本發(fā)明涉及一種電磁執(zhí)行器，尤其是閥執(zhí)行器，以及具有這種執(zhí)行器的閥，尤其是氣動(dòng)閥或液壓閥。公知的閥執(zhí)行器具有第一永磁體、第一磁線圈以及穿過第一磁線圈和第一永磁體而能在軸向運(yùn)動(dòng)的銜鐵。至少一個(gè)彈簧裝置、例如一個(gè)或多個(gè)螺旋彈簧在軸向方向上作用到該銜鐵上。在執(zhí)行器作為閥執(zhí)行器的應(yīng)用中，銜鐵與關(guān)閉元件協(xié)作用以使閥的通流孔截止，從而在銜鐵的第一定位中，關(guān)閉元件封閉所屬的閥，而在銜鐵的第二定位中，關(guān)閉元件打開所屬的閥。

背景技術(shù)：

這種類型的執(zhí)行器和這種類型的閥例如由ep0340625a1公開。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

執(zhí)行器的動(dòng)態(tài)特性應(yīng)當(dāng)改進(jìn)。這通過具有獨(dú)立權(quán)利要求的特征的執(zhí)行器和閥實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選實(shí)施方式由從屬權(quán)利要求公開。

因此，提出一種電磁執(zhí)行器，尤其是閥執(zhí)行器，其具有第一磁線圈、第一永磁體以及穿過磁線圈和永磁體能軸向在第一與第二定位(切換定位)之間運(yùn)動(dòng)的銜鐵，至少一個(gè)彈簧裝置在軸向方向上作用到該銜鐵上。彈簧裝置例如可以通過一個(gè)或多個(gè)螺旋彈簧或波形彈簧構(gòu)成。規(guī)定的是，執(zhí)行器具有第二磁線圈，并且第一和第二磁線圈以及永磁體在軸向依次布置，從而永磁體在軸向布置在第一與第二磁線圈之間。通過永磁體的這樣的布置可以實(shí)現(xiàn)執(zhí)行器的提高的動(dòng)態(tài)特性。

優(yōu)選地，執(zhí)行器在兩個(gè)定位中均借助彈簧裝置預(yù)緊。因此，在其他情況下在這些定位中失去的動(dòng)能通過彈簧來存儲(chǔ)(彈簧擺原理)。通過相應(yīng)地確定彈簧裝置和永磁體的尺寸和相應(yīng)地實(shí)施它們可以實(shí)現(xiàn)的是，在執(zhí)行器的不通電狀態(tài)下，銜鐵通過磁鎖止(單穩(wěn)態(tài)地、雙穩(wěn)態(tài)地)保留在僅一個(gè)定位中或在兩個(gè)定位中。通過相應(yīng)地布置永磁體和磁線圈可以實(shí)現(xiàn)執(zhí)行器中的磁通的轉(zhuǎn)向或者翻轉(zhuǎn)。因此，銜鐵可以以高動(dòng)態(tài)特性運(yùn)動(dòng)到第一或第二定位中。特別是，磁線圈實(shí)施為環(huán)形線圈并且彼此同軸地布置。同樣地，永磁體可以實(shí)施為環(huán)形磁體并且與磁線圈同軸地布置。

優(yōu)選地，執(zhí)行器具有第二永磁體，第二永磁體相對(duì)磁線圈和第一永磁體在軸向如下地布置，使得得到如下的軸向順序：第一磁線圈、第一永磁體、第二磁線圈、第二永磁體。

可以規(guī)定，第一永磁體相對(duì)于第二永磁體具有不同的磁場(chǎng)強(qiáng)度，特別是更大的場(chǎng)強(qiáng)度。換句話說，也就是第一永磁體相比于第二永磁體優(yōu)選構(gòu)造出更強(qiáng)的磁場(chǎng)。優(yōu)選如下地實(shí)施線圈，使得在被供給相同的電流的情況下第一線圈相對(duì)于第二線圈具有不同的磁場(chǎng)強(qiáng)度，優(yōu)選是更大的磁場(chǎng)強(qiáng)度。因此這例如可以通過第一線圈相比于第二線圈具有更多的繞組來實(shí)現(xiàn)。

優(yōu)選地，(第一和/或第二)永磁體實(shí)施為環(huán)形磁體。永磁體在徑向被磁化，從而磁北極和磁南極在徑向方向上彼此對(duì)置。例如，磁北極在徑向位于環(huán)形磁體的外部而南極在徑向位于環(huán)形磁體的內(nèi)部，或者相反地布置。與之不同地，在軸向磁化的情況下，磁北極與磁南極在軸向間隔開。通過徑向磁化可以實(shí)現(xiàn)永磁體磁通在執(zhí)行器中的特別有效的分布。

