电动执行机构 本发明涉及电动执行机构。
现有直线两位式电动执行机构，如电动锁的驱动机构、电磁阀、接触器、电磁铁等，一般均采用电磁驱动机构，这类机构由磁路元件(软、硬磁体、线圈等)构成磁路，靠电磁力驱动，磁路中的磁路元件又构成两大部件：固定组件(简称固定件)和运动组件(简称运动件)，均由一个或一个以上的磁路元件为主体组成，固定于机构的壳体上，运动件可在电磁力的作用下相对于固定件作直线运动，如电动锁的驱动机构、电磁阀、接触器，电磁铁等大多使用固定线圈动铁式机构，这类机构的固定件由磁路元件线圈为主体组成，固定于机构的壳体上，运动件由磁路元件动铁心为主体组成。使用了这类机构的电动锁、电磁阀等在第一个状态(如“关闭”状态)不耗电，但在第二个状态(如“开启”状态)要一直通电，故耗电较大。为减少耗电，有人设计了用脉冲电流驱动的执行机构，如专利US3893723公开的电动锁有两个稳定的机械自锁状态，分别对应于锁的“开启”和“关闭”状态，该机构仅在状态转换过程瞬间耗电，但因其机械自锁机构机械阻力较大，故所需驱动功率较大，耗电仍较大。
本发明的任务是提供耗电省的电动执行机构。
本发明是以如下方式实现的，这是也包含有硬磁体(即永久磁铁，简称磁铁)、软磁铁(软铁等)、线圈等磁路元件，也是由固定组件(简称固定件，由一种或一种以上的磁路元件为主体组成)和运动组件(简称运动件，也由一种或一种以上地磁路元件为主体组成)两大部分构成的有两个磁自锁状态的磁路机构。机构的工作原理见图1及图2的示意图。在图1及图2中，A1是运动件，A1的一侧或一端是固定件B1，A1的另一侧或另一端是固定件B2，B1和B2均固定于壳体B3之上，A1可在B1和B2之间作往复运动，A1在B1和B2间运动时，A1与B1及A1与B2之间的两个工作磁隙为两个可变的工作磁隙。在机构中，磁铁和线圈是必需的磁路元件，分别用来产生恒磁磁通和电流磁通。在图1中，设恒磁磁通Φm1和Φm2的方向如图中箭头方向所示，Φm1穿过运动件A1与固定件B1间较小的工作磁隙，其磁力Fm1将A1与B1吸合在一起并使它们保持在一个稳定的吸合状态(本说明书中所说的“吸合”及“分离”是相对的概念，说两物体“吸合”，并不一定意味着两物体紧密相触，而是其间可能还存在一间隙X1，我们称X1为两物体间较小的工作磁隙，这一间隙相对于两物体相“分离”时的间隙X2有X1＜＜X2，我们称X2为两物体间较大的工作磁隙)，我们称A1与B1吸合在一起时机构所处的状态为机构的第一个“磁自锁”状态，而Φm2同时穿过A1与B2间较大的工作磁隙，因该磁隙远大于A1与B1间的磁隙，可认为A1与B2是相分离的，故Φm2对A1影响较小。若给机构中的线圈通以脉冲电流、线圈中将产生电流磁通Φd1，Φd1和Φm1一起穿过A1与B1间较小的磁隙，其方向由电磁感应定律中的右手法则或右螺旋关系所确定，如图1中虚线箭头所示，且在该磁隙中与Φm1的方向相反，则当Φd1足够大时，将A1与B1吸合在一起的吸力将消失或变为斥力，A1在Φm2产生的磁力Fm2及该斥力(如有的话)的作用下脱离B1左移直至与其左侧的固定件B2相吸合，恒磁磁通Φm2穿过运动件A1与固定件B2间较小的磁隙，其磁力Fm2将A1与B2吸合在一起并使它们保持在另一个稳定的吸合状态，我们称A1与B2吸合在一起时机构所处的状态为机构的第二个“磁自锁”状态，此时恒磁磁通Φm1同时穿过A1与B1间较大的磁隙，见图2。