首页 / 专利库 / 物理 / 矫顽力 / 控制电磁体磁通量的方法以及执行所述方法(变量)的电磁体

控制电磁体磁通量的方法以及执行所述方法(变量)的电磁体

阅读:634发布:2022-02-24

专利汇可以提供控制电磁体磁通量的方法以及执行所述方法(变量)的电磁体专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及磁系统,尤其涉及控制电磁体磁通量的方法和用于实施所述方法的电磁体结构设计。本发明的电磁体结构可以主要用于 电机 传动装置,并且包括 磁 力 线 圈,该磁力线圈具有至少部分由硬 磁性 材料制成并且至少具有一个气隙的合成磁性 铁 芯。本发明的新颖性在于这样安装合成磁性铁芯,使其具有至少两个稳定磁状态,通过给磁力线圈提供具有不同(相反)极性的控制 电流 脉冲使所述铁芯分别具有每个所述状态(气隙最小化)。在其磁力线圈的绕组中没有电流时,磁通量的特定值对应电磁体磁性铁芯的稳定状态。所述发明可以通过提高其吸引力和保持力、改善其 质量 和尺寸特性、以及通过节省 能量 和提供使用本发明控制磁通量方法的本发明电磁体的所述结构设计的实用可能性而大大提高电磁体效率。,下面是控制电磁体磁通量的方法以及执行所述方法(变量)的电磁体专利的具体信息内容。

1、一种具有中继牵引特性地控制电磁体磁通量的方法,该中继牵引 特性由合成磁性导轨中磁通量值的稳定平来决定,该装置至少部分由硬 磁性材料组成,通过给线圈的绕组提供控制电流脉冲,可以获得磁性 导轨可移动部分的保持力,该装置具有至少一个气隙,其特征在于,使用 了这种硬磁性材料,该材料在交变磁化时可以保持至少两个磁化稳定状态, 而且,作为控制电流脉冲,在合成磁性导轨磁化线圈中提供了两种相反极 性的短期脉冲,其中,在提供第一脉冲时,提供了磁性导轨的闭合磁路, 由于磁性导轨的气隙最小化而使磁性导轨的磁阻最小化,因而使磁性导轨 中的磁通量最大化并且转变成一种稳定状态,其特性在于在磁性导轨中磁 通量的最大值,该值对应于控制脉冲操作的能量,由于电磁体合成磁性导 轨可以保持在该稳定状态下并提供保持力,直到提供相反极性的另一控制 电流脉冲,其能量特征在于其大小足以将磁性导轨转变到另一稳定状态, 该另一稳定状态的特征在于与其相对应的另一大小的磁通量以及与其相对 应的另一大小的保持力。
2、根据权利要求1的方法,其特征在于,在磁力线圈的绕组(winding) 中提供第一控制电流脉冲,使得气隙最小化之后合成磁性导轨中的磁通量 最大化。
3、根据权利要求1的方法,其特征在于,在磁力线圈的绕组中提供 第一控制电流脉冲,使得在气隙最小化之前合成磁性导轨中的磁通量最大 化。
4、根据权利要求1的方法,其特征在于,在磁性导轨的磁路闭合之 前,在电磁体合成磁性导轨中提供其大小为其优选值水平的控制磁通量, 该控制磁通量是由电磁体磁力线圈的绕组中的第一控制电流脉冲引起的, 该控制磁通量优选值是产生电磁体工作拉力所必须的,而且该控制磁通量 一直维持在该水平直到磁化该磁性导轨材料,此后从磁力线圈的绕组去掉 电子脉冲电压,由于合成磁性导轨材料的“磁记忆”而提供电磁体的保持 力,可以获得其大小为F≤0.98Fmax的保持力,其中Fmax是磁力线圈的绕组 产生的磁力的最大值。
5、根据权利要求1的方法,其特征在于,由于改变控制脉冲的参数 而提供可以为电磁体提供必需的保持力所要求的控制脉冲功率,这些参数 选自脉冲振幅、其宽度、其形状以及它们的组合构成的组。
6、根据权利要求1的方法,其特征在于,给磁力线圈的绕组提供与 第一控制脉冲的特性相比具有不同能量特性的第二控制电流脉冲,并且使 磁性导轨的磁化转变成另一种稳定状态,该另一种稳定状态的特征在于在 合成磁性导轨中相应的磁通量大小和相应的保持力值。
7、根据权利要求6的方法,其特征在于,通过在磁力线圈的绕组中 提供在磁性导轨中提供磁场电压的控制电流脉冲,使磁性导轨转变为其特 征在于磁性导轨中的磁通量大小为零的稳定状态,该磁场电压等于磁化曲 线上的矫顽力并且对应于保持力的大小。
8、根据权利要求7的方法,其特征在于,合成磁性导轨的一个稳定 状态是其初始状态,该初始状态是以其大小等于初始值的磁通量和与其对 应的保持力为特征的。
9、根据权利要求7的方法,其特征在于,反极性的第二控制电流脉 冲的功率P2比顺极性的第一控制电流脉冲的功率P1小2-5倍,并且对应于 P1=(2)-5)P2。
10、根据权利要求1的方法,其特征在于,在磁力线圈的绕组中的顺 极性第一控制电流脉冲和相应的在顺极性电磁体合成磁性导轨中的磁通量 的周期t1以及反极性第二控制脉冲的t2的大小是这样的,该大小不超过磁 性导轨可移动部分转变过程的时间常数 的三倍,即 和 ,其中 是转变过程的时间常数。
11、根据权利要求1的方法,其特征在于,作为第一控制电流脉冲, 可以以一组周期性调谐脉冲的形式提供给磁力线圈的绕组,该组周期性调 谐脉冲的振幅和/或包络线从零值开始增加。
12、根据权利要求1的方法,其特征在于,作为第二控制电流脉冲, 可以以一组周期性调谐脉冲的形式提供给磁力线圈的绕组,该组周期性调 谐脉冲的振幅和/或包络线衰减到零振幅。
13、一种运行装置的电磁驱动的电磁体,该电磁体形成为具有不可移 动的定子、可移动芯和至少一个气隙的合成磁性导轨上的至少一个磁化 线圈绕组,其中至少部分磁性导轨形成为硬磁性材料的插入件,可以通过 给磁力线圈的绕组提供不同极性的短期电流脉冲使其交变磁化来控制磁性 导轨中的磁通量,其特征在于,该磁性导轨可以在由于铁芯往复线性位移 而使气隙最小化的情况下闭合磁通量,其中该定子形成为至少一个硬磁性 材料插入件固定在其上的平底面,铁芯形成为至少有两个棒通过其端部安 装于其上的板。
14、根据权利要求13的电磁体,其特征在于,还具有在线圈绕组中的 电流断路器,形成为通常的闭合接触器(closed contact),该闭合接触器在 磁力线圈的绕组的供电电路串联连接并且具有接触器开关,其中,在底 面中心设置了开口让接触器开关通过,其中铁芯具有固定于铁芯上的接触 器推进器和至少一个回复弹簧
15、根据权利要求13的电磁体,其特征在于,铁芯形成纵截面为∏形 的平板,其中,侧面棒端部固定到该平板中,而定子形成为具有硬磁性材 料插入件的杆。
16、根据权利要求13的电磁体,其特征在于,该磁性导轨形成为两个 平板、至少两个棒和至少一个硬磁性材料插入件,其中,该铁芯形成为纵 截面为∏形的平板,两个棒的端部与其相连,而定子形成为第二平板,该 第二平板具有固定在其上的硬磁性材料构成的插入件。
17、根据权利要求13的电磁体,其特征在于,该磁性导轨形成为两个 平板,至少一个硬磁性材料插入件连接到平板,至少三个棒的上端连接到 第二平板,从而形成纵截面为Ш形的铁芯,可以在气隙最小化的情况下闭 合磁路。
18、根据权利要求17的电磁体,其特征在于,铁芯形成为纵截面为Ш 形,其中至少两个磁力线圈优选设置于铁芯的末端棒上,可以在中心棒中 产生一致的磁通量。
19、根据权利要求18的电磁体,其特征在于,该磁性导轨还具有设置 在铁芯中心棒上的磁力线圈,这些磁力线圈的绕组一起(incoordination)与 设置在末端棒上的磁力线圈的绕组相连。
20、根据权利要求19的电磁体,其特征在于,这些磁力线圈之一的绕 组反向连接。
21、一种运行装置的电磁驱动的电磁体,该电磁体形成为在具有可移 动的定子、不可移动铁芯和至少一个气隙的合成磁性导轨上的至少一个磁 力线圈,其中至少部分磁性导轨形成为硬磁性材料的插入件,可以通过给 磁力线圈的绕组提供不同极性的短期电流脉冲使其交变磁化来控制磁性导 轨中的磁通量,其特征在于,该磁性导轨可以在由于铁芯沿着弧线往复旋 转位移而使气隙最小化的情况下闭合磁通量,并且该电磁体包括形成为盘 状的外壳,其上至少放置一个磁系统,并且外壳具有圆缺的形状,其中, 形成了通路凹槽并且通路凹槽具有在平面上沿着弧线、优选圆圈布置的同 轴设置的侧壁,磁力线圈设置在外壳中,该铁芯设置在该通路凹槽中并形 成为具有顶部和回复弹簧的棒,并且该铁芯形成为凹槽的形状,可以在其 中往复位移,其中,硬磁性材料插入件设置在通路凹槽底部,并且固定于 与铁芯位移方向垂直的其侧壁,并且限制其位移。
22、一种运行装置的电磁驱动的电磁体,该电磁体形成为在具有可移 动定子、不可移动铁芯和至少一个气隙的合成磁性导轨上的至少一个磁力 线圈,其中,至少部分磁性导轨形成为硬磁性材料插入件,可以通过给磁 力线圈的绕组提供不同极性的两个短宽度脉冲使磁性导轨交变磁化来控制 磁性导轨中的磁通量,其特征在于,形成该磁性导轨,使得在气隙由于铁 芯相对定子往复线性位移而最小化时,可以闭合磁通量,该定子形成为具 有至少一个棒的杯,其部分由硬磁性材料组成,并且该棒具有连接到杯底 的一端和形成为一个平面并具有圆筒状端部的另一自由端,其中,至少一 个磁力线圈环绕该棒,铁芯设置在杯外部并形成为平板,可以在气隙由于 铁芯相对定子位移而最小化时闭合磁路。
23、权利要求22的电磁体,其特征在于,使用金属屑(scrap)和/或 负载(load)的结构元件作为可移动的铁芯。
24、权利要求22的电磁体,其中,形成的磁性导轨可以在气隙由于铁 芯相对定子旋转位移而最小化时闭合磁通量,该铁芯形成为平板,可以用 盖闭合杯,形成体积闭合的导磁性结构“杯-盖”,并且可以改变铁芯和定子 之间摩擦力的力矩。
25、一种运行装置的电磁驱动的电磁体,该电磁体形成为在具有不可 移动定子、可移动铁芯和至少一个气隙的合成磁性导轨上的至少一个磁力 线圈,其中至少部分磁性导轨由硬磁性材料的插入件组成,可以通过给磁 力线圈的绕组提供不同极性的短宽度电流脉冲使磁性导轨交变磁化来控制 磁性导轨中的磁通量,其特征在于,该磁性导轨形成为可以在由于铁芯相 对定子线性和/或旋转位移而使气隙最小化的情况下闭合磁通量,其中,该 磁性导轨的定子形成为杯状,在该杯的内部空腔中同轴设置了磁力线圈, 并且杯底由硬磁性材料组成,而铁芯形成为杯盖,杯盖与同轴设置在线圈 内部空腔中的棒端部相连,其中,磁性导轨形成为在棒的自由端和杯底接 触的同时可以用盖来闭合该杯,形成体积闭合的导磁性结构“杯-盖-棒-杯 底”,并且可以改变铁芯和定子之间摩擦力的力矩。
26、权利要求25的电磁体,其特征在于,该杯底由硬磁性材料组成, 杯的外侧具有软磁性材料层,可以增加垂直于磁通量方向的杯底的截面积。
27、权利要求25的电磁体,其特征在于,杯底部分形成为软磁性材料 插入件。
28、权利要求25的电磁体,其特征在于,杯的至少部分侧壁形成为硬 磁性材料插入件。

