Die
vorliegende Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Stellantrieb
zum Verstellen eines Stellglieds zwischen wenigstens drei Stellgliedstellungen,
mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The
The present invention relates to an electromagnetic actuator
for adjusting an actuator between at least three actuator positions,
with the features of the preamble of claim 1.
Stellantriebe
dieser Art können
beispielsweise zur Betätigung
eines Lufttaktventils im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine verwendet
werden, mit dessen Hilfe eine Impulsaufladung der Brennkraftmaschine
erzielt werden kann. Alternativ können derartige Stellantriebe
auch zum Verstellen von Gaswechselventilen bei Kolbenmotoren zum
Einsatz kommen. Grundsätzlich
sind auch andere Anwendungsformen möglich, bei denen ein Stellglied
innerhalb sehr kurzer Schaltzeiten zwischen verschiedenen Schaltstellungen
umgeschaltet werden muss.actuators
of this kind can
for example, for operation
an air timing valve used in the intake of an internal combustion engine
be, with the help of a pulse charging the internal combustion engine
can be achieved. Alternatively, such actuators
also for adjusting gas exchange valves in piston engines for
Use come. in principle
Other applications are possible in which an actuator
within very short switching times between different switching positions
must be switched.
Ein
Stellantrieb der eingangs genannten Art ist beispielsweise aus der DE 101 40 706 A1 bekannt und
besitzt einen weichmagnetischen Anker, der mit einem Stellglied,
z.B. mit einer zweiflügligen
Klappe antriebsgekoppelt oder antriebskoppelbar ist. Beim bekannten
Stellantrieb ist der Anker um eine Schwenkachse schwenkverstellbar
gelagert und kann mit zwei weichmagnetischen Ankergegenstücken zusammenwirken,
die an entgegengesetzten Enden einer Bewegungsbahn des Ankers angeordnet
sind. Eine Rückstelleinrichtung
in Form einer Drehstabfeder bringt den Anker mittels Federkraft
in eine zwischen den Enden der Bewegungsbahn liegende federkraftneutrale
Ausgangslage. Diese Ausgangslage des Ankers korreliert dann mit
einer ersten Stellgliedstellung des vom Anker angetriebenen Stellglieds.
Der Anker kann aus der Ausgangslage heraus gegen federnde Rückstellkräfte der
Rückstelleinrichtung
in einer ersten Richtung entlang seiner Bewegungsbahn in eine erste
Endlage verstellt werden, in welcher er am ersten Ankergegenstück anliegt
und daran mittels elektromagnetischer Kräfte festlegbar ist. In entsprechender
Weise ist der Anker aus seiner Ausgangslage heraus gegen federnde Rückstellkräfte der
Rückstelleinrichtung
in einer der ersten Richtung entgegengesetzten zweiten Richtung
entlang der Bewegungsbahn in eine zweite Endlage verstellbar, in
welcher er am zweiten Ankergegenstück anliegt und daran mittels
elektromagnetischer Kräfte
festlegbar ist. Die erste Endlage und die zweite Endlage des Ankers
führen
in entsprechender Weise zu einer zweiten Stellgliedstellung und
einer dritten Stellgliedstellung des vom Anker angetriebenen Stellglieds.An actuator of the type mentioned is, for example, from the DE 101 40 706 A1 known and has a soft magnetic armature, which is drive-coupled or drive-coupled with an actuator, for example with a two-leaf flap. In the known actuator, the armature is pivotally mounted about a pivot axis and can cooperate with two soft magnetic armature counterparts, which are arranged at opposite ends of a movement path of the armature. A restoring device in the form of a torsion spring brings the armature by means of spring force in a spring neutral position between the ends of the movement path. This starting position of the armature then correlates with a first actuator position of the actuator driven by the armature. The armature can be adjusted from the initial position against resilient restoring forces of the return device in a first direction along its trajectory in a first end position in which it rests against the first armature counterpart and it can be fixed by means of electromagnetic forces. In a corresponding manner, the armature is adjustable from its initial position against resilient restoring forces of the restoring device in a second direction opposite the second direction along the movement path in a second end position in which it rests against the second armature counterpart and it can be fixed by means of electromagnetic forces. The first end position and the second end position of the armature lead in a corresponding manner to a second actuator position and a third actuator position of the actuator driven by the armature.
Beim
bekannten Stellantrieb werden die elektromagnetischen Kräfte zum
Festlegen des Ankers an einem der Ankergegenstücke mit Hilfe von zwei Spulen
erzeugt, die jeweils einem der Ankergegenstücke zugeordnet sind. Um den
Anker an einem der Ankergegenstücke
festzuhalten, wird die dem jeweiligen An kergegenstück zugeordnete
Spule bestromt, um die erforderlichen elektromagnetischen Haltekräfte zu erzeugen.
