CN101796605B - 用于开关装置的磁性驱动系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于开关装置的磁性驱动系统，该系统包括磁轭(2，3)，至少一个用于在所述磁轭(2，3)中产生磁通的永磁体(6，7)和至少一个线圈，在所述磁轭(2，3)中一实心的、由磁性材料构成的衔铁在两个相对的终端位置之间以直线移动的方式被导引，通过所述线圈，所述衔铁(8)能在其终端位置之间来回移动。其中，所述衔铁(8)为避免涡流损失配设有长形的空心通道(11，12，13)。为了在很大程度上较少摩擦地导引所述衔铁，按照本发明这样设计，即，在能推移的衔铁与朝向衔铁的永磁体表面之间布置有滑动元件(滑动薄膜16，滑动体18)。

Description

用于开关装置的磁性驱动系统

技术领域

本发明涉及一种用于开关装置的、权利要求1前序部分所述类型的磁性驱动系统。

背景技术

这种双极性的驱动系统例如在DE 19709089A1中已公开。所述衔铁在此由一实心的磁性铁材料构成，由此制造的费用比制造由涂层的电工钢片组成的衔铁的费用更低，通常也具有更大的耐久性。但为此，所述实心的衔铁的缺点是，相比由涂层的电工钢片组成的衔铁会出现更多的涡流损失，存在更强的剩磁，此外，在进行开关切换时，该剩磁使得开关触点更难断开。为了减小涡流损失，所述衔铁配设有多条长的空心通道，该长的空心通道由狭窄的槽缝组成，沿衔铁移动方向延伸，并且因此沿磁场线方向延伸。

在单极或双极的磁性驱动系统中，尤其在永磁极性驱动系统中，衔铁在磁性系统中大多被导引通过一个中心轴或两个轴销。由老的德国专利申请102007028203.8公开了一种用于开关装置的双极磁性驱动系统，其中，将所述衔铁在磁性系统中导引通过两个轴销。在此，在导引衔铁时可能会导致衔铁在磁性系统中歪斜。此外，由于导引量和由导引造成的、在衔铁和永磁体之间的间隙，所述衔铁以其两个棱边贴靠磁轭面，并通过开关运动机械作用在磁轭面上。这会导致衔铁的刮擦，并且产生大的摩擦力，该摩擦力会损坏易碎的永磁体。此外已知，为了避免刮擦到由永磁体形成的磁轭面要布置板层。然而，这些板层引起显著的摩擦力，甚至会导致开关失灵。

发明内容

因此，本发明所要解决的技术问题是，如下这样改进一种权利要求1前序部分所述类型的磁性驱动系统，即，尽可能地阻止衔铁产生歪斜，实现高的开关稳定性。

该技术问题通过权利要求1的特征解决。

本发明优选的设计是各从属权利要求所述特征。

按本发明，用于开关装置的磁性驱动系统包括磁轭，至少一个用于在该磁轭中产生磁通的永磁体和至少一个线圈，在该磁轭中一实心的、由磁性材料构成的衔铁在两个相对的终端位置之间以直线移动的方式被导引，通过该线圈所述衔铁能在其终端位置之间来回移动。在此，所述衔铁为避免涡流损失配设有长形的空心通道。按本发明，在可推移的衔铁与面向衔铁的永磁体表面之间布置有滑动元件。

通过将滑动元件布置在导引面之间，所述衔铁在很大程度上无缝隙、少摩擦地被导引。由此实现开关切换时间稳定和转换周期数大，并且在很大程度上避免损坏易碎的永磁体。尤其不会让永磁体磨损。此外，不会在磁轭的一个端面或各端面上沉积磨损颗粒，这些磨损颗粒可能会造成衔铁闭合行程的减少。此外，也不会在衔铁和永磁体之间的缝隙中附着磨损颗粒，因此，不会因摩擦造成不可确定的对于开关切换时间的影响。总之，由此提高磁性驱动系统和通过该磁性系统驱动的开关装置的长期稳定性和运行安全性。

适宜地将所述滑动元件布置，尤其可固定在衔铁侧或磁体侧。在此，所述滑动元件优选单侧地，亦即，或在衔铁侧或在磁体侧固定，由此，衔铁可较少摩擦地被导引。

在一可能的实施形式中规定，所述滑动元件设计为滑动薄膜。优选将该滑动薄膜固定在磁体侧，以便衔铁少摩擦地沿滑动薄膜可被导引。在此，所述滑动薄膜具有尤其与所属永磁体表面相当的尺寸。也可能选择更小的滑动薄膜尺寸。滑动薄膜与永磁体匹配的尺寸使滑动薄膜能够平面地，因此稳定地固定在永磁体上，并且能够实现沿滑动薄膜少摩擦地导引衔铁。