说明书全文

技术领域

发明涉及磁路系统,尤其涉及控制电磁体磁通量的方法以及执行所 述方法的电磁体结构。

给出的本发明可以优选用于机电领域的执行装置,尤其用于磁起动 器、接触器和真空开关、用于保险箱汽车等装置的封的锁定装置, 以防非法侵入,还用于超越联轴器、连接联轴器(connecting coupling)、制 动机构以及其它结构。

在所述结构中,执行机电驱动功能的电磁体包括在磁性材料的磁性 导轨上的磁力线圈,至少具有一个气隙。当对磁性导轨的铁磁性材料的磁 力线圈施加电压时,在磁性导轨中产生的磁通量吸引可移动铁芯。当从磁 力线圈的绕组撤开电压时,磁通量消失,结果,吸引铁芯的力消失,在回 弹力作用下,铁芯回到其初始位置

一种控制具有中继牵引特性(relay pulling characteristic)的电磁体的磁 通量的方法为大家所知,该中继牵引特性由磁性导轨中磁通量的值的稳定 平来决定,该装置至少部分包括硬磁性材料并且至少具有一个气隙,通 过给磁力线圈的绕组提供控制电流脉冲,可以获得磁性导轨可移动部分-电 磁体铁芯的吸引力,参见例如1997.12.18的DE19639545A1,申请人是 ICON,AG PRAZISIONSTECINIC(1)。

该已知方法不是充分有效的。这是因为在控制磁性导轨中的磁通量时, 根据该方法,没有提供电磁体的磁性导轨的闭合电路,在末端位置固定铁 芯可移动部分是采用机械方法,换句话说,是使用机械方法,具体而言是 通过使用球的方法,该球通过环(ring)弹性偏置并且在电磁体的磁性导轨 可移动部分的端部位置中进入相应的环凹槽。结果,由于增加了机械磨损 而无法相对充分地利用其可靠性,这会导致增加操作失败以及在失败前寿 命降低的可能性,限制了推力和吸引力的值。

此外,该已知方法不能确保气隙以及相应的磁性导轨闭合磁路的最小 化。

根据技术组合和获得的结果,与所请求方法最接近的方法是用中继牵 引特性控制电磁体的磁通量,该中继牵引特性由磁性导轨中磁通量值的稳 定水平来决定,该装置至少部分由硬磁性材料形成并且至少具有一个气隙, 通过给磁力线圈的绕组提供控制电流脉冲的方法,可以获得磁性导轨可移 动部分-电磁体铁芯的吸引力。参见例如1997.09.10的欧洲专利EP 0794540 A1,申请人是HARTING K Ga A CNJK,TW 2 CNIJRB,实用新型(2)。

在用于控制电磁体的磁通量的已知方法中,部分地排除了上述缺点, 因为它提供了更高的使用可靠性。但是,由于电磁体的实用可能性相对不 足,该已知方法的效果仍然相对不足。这是因为,由于在电磁体的磁路中 总是存在气隙,该已知方法也没有提供电磁体的磁性导轨的闭合磁路。此 外,在磁力线圈引起磁性导轨中的磁通量变化的情况下,该已知方法不能 提供对磁性导轨的硬磁性材料再磁化、退磁或进行其它操作的可能性。

已知一种传动装置,优选是磁驱动的电磁体,形成为在具有不可移动 的定子、可移动铁芯和至少一个气隙的合成磁性导轨上的至少一个磁力线 圈,其中至少部分磁性导轨形成为硬磁性材料的插入件,可以通过给磁力 线圈的绕组提供不同极性电流的短期脉冲使其交变磁化来控制磁性导轨中 的磁通量,参见例如1997.12.18的DE19639545A1,申请人是ICON,AG PRAZISIONSTECINIC(3)。

该已知的电磁体没有提供闭合的金属结构,因而由于足够高的磁漏以 及由于在气隙中磁能的大量损耗而降低了其效能。此外,该已知电磁体的 结构不具有“磁存储(magnetic memory)”能力(这里和此后术语“磁存储” 用于表示合成磁性导轨积聚由磁力线圈引起的磁通量水平的磁能)。

还已知这种传动装置尤其是磁性装置的电磁驱动的电磁体,其形成为 在具有不可移动的定子、可移动铁芯和至少一个气隙的合成磁性导轨上的 至少一个磁力线圈,其中至少部分磁性导轨形成为硬磁性材料的插入件, 可以通过给磁力线圈的绕组提供不同极性电流的短期脉冲使其交变磁化来 控制磁性导轨中的磁通量,参见例如1997.09.10的EP0794540A1,申请人 是HARTING KgaA CNJK,TW2 CNIJRB(4)。