Die dem anderen Ankergegenstück
zugeordnete Spule ist dann unbestromt.At the
known actuator are the electromagnetic forces for
Fix the armature to one of the armature counterparts with the help of two coils
generated, each associated with one of the armature counterparts. To the
Anchor on one of the anchor counterparts
to hold, is assigned to the respective on ker counterpart
Coil energized to produce the required electromagnetic holding forces.
The other anchor counterpart
assigned coil is then de-energized.
Die
vorliegende Erfindung beschäftigt
sich mit dem Problem, für
einen Stellantrieb der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform
anzugeben, die insbesondere preiswerter herstellbar ist.The
present invention employs
dealing with the problem, for
an actuator of the type mentioned in an improved embodiment
specify that is cheaper to produce in particular.
Dieses
Problem wird erfindungsgemäß durch
den Gegenstand des unabhängigen
Anspruchs gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.This
Problem is inventively
the subject of the independent
Claim solved.
Advantageous embodiments
are the subject of the dependent
Claims.
Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die elektromagnetischen
Kräfte
zum Festlegen des Ankers an einem der Ankergegenstücke mit
Hilfe einer einzigen Spule an beiden Ankergegenstücken gleichzeitig
zu erzeugen. D.h., die Spule ist beiden Ankergegenstücken zugeordnet
und wird in jeder Endlage zum Festhalten des Ankers bestromt. Durch
die Bestromung der Spule entstehen an beiden Ankergegenstücken gleichzeitig
die zum Festhalten des Ankers erforderlichen elektromagnetischen
Kräfte,
wobei der Anker tatsächlich
nur an demjenigen Ankergegenstück
festgehalten wird, an dem er gerade zur Anlage kommt. Der erfindungsgemäße Stellantrieb
kommt somit mit nur einer einzigen Spule aus, was den Herstellungsaufwand
für den Stellantrieb
erheblich reduziert. Darüber
hinaus kann der erfindungsgemäße Stellantrieb
deut lich kompakter aufgebaut werden als ein herkömmlicher Stellantrieb, was
wiederum zu Materialeinsparungen führen kann.The
Invention is based on the general idea, the electromagnetic
personnel
for fixing the armature to one of the armature counterparts with
Help a single coil on both armature counterparts simultaneously
to create. That is, the coil is associated with both armature counterparts
and is energized in each end position for holding the armature. By
the energization of the coil arise at both armature counterparts simultaneously
the necessary for holding the anchor electromagnetic
forces
where the anchor is actually
only at that anchor counterpart
is held, at which he comes straight to the plant. The actuator according to the invention
thus comes out with only a single coil, what the manufacturing cost
for the actuator
considerably reduced. About that
In addition, the actuator according to the invention
Significantly more compact design than a conventional actuator, what
in turn can lead to material savings.
Ein
besonders kompakter Aufbau ergibt sich beispielsweise dann, wenn
die Spule entsprechend einer verbesserten Ausführungsform so angeordnet wird,
dass sie den Anker und die Ankergegenstücke umschließt.One
particularly compact design results, for example, when
the coil is arranged according to an improved embodiment,
that it encloses the anchor and the anchor counterparts.
Sofern
der Anker zwischen seinen Endlagen um eine Schwenkachse schwenkverstellbar
gelagert ist, ist eine Ausführungsform
von besonderem Interesse, bei welcher die Spule so angeordnet ist,
dass eine Längsachse
der Spule konzentrisch zur Schwenkachse des Ankers verläuft. Bei
einer derartigen Ausführungsform
umschließt
die Spule den Anker und die Ankergegenstücke zentrisch. Unter der „Längsachse" einer Spule wird
im vorliegenden Zusammenhang diejenige Achse verstanden, welche von
der Spule ringförmig
umschlossen ist und die sich senkrecht zu einer Ebene erstreckt,
in welcher der Spulenring liegt. Auch diese Ausführungsform führt zu einer
extrem kompakten Bauweise für
den Stellantrieb.If the armature is pivotably mounted between its end positions about a pivot axis, an embodiment of particular interest is one in which the coil is arranged such that a longitudinal axis of the coil runs concentrically with the pivot axis of the armature. In such an embodiment, the coil surrounds the armature and the armature counterparts centrally. In the present context, the "longitudinal axis" of a coil is understood to mean that axis which is surrounded annularly by the coil and which extends perpendicular to a plane in which the coil ring is located. This embodiment also leads to an extremely compact design for the actuator.
Alternativ
ist es ebenso möglich,
die Spule so anzuordnen, dass eine Längsachse der Spule senkrecht
zur Schwenkachse des Ankers verläuft.
