图3示出了图1的致动器，其中电枢处于第二位置。
图4示出了根据本教导的另一些方面的电子机械致动器的半截面，其中电枢处于第一位置。
图5示出了图4的致动器，其中电枢处于运动中。
图6示出了图4的致动器，其中电枢处于第二位置。
图7示出了可针对图4-6的致动器预期的力与电枢位置关系。
图8示出了可针对图9的致动器预期的力与电枢位置关系。
图9示出了根据本教导的另一些方面的电子机械致动器的半截面。
图10示出了根据本教导的另一些方面的电子机械致动器的半截面。
图11示出了根据本教导的另一些方面的电子机械致动器的半截面。
图12示出了根据本教导的另一些方面的电子机械致动器的半截面。
图13示出了可针对图11的致动器预期的力与电枢位置关系。
图14提供了根据本教导的一些方面的方法的流程图。
具体实施方式
在附图中，一些附图标记由数字后接字母组成。在该说明和附后权利要求中，由不带字母的相同数字组成的附图标记等同于在附图中使用且由后接字母的相同数字组成的所有附图标记的清单。例如，“电子机械致动器109”与“电子机械致动器109A、109B、109C、109D、109E”相同。
图1-3示出了提供根据本教导的一些方面的示例的电子机械致动器109A。致动器109A可关于轴线34对称。图1-3示出了从轴线34通过并来到轴线34的一侧的截面。致动器109A包括螺线管23、电枢31A、外部框架(11)11A和至少一个永磁体5A。螺线管23包括绕轴线34转圈的多个线圈(未分别示出)。电枢31A可在第一位置与第二位置之间沿着轴线34平移，包括低矫顽力铁磁性部分27A，并且可包括附加部件1A。图1和2示出了处于第一位置的电枢31A，图3示出了处于第二位置的电枢31A。电枢31A的低矫顽力铁磁性部分27A的至少一部分可由螺线管23的线圈环绕且因此位于螺线管23内。
永磁体5A可位于螺线管23内。在本教导的一些方面中，永磁体5A完全位于螺线管23内。根据本教导的一些方面，永磁体5A相对于螺线管23是静止的。在这些教导的一部分中，永磁体5A位于电枢31A的径向外侧，由此永磁体5A可被说成位于电枢31A和螺线管23之间。在这些教导的一部分中，永磁体5A与电枢31A相邻。在这些教导的一部分中，永磁体5A沿着平行于轴线34的方向被极化。永磁体5A的结构可呈环形并围绕电枢31A。如本文中所用，永磁体5A是带剩磁的高矫顽力的铁磁材料。高矫顽力意味着永磁体5A的极性在数百次螺线管23***作以使电枢31A在第一和第二位置之间切换的操作之后保持不变。高矫顽力的铁磁材料的示例包括由AlNiCo和NdFeB组成的复合材料。软铁是低矫顽力铁磁材料的一个示例。
外部框架(11)11A可由一个或多个低矫顽力铁磁材料的区段形成，包括位于螺线管23的外侧的部分12和螺线管23两端上的部分6。在这些教导的一部分中，外部框架(11)11A形成围绕螺线管23的外壳。在这些教导的一部分中，电枢31A的低矫顽力铁磁部分27A在电枢31A处于第一位置时在第一位置2A且在电枢31A处于第二位置时在第二位置2B靠接外部框架(11)11A。外部框架(11)11A可在位置2A和2B之间提供连续的低矫顽力铁磁路径。
在本教导的一些方面中，螺线管23可由绕轴线34在一个方向上的单个线圈绕组形成。这提供了最简单和最紧凑的结构。或者，螺线管23可由多个绕组提供。在这些教导的一部分中，螺线管23包括两个绕组，每个绕组都沿不同方向卷绕。这允许使用更简单的电路来逆转由螺线管23产生的磁场的极性。
在这些教导的一部分中，极片15A定位在电枢31A的低矫顽力铁磁部分27A附近并靠接永磁体5A的磁极14A。在这些教导的一部分中，极片15A有利于来自磁极14A的磁通量来到电枢31A的低矫顽力铁磁部分27A。在这些教导的一部分中，极片15A具有圆环形式。