此外，銜鐵優(yōu)選在銜鐵的其中至少一個(gè)端側(cè)上或者尤其在銜鐵的其中兩個(gè)端側(cè)上具有銜鐵板。一個(gè)或者多個(gè)銜鐵板尤其用于在執(zhí)行器內(nèi)部有效地引導(dǎo)磁場(chǎng)。通過銜鐵板產(chǎn)生了作用到銜鐵上的磁力的大部分。當(dāng)銜鐵位于第一或第二定位中時(shí)，銜鐵板優(yōu)選貼靠在執(zhí)行器的磁軛上。于是，使在銜鐵與軛之間的氣隙最小并且使作用到銜鐵上的磁力最大。

優(yōu)選如下地實(shí)施彈簧裝置，即，當(dāng)銜鐵離開中部位置朝向第一或第二定位運(yùn)動(dòng)時(shí)，彈簧裝置向銜鐵施加復(fù)位力。中部位置相對(duì)應(yīng)地特別是在幾何上或在其他方面設(shè)置在第一與第二定位之間的(中部)定位。例如，當(dāng)在軸向方向上觀察銜鐵正好位于第一定位與第二定位之間時(shí)，銜鐵就位于中部位置。為此，銜鐵例如從兩側(cè)受彈簧加載。特別是為此，第一彈簧向銜鐵的第一端側(cè)作用并且第二彈簧向銜鐵的第二端側(cè)作用。

也優(yōu)選如下地實(shí)施彈簧裝置，即，要么第一和第二定位是使得銜鐵在執(zhí)行器不通電的狀態(tài)下保持在其中的穩(wěn)定定位(雙穩(wěn)態(tài))，要么第一和第二定位中僅一個(gè)定位是使得銜鐵在執(zhí)行器不通電的狀態(tài)下保持在其中的穩(wěn)定定位(單穩(wěn)態(tài))。這特別是通過相應(yīng)實(shí)施的力-位移-特性曲線和/或?qū)椈裳b置相應(yīng)的預(yù)緊而引起。對(duì)此，例如在銜鐵的中部位置中或在第一/第二定位中，可以通過彈簧裝置將預(yù)緊施加到銜鐵上。

優(yōu)選地，磁線圈和一個(gè)或多個(gè)永磁體彼此同軸地布置在執(zhí)行器的磁軛上。在此，彈簧裝置在其中一個(gè)磁軛端側(cè)上或替選地在每個(gè)磁軛端側(cè)上(也就是在該磁軛端側(cè)的區(qū)域中或在每個(gè)磁軛端側(cè)的區(qū)域中)都具有至少一個(gè)彈簧。當(dāng)設(shè)置了在端側(cè)對(duì)置的彈簧時(shí)，這些彈簧優(yōu)選在軸向方向上并且彼此相對(duì)地作用到銜鐵上。因此可以實(shí)現(xiàn)的是，銜鐵在偏轉(zhuǎn)到第一或第二定位中時(shí)被壓回到銜鐵的中部位置或另一個(gè)穩(wěn)定的最終位置(其也可以是第一或第二定位)中，也就是，朝向中部位置或穩(wěn)定的最終位置的方向施加力。

上面描述的執(zhí)行器特別是使用在閥中，例如氣動(dòng)閥或液壓閥，以便操縱閥，例如打開和/或關(guān)閉閥。因此，執(zhí)行器是閥執(zhí)行器。

因此，也提出了一種閥，該閥具有用于使閥的通流孔截止的關(guān)閉元件以及用于使關(guān)閉元件運(yùn)動(dòng)到打開位置中和關(guān)閉位置中的電磁執(zhí)行器，在打開位置中通流孔被打開，而在關(guān)閉位置中通流孔被關(guān)閉。在打開的狀態(tài)下，流體、例如液體或氣體可以通過通流孔穿流閥，而在關(guān)閉的狀態(tài)下，通過通流孔的流體通流被截止以及進(jìn)而閥被截止。為了使關(guān)閉元件運(yùn)動(dòng)，所提出的閥具有所提出的執(zhí)行器。由此，閥具有特別高的動(dòng)態(tài)特性。因此可以特別快速地轉(zhuǎn)換到打開狀態(tài)或關(guān)閉狀態(tài)中。雖然閥具有高動(dòng)態(tài)特性，但是其在最終位中具有低的沖量負(fù)荷。