Diese Ausführungsform
kann insbesondere auf Teile herkömmlicher
Stellantriebe, wie sie beispielsweise aus der eingangs genannten DE 101 40 706 A1 bekannt sind,
zurückgreifen
und die Vorteile derartiger Konstruktionen ausnutzen. Beispielsweise
können
die Ankergegenstücke
bzw. die damit ausgestatteten Komponenten aus Blechpaketen aufgebaut
werden.Alternatively, it is also possible to arrange the coil so that a longitudinal axis of the coil is perpendicular to the pivot axis of the armature. This embodiment can be applied in particular to parts of conventional actuators, such as those mentioned above DE 101 40 706 A1 are known, fall back and take advantage of the benefits of such constructions. For example, the armature counterparts or the components equipped therewith can be constructed from laminated cores.
Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus
den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand
der Zeichnungen.Further
important features and advantages of the invention will become apparent from the
Dependent claims, from
the drawings and from the associated description of the figures
the drawings.
Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It
it is understood that the above and the following
yet to be explained features
not only in the specified combination, but also in
other combinations or alone, without
to leave the scope of the present invention.
Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in
der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert,
wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder funktional gleiche
oder ähnliche
Bauteile beziehen.preferred
embodiments
The invention are illustrated in the drawings and in
the following description
explains
where like reference numerals refer to the same or functionally same
or similar
Refer to components.
Es
zeigen, jeweils schematisch,It
show, in each case schematically,
1 einen stark vereinfachten
Querschnitt durch einen Stellantrieb nach der Erfindung bei einer ersten
Ausführungsform, 1 a greatly simplified cross section through an actuator according to the invention in a first embodiment,
2 eine perspektivische Schnittansicht durch
einen erfindungsgemäßen Stellantrieb,
jedoch bei einer zweiten Ausführungsform, 2 3 a perspective sectional view through an actuator according to the invention, but in a second embodiment,
3 eine perspektivische Explosionsdarstellung
des Stellantriebs nach 2,
jedoch in einer vereinfachten Ausführungsform, 3 an exploded perspective view of the actuator after 2 but in a simplified embodiment,
4a bis 4c Querschnitte durch den Stellantrieb
aus 3, bei unterschiedlichen
Lagen eines Ankers, 4a to 4c Cross sections through the actuator 3 , at different positions of an anchor,
5 einen Querschnitt wie
in 4c, jedoch bei einer
anderen Ausführungsform, 5 a cross section as in 4c but in another embodiment,
6 eine perspektivische Schnittansicht wie
in 2, jedoch bei einer
anderen Ausführungsform. 6 a sectional perspective view as in 2 but in another embodiment.
Entsprechend 1 umfasst ein erfindungsgemäßer elektromagnetischer
Stellantrieb 1 einen Anker 2, der auf nicht gezeigte
Weise mit einem ebenfalls nicht dargestellten Stellglied antriebsgekoppelt
ist. Beispielsweise sitzt der Anker 2 auf einer Welle 3,
die um eine Drehachse 4 drehbar gelagert ist . Der Anker 2 ist
mit der Welle 3 drehfest verbunden. Die Welle 3 kann
außerdem
mit dem nicht gezeigten Stellglied drehfest verbunden sein, so dass über die Welle 3 der
Anker 2 mit dem Stellglied antriebsgekoppelt ist.Corresponding 1 comprises an electromagnetic actuator according to the invention 1 an anchor 2 which is drive-coupled in a manner not shown with an actuator, also not shown. For example, the anchor sits 2 on a wave 3 around a rotation axis 4 is rotatably mounted. The anchor 2 is with the wave 3 rotatably connected. The wave 3 may also be rotatably connected to the actuator, not shown, so that over the shaft 3 the anchor 2 is drive-coupled with the actuator.
Je
nach Anwendungsfall des Stellantriebs 1 kann das Stellglied
beispielsweise ein Ventil oder eine Klappe oder ein beliebiges anderes
Stellorgan sein. Vorzugsweise handelt es sich beim Stellantrieb 1 um
einen Hochgeschwindigkeitsstellantrieb zur Betätigung eines Lufttaktventils,
das in einem Ansaugtrakt angeordnet ist. Das Lufttaktventil ist
dann das vom Stellantrieb 1 zum Verstellen angetriebene
Stellglied. Ebenso ist eine Ausführungsform
möglich,
bei welcher der Stellantrieb 1 bei einem elektromagnetischen
Ventiltrieb zum Verstellen eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine
zur Anwendung kommt.Depending on the application of the actuator 1 For example, the actuator may be a valve or a flap or any other actuator. Preferably, it is the actuator 1 a high-speed actuator for actuating an air-timing valve, which is arranged in an intake tract. The air cycle valve is then that of the actuator 1 actuator driven for adjustment. Likewise, an embodiment is possible in which the actuator 1 in an electromagnetic valve drive for adjusting a gas exchange valve of an internal combustion engine is used.