在这个电磁体的已知结构中,部分铁芯是由硬磁体材料组成。但是, 该已知电磁体的这种合成磁性导轨没有提供磁性导轨的闭合磁路,由于在 铁芯和盖子之间存在滑动轴承,而且因此在磁性导轨中存在永久性气隙。 此外,该已知电磁体的效率不足,因为在其磁性导轨中使用了永磁插入件, 该插入件以其磁极严格取向来安装,具体而言是“S”和“N”极,这使得 铁芯向圆柱体底部位置“靠近”。由于这一点,以及此外由于存在该磁性导 轨的软磁性材料的平行分支,该平行分支穿过永磁体-环形磁性插入件中间, 因此,其磁性导轨的硬磁性材料不能交变磁化,换句话说,不能退磁,结 果,它因此无法从磁力线圈一侧对硬磁性材料实施任何控制操作,因为磁 力线圈产生的磁通量在磁性导轨中通过磁阻最小的路径,具体而言是通过 导磁率最大的软磁性材料的平行分支中的路径。结果,该已知电磁体的磁 性导轨不具有在磁性导轨中的磁通量为“零”的性能(这里和此后术语“零” 用于磁通量等于零或N=0的情况)。换句话说,当在磁力线圈的绕组中的 电流脉冲缺乏时,在已知电磁体合成磁性导轨中的磁通量的值不足以提供 吸引可移动铁芯所需的力,因为在该已知电磁体中的吸引力相当于简单双 极永磁体产生的力。从底部释放铁芯,或者换句话说,铁芯的回复是通过 形成磁通量方向相反或者换句话说相对的磁力线圈、补偿硬磁性插入件一 直产生的磁通量来提供的。因此该已知电磁体具有保持力相对较低、在使 用时不够稳定以及功能不足的缺点。

根据技术组合和得到的结果,最接近所要求的装置是一种已知的执行 (executing device)装置尤其是磁驱动的电磁性装置的电磁体,形成为在具 有不可移动的定子、可移动铁芯和至少一个气隙的合成磁性导轨上的至少 一个磁力线圈,其中至少部分磁性导轨形成为硬磁性材料的插入件,可以 通过给磁力线圈的绕组提供不同极性电流的短期脉冲使其交变磁化来控制 磁性导轨中的磁通量,参见例如2000.02.03的国际专利申请PCT/UA00/0005 H01F7/16,7/124 E05B47/02,申请人是BABICH,N.S.-实用新型(5)。

在这种结构中,部分消除了上述缺陷。但是,其效率不足,因为硬磁 性材料插入件处于磁性导轨的可移动部分上,或者换句话说处于铁芯上。 因此,在铁芯和与磁力线圈的绕组的圈有关的硬磁性材料插入件位移时, 在线圈绕组中引起了互感的电动力,这在电磁体磁性导轨中引起了磁通量, 该磁通量朝向主(main)磁通量或者换句话说是由相同线圈产生的控制磁 通量。在这种情况下,所述磁通量矢量具有基本相同的大小,但是相位不 同。因此,最终的磁移动力(此后称为MMF)和磁性插入件产生的吸引力 减小。因此,该已知的电磁体结构的使用效率实际上不高。此外,该已知 结构的缺点在于所述互感的MMF不能提供关闭电磁体磁系统的频率,因为 随着关闭和回复铁芯到初始位置,硬磁性材料插入件相对无电流磁力线圈 的匝圈移动,从而在线圈的绕组中感应出电流并磁化其本身,或者换句话 说没有完全“归零”,这会引起未经许可的吸引铁芯。

本发明的基础是通过减少能量消耗的方法、通过减少失败次数并提高 失败之前的服务寿命来提高可靠性的方法、通过增加大量尺寸参数方法以 及通过提供电磁体实用性或者换句话说扩大其实用可能性的方法来提高使 用效率的目的。

在该发明中实现了这个目的,其中,具有中继牵引特性地控制电磁体 的磁通量的已知方法中,该中继牵引特性由合成磁性导轨中磁通量值的稳 定水平来决定,该装置至少部分由硬磁性材料形成并且至少部分具有一个 气隙,通过给磁力线圈的绕组提供控制电流脉冲的方法,可以获得电磁体 磁性导轨可移动部分的吸引力,根据本发明,使用了具有至少保持两个磁 化稳定状态的性能的硬磁性材料,而且,作为控制电流脉冲,在电磁体合 成磁性导轨的磁力线圈中至少提供了两种短期脉冲,其中,在提供第一脉 冲时,提供了磁性导轨的闭合磁路,由于磁性导轨的气隙最小化而使其磁 阻最小化,因而使磁性导轨中的磁通量最大化并且转变成一种稳定状态, 其特性在于在磁性导轨中磁通量的最大值,该值对应于控制脉冲操作的能 量,由于电磁体合成磁性导轨保持在这种稳定状态下的可能性以及通过提 供其保持力直到提供另一控制电流脉冲,其能量特性在于其大小足以将磁 性导轨转变到另一稳定状态,该另一稳定状态的特性在于与其相对应的另 一大小的磁通量以及与其相对应的另一大小的保持力。

还通过以下方法实现了设定的目的,其中在磁力线圈的绕组中提供第 一控制电流脉冲,使得合成磁性导轨中的磁通量最大化直到气隙最小化, 以及还有在气隙最小化之后在磁力线圈的绕组中提供第一电流控制部分, 使得合成磁性导轨中的磁通量最大化。

还通过以下方法实现了设定的目的,其中在电磁体合成磁性导轨中提 供其大小为其优选值水平的控制磁通量,直到磁性导轨的磁路闭合,该控 制磁通量是由电磁体磁力线圈的绕组中的第一控制电流脉冲引起的,该控 制磁通量是产生电磁体吸引力所必须的,而且它一直维持在该水平直到消 除气隙并磁化磁性导轨材料,此后从磁力线圈的绕组去掉电子脉冲电压, 由于合成磁性导轨材料的“磁记忆”可以获得保持力,从而提供电磁体的 保持力,该保持力的值是F≤0.98Fmax,其中Fmax是磁力线圈的绕组产生的 磁通量的最大值。

还通过以下方法实现了设定的目的,其中由于改变控制脉冲的参数提 供可以为电磁体提供必需的力所要求的控制脉冲功率,这些参数选自脉冲 振幅、其宽度、其形状以及它们的组合构成的组。

此外,通过以下方法实现了本发明目的,其中给磁力线圈的绕组提供 与第一控制脉冲的特性相比具有不同能量特性的第二控制电流脉冲,并且 磁性导轨转变成另外一种稳定状态即第三稳定状态,第三稳定状态的特征 在于对应于合成磁性导轨中磁通量的大小并且对应于保持力的大小。

还通过以下方法实现了该目的,其中,通过在磁力线圈的绕组中提供 在磁性导轨中提供磁场强度的控制电流脉冲,使磁性导轨转变为其特征在 于磁性导轨中的磁通量大小为零的稳定状态,该磁场强度等于磁化曲线上 的矫顽力并且对应于保持力的大小。在该过程中,合成磁性导轨的一个稳 定状态是其初始状态,该初始状态是以其大小等于初始值的磁通量和与其 对应的保持力的值为特征的。

在该过程中,还通过以下方法实现了该目的,其中反极性的第二控制 电流脉冲的功率P2比顺极性的第一控制脉冲的极性功率P1小2:5倍,并且 对应于P1=(2)5)P2。

在磁力线圈的绕组中的顺极性第一控制电流脉冲的周期t1和相应的反 极性第二控制脉冲t2以及相应的在电磁体合成磁性导轨中磁通量脉冲的周 期的大小是这样的,该大小不超过磁性导轨可移动部分转变过程的时间常 数 的三倍,即和 其中 是转变过程的时间常数。

作为第一控制电流脉冲,可以以一组周期性调谐脉冲的形式提供给磁 力线圈的绕组,该组周期性调谐脉冲的振幅和/或包络线从零振幅开始加大。

作为第二控制电流脉冲,可以以一组周期性调谐脉冲的形式提供给磁 力线圈的绕组,该组周期性调谐脉冲的振幅和/或包络线减小到零振幅。

此外,通过以下方法实现了该目的,其中,在该已知运行驱动的电磁 驱动的电磁体中,该电磁体由具有不可移动的定子、可移动铁芯和至少一 个气隙的合成磁性导轨上的至少一个磁力线圈形成,其中至少部分磁性导 轨形成为硬磁性材料的插入件,可以通过给磁力线圈的绕组提供不同极性 的短期电流脉冲使其交变磁化来控制磁性导轨中的磁通量,根据本发明, 该磁性导轨可以在由于铁芯往复线性位移而使气隙最小化的情况下闭合磁 通量,其中该定子形成为至少一个硬磁性插入件固定在其上的平底面,铁 芯形成为至少有两个棒端部固定于其上的板。

该电磁体还具有在线圈绕组中的电流断路器,形成为通常的闭合接触 器(closed contact),该闭合接触器在磁力线圈的绕组的供电电路中串联连 接,该电磁体还具有接触器开关,在底面中心形成了开口让接触器开关通 过,其中铁芯具有固定于铁芯上的接触器推进器和回复弹簧

