本发明公开一种磁触发机构,其至少包括具有衔铁开口的磁轭,衔铁设置在该磁轭中,该衔铁被具有至少一个激励线圈的线圈主体的至少一部分同轴地围绕并且被预加载的弹簧元件作用于其上,并且当没有电流流过激励线圈时,由于永磁体的吸持力而保持在第一端位置中,该永磁体与在该衔铁和永磁体之间延伸的底座一起设置在衔铁的第一端区域中,并且该衔铁的第二端位置通过与减少磁吸持力和之后有效弹簧力一同进行的电流短暂地流过该激励线圈而获得。本发明的特征在于背离该衔铁开口的衔铁第一端以居中方式在线圈主体中被引导,并且面向衔铁开口的衔铁第二端被线圈主体中居中的中心环同样以居中方式引导,可极易透过的中心环在衔铁开口处搁置在磁轭上,并且相对于该磁轭能够径向地运动,底座在线圈主体中居中,该中心环与线圈主体一同确保衔铁平坦地位于第一端区域中而不倾斜,并且通过与衔铁的平面接触而通常确保最大吸持力,弹簧元件具有大于衔铁的直径,以及当从串联连接触发到并联连接时,该磁通量换向。
1.磁触发器(1),包括围绕衔铁开口(17)的至少一个磁轭(2),其中衔铁(9)被设置在该磁轭的里面,该衔铁(9)被具有至少一个激励线圈(11)的线圈主体(5)的至少一部分同轴地围绕并且被预加载的弹簧元件(10)的力偏置,其中当没有电流流过该激励线圈(11)时,由于永磁体(4)的吸持力的原因该衔铁(9)保持在第一端位置中,其中,该永磁体(4)与在该衔铁(9)和该永磁体(4)之间延伸的止推座(15)一起设置在该衔铁(9)的第一端的区域中,并且其中该衔铁(9)的第二端位置通过使得电流短暂地流过该激励线圈(11)而获得且电流流过该激励线圈伴随有磁吸持力且之后有效弹簧力的减小,特征在于a.该衔铁(9)背离该衔铁开口(17)的该第一端被居中地引导,并且该衔铁(9)面向该衔铁开口(17)的第二端也被在该线圈主体(5)中居中的中心环(8)居中地引导,b.可极易透过的中心环(8)在所述衔铁开口(17)上邻抵于所述磁轭(2),并且被构造成相对于该磁轭能径向地运动,c.止推座(15)在所述线圈主体(5)中居中,其中该中心环与该线圈主体(5)相结合从而确保所述衔铁(9)在所述第一端的区域中的平面接触而不发生倾斜,并且由于所述衔铁(9)的平面接触而确保总是最大的吸持力,d.所述弹簧元件(10)具有大于所述衔铁(9)的直径,以及e.当从串联连接被触发到并联连接时,磁通量换向。
2.根据权利要求1的磁触发器(1),特征在于通过形成居中设置的轴颈(15.1)从而使得该止推座(15)是阶梯式的,其中该轴颈(15.1)牢固地压入空心圆筒形线圈主体(5)中,并且所述线圈主体(5)背离所述衔铁开口(17)的端面具有由轴环(5.1)或由凸轮(5.1)形成的小接触表面,通过该接触表面所述线圈主体(5)被安放在该止推座(15)上。
3.根据权利要求1或2的磁触发器(1),特征在于所述线圈主体(5)以套筒形式围绕所述衔铁(9)的所述第一端的部分接纳所述弹簧元件(10),该弹簧元件(10)在所述线圈主体(5)的槽(5.2)中相对于该衔铁(9)同轴地延伸。
4.根据权利要求2的磁触发器(1),特征在于该线圈主体(5)包括套筒形状的导向件(6),所述衔铁(9)的所述第一端和所述止推座(15)的所述轴颈(15.1)在该套筒形状的导向件(6)中被引导。
