[发明专利]磁性锁闭的磁通转移电子机械致动器

说明书

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

本发明总的涉及致动器，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。

发明内容

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。