为了改变磁力线圈的绕组中电流脉冲的周期并打开和/或关闭电磁体, 电流断路器还具有通常的闭合接触器,该闭合接触器在磁力线圈的绕组的 供电电路中串联连接,而接触器开关形戍为上端牢固地与线圈连接的推进 器,其中在底面中心提供了用于接触器开关的开口。

还通过以下方法实现了本发明的目的,其中,铁芯形成纵截面为∏形 的平板,侧面棒端部连接到该平板,其中定子形成为具有硬磁性材料的插 入件的棒。

还通过以下方法实现了本发明的目的,其中,该磁性导轨形成为两个 平板、至少两个棒和至少一个硬磁性材料插入件,其中,该铁芯形成纵截 面为∏形的一个平板,两个棒的端部与其相连,而定子形成为第二平板, 该第二平板具有与其相连的硬磁性材料的至少一个插入件。

还通过以下方法实现了本发明的目的,其中,该磁性导轨形成为两个 平板,一个硬磁性材料插入件连接一个平板,至少三个棒的上端连接到第 二自由平板,从而形成纵截面为 形的铁芯,可以在气隙最小化的情况下 闭合磁路。

还通过以下方法实现了本发明的目的,其中,铁芯形成为纵截面为 形,其中至少两个磁力线圈优选设置于铁芯末端棒上,可以在中心棒中产 生一致的磁通量。    

还通过以下方法实现了本发明的目的,其中,该磁性导轨还具有设置 在铁芯所有棒上的磁力线圈,这些磁力线圈之一的绕组与其它磁力线圈的 绕组相反地连接。

还通过以下方法实现了本发明的目的,其中,该磁性导轨还具有设置 在中心棒上的磁力线圈,该磁力线圈的绕组与设置在末端棒上的线圈相反 地连接。

此外,还通过以下方法实现了本发明目的,其中,在该已知运行装置 的电磁性导轨的电磁体中,该电磁体形成为在具有不可移动的定子、可移 动线圈和至少一个气隙的合成磁驱动上的至少一个磁力线圈,其中至少部 分磁性导轨形成为硬磁性材料的插入件,可以通过给磁力线圈的绕组提供 不同极性的短期电流脉冲使其交变磁化来控制磁性导轨中的磁通量,根据 本发明,该磁性导轨可以在由于沿着弧线尤其是圆圈的铁芯往复线性位移 而使气隙最小化的情况下闭合磁通量,并且该电磁体具有形成为盘状的外 壳,其上至少设置一个磁系统,以片段的形式,尤其是以其中形成了通路 凹槽(passage-slot)并且通路凹槽沿着圆圈弧线同轴地设置的形式,磁力线 圈设置在外壳中,该铁芯设置在该通路凹槽中并形成为具有顶部和反向弹 簧的棒,并且该铁芯形成为凹槽的形状,可以沿着其中的圆圈的弧线往复 位移,硬磁性材料插入件设置在通路凹槽底部,并且固定于与铁芯位移的 方向垂直的其侧壁,并且限制其位移。

此外,还通过以下方法实现了本发明目的,其中,在上述已知运行装 置的电磁驱动的电磁体中,该电磁体形成为在具有不可移动的定子、可移 动铁芯和至少一个气隙的合成磁性导轨上的至少一个磁力线圈,其中磁性 导轨的至少一个部分形成为硬磁性材料的插入件,可以通过给磁力线圈的 绕组提供相同极性的两个短期电流脉冲使磁性导轨交变磁化来控制磁性导 轨中的磁通量,根据本发明,形成该磁性导轨,使得气隙由于铁芯相对定 子往复线性位移而最小化,该定子形成为具有至少一个棒的中空杯,优选 为圆柱形杯,棒的至少一部分包括硬磁性材料,并且棒的一端固定到杯的 底部,而另一端形成在具有圆柱体端部的一个平面内,其中,至少一个磁 力线圈环绕该棒,铁芯设置在杯外部并形成为平板,可以在气隙由于铁芯 相对定子往复线性位移而最小化时闭合磁路。

作为可移动的定子,可以使用金属屑(scrap)或负载(load)的结构 元件。

还通过以下方法实现了本发明的目的,其中,在该已知运行装置的电 磁驱动的电磁体中,该电磁体形成为在具有不可移动的定子、可移动铁芯 和至少一个气隙的合成磁性导轨上的至少一个磁力线圈,其中至少一部分 磁性导轨形成为硬磁性材料的插入件,可以通过给磁力线圈提供不同极性 的短期电流脉冲使磁性导轨交变磁化来控制磁性导轨中的磁通量,根据本 发明,形成该磁性导轨,使得该磁性导轨在气隙由于铁芯相对定子可旋转 地位移而最小化时可以闭合磁通量,其中,该磁性导轨的定子形成为具有 至少一个棒的杯,棒的部分包括硬磁性材料,并且棒的一端连接到杯的底 部,而另一端形成在具有圆柱体端部的一个平面内,其中,至少一个磁力 线圈被棒环绕,铁芯设置在杯外部并形成为平板,可以用盖闭合该杯,而 且形成了“杯-盖”的体积闭合的导磁性结构,可以改变铁芯和定子之间摩 擦力的力矩。

还通过以下方法实现了本发明的目的,其中,在该已知运行装置的电 磁驱动的电磁体中,该电磁体形成为在具有不可移动的定子、可移动铁芯 和至少一个气隙的合成磁性导轨上的至少一个磁力线圈,其中至少一部分 磁性导轨形成为硬磁性材料的插入件,可以通过给磁力线圈的绕组提供不 同极性的短期电流脉冲使磁性导轨交变磁化来控制磁性导轨中的磁通量, 根据本发明,形成该磁性导轨,使得该磁性导轨在气隙由于铁芯相对定子 往复线性和/或旋转位移而最小化时可以闭合磁通量,其中,该磁性导轨的 定子形成为杯,有磁化铁芯设置在杯的空腔中,而且杯的底部形成为硬磁 性材料的插入件,而铁芯形成为该杯的盖,该杯连接到棒的端部,该棒同 轴地设置在该线圈的内部空腔中,其中,形成该磁性导轨,使得磁性导轨 在棒的自由端和杯底接触的同时可以用盖来闭合该杯,形成体积闭合的导 磁性结构“杯-盖-棒-杯底”。

还通过以下方法实现了本发明的目的,其中,该杯底由硬磁性材料形 成,杯的外侧具有软磁性材料层,可以增加垂直于磁性导轨方向的杯底的 截面积。

还通过以下方法实现了本发明的目的,其中,杯底至少部分形成为硬 磁性材料插入件,可以改变铁芯和定子的摩擦力

最后,通过以下方法实现了本发明的目的,其中,杯的至少部分侧壁 由硬磁性材料形成,并且铁芯形成为可以往复线性位移,可以改变铁芯和 定子的摩擦力的力矩。

本发明的实施提高了使用效率,因为减少了能量消耗,因为减少失败 和提高失败之前的服务寿命而提高了可靠性,因为改善了大量尺寸参数, 以及通过提高电磁体的实用性,或者换句话说扩大了其实用可能性。

附图说明

以下通过附图说明发明的权利要求项(claimed group),其中:

图1是所要求电磁体合成磁性导轨的磁路的等效图;

图2是表征所要求具有合成磁性导轨的电磁体过程的参数的时序图;

图3是所要求电磁体合成磁性导轨硬磁性材料磁化和能量消耗的示意 性曲线,具体而言,该硬磁性材料是以下合金:31号的UN13 DK24、32 号的UN15 DK25BA、33号的UNDK35 T5BA、34号的28 CA250(FeBa)、 35号的KSP37A(SmCo)和36号的NdFeB;

图4是合成磁性导轨硬磁性材料和软磁性材料的电磁性能的图表;

图5-8是具有多棒合成的磁性导轨并且铁芯线性往复位移的电磁体的 正面图、纵向截面图(图5、7和8)和相应的俯视图(图6);

图9和10是具有合成磁性导轨并且铁芯往复旋转位移的电磁体的正面 图(纵向截面图)和相应的俯视图(横截面图);

图11和12是具有多个棒合成的磁性驱动并且铁芯往复线性和/或往复 旋转位移的电磁体的正面图和相应的俯视图;

图13-16是具有单个棒的合成磁性导轨并且铁芯往复线性和/或往复旋 转位移的电磁体的正面图和纵向截面图;

图17-21是硬磁性材料磁畴结构中发生的作用的示意图;