在被两个永磁体围绕的衔铁或在永磁体空腔中导引的衔铁的实施形式中，优选在各永磁体表面分别固定一滑动薄膜。这在摩擦力非常小的情况下可实现特别好的导引。

优选所述滑动薄膜由氟塑料，尤其由四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物，氟化乙烯丙烯共聚物或聚四氟乙烯构成。由这种固体的材料和实现滑动表面的材料构成的滑动薄膜很大程度上是无磨损的，并且作为滑动件或滑动元件尤其适用于少摩擦地导引硬质衔铁。

在另一实施形式中，所述滑动薄膜具有0.5mm的厚度。由此，在衔铁和永磁体表面之间的、通过制造公差决定的间隙可被补偿，以便很大程度上无缝隙地导引衔铁，并且避免磨损颗粒附着在缝隙中。

在又一实施形式中，将至少一个滑动体设计为滑动元件。优选滑动体布置在衔铁侧，例如布置在衔铁的凹穴中。也可将用于少摩擦地导引的多个滑动体布置在衔铁的多个凹穴中。适宜地将一个或多个凹穴侧面地开设在衔铁表面的宽边侧上，由此，所述衔铁可以很大程度上少摩擦地沿永磁体一个或多个表面被导引。

凹穴可能的实施形式为，凹穴设计为一个或多个槽。在此，所述各凹穴具有一与这种形状，尤其与滑动体的外部尺寸在很大程度上匹配的形状，尤其是内部尺寸，以便所述滑动体在很大程度上形状闭合地可被引入凹穴，并且从其中有短量伸出地布置在凹穴中。优选多个滑动体平行相邻和/或相叠地布置在各所属的凹穴中。

为了调整导引量和在很大程度上减少在可移动衔铁和永磁体表面之间的间隙，设有至少一个间隔元件。所述间隔元件优选布置在凹穴中位于滑动体下面，以便滑动体从凹穴中伸出，实现在永磁体表面较少摩擦地导引衔铁。

在将间隔元件设计为间隔板时，所述间隔板布置在分别用于滑动体的各凹穴中并处于滑动体的下面，由此，将所述滑动体压在永磁体表面上。在将间隔元件优选地设计为螺旋压力弹簧时，该螺旋压力弹簧布置各凹穴下面的钻孔中，尤其旋进所述钻孔中。在此，所述螺旋压力弹簧将滑动体压靠在永磁体表面上。

从技术效果出发，也对制造技术是有利的，优选所述滑动体由玻璃纤维强化的热塑性塑料，尤其由氟塑料，例如由四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物(PFA)，氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)或聚四氟乙烯(PTEE)或聚缩醛(POM)构成。

附图说明

本发明其它相宜的设计方案和优点可从实施例的以下说明中，并且参考附图得出，其中，彼此相应的构件配有相同的附图标记。附图中：

图1磁性驱动系统的支撑结构的立体斜视图；

图2支撑结构的衔铁从右斜方观测的单独的立体视图，该衔铁具有多个开设在其宽侧面表面的、用于装入滑动体的凹穴；

图3多个可插入图2衔铁的凹穴中的间隔元件和滑动体从右斜方观测的单独的立体视图；

图4对于图2中衔铁块宽边侧的、带有用虚线表示的孔列形状的正面视图；

图5支撑结构的衔铁的另一可能的实施形式从右斜方观测的单独的立体视图，该支撑结构的衔铁具有多个开设在宽边侧表面的凹穴；

图6对于图5中衔铁块宽边侧的、带有用虚线表示的孔列形状的正面视图。

具体实施方式

在图1中可见一并未整体示出的、用于控制开关装置的永磁驱动系统的支撑结构1。该结构1包括一方形的框架，所述方形的框架在中间接合两个底板4和5的情况下由两个磁轭2，3构成，这两个磁轭2，3镜像对称设计，在磁轭两端分别具有弯折90°的磁轭边腿，因此，将这两个磁轭2，3的基本形状设计为U形。所述两个磁轭2，3相对指向的磁轭边腿的两个平坦的端面，在上方平面地贴靠底板4面朝的侧面，在下方平面地贴靠底板5面朝的侧面，其中，所述相对应的磁轭边腿通过所述底板4或底板5相互连接。在磁轭边腿之间的中间区域从两个磁轭2，3分别伸出一向外突出的极性边腿，其中，相对的极性边腿相应于磁轭边腿彼此相对指向。在极性边腿以一定距离相对的端部上固定有板状的永磁体6或7。