附圖說明

下面借助附圖詳細(xì)說明本發(fā)明，從附圖中可推導(dǎo)出本發(fā)明的其他優(yōu)選實(shí)施方式。附圖分別以示意性的圖示出：

圖1示出閥在關(guān)閉位置中的實(shí)施方式；

圖2示出根據(jù)圖1的閥在打開位置中的實(shí)施方案。

在附圖中相同或至少功能相同的構(gòu)件用相同的附圖標(biāo)記表示。

具體實(shí)施方式

圖1和圖2示出能電操縱的閥，借助能電操縱的閥，可以阻礙流體通流(閥關(guān)閉，參見圖1中的狀態(tài))，并且可以實(shí)現(xiàn)流體通流(閥打開，參見圖2中的狀態(tài))。

閥特別是氣動(dòng)閥。閥具有用于使閥的通流孔2截止的關(guān)閉元件1以及用于使關(guān)閉元件1運(yùn)動(dòng)的電磁執(zhí)行器3。通過執(zhí)行器3可以使關(guān)閉元件1沿閥/執(zhí)行器3的縱向方向運(yùn)動(dòng)。在關(guān)閉元件1的打開位置中，通流孔2被打開，而在關(guān)閉元件1的關(guān)閉位置中，通流孔2被關(guān)閉。關(guān)閉位置在圖1中示出并且打開位置在圖2中示出。閥具有至少一個(gè)流入部p或恰好一個(gè)流入部p以及至少一個(gè)流出部a或恰好一個(gè)流出部a。根據(jù)關(guān)閉元件1的位置，流出部a中的壓力等于或小于流入部p中的壓力。如在附圖中示出的，流入部p例如在徑向位于流出部a的外部。可以實(shí)現(xiàn)流出部a與流入部p互換，即，流出部a在徑向位于流入部p的外部。

執(zhí)行器3實(shí)施為電磁執(zhí)行器，并且具有至少一個(gè)第一磁線圈4和第二磁線圈5。此外，設(shè)置了至少一個(gè)第一永磁體6或恰好一個(gè)第一永磁體6，其(沿縱向方向l觀察)在軸向布置在第一與第二磁線圈4、5之間。此外，可選地可以設(shè)置第二永磁體7。那么，第二永磁體7布置在第二線圈5的與第一永磁體6相反的端側(cè)上。因此，在軸向方向上得到如下順序(在附圖中從下向上地觀察)：第一磁線圈4、第一永磁體6、第二磁線圈5、第二永磁體7。永磁體6、7以及線圈4、5彼此同軸地固定布置在磁軛8上并且環(huán)形地實(shí)施(環(huán)形磁體6、7；環(huán)形線圈4、5)。

此外，執(zhí)行器具有至少能在軸向運(yùn)動(dòng)的銜鐵9。銜鐵9穿過磁線圈4、5以及至少一個(gè)第一永磁體6地以能軸向在第一與第二定位(切換定位)之間運(yùn)動(dòng)的方式并且以優(yōu)選呈柱形的方式實(shí)施。執(zhí)行器的彈簧裝置10在軸向方向上作用到銜鐵9上。

因此通過給磁線圈4、5相應(yīng)地通電可以使銜鐵9運(yùn)動(dòng)，以便打開或者關(guān)閉閥。為此，銜鐵9與關(guān)閉元件1連接。在所示的閥中，其示例性地以如下方式實(shí)現(xiàn)，即，關(guān)閉元件1直接緊固在銜鐵9上，關(guān)閉元件例如黏貼、旋擰或夾持在銜鐵9中。關(guān)閉元件1例如由彈性的密封材料、例如橡膠來實(shí)施。

如所示出的，銜鐵9在一個(gè)(軸向)端側(cè)上或優(yōu)選兩個(gè)(軸向)端側(cè)上分別具有銜鐵板9a、9b。銜鐵板9a、9b用于引導(dǎo)由線圈4、5以及永磁體6、7產(chǎn)生的磁場(chǎng)。在銜鐵板9a、9b與磁軛8之間的氣隙基本上確定了作用到銜鐵9上的磁力，也就是，氣隙越大磁力越小。