Dem
Anker 2 sind zwei Ankergegenstücke 5 zugeordnet,
an denen der Anker 2 bei seiner Drehverstellung flächig zur
Anlage kommen kann. Die Ankergegenstücke 5 begrenzen somit
eine Bewegungsbahn des Ankers 2 an entgegengesetzten Enden. Wenn
der Anker 2 an einem der Ankergegenstücke 5 zur Anlage kommt,
befindet sich der Anker 2 in einer seiner Endlagen. Der
Anker 2 besitzt somit zwei Endlagen.The anchor 2 are two anchor counterparts 5 assigned to which the anchor 2 can come to its surface at its rotary adjustment. The anchor counterparts 5 thus limit a trajectory of the anchor 2 at opposite ends. If the anchor 2 on one of the armature counterparts 5 comes to rest, is the anchor 2 in one of his final positions. The anchor 2 thus has two end positions.
Desweiteren
ist dem Anker 2 eine Ausgangslage zugeordnet, die der Anker 2 in 1 einnimmt. In diese Ausgangslage
ist der Anker 2 mit Hilfe einer Rückstelleinrichtung 6 vorgespannt.
Die Rückstelleinrichtung 6 kann
eine oder mehrere Federn umfassen und ist so ausgebildet, dass sie
einer Verstellung des Ankers 2 aus der Ruhe- oder Ausgangslage
in der einen Richtung und in einer entgegengesetzten Gegenrichtung
jeweils federnde Rückstellkräfte entgegensetzt.
Vorzugsweise ist die Rückstelleinrichtung 6 durch
eine Torsionsfeder gebildet, die koaxial im Inneren der als Hohlwelle
ausgebildeten Welle 3 angeordnet ist (vgl. z.B. 2).Furthermore, the anchor 2 assigned a starting position, the anchor 2 in 1 occupies. In this starting position is the anchor 2 with the help of a reset device 6 biased. The reset device 6 may comprise one or more springs and is adapted to an adjustment of the anchor 2 from the rest or starting position in the one direction and in an opposite opposite direction each resilient restoring forces opposes. Preferably, the return device 6 formed by a torsion spring coaxially inside the shaft formed as a hollow shaft 3 is arranged (see, eg 2 ).
Der
Anker 2 kann nun aus der in 1 gezeigten
Ausgangslage heraus gegen die federnde Rückstellkräfte der Rückstell einrichtung 6 in
der ersten Richtung, z.B. im Uhrzeigersinn, in die erste Endlage
verstellt werden, in welcher er am ersten Ankergegenstück 5 anliegt.
Mit Hilfe von elektromagnetischen Kräften kann der Anker 2 in
dieser ersten Endlage am ersten Ankergegenstück 5 festgehalten
werden. In entsprechender Weise kann der Anker 2 aus seiner
Ausgangslage heraus in der der ersten Richtung entgegengesetzten
Gegenrichtung, also hier im Gegenuhrzeigersinn in seine zweite Endlage überführt werden.
In der zweiten Endlage liegt der Anker 2 dann am zweiten
Ankergegenstück 5 an
und kann mit Hilfe entsprechender elektromagnetischer Kräfte daran
festgehalten werden.The anchor 2 can now from the in 1 shown starting position out against the resilient restoring forces of the return device 6 be adjusted in the first direction, eg clockwise, in the first end position, in which he at the first armature counterpart 5 is applied. With the help of electromagnetic forces, the anchor can 2 in this first end position on the first anchor counterpart 5 be held. In a similar way, the anchor 2 out of his starting position in the first Rich tion opposite direction, that is converted here in the counterclockwise direction in its second end position. In the second end position is the anchor 2 then at the second anchor counterpart 5 and can be held on it with the help of appropriate electromagnetic forces.
Sofern
sich der Anker 2 in einer seiner Endlagen befindet, erzeugt
die Rückstelleinrichtung 6 ihre
maximale Rückstellkraft.
D.h., in einer der Endlagen speichert die Rückstelleinrichtung 6 potentielle Energie.
Die elektromagnetischen Haltekräfte
am jeweiligen Ankergegenstück 5 sind
jedoch größer als die
Federkräfte
in der Endlage, so dass der Anker 2 in seiner jeweiligen
Endlage verbleibt. Durch Ausschalten der elektromagnetischen Haltekräfte beschleunigen
nun die Federkräfte
der Rückstelleinrichtung 6 den
Anker 2 in Richtung der gegenüberliegenden anderen Endlage.
Hierbei wird die potentielle Energie zunächst in kinetische Energie
umgewandelt bis der Anker 2 seine Ausgangslage erreicht.