在平面平行的永磁体6或7之间有一立方形的衔铁8在所述磁轭框架中，该立方形的衔铁8与所述永磁体6或7有一小间距并在图示位置平放在所述底板5上。所述衔铁8也包括两个衔铁导杆9，这两个衔铁导杆从所述衔铁块上侧或下侧的中间突伸出，并且几何形状地同轴布置。所述衔铁导杆9以很小的圆周间隙穿过配属于衔铁导杆9的底板4或5中的轴承孔10，并且以其端部区域从底板4或5的轴承孔10中伸出，因此，所述衔铁8借助导杆9垂直地直线移动导引。所述磁性支架在装配时还配设有两个线圈在极性边腿和磁轭边腿之间，通过这这两个线圈产生的磁场，在相应的极性方向，衔铁8克服其吸附在底板5上之后可移动到衔铁8的上部终端位置，在该上部终端位置，衔铁8的这种推移通过碰到底板4的下侧受到限制。当磁场的极性方向倒转后，衔铁在克服吸附之后通过磁力可再次朝下移动到所示的终端位置而向下压到底板5上，并且保持在该贴靠位置。这种磁性驱动的作用方式本身众所周知，因此，在此不必进一步阐述。

所述磁轭2和3在此由大量薄的磁轭叠片组成，这些薄的磁轭叠片结合成图中所示的厚磁轭叠片堆垛。与此相对地，所述衔铁8和底板4，5由一些已知类型的铁磁性材料块组成，尤其是由相应的铁合金组成。

为了减少衔铁8和底板4，5的涡流损失和剩磁感应，在实心的衔铁块中集成有大量通道(空心通道)11，12，13，这些空心通道在此具有一致的例如为4mm的直径，所有的空心通道设计为通孔，并且仅在长度上不相同，因为，这些通道沿不同方向贯穿衔铁8块。这些空心通道11，12，13也可以有选择地设计为盲孔，这些盲孔从两个侧面进行打孔。

与图2相关联地清楚可见，所述空心通道11从衔铁8的上部端面出发平行于衔铁导杆9的中间纵轴延伸，并因此垂直于平坦的端面地直到通至相对的端面，在此，存在各带有六个空心通道11的两排通道，其中，在这两排通道的一排通道中的空心通道11分别离相邻空心通道11具有一可预先规定的、大约为10mm的距离。这两排通道平行于端面长的侧边缘延伸，并且在端面中心布置的、带有内螺纹的盲孔14相对的两侧延伸，将所述衔铁导杆9或在上侧和下侧将两个衔铁导引销旋入所述盲孔14。与这些空心通道11横向地布置有一些空心通道12，这些空心通道12从衔铁8的窄边侧出发，通向衔铁8相对的窄边侧。这些总共五个空心通道12形成一个直的孔列，这个直的孔列布置于窄边侧两个长的侧边缘之间的中心，这一点结合图2和图4也毫无疑问地可看出。而这些空心通道12由此也在两排空心通道11的中间延伸，并且也穿过衔铁导杆9的安装平面。如果盲孔14的孔壁不应被削弱，那么，空心通道12可能也设计为盲孔，在盲孔14前以一定的距离终止。此外，这些盲孔作为空心通道12尽可能以这样的距离在盲孔14前终止，这个距离与在衔铁8端面上的空心通道11的侧面距离相等。这个距离根据图2的正面俯视图清楚可见。而在这种情况下空心通道12必须从相对的端面打孔，这在制造衔铁8时会导致相应更多的耗费。

同样横向于空心通道11地还开设更多的空心通道13，这些空心通道全部垂直于衔铁8纵向的中心面。在此，空心通道13从衔铁8的宽边侧出发，通向相对的宽边侧。在此，布孔图在宽边侧包括两个垂直的孔域，这两个垂直的孔域由三个平行的、分别有7个或5个空心通道13的孔列组成，其中，孔列中所述空心通道13彼此之间的距离相等。在此，三个平行孔列各自具有7个空心通道13。所述两个孔域位于设置衔铁导杆9的衔铁中心区域的两侧。

附加地，在由空心通道13构成的两个孔域之间中心布置有一单个空心通道13`，该空心通道同样形成一连接宽边侧的通孔。由图5前视图与图6截面视图相关联可知，空心通道13`在此通过衔铁块的实心材料区域，该实心材料区域留在两个盲孔14的端部之间。因此，衔铁8的稳定性通过空心通道13`不值一提地受影响。

除了衔铁8中的空心通道外，也在底板4，5中具有空心通道15，这些空心通道15与空心通道11轴线平行地延伸。这些空心通道15分别以带有6个空心通道15的两列孔形式存在，这些孔列优选与布置在衔铁8中的空心通道11上下重合。

为了在永磁体6，7之间较少摩擦地导引衔铁8，在衔铁8和各永磁体表面之间布置一设计为滑动薄膜16的滑动元件。该滑动薄膜16固定，例如粘贴在各个永磁体6，7的磁体侧。该滑动薄膜16的尺寸大致与永磁体6，7的表面积相当。该滑动薄膜16的厚度为约0.5mm。在此，滑动薄膜16的厚度尤其与衔铁8和永磁体6，7之间的间隙有关。