5.根据权利要求1或2的磁触发器(1),特征在于为了保护所述永磁体以及为了当所述衔铁返回到或呈现在其第一端位置时减轻所述衔铁(9)的碰撞,a.在该止推座(15)和该永磁体(4)之间设置非磁性弹性层(14),并且/或者b.提供围绕该永磁体(4)的垫圈(13),该垫圈支撑该止推座(15),其中所需气隙由所述垫圈(13)和所述永磁体(4)的不同厚度来限定。
6.根据权利要求5的磁触发器(1),特征在于所述止推座(15)被设计为在所述止推座(15)和所述磁轭(2)之间形成气隙,其中该气隙产生作为并联连接的在磁路中的旁路(12)。
7.根据权利要求1或2的磁触发器(1),特征在于该止推座(15)具有非磁性涂层,以用于在该衔铁(9)和该止推座(15)之间形成间隙并且因此用于减少容差敏感性。技术领域
本发明涉及至少具有磁轭的磁触发器,该磁轭具有衔铁开口,衔铁设置在磁轭内部,其中该衔铁被具有至少一个激励线圈的线圈主体的至少一部分同轴地围绕并且被预加载弹簧元件的力偏置,其中当电流不流过该激励线圈时,由于永磁体的磁吸持力因而该衔铁保持在第一端位置,其中该永磁体与在该衔铁和永磁体之间延伸的止推座(socket)一起被设置在该衔铁的第一端的区域中,并且通过与减少磁吸持力和同时减小有效弹簧力同时进行的电流短暂地流过该激励线圈从而实现了该衔铁的第二端位置。
背景技术
以这种方式构造的双稳态磁触发器或触发磁体的许多变型被用在大功率开关和其他装置中。许多方案已经公开在现有技术中,例如公开在USxa03xa0992xa0957、CAxa002271327、USxa03xa0893xa0052、USxa03xa0792xa0390、JPxa02006xa0051xa0055、USxa06xa0646xa0529、USxa05xa0387xa0892、JPxa02005xa0166xa0429、JPxa02005xa0268xa0031或JPxa02005xa0340xa0703中。因此触发磁铁的重要要求是短触发时间、低触发能耗以及释放的机械能量和电触发器能量或能量产出之间的比例大。能够例如利用小的衔铁质量来实现短触发时间,如在利用钻空衔铁的JPxa02005xa0268xa0031或CAxa00227xa01327中所公开的。仅具有低触发能量的开关的目的可以通过磁路中的旁路来实现,如USxa03xa0992xa0957或USxa03xa0792xa0390中所公开的。当弹簧常数小并且行程大时,使用预定的弹簧力来释放大量的机械能。具体说,使用外部设置的弹簧来实现,如JPxa02005xa0166xa0429中所公开的。在现有技术中公开的许多方案通常仅仅是关于单个参数(例如安装空间、力或触发时间)被显著优化。于是触发参数分散在很宽的范围内。重要的根本性原因是由于结构所导致的衔铁引导中的游隙(play)。由于壳体中的和装配期间零件对齐中的容差问题,衔铁相对于止推座稍微倾斜。衔铁和壳体之间的横向力附加地使衔铁倾斜。常规的结构不能补偿这种倾斜。更加紧密的引导将会导致卡住。弹簧在衔铁上被直接引导,除非弹簧被设置在磁路外面或在衔铁里面。于是弹簧常数保持相对较高并且能量产出相对较小。但是,有利于弹簧常数的许多方案使得其很难在止推座上引导衔铁和/或定向衔铁。然而,当弹簧在衔铁中被引导时,得到大的金属性摩擦。于是弹簧倾向于变形。两种效果都是不希望的。