Die im Anker 2 dann vorliegende hohe kinetische Energie treibt
den Anker 2 weiter in Richtung der anderen Endlage an,
so dass sich die kinetische Energie in potentielle Energie umwandelt.Unless the anchor 2 is in one of its end positions, generates the return device 6 their maximum restoring force. That is, in one of the end positions stores the restoring device 6 potential energy. The electromagnetic holding forces at the respective armature counterpart 5 However, they are larger than the spring forces in the end position, so that the anchor 2 remains in its respective end position. By switching off the electromagnetic holding forces now accelerate the spring forces of the return device 6 the anchor 2 towards the opposite other end position. Here, the potential energy is first converted into kinetic energy until the anchor 2 reached his starting position. The anchor 2 then present high kinetic energy drives the anchor 2 continue towards the other end position, so that the kinetic energy converts into potential energy.
Bei
einer symmetrischen Anordnung der Ausgangslage relativ zu den Endlagen
und bei einem reibungsfreien System würde der Anker 2 von
selbst bis zur Anlage an das jeweils andere Ankergegenstück 5 schwingen.
Durch rechtzeitiges Aktivieren der elektromagnetischen Kräfte kann
der Anker 2 am jeweiligen Ankergegenstück 5 dann festgehalten werden.
Durch eine entsprechend Dimensionierung der elektromagnetischen
Kräfte
und/oder durch eine rechtzeitige Zuschaltung der elektromagnetischen Kräfte können auch
Reibungsverluste ausgeglichen werden, so dass der Anker 2 am
jeweiligen Ankergegenstück 5 zur
Anlage gebracht wird, sobald der Anker 2 hinreichend nahe
an das jeweilige Ankergegenstück 5 heranschwingt.With a symmetrical arrangement of the starting position relative to the end positions and in a friction-free system, the anchor would 2 by itself to the plant to the other anchor counterpart 5 swing. By timely activation of the electromagnetic forces, the anchor 2 at the respective anchor counterpart 5 then be held. By a corresponding dimensioning of the electromagnetic forces and / or by a timely connection of the electromagnetic forces and friction losses can be compensated, so that the armature 2 at the respective anchor counterpart 5 is brought to the plant as soon as the anchor 2 sufficiently close to the respective anchor counterpart 5 zoom swings.
Erfindungsgemäß werden
die elektromagnetischen Kräfte,
mit denen der Anker 2 am jeweiligen Ankergegenstück 5 festgehalten
werden kann, mit Hilfe einer einzigen Spule 7 erzeugt,
die beiden Ankergegenstücken 5 zugeordnet
ist. Da nur eine Spule 7 vorhanden ist, werden die elektromagnetischen Kräfte an beiden
Ankergegenstücken 5 bei
einer Bestromung der Spule 7 stets gleichzeitig erzeugt.
Da die Stärke
der am Anker 2 angreifenden elektromagnetischen Anziehungskräfte sehr
stark vom Abstand des Ankers 2 vom jeweiligen Ankergegenstück 5 abhängt, wird
die Haltekraft des einen Ankergegenstücks 5, an dem der
Anker 2 anliegt und festgehalten wird, nicht oder nur vernachlässigbar
durch die Anziehungskräfte
des anderen Ankergegenstücks 5 reduziert.According to the invention, the electromagnetic forces with which the armature 2 at the respective anchor counterpart 5 can be held with the help of a single coil 7 generated, the two anchor counterparts 5 assigned. Because only one coil 7 is present, the electromagnetic forces at both armature counterparts 5 during energization of the coil 7 always generated at the same time. Because the strength of the anchor 2 attacking electromagnetic forces very much from the distance of the anchor 2 from the respective anchor counterpart 5 depends, the holding force of the one anchor counterpart 5 at which the anchor 2 is present and held, not or only negligible by the attractive forces of the other anchor counterpart 5 reduced.
Der
erfindungsgemäße Stellantrieb 1 kommt somit
mit einer einzigen Spule 7 aus, was die Herstellungskosten
des Stellantriebs 1 erheblich reduziert. Desweiteren besitzt
der erfindungsgemäße Stellantrieb 1 dadurch
einen besonders einfachen Aufbau, was die Herstellung und Fertigung
vereinfacht und dadurch zusätzlich
preiswerter macht.The actuator according to the invention 1 thus comes with a single coil 7 from what the manufacturing cost of the actuator 1 considerably reduced. Furthermore, the actuator according to the invention has 1 This makes a particularly simple structure, which simplifies the production and manufacturing and thus makes it cheaper in addition.
Wie
aus 1 zu entnehmen ist,
weist jedes Ankergegenstück 5 eine
erste Polfläche 8 und
eine zweite Polfläche 9 auf.