如图1所示，当电枢31A处于第一位置时，致动器9A可形成穿过电枢31A的铁磁性部分27A并经由外部框架(11)11A来到螺线管23的线圈周围的第一磁通路径24A。极片15A也可形成磁通路径24A的一部分。在这些教导的一些方面中，当电枢31A处于第一位置且无外部磁场或来自螺线管23的磁场正在改变该磁通的路径时，磁通路径24A是用于永磁体5A的主磁通路径。作为本文中使用的用语，用于永磁体5A的主磁通路径是磁体的磁极之间的至少一半磁通所采取的路径。磁通可由于该路径相比于其它路径的低磁阻而沿着特定路径。使电枢31A从第一位置移动在磁通路径24A中形成气隙，这增加了该路径的磁阻。来自永磁体5A的磁场阻止这些变化并进而使电枢31A稳定在第一位置。
如图3所示，当电枢31A处于第二位置时，致动器9A可形成穿过电枢31A的铁磁部分27A的第二磁通路径24B，但与路径24A不一样，不会来到螺线管23的线圈周围。极片15A也可形成磁通路径24B的一部分。在这些教导的一些方面中，当电枢31A处于第二位置且无外部磁场或来自螺线管23的磁场正在改变该磁通的路径时，磁通路径24A是用于永磁体5A的主磁通路径。使电枢31A从第二位置移动在磁通路径24B中形成了气隙，这增加了该路径的磁阻。来自永磁体5A的磁场阻止这些变化并进而使电枢31A稳定在第二位置。
图2示出了用于可由螺线管23产生的磁通的磁通路径22。如图2所示，当电枢31A处于第一位置时，来自螺线管23的磁通量与气隙32A交叉。如图3所示，使电枢31从第一位置移动到第二位置封闭了气隙32A且开启了另一个气隙32B。在这些教导的一部分中，这两个气隙的总长度在电枢31A移动时保持不变。
当低矫顽力铁磁材料被该磁通磁化时，低磁阻磁通路径可形成在该材料中。如图1和2所示，当电枢31A处于第一位置时，螺线管23可通电以形成改变磁通路径24A中的低矫顽力铁磁材料中的感应极性的磁场22，这大幅增加了用于来自永磁体5A的磁通的该路径的磁阻。在磁场22的影响下，用于永磁体5A的主磁通路径可离开磁通路径24A朝向磁通路径24B转移。电枢31A可在第一位置变得不稳定并承受朝向第二位置驱动它的净力。在这些力的影响下，电枢31A可朝向第二位置移动，在这里它甚至在螺线管23断电且磁场22已消散之后也可再次变成稳定的。
螺线管23随后可利用沿反方向的电流通电，所述反方向与第一方向相反，由此磁场22再次形成但极性相反。这可以增加磁通路径24B的磁阻，使电枢31A移动回到第一位置，并重新建立磁通路径24A作为用于永磁体5A的主磁通路径。
通电的螺线管23可将包括螺线管23的电路(未示出)连接至直流电压源(未示出)。在这些教导中的一些教导中，为了逆转电流的方向，电流再次与电压源连接，但极性相反。这可利用例如H型桥来实现。或者，可连接不同电压源，取决于期望螺线管23中有正向电流还是反向电流。在这些教导中的其它部分中，螺线管2可包括为了增加磁通路径24A的磁阻而设置的第一组线圈和为了增加磁通路径24B的磁阻而设置的第二组线圈。两组线圈可被电气地隔离并沿不同方向卷绕。
根据本教导的一些方面，可通过增设起到对永磁体5A的补充作用的第二永磁体(5A)5B来提高电磁致动器9A的性能。图4-6所示的电磁致动器9B提供了一个示例。在这些教导的一部分中，永磁体(5A)5B定位在螺线管23内。在这些教导的一部分中，永磁体5A和5B贴近螺线管23的相对两端。在这些教导的一部分中，永磁体(5A)5B布置成其极性与永磁体5A的极性相对。在这些教导的一部分中，极片15B定位在永磁体5A和5B的对向磁极之间。在这些教导的一部分中，极片15B呈圆环形式。