图22-25是根据西欧标准的烧结铸造硬磁性材料性能的表格,该西 欧标准相应于前苏联国家包括乌克兰认可的标准。

具体实施方式

本发明的权利要求项的重要特性在于其实施必须满足以下条件:
1、气隙必须最小化,这一方面意味着分散场最小化,另一方面意味着 形成闭合磁路,该磁路由互相串联铁磁连接的独立部分组成,具有等效磁 路的几乎最小化的总磁阻,因此所有磁通量通过等效磁路的每一部分。
2、在图5-16中所要求电磁体的闭合磁路的铁磁性必须包括软磁性和 硬磁性材料的组合,因为仅用硬磁性材料例如合金KSP37A(SmSo)或 UNDK15、UNDK18S、UN13DK24、UN13DK25、UN14DK25等来形成电 磁体的磁路会大大增加成本从而降低所要求发明的效率。
此外,在这种情况下,还必须花费更多能量来交变磁化电磁体磁性导 轨的硬磁性材料。
3、上述在图5-16中电磁体磁路中的软磁性和硬磁性材料的组合必须 这样选择,使得一方面可以使磁路的硬磁性插入件交变磁化,从而使磁性 导轨由于硬磁性材料的“磁记忆”而(从多个)转变到一个稳定状态,另 一方面可以使磁性导轨在最小能量损耗并且不用特殊装置的情况下回复到 磁化的原始状态。在每个这些情况下,软磁性材料作为磁性导轨的主要成 分,具有相对较高的导磁率和相对低的成本,通过使用硬磁性材料来提供 “磁记忆”,因为硬磁性插入件基本上完全积聚磁力线圈产生的磁能。
4、为了有效利用磁能,提供了磁通量完全通过硬磁性插入件的可能性, 或者换句话说没有通过软磁性材料磁路平行分支尤其是通过气隙的漏磁, 否则所要求的方法无法实现。在这种情况下,硬磁性插入件的横截面面积 必须具有类似于磁性导轨软磁性部分横截面面积的大小,在最优情况下是 两者面积相等,必须根据具体给出的吸引力和保持力来计算它们的体积(它 们的质量)。
5、硬磁性材料中磁场强度矢量的方向必须基本上与硬磁性插入件材料 磁畴设置方向一致,或者换句话说必须满足条件cos=1,其中=0是上 述方向的度;
6、如果可能,合成磁性导轨所用的硬磁性材料(合金、烧结磁体等) 必须具有其交变磁化所需的最小能量(参见图3中的曲线31-35)。
7、必须在气隙最小化时结束提供控制磁化电磁体的脉冲,或者换句话 说,为了满足保持施加给硬磁性材料的最大磁能的条件。
为了在实现本发明方法时提供硬磁性插入件的交变磁化,必须满足所 述条件1-7。因此,这也是本发明在所要求装置中实现所要求方法的结构实 施(implementation)所必须的。
根据本发明,在实现这些条件的同时实现所要求的方法,来控制电磁 体合成磁性导轨中的磁通量,该控制是通过娴熟方法实现的:
-通过在其磁化时将断开的合成磁性导轨变形成具有最小气隙的环状 闭合磁性导轨;
-以及在其退磁时、或者换句话说在磁性导轨中的磁通量“归零”时, 将其反向变形成具有大气隙的断开的磁性导轨。
这些条件都满足时,在所要求电磁体磁性导轨的铁磁体上提供了磁通 量环,磁力线圈产生的MMF作用所要求电磁体磁性导轨的铁磁体上,该铁 磁体在合成磁性导轨软磁性部分和硬磁性插入件之间,该硬磁性插入件与 其串联地接入到磁路中。因为通过这些部分中的每一个,这些部分在合成 磁性导轨中互相串联连接,通过相同的磁通量N,所以,这种再分布直接 与合成磁性导轨这些部分的磁阻成正比,或者换句话说与它们的导磁率成 反比(见图1)。因为作为合成磁性导轨一部分的硬磁性插入件的导磁率比 同样的合成磁性导轨的软磁性部分的导磁率低得多,所以基本上所有(或 者大部分)MMF作用在硬磁性插入件上,或者换句话说,在硬磁性插入件 中的磁场强度将非常大,其大小基本上完全由磁力线圈的绕组产生的MMF 的大小来确定。这使硬磁性插入件材料的磁化值非常大,该磁化值由图2 中硬磁性插入件材料的磁化曲线上的磁感应值Bwork.nom来确定。这个磁感应 值Bwork.nom提供电磁体的保持力,因为F正比于乘积
Bwork.nom×S×m×cos,其中
Bwork.nom是工作感应(working induction)的额定值;
S是硬磁性插入件的横截面积;
m是插入质量;
是磁力线圈产生的磁场强度矢量的方向和硬磁性插入件材料有秩序 的磁畴位置的方向之间的角度。这些方向一致时,=0,cos=1。
在满足上述条件1-7的情况下,作为这样一种永磁体操作电磁体的合 成闭合磁性导轨,该永磁体基本上磁化到磁感应的最大值,或者换句话说 接近硬磁性材料的饱和磁化强度值。在这些条件下,优选由硬磁性材料例 如由合金“Alnico”或者换句话说(Al)、镍(Ni)和钴(Co)的合金形 成插入件,尤其是由广泛使用并便宜的任何合金变体形成插入件,其中, 最适合实现本发明的是其交变磁化能量最低的合金,例如合金UN13DK24, 该合金在图3中用数字31表示了,其特征在于磁感应值接近饱和磁感应大 小Bmax,并相应地提供吸引力F,该吸引力超过与合成磁性导轨中插入件大 小相同的同种材料构成的永磁体的吸引力的好几倍。换句话说,对于在磁 性导轨闭合磁路中使用与插入件相同的硬磁性材料的情况,磁感应大大高 于磁开路,具体而言
Bwork.nom∶Bmax=10∶15。
例如,在闭合磁路中,合金UN13DK24形成的直径为6mm高为3mm 的硬磁性插入件提供2.8kg的保持力,相当于小于200g的永磁体。
在闭合磁路中,直径为12mm高为8mm的插入件提供15kg的保持力, 相当于小于1kg的永磁体。
所要求电磁体(图5-16)的合成磁性导轨包括可移动部分1和不可移 动部分2,并且在气隙最小化时可以闭合磁路。在这种情况下,作为磁性导 轨的定子(图5-6)的不可移动部分2形成为平底面,四个插入件3安装在 其上,而且该底面由硬磁性材料KSP37A(SmCo)和磁力线圈4组成,在磁力 线圈供电电路中串联连接通常的闭合接触器5和6,在底部2的中心形成开 口7从而让接触器关闭的推进器8通过。作为磁性导轨铁芯的可移动部分1 形成为其(钢St3)上安装了棒9的钢(钢St3)板,形成该磁性导轨,使 得可以沿着棒轴往复位移。电磁体具有两个回复弹簧10和11,并且用塞子 12从顶部闭合。使用图5-6所示的所要求装置得到的附加技术效果在于, 可以在棒型(rod type)传动装置即其传动可以与电磁体系统同轴地设置在 磁力线圈之间的装置中实现本发明。这些可以是磁力起动器、接触器和真 空开关、用于保险箱、汽车、门等装置的封锁的锁定装置、防止非法侵 入的结构以及锁紧等中的传动装置。与已知的电磁体结构相比,所要求 的发明除了开关时刻之外,在稳定状态下可以在磁力线圈4不消耗能量的 情况下就能以脉冲模式运行。结果,最终存在显著地增加线圈的绕组4中 的电流强度(一个数量级以上)和磁线圈的大量安普回旋的可能性并相应 地增加电磁体的拉力和保持力,同时减小其质量-尺寸特性。
下面具体说明对要求的电磁体结构进行改变和实现这些结构的要求方 法。它们具体图示了进行本发明的这些方式且对于整个发明不存在任何限 制。
在图7的电磁驱动的电磁体中,线圈1形成为在纵向截面为∏形状的 钢板(钢10),其中棒9由铁芯的板1形成,定子2形成为条且装备有硬磁 性材料的插入3,也形成为安装在定子上的合金KSP37A(SmCo)条。使 用图7示出的要求装置获得的附加技术成果在于扩大了其使用,例如用于 提供设备的最优设置的磁起动器。
在图8所示的电磁驱动的电磁体中,磁性导轨形成为软磁性材料(St3) 的两个层1和2。硬磁插入件3(合金UNDK15)被固定到极板2上(定 子)且位于磁化线圈4的轴向通道中。铁芯1形成为钢(钢10)板以及在 纵向截面像III的三个棒固定它们的端部到极板1。棒9具有提供磁性导轨 中的磁通量闭合的长度,用铁芯的往复线性位移最小化气隙。使用图8所 示要求的发明获得的附加技术成果也在于通过它的使用,例如用于接触器 扩大了要求的电磁体的实用可能性,用最小的金属消耗提供电磁系统的最 佳设置。