Die beiden Polflächen 8, 9 sind
voneinander beabstandet, was hier mittels eines Spalts 10 erreicht
wird. Durch diesen Spalt 10 sind die beiden Polflächen 8, 9 jedes
Ankergegenstücks 5 im
Hinblick auf den magnetischen Fluss voneinander getrennt. Jedoch
sind die beiden Polflächen 8, 9 jedes
Ankergegenstücks 5 mit
Hilfe eines Rückschlusskreises 11 miteinander
gekoppelt. Dieser Rückschlusskreis 11 leitet
ein Magnetfeld innerhalb einer sich quer zur Wicklungsrichtung der
Spule 7 erstreckenden Ebene von der einen Polfläche 8 außen um die
Spule 7 herum zur anderen Polfläche 9. Durch den Spalt 10 ist
dieser Rückschlusskreis 11 offen. Der
Anker 2 ist nun so ausgestaltet, dass er in der jeweiligen
Endlage so am Ankergegenstück 5 zur
Anlage kommt, das er gleichzeitig an beiden Polflächen 8 und 9 anliegt,
dabei den Spalt 10 überbrückt und
so den Rückschlusskreis 11 schließt. Der
im Anker 2 verlaufende Anteil des Rückschlusskreises 11 ist
hier mit 12 bezeichnet. Durch diese Maßnahme können besonders hohe Haltekräfte an den
Ankergegenstücken 5 generiert
werden. In 1 ist nur
der dem rechten Ankergegenstück 5 zugeordnete
Rückschlusskreis 11 dargestellt.
Es ist klar, dass bei einer Bestromung der Spule 7 ein
entsprechender Rückschlusskreis 11 gleichzeitig
auch an dem links dargestellten Ankergegenstück 5 entsteht.How out 1 can be seen, has each anchor counterpart 5 a first pole surface 8th and a second pole face 9 on. The two pole faces 8th . 9 are spaced apart, which here by means of a gap 10 is reached. Through this gap 10 are the two pole faces 8th . 9 each anchor counterpart 5 separated from each other with respect to the magnetic flux. However, the two pole faces 8th . 9 each anchor counterpart 5 with the help of a return circuit 11 coupled together. This inference circle 11 conducts a magnetic field within a direction transverse to the winding direction of the coil 7 extending plane of the one pole surface 8th outside the coil 7 around to the other pole surface 9 , Through the gap 10 is this inference circle 11 open. The anchor 2 is now designed so that he so in the respective end position at the anchor counterpart 5 comes to the plant, which he at the same time on both pole faces 8th and 9 is present, while the gap 10 bridged and so the return circuit 11 closes. The anchor 2 running share of the inference circle 11 is here with 12 designated. By this measure, particularly high holding forces on the armature counterparts 5 to be generated. In 1 is only the right anchor counterpart 5 assigned return circuit 11 shown. It is clear that when energizing the coil 7 a corresponding return circuit 11 at the same time also on the anchor counterpart shown on the left 5 arises.
Die
Spule 7 ist in üblicherweise
ringförmig gestaltet
und dabei so angeordnet, dass sie sowohl den Anker 2 als
auch die Ankergegenstücke 5 in
ihrem Inneren umschließt.
Bei der Ausführungsform gemäß 1 ist die Spule 7 außerdem so
angeordnet, dass eine durch eine strichpunktierte Linie angedeutete
Längsachse 13 der
Spule 7 senkrecht auf der Schwenkachse 4 des Ankers 2 steht.The sink 7 is designed in a generally annular shape and arranged so that they both the anchor 2 as well as the anchor counterparts 5 encloses in its interior. In the embodiment according to 1 is the coil 7 also arranged so that a direction indicated by a dotted line longitudinal axis 13 the coil 7 perpendicular to the pivot axis 4 of the anchor 2 stands.
Bei
der hier gezeigten besonderen Ausführungsform umfasst der Stellantrieb 1 einen
ersten Jochkörper 14 sowie
einen zweiten Jochkörper 15, die
beide vorteilhaft als Blechpakete ausgestaltet sein können. Die
einzelnen Bleche verlaufen dann parallel zur Zeichnungsebene. Der
erste Jochkörper 14 (in 1 oben) umfasst für beide
Ankergegenstücke 5 die
ersten Polflächen 8 sowie
einen ersten Teilkreis 16 des Rückschlusskreises 11.
Der erste Teilkreis 16 führt dabei jeweils von der ersten
Polfläche 8 zu
einer Trennstelle 17, an welcher die beiden Jochkörper 14, 15 aneinander
liegen. In entsprechender Weise weist der zweite Jochkörper 15 für beide
Ankergegenstücke 5 die
zweiten Polflächen 9 auf
sowie jeweils einen zweiten Teilkreis 18 des Rückschlusskreises 11.