若再给机构中的线圈通以脉冲电流，线圈中将产生电流磁通Φd2，Φd2和Φm2一起穿过图2中A1与B2间较小的磁隙(其方向如虚线箭头所示)且在该磁隙中与Φm2的方向相反，则当Φd2足够大时，将A1与B1吸合在一起的吸力将消失或变为斥力，A1在Φm1产生的磁力Fm1及该斥力(如有的话)的作用下脱离B2右移直至与其右侧的固定件B1再次吸合，机构又回到图1所示的第一个磁自锁状态。
根据运动的相对性原理，可以想见，如果我们将图1中的运动件固定于壳体之上作为固定件，而将其两侧的固定件相连作为运动件，就构成了图3和图4所示的另一种电动执行机构，这种机构和图1、图2的机构是属于同一发明构思的派生机构。在图3和图4中，B1是固定在壳体B2之上的固定件，B1的一侧或一端是运动件A1，B1的另一侧或另一端是运动件A2，在图3和图4中，A1和A2是直接相联的，在某些结构中，A1和A2间还可加入连接件，A1和A2便经过连接件相连，运动件A1及与A1相连的A2可在B1的两侧或两端作往复运动，A1及A2在B1的两侧或两端运动时，A1与B1及A2与B1间的两个工作磁隙为两个可变的工作磁隙。在图3与图4的机构中，磁铁和线圈也是必需的磁路元件。
在图3和图4中，设恒磁磁通Φm1和Φm2的方向如图中箭头方向所示，Φm1穿过图5中B1与A1间较小的磁隙，其磁力Fm1将A1与B1吸合在一起并使它们保持在一个稳定的吸合状态或“磁自锁”状态，若给机构中的线圈通以脉冲电流，线圈中将产生电流磁通Φd1，Φd1和Φm1一起穿过B1与A1间较小的磁隙且在该磁隙中与Φm1的方向相反，见图3，则当Φd1足够大时，将A1与B1吸合在一起的吸力将消失或变为斥力，A1将在Φm2产生的磁力Fm2及该斥力(如有的话)的作用下脱离B1左移，由于A1、A2、A3、是相连的，故A2、A3也同时左移，直到A2与固定件B1相吸合，机构进入图4所示的状态。若再给机构中的线圈通以脉冲电流，线圈中将产生电流磁通Φd2，Φd2和Φm2一起穿过B1与A2间较小的磁隙且在该磁隙中与Φm2的方向相反，见图4，则当Φd2足够大时，将A2与B1吸合在一起的吸力将消失或变为斥力，A2将在Φm1产生的磁力Fm1及该斥力(如有的话)的作用下脱离B1右移，由于A1、A2、A3是相连的，故A1、A2也同时右移，直至A1再次与固定件B1相吸合，机构又回到图3所示的状态。将图3、图4与图1、图2相对照，可知其区别仅在于运动件是在两组固定件的中部还是在一组固定件的两侧或两端，而工作原理和工作过程都是相仿的。
上述电动执行机构均为可由电信号(脉冲电流)控制，并有两个磁自锁状态的电动执行机构，上述机构处于磁自锁状态时不耗电，且在状态转换时不需克服机械自锁机构较大的机械阻力，故驱动脉冲电流的强度和脉宽都可减小，又因磁自锁电磁驱动机构无机械自锁机构较大的机械磨损，故寿命更长，可靠性也进一步提高了。本发明可用于电动锁的驱动机构、电磁阀、接触器、电磁铁等，以下仅举出本发明用于电动锁驱动机构时的几个实施例对发明作进一步阐述。