利用图9和10中所示的电磁驱动的电磁体,由于沿圆圈1的弧形,铁 芯的往复位移,形成的磁性导轨具有最小化气隙闭合磁路的可能性,磁性 导轨包含形成为圆盘的钢(St3)壳10,具有位于它之上且形成为圆形部分 11的两个形磁系统。每部分具有沿圆圈的弧形延伸的同轴侧壁13和 14的通道-槽12。磁线圈4的绕组位于外壳10中。形成为具有顶部15和复 位簧16的棒的线圈1位于通道-槽12中,且形成与槽的形状一致,在沿圆 圈的弧形的槽中具有往复位移的可能性。硬磁性材料-合金KSP37A(SmCo) 的插入件3位于通道-槽12的底部上并固定到它的壁17上,壁17垂直于铁 芯1的位移方向并限制它的位移。除磁化线圈4的绕组之外,退磁线圈18 的绕组位于外壳10中并提供相反极性的控制脉冲。使用图9和10所示要 求的器件提供的附加技术成果在于由于产生和使用这些联轴器的附加功 能,通过例如使用溢流和爪形联轴器中扩大了要求的电磁体的实用可能性, 具体具有给定步骤的开启、关断、改变旋转方向、角位移。此外,通过它 用于具有调整通道的截面可能性的液压系统阀中实现这些功能。
在图11和12所示的电磁驱动电磁体中,利用由于与由钢杯19(钢St3) 形成的定子有关的铁芯的往复线性位移最小化气隙,形成的磁性导轨具有 闭合磁通量的可能性。定子设有部分地由硬磁性材料合金KSP37A(SmCo) 组成五个棒9(钢St3),形式上插入件3连接到杯子19的底部20。每个棒 9连接到插入件3且形成它的延伸部分,以致棒9的外端表面位于与杯子 19的端面相同的平面。每个棒9被磁线圈4围绕,而可动铁芯1形成为圆 盘,在铁芯1相对于定子9的往复线性和/或旋转位移过程中,具有其表面 闭合磁驱动的磁路的可能性。电磁体的这些变型的特征在于,可动铁芯1 可以使用金属碎片和/或负载的结构元件,因为要求的电磁体可以用作运输 碎片及其他金属负载的经济方法。当形成的电磁体具有铁芯相对于定子具 有往复线性和/或同步旋转位移的可能性时,要求的结构可以用作用于扭矩 传输的联轴器、用作制动机构和用于其他相似的目的。由此更扩大了要求 的电磁体的实用可能性。在电磁体的要求变体中,磁线圈被连接,以致它 们产生增加磁性导轨中的磁通量的座标。在对要求的电磁体的变体分析中, 布置在棒9的中间上的线圈4的绕组可以被连接,具有产生相反磁通量和 使用它退磁的可能性。要求的电磁体的这些变体的附加技术成果在于改变 铁芯和定子之间的摩擦力的力矩的可能性。
在图13所示的电磁驱动的电磁体中,由于相对于定子的铁芯往复线性 和/或旋转位移最小化气隙,形成的磁驱动具有闭合磁通量的可能性。在此 情况下定子形成为(钢St3)杯21,底部3由硬磁性材料-合金KSP37A(SmCo) 组成,并通过由非磁性材料构成的螺帽26压紧杯子21的端面。磁线圈4 同轴地位于杯子21的内空腔22中,铁芯形成为杯子23的盖子,连接到同 轴地位于磁线圈25的容器25的内部空腔24中的钢(钢St3)棒9。形成的 磁性导轨具有用盖子23闭合杯子21的可能性,杯子同时接触棒9的三个 端部与杯子21的底部3,形成体积闭合的结构“杯子21-盖子23-棒9-杯子 21的底部3”以及通过可能改变铁芯和定子之间的摩擦力力矩的磁线圈4, 提供几乎等于由磁线圈4产生的拉力的电磁矫顽力磁化硬磁性材料的底部 3。图13所示要求的电磁体的这些变体的附加技术成果在于增加行程长度, 由于铁芯的棒沿它的整个长度设置在杯子内,以及由于增加外磁场影响磁 系统的干扰保护也增加了可靠性。
在图13所示的电磁驱动的电磁体中,由从具有软磁层27的外侧提供 的硬磁性材料形成的杯子21的底部3,由于增加参与磁通量的再磁化和“存 储”的硬磁性材料的面积,因此允许增加电磁体的矫顽力。
在图14所示的电磁驱动的电磁体中,杯子21的按钮3由硬磁性材料 组成,它从铁芯侧面的表面形成有软磁性材料层27的绝缘体。这些允许影 响铁芯转动,而没有由于铁芯和定子之间的摩擦力,在杯子21的底部3的 硬磁性材料的磁畴结构中发生不可逆过程的险。
在图16所示的电磁驱动的电磁体中,空心钢杯21形式的定子至少部 分由环28形式硬磁性材料组成,杯子21的底部3由软磁性材料组成并通 过非磁性材料的螺帽26压紧杯子21的端面。
使用图16所示要求的装置获得的附加技术成果在于提供线性往复位移 和改变铁芯和定子之间的摩擦力力矩的可能性。
分析决定并实践证实要求的电磁体的棒铁芯的棒的数目增加允许它们 每个的横截面面积增加,由于对于要求的结构(例如参见图5-16)它们的 横截面总面积是重要的。另一方面,这些棒的磁线圈的串联连接允许减小 由这些绕组提供的安培-圈绕总量,即,允许保持(甚至增加)由电磁体提 供的MMF和吸引力,同时减小消耗,由于提供结构上明显减小线圈的圈 绕(convolution)Iav的平均长度,产生必要的安培圈绕。因此在具有可动棒 铁芯的电磁体中,使用四个杯子提供铜消耗的经济性近似两倍的附加效果。
此外,分析决定和实践证实了发明的权利要求项的附加效果,其中要 求的电磁体的磁化线圈的绕组提供的脉冲电源与上述效果无关,由于增加 控制脉冲的电功率,允许减小铜消耗3-5倍(基于特定的结构)。这是因为 电磁体的线圈上的短时脉冲作用和在提供第二控制脉冲之前线圈绕组中缺 少电流,根据本发明提供不加热磁线圈绕组的电磁体的这种热模式开发。 由此,实践决定两种附加效果一同提供金属消耗减少50-90%。
要求的方法中使用的电磁体和退磁电流脉冲的电磁体允许使用合成磁 性导轨的软磁性材料,任何导磁的钢,包括代替特殊电工钢的常规结构钢, 没有可移动铁芯将粘附的风险。此外,电磁体的脉冲控制提供钢损耗的减 小(涡流、用于再磁化的损耗等)允许除去合成棒,或换句话说除去电磁 体的颗粒、铁芯。这些降低了成本,是由要求的发明提供的附加技术效果。
在当与接触器(起动器等)的磁性条件相比较,其线圈在电压的工作 条件下磁性导轨不存在噪音和振动的两个基本条件中,电磁体的磁线圈中 没有电流,这也代表附加的技术成果。这些导致增加开发可靠性,由于减 小接触的“低机械磨损”和部分电驱动,结果增加发明的权利要求项的效 率。
与电磁体的牵引性能和矫顽力相比较,提供短期控制电流脉冲到要求 的电磁体的磁线圈允许显著地减小要求的电磁体的金属消耗和允许增加控 制脉冲的电流强度。这些是通过要求的发明提供的另一附加技术成果且在 于质量-尺寸性能的显著减小。
电磁体可移动部分的质量减少以及同时显著减少代替金属部分的机械 接触的铆钉的可能性也有助于提高效率。此外,磁线圈的内空腔中的铁芯 棒的气动制动效果是使用有助于它的发明的权利要求项的附加技术成果。
使用要求的发明的附加技术成果是在接触器、开关等装置中使用本发 明的情况下,要求的发明导致首先接触器的接触压力不取决于电源电压的 减少,其次由于它在无电流的和不使用电能的工作条件中,因此电压的增 加不能导致接触器的磁线圈绕组变热。
下面提出的定性-定量分析必须考虑实现要求的方法的实例和要考虑 要求的电磁体。从这些分析,在要求的电磁体合成磁性导轨中控制磁通量 的要求方法的特性和要求的电磁体的结构特性变得更加清楚。