补充作用意味着具有当电枢31A处于第一位置时满足对磁通路径24B的描述的主磁通路径以及当电枢31A处于第二位置满足对磁通路径24A的描述的主磁通路径。例如，如图4所示，用于来自永磁体(5A)5B的磁通量的主路径在电枢31A处于第一位置时是磁通路径24C。磁通路径24C类似于在图3和6中示出的磁通路径24B并且在电枢31A处于第二位置时是用于来自永磁体5A的磁通量的主路径。磁通路径24C穿过电枢31A的铁磁部分27A而不来到螺线管23的线圈周围。磁通路径24C和24B可以比较短且采取这些路径的磁通量可分别在第一和第二位置提供用于电枢31A的较强保持力。两个永磁体5A和永磁体(5A)5B可有助于将第一和第二两个位置稳定电枢31A的位置。
图5示出了螺线管23如何可以同时分别从路径24A和24C再定向来自永磁体5A和5B的磁通量并使电枢31A移动到第二位置。图6示出了磁通量路径24B和24D，其在电枢31A到达第二位置时变成用于永磁体5A和5B的新的主磁通路径。
图7示出了致动器9B中的电枢31A上的力可以如何随着电枢31A沿着轴线34平移而变化。曲线54A示出了当螺线管23不带电时电枢31A上沿着轴线34的净磁力。点52A对应于第一位置，且点58A对应于第二位置。如果电枢31A处于经过中点55A的任何位置，则电枢31A将被吸至第一和第二位置中它最接近的任何一者。相应地，当螺线管23***作以致动电枢31A时，电枢31A一到达中点55A，螺线管23就可从其能量源断开。
曲线56A示出了当螺线管23以沿正向的电流通电时电枢31A上的力。从点52A到点51A的箭头示出了当电源连接时的作用。曲线56A示出，当螺线管23以沿正向的电流被通电时，电枢31A可被引向第二位置，不论电枢31A当前是否处于其行程范围内。同样，从点58A到点57A的箭头示出了当螺线管23在电枢31A处于第二位置以沿反方向的电流被通电时的作用。力与位置关系曲线变成曲线53A且电枢31A可被吸回至第一位置。
在本教导的一些方面中，一个或多个弹簧被用来改变这些力与位置关系曲线。该变化的目的可以是为了提高致动器9的切换速度。图9示出了提供根据这些教导的一个示例的电子机械致动器9C。致动器9C包括弹簧7A和弹簧7B，弹簧7A构造成将电枢31B从第一位置朝向第二位置偏压，弹簧7B构造成将电枢31B从第一位置朝向第一位置偏压。
在本教导的一些方面中，致动器9包括弹簧7中的仅一个。在这些教导的一部分中，电弧31由一个或多个永磁体5更牢固地保持在第一位置或第二位置。如果使用单个弹簧7，则弹簧可被定位成偏压电枢31离开永磁体5更牢固地保持电枢31的位置。该位置可以是永磁体(5A)5采取穿过电枢31而不环绕螺线管23的线圈的短主磁通路径。
图8示出了可如何通过弹簧来改变力与位置关系曲线。曲线59B示出了由弹簧7A和7B提供的力。曲线54B示出了从永磁体5A和5B以及弹簧7A和7B作用在电枢31B上的净力。与图7的比较示出了这些弹簧的作用可以是减小用以将电枢31B保持在第一或第二位置的力并增大用以通过螺线管23的操作来致动电枢31B的力。该作用可提高可用以在第一和第二位置之间致动电枢31B的速度。
如曲线59B所示，弹簧7A和7B可以以这样的方式构成：它们施加至电枢31B的力从它们的最大值快速减弱，这在电枢31B处于第一或第二位置时发生。例如，弹簧7A构造成提供趋于使电枢31B从第一位置朝向第二位置移动的偏压力。该力在电枢31B处于第一位置时最大，随着电枢31B朝向第二位置移动而接近直线地减小，并且当电枢31B已行进朝向第二位置的路线的四分之一时与弹簧7A的完全伸展相对应地达到零。该类型的表现反映了目的在于提高朝向第二位置的致动速度而不是将电枢31B保持在第二位置的设计。在这些教导的一部分中，弹簧7在电枢31的第一和第二位置中的一者的力是弹簧7在电枢31的第一和第二位置中的另一者的力的四分之一以下。在这些教导的一部分中，弹簧7在电枢31到达第一或第二位置之前完全伸展。