在衔铁8的每三个平行孔列中的那个带有7个空心通道13的中间孔列(的表面区域中，可将凹穴17开设在衔铁8的表面，图3所示可选地设计为滑动体18的滑动元件和必要时的间隔元件19可布置在所述凹穴17中。分别在凹穴17下方在衔铁8中开设一个空心通道13。例如设计为间隔板的间隔元件19的数量在此决定性地与导引量和衔铁8与永磁体6，7之间的间隙有关。在可选的并未进一步阐释的实施形式中，代替设计为间隔板的间隔元件19设置有一螺旋压力弹簧，该螺旋压力弹簧安装，例如旋进未示出的钻孔中，尤其是凹穴17下面的空心通道13中，并且将滑动体18向相关永磁体6，7的永磁体表面压靠。

图5，6示出可选的实施形式用于带有不同铸造出的孔域和不带侧面空心通道12的衔铁6。将所述用于装入滑动块18和必要时的间隔元件19的凹穴17在此设计为长形的沟槽并开设在衔铁8的表面。

附图标记清单

1结构

2，3磁轭

4，5底板

6，7永磁体

8衔铁

9导杆

10轴承孔

11，12，13，13`，15空心通道

14盲孔

16滑动薄膜

17凹穴

18滑动体

19间隔元件

Claims (16)

1.一种用于开关装置的磁性驱动系统，该系统包括磁轭(2，3)，至少一个用于在所述磁轭(2，3)中产生磁通的永磁体(6，7)和至少一个线圈，在所述磁轭(2，3)中一实心的、由磁性材料构成的衔铁在两个相对的终端位置之间以直线移动的方式被导引，通过所述线圈所述衔铁(8)能在其终端位置之间来回移动，其中，所述衔铁(8)为避免涡流损失配设有长形的空心通道(11，12，13，13`)，其特征在于，在能推移的衔铁(8)与朝向衔铁(8)的永磁体表面之间布置有滑动元件，其中，设置有至少一个滑动体(18)作为所述滑动元件，并且所述至少一个滑动体(18)布置在所述衔铁(8)的一个或多个凹穴(17)中。

2.按权利要求1所述的磁性驱动系统，其特征在于，所述滑动元件布置在衔铁侧和/或磁体侧。

3.按权利要求1或2所述的磁性驱动系统，其特征在于，所述滑动元件设计为滑动薄膜(16)。

4.按权利要求3所述的磁性驱动系统，其特征在于，所述滑动薄膜(16)固定在磁体侧。

5.按权利要求3所述的磁性驱动系统，其特征在于，在所述永磁体表面上分别固定一滑动薄膜(16)。

6.按权利要求3所述的磁性驱动系统，其特征在于，所述滑动薄膜(16)由氟塑料构成。

7.按权利要求3所述的磁性驱动系统，其特征在于，所述滑动薄膜(16)具有0.5mm的厚度。

8.按权利要求1所述的磁性驱动系统，其特征在于，所述一个或多个凹穴(17)开设在所述衔铁(8)宽侧面的表面上。

9.按权利要求1所述的磁性驱动系统，其特征在于，所述一个或多个凹穴(17)设计为一个或多个槽。

10.按权利要求1所述的磁性驱动系统，其特征在于，所述滑动体(18)由玻璃纤维强化的热塑性塑料构成。

11.按权利要求1所述的磁性驱动系统，其特征在于，为了调整在可移动衔铁(8)和永磁体表面之间的导引量，设置有至少一个间隔元件(19)。

12.按权利要求11所述的磁性驱动系统，其特征在于，在将所述间隔元件(19)设计为间隔板时，所述间隔板布置在各凹穴(17)中并位于所述滑动体(18)的下面，由此，将所述滑动体(18)压向所述永磁体表面。

13.按权利要求11所述的磁性驱动系统，其特征在于，在将所述间隔元件(19)设计为螺旋压力弹簧时，该螺旋压力弹簧布置在所述各凹穴(17)下面的钻孔中，并将所述滑动体(18)向所述永磁体表面压靠。

14.按权利要求6所述的磁性驱动系统，其特征在于，所述氟塑料是四氟乙烯-全氟烷氧基乙烯基醚共聚物(PFA)、氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)或聚四氟乙烯(PTEE)。

15.按权利要求10所述的磁性驱动系统，其特征在于，所述玻璃纤维强化的热塑性塑料是氟塑料或聚甲醛或聚缩醛。

16.按权利要求13所述的磁性驱动系统，其特征在于，所述钻孔是空心通道(13)。

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