Der zweite Teilkreis 18 führt dabei jeweils von der zweiten
Polfläche 9 zur
Trennstelle 17. Auf diese Weise sind die beiden Teilkreise 16, 18 an
der Trennstelle 17 miteinander verbunden, so dass der Rückschlusskreis 11 bis
auf den Spalt 10 geschlossen ist. Vorteilhaft ist hier,
dass nur zwei Bauteile, nämlich
die beiden Jochkörper 14, 15,
erforderlich sind, um für
beide Ankergegenstücke 5 die Joche
auszubilden.In the particular embodiment shown here, the actuator comprises 1 a first yoke body 14 and a second yoke body 15 both of which may be advantageously designed as laminated cores. The individual sheets then run parallel to the plane of the drawing. The first yoke body 14 (in 1 above) for both armature counterparts 5 the first pole faces 8th and a first pitch circle 16 of the inference circle 11 , The first circle 16 in each case leads from the first pole face 8th to a separation point 17 at which the two yoke body 14 . 15 lie together. In a corresponding manner, the second yoke body 15 for both armature counterparts 5 the second pole faces 9 on and in each case a second pitch circle 18 of the inference circle 11 , The second circle 18 in each case leads from the second pole face 9 to the separation point 17 , In this way, the two subcircles 16 . 18 at the separation point 17 interconnected so that the return circuit 11 except for the gap 10 closed is. It is advantageous here that only two components, namely the two yoke body 14 . 15 , required for both armature counterparts 5 to train the yokes.
Die
Spule 7 besitzt z.B. im Querschnitt eine kegelförmige Gestalt
und kann für
die Montage vor dem Zusammensetzen der beiden Jochkörper 14, 15 in
einen der Jochkörper 14, 15 eingesetzt
werden.The sink 7 has, for example in cross-section a conical shape and can be used for assembly before assembling the two yoke body 14 . 15 in one of the yoke body 14 . 15 be used.
Wie
in 1 gezeigt, kann in
den Spalt 10 zwischen den Polflächen 8, 9 der
Ankergegenstücke 5 ein
Permanentmagnet 19 eingesetzt sein, mit dessen Hilfe die
auf den Anker 2 einwirkenden Kräfte verstärkt werden können.As in 1 shown in the gap 10 between the pole faces 8th . 9 the anchor counterparts 5 a permanent magnet 19 be used, with the help of which on the anchor 2 acting forces can be strengthened.
Entsprechend 2 kann der Stellantrieb 1 bei
einer anderen Ausführungsform
so ausgestaltet werden, dass die Längsachse 13 der Spule 7 koaxial zur
Schwenkachse 4 des Ankers 2 verläuft, also
mit dieser zusammenfällt.
Auch bei dieser Ausführungsform
umschließt
die hier zylindrisch ausgebildete Spule 7 den Anker 2 und
die Ankergegenstücke 5, von
denen hier nur eines dargestellt ist. Eine weitere Besonderheit
der in 2 gezeigten Ausführungsform
ist der bezüglich
der Schwenkachse 4 des Ankers 2 symmetrische Aufbau.Corresponding 2 can the actuator 1 be configured in another embodiment, that the longitudinal axis 13 the coil 7 coaxial to the pivot axis 4 of the anchor 2 runs, so coincides with this. Also in this embodiment encloses the cylindrical here formed coil 7 the anchor 2 and the anchor counterparts 5 of which only one is shown here. Another peculiarity of in 2 the embodiment shown is with respect to the pivot axis 4 of the anchor 2 symmetrical construction.
Bei
den Ausführungsformen
gemäß den 2 und 3 ist der Anker 2 mit zwei Flügeln 20 ausgestattet,
während
die Variante gemäß 1 nur einen Flügel 20 besitzt.
Die beiden Flügel 20 sind
bezüglich
der Schwenkachse 4 des Ankers 2 konzen trisch angeordnet
und zueinander um 180° versetzt. Es
ist klar, dass auch mehr als zwei Flügel 20 vorgesehen
sein können,
die dann vorzugsweise symmetrisch und koaxial zur Schwenkachse 4 angeordnet sind,
wobei auch eine asymmetrische Bauweise im Einzelfall von Vorteil
sein kann. Um an beiden Flügeln 20 elektromagnetische
Kräfte
wirken lassen zu können,
sind für
jeden Flügel 20 zwei
Ankergegenstücke 5 vorgesehen,
an denen die Flügel 20 in
den Endlagen des Ankers 2 wechselseitig zur Anlage kommen.
Die beiden Ankergegenstücke 5 des
vom Betrachter abgewandten Flügels 20 sind
in 2 nicht dargestellt.
Ebenso ist nur eines der Ankergegenstücke 5 des dem Betrachter
zugewandte Flügels 20 gezeigt.
Der grundsätzliche
Aufbau der insgesamt 4 Ankergegenstücke 5 ist jedoch stets
derselbe. Insbesondere ist wie hier jedes Ankergegenstück 5 wieder
mit einer ersten Polfläche 8 und
einer zweiten Polfläche 9 ausgestattet,
die durch den Spalt 10 voneinander beabstandet sind und über den
Rückschlusskreis 11 miteinander
gekoppelt sind. In der Darstellung gemäß 2 befindet sich der Anker 2 in einer
seiner Endlagen, so dass die Flügel 20 jeweils an
einem der Ankergegenstücke 5 anliegen.