彈簧裝置10基本由布置在磁軛8的端側(cè)上的彈簧10a和10b構(gòu)成。彈簧10a抵抗彈簧10b地沿軸向方向作用到銜鐵9上。替選地，也可以在每個(gè)端側(cè)上分別設(shè)置僅一個(gè)彈簧10a和10b，或者在恰好其中一個(gè)端側(cè)上設(shè)置僅一個(gè)彈簧，那么該彈簧實(shí)施為拉伸-壓縮-彈簧。彈簧裝置10如下地實(shí)施，使得作用到銜鐵9上的總彈簧力在其第一與第二定位之間的中部位置中或在另一穩(wěn)定的最終位(例如第一或第二定位)中是穩(wěn)定的。這通過相應(yīng)的力-位移-特性曲線和/或?qū)椈裳b置10相應(yīng)的預(yù)緊而引起。原則上能夠?qū)崿F(xiàn)的是，彈簧裝置10以另外的合適的方式來實(shí)施，例如通過在關(guān)閉元件1的區(qū)域中的一個(gè)或多個(gè)彈簧和/或通過在銜鐵9的與關(guān)閉元件1相反的端部上的一個(gè)或多個(gè)彈簧來實(shí)施。

只要存在第二永磁體7，第二永磁體7就相對(duì)于第一永磁體6具有不同的磁場(chǎng)強(qiáng)度。特別是，第一永磁體6的場(chǎng)強(qiáng)度大于第二永磁體7的場(chǎng)強(qiáng)度。線圈4、5優(yōu)選在分別被供給相同的電流的情況下也具有不同的磁場(chǎng)強(qiáng)度。特別是在分別被供給相同的電流的情況下，第一線圈相對(duì)于第二線圈具有更大的磁場(chǎng)強(qiáng)度。

線圈4、5優(yōu)選電串聯(lián)。因此，在線圈4、5上引導(dǎo)的電流總是相同的。在此，第二線圈5實(shí)施成使得由第二線圈5產(chǎn)生的磁場(chǎng)具有與第一線圈4的磁場(chǎng)相同指向的極性，例如，線圈4、5聯(lián)接成使得電流沿相同的方向傳導(dǎo)通過線圈4、5。這例如在圖2中示出。第一線圈4的磁場(chǎng)的場(chǎng)線f1在第二線圈5的場(chǎng)線f2的方向上延伸(參見線圈4、5的徑向內(nèi)部/徑向外部)。

如所描述的，只要存在第二永磁體7，第一永磁體6和第二永磁體7就例如實(shí)施為環(huán)形磁體。永磁體在徑向被磁化，從而磁北極和磁南極在徑向方向上彼此對(duì)置。因此，例如永磁體6、7的磁北極分別位于各自的永磁體6、7的徑向內(nèi)部而磁南極相對(duì)應(yīng)地位于徑向外部，或者相反地布置。在圖1中示例性地示出永磁體6、7的磁場(chǎng)線f3。永磁體6、7的示例性的磁化方向通過永磁體6、7中的小箭頭示出。

在閥或者執(zhí)行器3的在圖1中示出的配置中，未給線圈4、5通電。也就是說，沒有電流傳導(dǎo)通過線圈4、5，因此它們恰好沒有構(gòu)造出磁場(chǎng)。永磁體6、7構(gòu)造出如下的磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)的場(chǎng)線以f3示出。該磁場(chǎng)在銜鐵9中或在銜鐵板9a、9b中引起向磁軛8方向的合成的磁力。通過彈簧裝置10產(chǎn)生相反作用的彈簧力。然而，彈簧力小于磁力，從而銜鐵9保留在圖1所示的定位中，在該定位中，銜鐵板9a貼靠在磁軛8上。在該定位中，銜鐵9將關(guān)閉元件1壓向閥的通流孔2，從而通流孔被關(guān)閉并且進(jìn)而閥被關(guān)閉。

為了打開閥，根據(jù)圖2，給線圈4、5通電。由此構(gòu)造出以場(chǎng)線f1和f2示出的相同指向的磁場(chǎng)。在此，通過第二線圈5產(chǎn)生的磁場(chǎng)f2反向于由一個(gè)或多個(gè)永磁體6、7產(chǎn)生的磁場(chǎng)f3(參見圖1)。由此，磁場(chǎng)f3在第二永磁體7的區(qū)域中被削弱。因此，總磁場(chǎng)(由永磁體6、7的磁場(chǎng)f3和線圈4、5的磁場(chǎng)f1、f2合成)在此處的第一(在附圖中靠上的)銜鐵板9a的區(qū)域中具有相對(duì)小的場(chǎng)強(qiáng)度(在圖2中，場(chǎng)線f2不同于場(chǎng)線f1地以虛線示出)。在此向磁軛8方向作用到銜鐵9/銜鐵板9a上的磁力相應(yīng)地降低(在附圖中，磁力在這里向下作用)。