发明内容
因此,本发明的目的是提供一种磁触发器,其具有小触发能量且同时具有高能量产出和短触发时间。根据本发明的原理,磁触发器包括包绕衔铁开口的至少一个磁轭,其中被具有至少一个激励线圈的线圈主体的至少一部分同轴地包绕并且被预拉伸弹簧元件的力偏置的衔铁被设置在该磁轭里面。当没有电流流过激励线圈时,被推进的且不伸展的衔铁保持在第一端位置,其中由于永磁体的磁吸持力来保持该衔铁。该永磁体与在该衔铁和永磁体之间延伸的止推座一起被设置在衔铁的第一端的区域中。通过短暂地使得电流流过该激励线圈来实现衔铁的第二端位置,其中电流流过该激励线圈伴随有减少的磁吸持力和同时有效的弹簧力。本发明的特征在于,背离该衔铁开口的衔铁第一端在线圈主体中被居中地引导,并且面向衔铁开口的衔铁第二端也被居中在该线圈主体中的中心环居中地引导。因而在衔铁和中心环之间能够获得非常小的结构性气隙尺寸。由(磁力)极易透过的材料制造的中心环搁置于衔铁开口上的磁轭,产生直接金属接触并且可轴向运动以补偿容差。因而止推座也居中在线圈主体中,其中,该中心环与该线圈主体相结合来确保衔铁在第一端区域中的平面接触而不存在倾斜,并且进一步由于衔铁的平面接触来确保最大吸持力。此外,弹簧元件具有大于衔铁的直径,并且当从串联连接被触发到并联连接时,磁通量换向。在激励线圈中的短电流脉冲在衔铁中产生磁场,该磁场的取向与永磁体的磁场的取向相反。两个磁场的叠加短暂地(briefly)移动衔铁的磁通量,于是该磁通量被引导到旁路中(换向)。由于暂时强烈地衰减磁吸持力,弹簧元件能够加速衔铁并且将衔铁移动到第二稳定端位置。根据本发明使得衔铁和止推座居中会导致小的衔铁游隙和非常小的衔铁倾斜,且伴随有磁触发器的可靠触发特性。根据本发明,衔铁参考线圈主体被支撑在两个位置,即被支撑在线圈主体内的第二侧上和在该线圈主体中居中的中心环中的第一侧上。因此容差链较短并且能够选择紧配合。因此,即便在短衔铁的情况下也能够获得最大的引导长度和精确的衔铁引导。根据本发明的磁触发器非常可靠并且以最高的效率为特色。触发器参数的分散性被精确地衔铁引导严格地限制。同时,满足了高能量产出、短触发时间和小电触发能量的要求。本发明在希望的理想值和高生产可靠性之间显示了良好的折中。利用本发明,能够补偿不可避免的制造容差,其中剩余参数满足了现代大功率开关的大多数严格的要求。在线圈主体中居中的中心环优选地由(磁力)可极易透过的材料制造。由于精确的衔铁引导的原因,在衔铁的第二端和中心环之间的气隙保持非常小。这减小磁阻和所需触发能量。需要时,通过在线圈主体中的积极锁紧形式,能够容易实现锚定的扭转阻力。为此,衔铁必需至少部分地是稍微扁平的。与实现扭转阻力无关,衔铁第一端的外部轮廓和引导该衔铁的线圈主体的这部分的内部轮廓彼此对应,或构造成相互配合。对于本发明重要的是通过形成居中设置的轴颈该止推座是阶梯式的,其中该轴颈固定地压入空心圆筒形线圈主体中,并且背离衔铁开口的线圈主体端面具有由轴环或由凸轮形成的小接触表面,用该接触表面,线圈主体安放在止推座上。由于线圈主体和止推座只在轴环的区域中彼此接触,所以线圈主体能够与止推座的轴颈精确地对齐。衔铁、线圈主体和止推座具有共同的纵轴线,从而防止衔铁倾斜。