根据本教导的一些方面，通过使电枢31的低矫顽力铁磁部分27的端面适当地成形并与致动器9中的铁磁元件匹配来修改电子机械致动器9的力与电枢位置特性的关系。图10-12提供根据这些教导的示例。在这些教导的一部分中，端面呈锥形。图10示出了提供根据这些教导的一个示例的电子机械致动器9D。电枢31D的低矫顽力铁磁部分27D上的锥形面37A与靠接外部框架(11)11B的磁极7D的锥形面35A匹配。在根据本教导的该示例和其它示例中，与低矫顽力铁磁部分27的端面37匹配的表面35可由极片7和/或外部框架(11)11提供。锥形面37A减小了由磁体5提供的保持力，同时增加了开口间隙处的力和可用以致动电枢31D的速度。
在这些教导的一部分中，电枢31的低矫顽力铁磁部分27具有台阶状的边缘。图11示出了提供根据这些教导的一个示例的电子机械致动器9E。电枢31E的低矫顽力铁磁部分27E上的台阶状的边缘37B与由极片7E和外部框架(11)11B提供的锥形面35B匹配。图13示出了电枢31E上的磁力可以如何随着电枢31E沿着轴线34平移而变化。如通过图13的曲线54C与图7的曲线54A之间的比较所示，台阶状的边缘37B减小了由磁体5提供的保持力，同时增大了开口间隙处的力并且提高了可用以致动电枢31E的速度。台阶状的边缘37B还提供用于螺线管23的磁路的减小的气隙32C。
在这些教导的一部分中，电枢31的低矫顽力铁磁部分27具有既呈台阶状又呈锥形的边缘。图12示出了提供根据这些教导的一个示例的电子机械致动器9F。电枢31F的低矫顽力铁磁部分27F上的台阶状和锥形的边缘37C与由极片7F和外部框架(11)11B提供的台阶状和锥形的面35C匹配。台阶状和锥形的边缘37C减小了由磁体5提供的保持力，同时增大了开口间隙处的力和可用以致动电枢31F的速度。该保持力相比于图10中的致动器9D增大。
图14示出了方法100，该方法是根据本教导的一些方面的一个示例。动作101是利用沿着环绕螺线管23的线圈的磁通路径24A的由永磁体5A产生的磁场将电枢31保持在第一位置。动作101还可包括利用沿着不环绕螺线管23的线圈的磁通路径24C的由永磁体(5A)5B产生的磁场将电枢31保持在第一位置。
动作105是以正向电流使螺线管23通电以改变磁体5的磁通路径并使电枢31朝向第二位置移动。动作105可响应于致动电枢31的指令而发生。该指令可包括产生引起包括螺线管23的电路与直流电压源连接的控制信号。
动作109是可选的，但可能希望它来降低功率消耗。动作109可使螺线管23从直流电压源断开并使螺线管23断电。动作109可发生在电枢31已到达可完成从其行进到第二位置而不利用来自螺线管23的进一步的辅助的点55之后的任意时间发生。
动作111是利用沿着不环绕螺线管23的线圈的磁通路径24B的由永磁体5A产生的磁场将电枢31保持在第二位置。动作111还可包括利用沿着环绕螺线管23的线圈的磁通路径24D的由永磁体(5A)5B产生的磁场将电枢31保持在第二位置。
动作115是以反向电流使螺线管23通电以改变磁体5的磁通路径而将电枢31保持在第二位置并使电枢31朝向第一位置回移。动作115还可以响应于致动电枢31的指令而发生，尽管不同指令可用于正向和反向致动。动作119是另一个可选的动作，其可使螺线管23从直流电压源断开并允许螺线管23的电流消失。在操作致动器9的过程中，动作101-119可被重复许多次。