图5是电动锁驱动机构的一个典型实施例，以下结合图5、图1及图2对该机构进行说明。在图5中，1a和1b是装有固定铁心的线圈，2是磁铁，3是锁栓，4是锁壳，以磁铁2为主体还可加上铁轭等元件组成了图I中的运动件A1，磁铁2上连有锁栓3。运动件的右侧或右端是线圈1a，以1a为主体组成了图1中的固定件B1，运动件的左侧或左端是线圈1b，以1b为主体组成了图1中的固定件B2，线圈1a和1b均固定在锁壳4之上。1a和1b的绕向如图5如示，当机构处于图5所示位置时，运动件中的磁铁2与其右侧的固定件中的线圈1a相吸合，此时，磁铁2产生的恒磁磁通Φm1及Φm2分别穿过2与1a间较小的磁隙及2与1b间较大的磁隙，Φm1产生的磁力Fm1使2与1a保持吸合，机构处于图3所示的第一个磁自锁状态，在图5中用实线箭头表示了此时Φm1及Φm2的方向，由图5可见，此时锁栓3伸出锁壳4将锁锁闭。开锁时，给该机构中的线圈1a通以图5所示方向的脉冲电流I，1a中将产生电流磁通Φd1，其方向由电磁感应定律中的右手法则或右螺旋关系可知是指向左方的，如图5中虚线箭头所示，Φd1和Φm1一起穿过2与1a间较小的磁隙且在该磁隙中与Φm1方向相反，则当Φd1足够大时，将2与1a吸合在一起的吸力将消失或变为斥力，2在Φm2产生的磁力及该斥力(如有的话)的作用下脱离1a左移直至与其左侧的固定件中的1b相吸合，2的左移带动锁栓3缩入锁壳4将锁开启。锁开启后，恒磁磁通Φm2穿过2与1b间较小的磁隙，其磁力将2与1b吸合在一起，机构进入图2所示的第二个磁自锁状态,此时Φm1同时穿过2与1a间较大的磁隙。锁开启后，如需将锁锁闭，可再给线圈1b通以脉冲电流I，线圈1b中将产生电流磁通Φd2，其方向由电磁感应定律可知是指向左方的，Φd2和Φm2一起穿过2与1b间较小的磁隙且在该磁隙中与Φm2的方向相反，则当Φd2足够大时，将2与1b吸合在一起的吸力将消失或变为斥力，2将在Φm1产生的磁力及该斥力(如有的话)的作用下脱离1b右移直至与固定件中的1a再次吸合，2的右移带动锁栓3伸出锁壳4将锁锁闭，机构又回到图5所示的状态，即相应于图1的第一个磁自锁状态。
图6是电动锁驱动机构的另一个实施例，在图6中，1x和1b是装有固定铁芯的线圈，2是磁铁，3是锁栓，4是锁壳，5a、5b、5c是铁轭，6是连杆，7是紧固件。其中固定件中的铁心线圈1a固定在铁轭5a之上，5a又固定在紧固件7之上，而铁心线圈1b固定在铁轭5b之上，5b及紧固件7均固定在锁壳4之上。运动件中的磁铁2固定于铁轭5a之上，连杆6的一端与5a相连，另一端则与锁栓3相连，紧固件7上有两个孔，连杆6在孔中穿过。图6机构的工作过程和图5相仿，即：线圈1a通电后。以磁铁2为主体的运动件左移到与铁心线圈1b相吸合，并带动铁轭5a及连杆6左移，锁栓3缩入锁壳4将锁开启；给线圈1b通电将使运动件右移到与铁心线圈1a相吸合将锁锁闭。