中心环不居中于在该壳体中的衔铁开口中,而是代之以相对于衔铁开口是径向可移动的。不存在余量并且所有对容差敏感的部件均在线圈主体中彼此对齐。这样导致在磁场具有小分散性的情况下的非常稳定的触发特性。在本发明的有利的实施例中,线圈主体以套筒形式围绕衔铁第一端的部分接纳弹簧元件,该弹簧元件在线圈主体的槽内相对于衔铁同轴地延伸。根据本发明,弹簧元件的直径大于衔铁的直径。以这种方式,可以使用具有较小的弹簧常数的较短的弹簧元件。在相同的最大弹簧力和相同尺寸的情况下,该磁触发器比常规的弹簧元件能够多释放近似20%的能量。可选地,线圈主体可以具有空心圆筒形的或套筒形状的导向件,在该导向件中引导衔铁的第一端和止推座的轴颈两者。实现为压缩弹簧的弹簧元件在线圈主体中被引导,该线圈主体优选用塑料制造。与金属导向件和/或线圈主体相比减小了摩擦。通过同轴地将弹簧元件设置在与线圈主体有关的特别设置的槽里面,由于与电枢截面相比,弹簧元件具有更大的直径,因此积极地影响了变形特性,从而导致摩擦的进一步减小。减小的摩擦减小了工作间隙的磨损并且导致磁触发器具有更稳定的行为。由于磁吸持力的较小分散性的原因,能够减小安全裕度,以便在保持相同弹簧力的同时能够减小总的磁吸持力。这种减小的磁吸持力需要更小的触发能量并且与常规的方案相比具有显著优点。此外,弹簧元件的大直径减小了弹簧常数并且增加了能量产出高至+20%,并且减少触发时间。相反,在“释放”位置用相同弹簧力的情况下,本发明能够实现较小的磁吸持力。在本发明特别有利的修改中,为了保护永磁体以及当衔铁返回到或呈现在其第一端位置时减轻衔铁的碰撞,在止推座和永磁体之间设置非磁性弹性薄片/层或设置围绕该永磁体的垫圈(spacerxa0ring)用来支撑该止推座,其中所需气隙由永磁体和垫圈的不同厚度形成。由于这两种措施,磁铁的特性曲线被修整,这减少了触发期间对容差的灵敏性。在前面提到的两种情况下均保护永磁体不受外力。因而磁通量换向的原理被特别有利地采用并且非常有助于使所需触发能量最小化。因而所需并联连接由止推座和壳体之间的气隙形成。磁阻减小,以便能够在较小电流流过线圈的情况下更加显著地减小磁吸持力。因此当利用这个原理时,永磁体的至少30%的磁通量经由旁路被引导。当电流流过激励线圈时,激励线圈的磁场将由永磁体产生的磁通量从衔铁引导到旁路中。止推座的轴颈面向衔铁的端部侧面的非磁性涂层减少了磁吸持力的分散性。与现有技术相比本发明的显著优点和特征基本上是:●在最大效率情况下的非常可靠的磁触发器,●通过设置在衔铁的第一端区域内和衔铁的第二端区域内(即线圈主体的一部分和中心环)的两个支承位置来改善衔铁引导,●一方面,通过将止推座的轴颈固定地压入线圈主体中并且仅使用窄的环形轴环或凸轮将线圈主体的端面安放在止推座上,另一方面,通过使得衔铁、线圈主体和止推座及其轴颈具有共同的纵轴线,从而减小衔铁倾斜,●通过将弹簧元件放置在线圈主体的同轴延伸的槽中,使弹簧元件的直径大于衔铁的直径,从而增加弹簧元件的释放能量,●通过在止推座的外表面和壳体或磁轭的内壁之间形成延伸的旁路来减少所需触发能量,●将所谓的空隙薄片/层设置在永磁体和止推座之间,从而使得当衔铁返回或运动到其第一端位置时减轻衔铁的碰撞,●通过用非磁性层来涂覆止推座,从而减少磁吸持力的分散性。
附图说明