本实用新型的构件和特征已经就某些实施例和示例而言被示出和/或说明。尽管已经关于仅一个实施例或一个示例描述了特定的构件或特征或该构件或特征的广义或狭义设想，但在其广义或狭义设想中的所有构件和特征可以与其它构件或特征组合，其中，这样的组合将会被本领域的普通技术人员认为是符合逻辑的。
工业适用性
本实用新型提供了一种简单地构成的、紧凑的和非常有效的电子机械致动器。

Claims (18)

1.一种电子机械致动器(9)，包括：
环形结构，所述环形结构包括两个环形永磁体(5)，两个环形永磁体在它们的轴线方向上被磁化并布置成极性相对，由低矫顽力铁磁材料形成的圆环(15)位于两个环形永磁体之间且靠接两个环形永磁体中的每一者；
螺线管(23)，所述螺线管的两端设有环绕所述环形结构的线圈，所述线圈从所述螺线管(23)的一端延伸到另一端；
由低矫顽力铁磁材料形成的外壳(11)，所述外壳在所述螺线管(23)的一端与所述环形结构相交并在所述螺线管(23)的一端上延伸到所述螺线管(23)的径向外侧，在所述螺线管(23)的外侧上从所述螺线管(23)的一端延伸到另一端，在所述螺线管(23)的另一端上从所述螺线管(23)的外侧延伸成在所述螺线管(23)的另一端与所述环形结构相交；和
包含低矫顽力铁磁材料(27)的电枢(31)，所述电枢安装在所述环形结构内。
2.一种电子机械致动器(9)，包括：
螺线管(23)，所述螺线管包括环绕轴线的多个线圈；
电枢(31)，所述电枢的一部分由低矫顽力铁磁材料形成；
外部框架(11)，所述外部框架包括位于所述线圈的外部的由低矫顽力铁磁材料形成的一个或多个区段(6，12)；和
第一永磁体(5A)，所述第一永磁体定位在所述线圈与所述电枢(31)之间；
其中，所述电枢(31)被保持在轴线上，但能沿着轴线在第一位置与第二位置之间移动；
在所述电枢(31)处于所述第一位置的情况下，所述致动器(9)形成第一磁通路径(24A)，所述第一磁通路径穿过所述电枢(31)并经由所述外部框架(11)来到所述线圈周围，并且当所述电枢(31)在不存在来自所述螺线管(23)或任何外部源的磁场的情况下处于所述第一位置时，所述第一磁通路径(24A)可操作成为来自所述第一永磁体(5A)的磁通的主路径；并且
在所述电枢(31)处于所述第二位置的情况下，所述致动器(9)形成第二磁通路径(24B)，所述第二磁通路径穿过所述电枢(31)但不经过所述线圈周围，并且当所述电枢(31)在不存在来自所述螺线管(23)或任何外部源的磁场的情况下处于所述第二位置时，所述第二磁通路径(24B)可操作成为来自所述第一永磁体(5A)的磁通的主路径。
3.根据权利要求2所述的电子机械致动器(9)，其中，所述永磁体(5A)具有圆环形式。
4.根据权利要求2所述的电子机械致动器(9)，还包括极片(15)，所述极片邻近所述电枢(31)定位在所述螺线管(23)内，靠接所述永磁体(5A)的磁极(14A)，并形成所述第二磁通路径(24B)的一部分。
5.根据权利要求4所述的电子机械致动器(9)，其中，所述极片(15)具有圆环形式。
6.根据权利要求2所述的电子机械致动器(9)，其中：
所述电枢(31)具有由低矫顽力铁磁材料形成的台阶状的边缘(37B)；
当所述电枢(31)处于所述第一位置时，所述电枢(31)的台阶状的边缘(37B，37C)与靠接所述外部框架(11)或形成所述外部框架(11)的一部分的低矫顽力铁磁材料(7E，7F)匹配；并且
所述第一磁通路径穿过台阶状的边缘(37B，37C)。