图7是电动锁驱动机构的第三个实施例，在图7中，1a、1b、1c、1d是铁心线圈，2a、2b、2c、2d是磁铁，3a、3b、3c是铁轭，4是锁栓，5是锁壳，线圈1a、1b固定在铁轭3a上，线圈1a、1d固定在铁轭3b上，磁铁2a、2b、2c、2d固定在铁轭3c上。当机构处于图7所示位置时，磁铁2a、2b与其右侧的铁心线圈1a、1b相吸合，此时2a、2b产生的恒磁磁通Φm1穿过2a和1a及2b和1b间较小的磁隙，其磁力Fm1使2a与1a及2b与1b保持吸合，同时2c、2d产生的恒磁磁通Φm2穿过2c与1a及2d与1d间较大的磁隙，锁栓4伸出锁壳5将锁锁闭。开锁时，给机构中的线圈1a与1b通以脉冲电流，使其电流磁通Φd1的方向在1a与2a及1b与2b间较小的磁隙中与Φm1的方向相反，如图7中虚线箭头所示，则当Φd1足够大时，将1a与2a及1b与2b吸合在一起的吸力将变为斥力，2a及2b将在该斥力的作用下脱离1a及1b左移，2a及2b的左移将带动2c、2d、3c左移直至2c、2d分别与1c、1d相吸合，此时锁栓4缩入锁壳5将锁开启。如需将锁锁闭，可给Ic、1d通以适当方向的脉冲电流，即可使2a、2b、2c、2d、3c及4右移将锁锁闭。
图8是电动锁驱动机构的第四个实施例。在图8中，1是铁心线圈，2a和2b是磁铁，3是连接件，4a和4b是固定板，5是锁栓，6是锁壳，铁心线图1作为固定件固定于锁壳6之上，磁铁2a和2b分别固定在固定板4a和4b之上，4a或4b经3相连，4b上还固定有锁栓5。在图8中，恒磁磁通Φm1穿过2a与1间较小的磁隙，其磁力Fm1将2a与1吸合在一起并使它们保持在一个稳定的吸合状态，此状态为锁的锁闭状态。需开锁时，给机构中的线圈1通过以图8所示方向的脉冲电流I，1中将产生电流磁通Φd1(如图8中虚线箭头所示)，Φd1和Φm1一起穿过1与2a间较小的磁隙且在该磁隙中与Φm1的方向相反，则当Φd1足够大时，将2a与1吸合在一起的吸力将消失或变为斥力，2a将在Φm2产生的磁力Fm2及该斥力(如有的话)的作用下脱离1左移，由于2a、3、2b、5是相连的，故3、2b、5也同时左移，直到2b与1相吸合，锁栓5缩入锁壳6将锁开启。锁开启后，如需将锁锁闭，可再给机构中的线圈1通以反向脉冲电流-I，1中将产生反向电流磁通Φd2＝-Φd1，当-Φd1足够大时，2b及3、2a、5将右移直到2a与1再次吸合，锁栓5伸出锁壳6将锁锁闭。
图9是电动锁驱动机构的第五个实施例，也是一个较好的实施例，在图9中，1a、1b是固定于锁壳之上的铁心线圈，2a、2b是磁铁，3a、3b是连杆，4a、4b是固定板，5a、5b是锁栓，6是锁壳，图9和图8的结构相仿，只是将线圈增加为两个，分别用来使锁“开启”或“锁闭”。以下结合图3，图4对图9机构进行说明：当机构处于图9所示位置时，磁铁2a和铁心线圈1a相吸合，此时磁铁2a产生的恒磁磁通Φm1穿过1a和2a间较小的磁隙并使2a和1a保持吸合，机构处于图3所示的第一个磁自锁状态，在图9中用实线箭头表示了此时Φm1与Φm2的方向，此时锁栓5a和5b伸出锁壳6将锁锁闭。开锁时，给机构中的线圈1a通以图9箭头所示方向的脉冲电流I1，即可使2a及5a、5b、2b左移使锁开启，进入图4所示的第二个磁自锁状态。闭锁时，给机构中的线圈1b通以适当极性的脉冲电流I2，即可使2b及5a、5b、2a右移使锁锁闭，回到图3所示的第一个磁自锁状态。
图5—图9的机构以本发明用作电动锁驱动机构的几个实施例进行分析，是为了便于说明和进行比较，实际上图5—图9亦可用于电磁阀、接触器、电磁铁等其他电动执行机构。