通过结合附图仔细地研读下面优选但非限制性的示例性实施例的综合描述之后,能够更好地理解和评价本发明的目的和优点,附图中:图1是磁触发器的截面图,图2是弹簧特性曲线的示意图,图3是触发电压的散布示意图。附图标记列表1xa0磁触发器2xa0磁轭3xa0底板4xa0永磁体5xa0线圈主体5.1xa0轴颈,凸轮5.2xa0槽6xa0导向件7xa0弹簧元件8xa0中心环9xa0衔铁10xa0弹簧元件11xa0激励线圈12xa0旁路13xa0垫圈14xa0薄片/层15xa0止推座15.1xa0轴颈16xa0间隙17xa0衔铁开口
具体实施方式
图1示出根据本发明的磁触发器1的截面图。磁触发器1的磁轭2由壳体或框架构成,且具有设置在第一端面上的衔铁开口17和设置在第二相对端面上的用于闭合该壳体的底板。激励线圈11以及接纳该激励线圈11的线圈主体5被设置在该磁轭2里面。线圈主体5具有构造成导向套筒的导向件,该导向件具有同轴槽5.2。形成为压缩弹簧的弹簧元件10设置在这个槽5.2中。衔铁9在该导向套筒的一半内被引导。由可极易透过材料制造的止推座15的轴颈15.1被压入该导向套筒的另一半中。衔铁9的面向该衔铁开口17的第二端通过设置在该衔铁开口17中的中心环8被额外地引导。因此容差链保持很短并且衔铁9以及止推座15相对于彼此严格平行地取向。这确保衔铁9和止推座15的端面之间的可靠平面接触,这使得触发特性更加稳定。该止推座15之后设置的是限定在永磁体4和止推座15之间的间距的气隙薄片/层(airxa0gapxa0foil)。永磁体4由垫圈13围绕。通过止推座15和磁轭2之间的气隙来形成并联连接。当电流不流过激励线圈11时,由于永磁体4的磁吸持力,被推入的或缩回的衔铁9保持在第一端位置。永磁体4的磁吸持力被短电流脉冲中断,并且形成为压缩弹簧的弹簧元件10将衔铁9移动到其第二端位置。压缩弹簧在积极锁定下近似接合在衔铁9的中心并且还被这种积极锁定引导。压缩弹簧的第二端被支撑在线圈主体5上,具体地在线圈主体5的导向槽5.2中。该线圈主体5包括被设置在面向衔铁开口17的端面上的槽(仅画出轮廓),另一个弹簧元件7(例如,弹性体或弹性环)设置在该槽中。利用弹簧元件7减少游隙,以便将中心环8压抵于磁轭2的衔铁开口17,并且因而确保该中心环8和磁轭2之间的磁接触。如果需要,该结构允许该中心环8和磁轭2之间存在径向游隙以用于补偿容差。这消除了静态余量并且防止了衔铁9卡住,即便在具有紧密的导向容差的情况下。所有对容差敏感的部件均在线圈主体5中保持对齐。以这种方式,能够实现仅具有少量分散的非常稳定的触发特性。中心环8可以被构造成扁平的盘或如图所示,可以具有附加的凸肩。图2示出两种不同的弹簧特性曲线。第一个弹簧特性表示现有技术而第二个弹簧特性曲线对应于根据本发明的磁触发器。衔铁偏移在X轴线上以mm示出,弹簧力在Y轴线上示出。根据现有技术的弹簧特性曲线明显比根据本发明的磁触发器的弹簧特性曲线更陡。换句话说,在“释放”位置用相同的力,所需磁吸持力减小大约20%。所需触发能量因此能够相应地减小。图3示出触发电压的散布示意图。在X轴线上示出实验次数并且在y轴线上示出触发电压。常规的开关或磁触发器的散布与根据本发明的磁触发器的散布进行比较。由于短容差链和衔铁与止推座之间的严格对齐的原因,根据本发明的结构的分散性明显地较小。