7.根据权利要求2所述的电子机械致动器(9)，其中，所述永磁体(5A)在平行于所述轴线的方向上被极化。
8.根据权利要求2所述的电子机械致动器(9)，还包括可操作成驱动电流沿第一方向或沿第一方向的反方向通过所述螺线管(23)的电路。
9.根据权利要求2所述的电子机械致动器(9)，还包括将所述电枢(31)从所述第二位置朝向所述第一位置偏压的弹簧(7B)。
10.根据权利要求9所述的电子机械致动器(9)，还包括将所述电枢(31)从所述第一位置朝向所述第二位置偏压的第二弹簧(7A)。
11.根据权利要求9所述的电子机械致动器(9)，其中，当所述电枢(31)处于所述第一位置时所述弹簧(7B)作用在所述电枢(31)上的力是当所述电枢(31)处于所述第二位置时所述弹簧(7B)作用在所述电枢(31)上的力的四分之一或四分之一以下。
12.根据权利要求2所述的电子机械致动器(9)，还包括：
位于所述线圈与所述电枢(31)之间的第二永磁体(5B)；
其中，在所述电枢(31)处于所述第二位置的情况下，致动器(9B)形成第三磁通路径(24D)，所述第三磁通路径穿过所述电枢(31)并经所述外部框架(11)来到所述线圈周围，并且当所述电枢(31)在不存在来自所述螺线管(23)或任何外部源的磁场的情况下处于所述第二位置时，所述第三磁通路径(24D)可操作成为来自所述第二永磁体(5B)的磁通的主路径；并且
在所述电枢(31)处于所述第一位置的情况下，致动器(9B)形成第四磁通路径(24C)，所述第四磁通路径穿过所述电枢(31)但不来到所述线圈周围，并且当所述电枢(31)在不存在来自所述螺线管(23)或任何外部源的磁场的情况下处于所述第一位置时，所述第四磁通路径(24C)可操作成为来自所述第二永磁体(5B)的磁通的主路径。
13.根据权利要求12所述的电子机械致动器(9)，其中：
当所述电枢(31)处于所述第一位置时，所述致动器(9B)形成具有第一气隙(32B)的用于来自所述螺线管(23)的磁通的主路径；并且
当所述电枢(31)处于所述第二位置时，所述致动器在远离所述第一气隙(32B)的位置处形成具有第二气隙(32A)的用于来自所述螺线管(23)的磁通的主路径。
14.根据权利要求12所述的电子机械致动器(9)，其中，所述两个永磁体(5)的极性是相对的。
15.根据权利要求14所述的电子机械致动器(9)，其中：
所述第一位置是所述电枢(31)的第一行程极限；
所述第二位置是所述电枢(31)的第二行程极限；
当所述电枢(31)处于所述第一位置并且在不存在来自所述螺线管(23)或任何外部源的磁场的情况下，所述电枢(31)通过部分地由所述第一永磁体(5A)且部分地由所述第二永磁体(5B)提供的保持力而被保持在所述第一位置；并且
当所述电枢(31)处于所述第二位置并且在不存在来自所述螺线管(23)或任何外部源的磁场的情况下，所述电枢(31)通过部分地由所述第一永磁体(5A)且部分地由所述第二永磁体(5B)提供的保持力而被保持在所述第二位置。
16.根据权利要求14所述的电子机械致动器(9)，还包括位于所述线圈与所述电枢(31)之间以及所述两个永磁体(5)之间的由低矫顽力铁磁材料形成的环(15B)。
17.根据权利要求14所述的电子机械致动器(9)，其中：
所述螺线管(23)具有第一端和第二端；
所述第一永磁体(5A)邻近所述第一端；并且
所述第二永磁体(5A)邻近所述第二端。
18.根据权利要求17所述的电子机械致动器(9)，其中，所述第一和第二永磁体(5)完全位于所述螺线管(23)内。
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