至于磁路的分析,在磁体和电路之间使用类似设备是方便的和可接受 的。在此情况下磁路通常是代表电路中的电流流动的电示图,电学地类似 于分析的磁路。分析下面那些类似的电路。图1所示的电路表示要求的电 磁体的合成磁性导轨的等效闭合磁路。在此情况下该磁性导轨至少部分地 由硬磁性材料组成。下面给出这些电路的分析,存在串联元件。由硬磁性 材料组成的部分磁性导轨(在图1的示图上)显示为磁动力(MMF)的来 源和磁性材料的磁阻RT,而由软磁性材料组成的部分磁性导轨显示为磁阻 Rm。图1所示的合成磁性导轨的气隙相应地作为磁阻R3。为了简化分析, 假定磁通量、涡流及用于解释的其他非重要现象的损耗有条件地考虑在气 隙的磁阻R3内。然后分析电路的磁动力MMF的数量与磁性导轨材料的剩 余磁化强度成正比,相应的硬磁性材料、软磁性材料的磁阻RT、RM、R3的 数量与硬磁性材料的相应导磁率:T,软磁性材料的相应导磁率:M以及气 隙的相应导磁率:3成正比。此外,它们相应地与硬磁性材料、软磁性材料 的电力磁力线的持续时间(长度)以及气隙的数量成正比。显然随着气隙 的持续时间增加,这些气隙的磁阻R3也按平方比率增加,反之亦然,随着 气隙的持续时间(数量)减小,这些气隙的磁阻R3将根据该比率减小。
图2示出了该参数的时间图,其特征在于在实现控制电磁体的磁通量 的要求方法的过程中,在至少部分由硬磁性材料组成的所要求的电磁体的 合成磁性导轨中发生物理作用。示图I(t)表示磁化线圈的绕组中电流的控 制脉冲的时间相关性,或换句话说电流的数量与时间的相关性。类似地, 示图H(t)示出了磁场的电压的时间相关性。示图:T(t)表示硬磁性材料 中的导磁率的时间相关性。示图:M(t)表示软磁性材料的导磁率的时间相 关性。示图RM(t)表示硬磁性材料的磁阻的时间相关性。示图R3(t)表 示软磁性材料的磁阻的时间相关性。示图R3(t)表示气隙的磁阻的时间相 关性。示图RE(t)表示合成磁性导轨的总磁阻的时间相关性。示图MMF (t)表示在磁性导轨中起作用的磁动力的时间相关性。示图N(t)表示磁 性导轨中的磁通量的时间相关性。示图BT(t)表示硬磁性材料中的磁感应 的时间相关性。示图BM(t)表示软磁性材料中的磁感应的时间相关性。示 图F(t)表示吸引铁芯的电磁力的时间相关性。示图*(t)表示气隙数量的 时间相关性。
从时间点t1,在磁线圈的绕组中磁场的电压H开始增加到由电流I的 控制脉冲的振幅决定的值。相应于时间t1时磁场电压H的增加,硬磁性材 料的导磁率:T从值:0开始增加到值:max,随后通过硬磁性材料的饱和使得 它减小最小数量:min。类似变化出现于软磁性材料的导磁率:M。在该过程 中,没有清楚地表示饱和度的软磁性材料的导磁率:M增加到大于清楚地表 示饱和度(参见图2和图表1)的硬磁性材料的导磁率:T的1.5-2倍。硬磁 性材料的磁阻RT和软磁性材料的磁阻RM的时间变化表示这些值与相应的 导磁率成反比且相应地示出在时间图RT(t)和RM(t)上。如从时间图RT (t)和RM(t)可以看出,所述的磁阻在时间t1时刻开始减小,该减小持 续到电流值RT(t)和RM(t)达到由最大导磁率:max的数量决定的值,其 中软磁性材料的磁阻假定它的最终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(参见图1)组成的合成磁性导轨的总磁阻RE可以表 示为硬磁性材料RT、软磁性材料RM和气隙R3的磁阻总和。应该注意气隙 的磁阻值R3是与气隙*数量的平方成正比的函数,且在时间t1时开始减小, 同时在时间t2时达到它的最小值。在同一时间段,气隙R3的磁阻数量达到 它的最小值。
在时间t1时刻硬磁性材料中的磁感应BT的数量和软磁性材料中的磁感 应BM的数量以及磁性导轨中的磁通量N的数量以及磁动力MMF的值开始 增加,由于磁场强度H的电压增加和磁性导轨RE的总磁阻减小,在磁场H 的电压增加结束以及硬磁性材料和软磁性材料的磁化过程结束以及气隙的 最小化过程结束之后它的增加结束。吸引力F1是磁通量的函数且与气隙的 平方量成反比,在时间t1时刻也开始增加,且通过气隙的最小值达到它的 最大值。
上述物理量保持它们的值到时间t3时刻,即结束磁线圈的绕组中电流 的控制脉冲作用的时刻。在该时刻t3,磁场的电压H和磁场强度MMF开 始减小。但是,这些减小受硬磁性材料保持磁化作用限制,接着硬磁性材 料的磁化数量受由于磁场的高电压H保持的磁性导轨的低总磁阻RE限制。 由此通过那些和之前未知的实践发现一个事实,即,在上述数量之间存在 正反馈且具体在H、BT、BM、:T、:M、RT和RM之间存在正反馈。这些数量 互相防止彼此减小。
因此,随着磁场H的电压减小(参见图2),硬磁性材料的剩余磁感应 (磁化强度)产生其数量更大的磁动力MMF,更大的BT。在磁性导轨的 闭合磁路BT中(例如参见图1)磁动力MMF产生磁通量N,其值是
φ=MMF/RE  (1)
其中RE是图1上的等效磁路的总磁阻。
同时
RE=RT+RM+R3    (2)
其中RT-磁性导轨的硬磁性材料的磁阻
RM-磁性导轨的软磁性材料的磁阻;
R3-气隙的磁阻
由于这些,磁通量N决定软磁性材料的磁化作用。上述现象的结果是 磁性导轨的相应硬磁性材料的导磁率:T和软磁性材料的导磁率:M几乎与图2 中的时间t1至t2的间隔相同。因此,在再磁化过程中,即,在磁化和退磁 化过程中,硬磁性材料的磁阻RT和相应的软磁性材料的磁阻RM几乎不改 变。由于气隙*值保持最小(最小化),气隙的磁阻R3和图1的磁驱动的等 效闭合电路的总磁阻保持它们的值为接近图2中的时间t1至t2的间隔中出 现的值。本发明的发明人发现了合成磁路的这些新性能对于发明的权利要 求项,控制电磁体的合成磁性导轨中的磁通量的要求方法和使用该方法的 电磁体的要求结构具有很大的重要性,由于它决定所谓的“锁效应”或类 似于“触发效应”的效应。由于上述过程,磁通量H的电压、硬磁性材料 和软磁性材料中的磁感应BT和BM的数量、磁动力MMF、磁通量N和电磁 体的吸引力F保持它们的值为时间t3时刻的值的80-98%。所述条件仅仅是 磁性导轨的稳定条件之一。保持该稳定条件直到在时间t4时刻提供第二控 制脉冲到磁线圈中。
在第二控制脉冲必须具有相反(当与第一控制脉冲相比较时)极性和 它的数量I必须提供等于硬磁性材料的矫顽力Hc(参见图H(t)的磁场电 压H的检查情况中。在时间图中,该条件对应于时间段t5。在该时间段, 完成硬磁性材料的退磁,即电流值BT达到值BT=0,同时硬磁性材料的导磁 率:T和软磁性材料的导磁率:M、硬磁性材料的磁阻RT和软磁性材料的磁阻 RM、气隙的磁阻R3和磁性导轨的总磁阻RE、硬磁性材料的磁感应强度BT 和软磁性材料的磁感应强度BM、磁通量N、气隙*的吸引力F和数量经受 改变,具有与t1至t2的时间间隔内描述的改变相反的性质,不予考虑磁性 导轨的铁磁材料的再磁化,即,不予考虑铁芯的软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的电流值和其他参数的 所述值表征电磁体的第二稳定条件。
时间图I(t)示出了在磁线圈的绕组中第二控制电流脉冲在时间t7时 刻开始作用,类似于t3至t4间隔描述的稳定条件再一次提供第三稳定条件, 具有磁通量N的矢量的方向与时间t3至t4间隔描述的方向相反的差异。对 于这些(第三)稳定条件的获得,在磁化线圈的绕组中必须提供其极性与 时间t1至t2的间隔中出现的极性相反的控制脉冲,具有足够再磁化硬磁性 材料的振幅,或换句话说具有大于HT的振幅(参见图2,t4至t6的时间间 隔中的时间图H(t))。在t3至t4的时间间隔中的图2所示的参数时间相关 性将与时间t1至t2的间隔中的相同,具有磁场H的电压、磁通量N、硬磁 性材料的磁感应强度BT和软磁性材料的磁感应强度BM具有相反极性的差 异。
要求的电磁体(图5-16)按以下方式工作。