與之相對(duì)地，由于以相同方向給第一線圈4通電，總磁場(chǎng)在此處的第二(在附圖中靠下的)銜鐵板9b的區(qū)域中、也就是在銜鐵9的相反的端部上比較強(qiáng)，也就是具有比較高的場(chǎng)強(qiáng)度(在圖2中，場(chǎng)線f1不同于場(chǎng)線f2地以實(shí)線示出)。在此，第一線圈4的磁場(chǎng)f1也相對(duì)永磁體6的磁場(chǎng)f3相同指向(參見圖1)。在那里相對(duì)應(yīng)地，比較強(qiáng)的磁力向磁軛8方向作用到銜鐵9/銜鐵板9b上(在附圖中，磁力在此向上作用)。由此合成的磁力結(jié)合彈簧裝置10的必要時(shí)作用到銜鐵9上的彈簧力引起的是，使得(靠上的)第一銜鐵板9a與磁軛8脫開，并且相反的(靠下的)第二銜鐵板9b向磁軛8方向運(yùn)動(dòng)并且最后抵靠在磁軛上。在此，關(guān)閉元件1從通流孔2上抬升并且為了流體的通流被打開。由此，結(jié)果得到閥的圖2中示出的打開的切換狀態(tài)。

彈簧裝置10對(duì)銜鐵9在此直至中部位置的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行支持，該中部位置位于銜鐵9的圖1和圖2中所示的最大定位之間。從該中部位置起，彈簧力抵抗銜鐵9的進(jìn)一步運(yùn)動(dòng)/偏轉(zhuǎn)地作用。當(dāng)然，給線圈4、5通電足以使得銜鐵板9b通過磁力抵靠到磁軛8上。在該位置中，關(guān)閉元件1最大程度地離開通流孔2并且閥因此被最大程度地打開。通過給線圈4、5(較小地)通電也可以設(shè)定中間定位，在該中間定位中，在銜鐵9上，磁力和彈簧力以及通過流體在閥中產(chǎn)生的壓力得到平衡，并且在該中間定位中，閥僅被部分地打開。

為了使閥關(guān)閉，也就是為了使銜鐵9從圖2中所示的配置轉(zhuǎn)換到圖1中所示的配置，結(jié)束給線圈4、5通電并且以足夠的程度降低所供給的電流。因此，通過線圈4、5產(chǎn)生的磁場(chǎng)f1、f2消失。通過一個(gè)或多個(gè)永磁體6、7所產(chǎn)生的磁場(chǎng)f3現(xiàn)在不再被削弱。在永磁體6的區(qū)域中通過第一線圈4得到的磁力支持被取消?，F(xiàn)在，作用到銜鐵9上的磁力在銜鐵板9a的區(qū)域中變大或者說升高而在銜鐵板9b的區(qū)域中變小或者說降低。因此，結(jié)合彈簧裝置10的彈簧力使得銜鐵9向回運(yùn)動(dòng)，從而銜鐵板9a在此抵靠到磁軛8上。這伴隨銜鐵板9b離開磁軛8，由此關(guān)閉元件1最終再次壓向通流孔2。也就是，閥再次位于根據(jù)圖1的位置中并且被封閉。

通過所示的措施提供了如下的閥，該閥在不通電的狀態(tài)下被關(guān)閉(常閉)。通過顛倒線圈4、5和永磁體6、7的軸向順序可以引起的是，銜鐵9使關(guān)閉元件1在不通電的狀態(tài)下從通流孔2處抬起，也就是該閥實(shí)施為常開。這相應(yīng)于關(guān)閉元件1布置在銜鐵9的相反的側(cè)上，也就是布置在銜鐵板9a的區(qū)域中。

通過對(duì)線圈4、5和一個(gè)或多個(gè)永磁體6、7的場(chǎng)強(qiáng)度的相應(yīng)選擇，執(zhí)行器或閥也可以實(shí)現(xiàn)的是，在其中在銜鐵9的兩個(gè)最終定位中，銜鐵在不通電的狀態(tài)下固定保持在磁軛8上。因此，圖1和圖2中所示的單穩(wěn)態(tài)的執(zhí)行器3也實(shí)施為雙穩(wěn)態(tài)的執(zhí)行器3。

原則上，執(zhí)行器3也可以使用在其他地方，也就是說使用在閥技術(shù)領(lǐng)域之外，例如用于使變速器中的換擋元件或其他部件運(yùn)動(dòng)。

附圖標(biāo)記列表

1關(guān)閉元件

2通流孔

3執(zhí)行器

4磁線圈

5磁線圈

6永磁體

7永磁體

8磁軛

9銜鐵

9a銜鐵板

9b銜鐵板

10彈簧裝置

10a彈簧

10b彈簧

a流出部

f1……f3場(chǎng)線/磁場(chǎng)

l縱向軸線

p流入部