当电压提供到磁线圈的绕组4并激发电磁体的合成磁性导轨中的磁通 量时,根据提供的控制电压的极性产生吸引固定定子2的磁系统的可动铁 芯1的吸引力。该磁通量提供对定子2的磁系统的铁芯1的吸引力,克服 由复位弹簧10产生的力,因此最小化电磁体的磁性导轨的气隙*。磁路闭 合之后,闭合磁性导轨中的磁通量N为环形。从磁线圈的绕组4除去电压 之后,硬磁插入件中积累的磁通量N继续保持沿磁功率磁力线的磁畴定向。 最大矫顽力取决于线圈4的起始脉冲和硬磁插入件3的材料的体积。机械 中断磁路之后,硬磁插入件3的界面层磁畴被部分地重定向,对应于硬磁 插入件材料的剩余磁化强度。由于这些,电磁体的矫顽力F的数量近似减 小一个数量级。在硬磁插入件3的材料中完成磁通量的“归零”对应于近 似等于,即近似等于在要求的电磁体的磁性导轨中互相取消磁通量的磁畴 细分的情况。在合成闭合导轨中的磁化作用之后,由合金Alniko构成的硬 磁插入件3具有比在闭合磁路的外面磁化的同一插入件高一个数量级的矫 顽力。
合成磁性导轨中的磁通量在磁性导轨中提供最小化的气隙*,即最小化 合成磁性导轨的等效磁阻的数量,以及合成磁性导轨的硬磁性材料的后续 再磁化,在磁线圈的绕组4无电流的条件中,这些再磁化提供磁通量的“存 储”。磁通量的这些“存储”可以解释为其中,在anizothropic材料具有六 角形结构的情况下硬磁插入件3是单晶或假单晶体,自动地细分为磁畴, 其中在最简单的样品(图17-21)中磁通量完全闭合,而在它外面在磁性导 轨元件的端面的磁力完全消失。邻近磁畴之间的相同表面产生限定厚度的 边界层。在它们的体积中,根据从一个磁畴中的取向到另一磁畴中的取向 发生磁化Is矢量的转动。至于边界层的形成,花费某一“边界”或表面能 量,其数量显著地小于在形成样品的环形区域过程中消失的体积能。由此, 磁畴结构的形成在于电压Hout=0的铁磁体的自闭合效果。通过间隔缺陷的 影响和晶体的结构可以解释样品中存在剩余磁化强度IR的Hout=0(在永久 磁铁的情况下),这些使闭合过程困难,即在该处理过程中,获得整个样品 的所得磁矩的不完全补偿和在层的出口位置中存在分散场。具有平行平面 的磁畴结构(参见图19)的单晶由交替区域组成,该区域的磁化方向反向 平行。在这些情况中,除主磁畴A、B、C、D...之外,还有所谓的边界层 的闭磁畴合a、b、c、d。
如果具有磁畴结构的“退磁”铁磁层被放入外磁场,那么由于它们更 小有效地“耗尽”相邻的磁化邻居,因此它被“磁化”,即磁畴具有靠近外 磁场的电压方向的磁化方向。由于磁畴之间的边界层的位移执行该过程, 与此同时,相对于外磁场的旋转方向将发生磁化矢量Is转动的旋转过程。 在它们中的磁畴边界的自然位移和磁化矢量的旋转决定铁磁样品的所得磁 化的种类相关性和它们的来自外磁场的磁感应强度决定磁化曲线的形状。
如果硬磁性材料的样品放置在由软磁性材料形成的磁性导轨的体积闭 合磁路中,那么通过外磁场作用样品的边界层被开启,根据外磁场重定向 样品的反向磁畴,图17,18所示的简单磁畴结构被铸模。换句话说,在开 启磁畴的边界层的条件下固定硬磁插入件和重定向主磁畴的这种情况中, 在中断磁线圈的绕组中提供的脉冲电流之后,闭合磁畴的功能被转移到铁 芯和定子部分,铁芯和定子设置垂直于外磁通量的方向,参见图20和21。
要求的结构允许结合软磁性材料的正性质量,软磁性材料的磁化曲线 的特点在于决定弱场中的磁化作用(感应)增加的较高磁灵敏度(导磁率), 弱场具有非常窄的磁滞回路,特别小的矫顽力,接近饱和磁化强度更大剩 余磁化强度,硬磁性材料的优点是强场的稳定源,强场具有最宽的磁滞的 回路(接近矩形),即,具有接近于饱和磁化强度的高矫顽力和剩余磁化强 度。
软磁和硬磁性材料中的MMF增加。
在磁性导轨退磁电极的端面上产生合成磁性导轨的磁路机械断裂之 后,插入件3恢复对应于剩余磁化强度的条件,即,铁磁材料变为双极永 久磁铁,即,硬磁插入件从具有最大磁化强度(边界层开启)的条件转变 为其剩余磁化强度(边界层闭合)的数量降低一个数量级的条件。
通过短期电流脉冲进入相反缠绕线圈或通过具有计算振幅的反向极性 的脉冲电压或计算的电流持续时间或通过一组消除脉冲振荡或通过复位簧 作用提供铁芯1返回原始位置。
因为提供节省能量以及由于随机故障的明显减少以及增加使用寿命而 不损坏整流装置,即由于增加损坏之前的工作,以及由于显著的扩大电磁 体结构的要求可变性的实用可能性,因此作者通过计算和实验证实发明的 权利要求项的显著效率。
要求的发明在它的使用过程中提供下列技术成果:
-要求的电磁体在交流电和直流电的电路中工作;
-要求的电磁体至少提供磁性导轨的两种能量独立的稳定条件;
-要求的电磁体的磁性导轨由非合金钢组成;
-要求的电磁体显著增加拉力(一个数量级)或显著减小横截面面积和 显著减小大尺寸参数以及减小铜的金属消耗3-5倍以及减小软磁金属(钢) 的金属消耗7-10倍。
-减小电磁体的惯性和增加响应时间;
-减小磁性导轨元件的铆接和增加它们的电阻
-增加整流电气设备执行接触的使用寿命;
-增加具有合成磁性导轨例如合金UN13DK24的硬磁插入件的要求电 磁体的矫顽力,在开启由稀土金属、钕(Nd)、铁(Fe)和(B)的组成 的同一尺寸的非合成磁性导轨的情况下增加由永久磁铁提供的矫顽力3倍。 根据作者的数据,仅仅利用深冷的硬磁性材料的上述解决办法可以达到该 结果;
-显著扩大要求的结构的实用可能性,包括在整流电气设备中、在扭矩 传输的电磁联轴器中、在制动机构和相似结构中使用它的可能性。
当与已知技术方案相比较时,要求的发明的上述优点,它们的特点和 性能存在于图表2中的概括形式中,其中使用下列指示器(indicators):
类似文献1-来自德国专利申请号DE19639545的技术方案;
类似文献2-来自欧洲专利EP074540的技术方案;
类似文献III-来自国际申请PCT/UA00/0005的技术方案。
图表2的分析数据和上述数据证实要求发明的对应保护标准,特别“新 颖性”、“创造性”和“工业实用性”标准。
此外,发明的权利要求项满足发明的单一性原理,由于其他目的的使 用提供要求项的目的之一,具体为控制电磁体的磁性导轨中的磁通量的方 法提供电磁体的结构。
考虑的信息来源
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 实用新型(2).
3.DE No.19639545 A1 of 12/18/1997 ICON,AG PRAZISIONSTECINIC (3);
4.EP 0794540A1 of 09/10/1997 HARTING KgaA CNJK,TW2 CNIJRB实 用新型(4).
5.PCTUA00/0005 HO1F7/16,7/124,EO5B47/02,02/03/2000 BABICH, N.S.-实用新型(5).
6.GOST 17809-72 Magnetically Hard Cast Materials,M,Gosstandart, 1986,p.4-5;
7.A.D.Smirnov,K.M.Antipov,Guide Book for Energy Expert,M., Energoatomizdat,1987,p.254.
高效检索全球专利

专利汇是专利免费检索,专利查询,专利分析-国家发明专利查询检索分析平台,是提供专利分析,专利查询,专利检索等数据服务功能的知识产权数据服务商。

我们的产品包含105个国家的1.26亿组数据,免费查、免费专利分析。

申请试用

分析报告

专利汇分析报告产品可以对行业情报数据进行梳理分析,涉及维度包括行业专利基本状况分析、地域分析、技术分析、发明人分析、申请人分析、专利权人分析、失效分析、核心专利分析、法律分析、研发重点分析、企业专利处境分析、技术处境分析、专利寿命分析、企业定位分析、引证分析等超过60个分析角度,系统通过AI智能系统对图表进行解读,只需1分钟,一键生成行业专利分析报告。

申请试用

QQ群二维码
意见反馈