Dabei liegt jeder Flügel 20 sowohl
an der ersten Polfläche 8 als
auch an der zweiten Polfläche 9 des
jeweiligen Ankergegenstücks 5 an,
wodurch der Spalt 10 überbrückt und
der Rückschlusskreis 11 geschlossen wird.In the embodiments according to the 2 and 3 is the anchor 2 with two wings 20 equipped while the variant according to 1 only one wing 20 has. The two wings 20 are with respect to the pivot axis 4 of the anchor 2 concentrated arranged and offset from each other by 180 °. It is clear that more than two wings 20 may be provided, which then preferably symmetrical and coaxial with the pivot axis 4 are arranged, with an asymmetric design in individual cases may be beneficial. To be on both wings 20 Electromagnetic forces are effective for every wing 20 two anchor counterparts 5 provided on which the wings 20 in the end positions of the anchor 2 mutually come to the plant. The two anchor counterparts 5 of the viewer facing away from the wing 20 are in 2 not shown. Likewise, only one of the armature counterparts 5 of the viewer facing the wing 20 shown. The basic structure of the total 4 Anchor counterparts 5 but it is always the same. In particular, as here, each anchor counterpart 5 again with a first pole surface 8th and a second pole face 9 equipped by the gap 10 are spaced apart and over the return circuit 11 coupled together. In the illustration according to 2 is the anchor 2 in one of his final positions, leaving the wings 20 each at one of the armature counterparts 5 issue. There is every wing 20 both at the first pole surface 8th as well as on the second pole surface 9 of the respective anchor counterpart 5 on, causing the gap 10 bridged and the inference circle 11 is closed.
Entsprechend
den 2 und 3 besitzt der Stellantrieb 1 hier
im wesentlichen einen zylindrischen Aufbau. Die erste Polfläche 8 ist
an einem ersten Polschuh 21 ausgebildet. Bei dem mit zwei
Flügeln 20 ausgestatteten
Anker 2 weist der er ste Polschuh 21 zweckmäßig zwei
erste Polflächen 8 auf. Der
erste Polschuh 21 ist an einem scheibenförmigen ersten
Deckel 22 ausgebildet. Zweckmäßig bilden erster Polschuh 21 und
erster Deckel 22 ein einstückig hergestelltes Bauteil.
Der erste Deckel 22 ist so dimensioniert, dass er die Spule 7 an
einem ersten Axialende 23 radial überlappt. Am ersten Deckel 22 ist
außerdem
ein zweiter erster Polschuh 21 ausgebildet, der die erste
Polfläche 8 des
anderen Ankergegenstücks 5 bzw.
die ersten Polflächen 8 der
anderen Ankergegenstücke 5 aufweist.According to the 2 and 3 owns the actuator 1 here essentially a cylindrical structure. The first pole surface 8th is on a first pole piece 21 educated. In the case of two wings 20 equipped anchor 2 he has the ste pole shoe 21 expediently two first pole faces 8th on. The first pole piece 21 is on a disc-shaped first lid 22 educated. Suitably form the first pole piece 21 and first lid 22 a one-piece manufactured component. The first lid 22 is sized so that he has the coil 7 at a first axial end 23 radially overlapped. At the first lid 22 is also a second first pole piece 21 formed, which is the first pole face 8th of the other anchor counterpart 5 or the first pole faces 8th the other anchor counterparts 5 having.
In
entsprechender Weise ist auch ein zweiter scheibenförmiger Deckel 24 vorgesehen,
der zwei zweite Polschuhe 25 aufweist, an denen die zweiten Polflächen 9 der
Ankergegenstücke 5 ausgebildet sind.
Der zweite Deckel 24 überlappt
die Spule 17 an einem zweiten Axialende 26 radial.
Die Deckel 22 sind bezüglich
einer Ebene, die senkrecht auf der Schwenkachse 4 steht
und sich durch den Spalt 10 erstreckt, spiegelsymmetrisch
aufgebaut.Similarly, a second disc-shaped lid is also 24 provided, the two second pole pieces 25 having at which the second pole faces 9 the anchor counterparts 5 are formed. The second lid 24 overlaps the coil 17 at a second axial end 26 radial. The lids 22 are with respect to a plane perpendicular to the pivot axis 4 and stands by the gap 10 extends, constructed mirror-symmetrically.
Desweiteren
ist hier eine Rückschlusshülse 27 vorgesehen,
die als Hohlzylinder ausgebildet ist bzw. einen hohlzylindrischen
Abschnitt aufweist und die konzentrisch zur Spule 7 angeordnet
ist. Die Rückschlusshülse 27 umschließt somit
die Spule 7 radial außen.
Die beiden Deckel 22, 24 sind über die Rückschlusshülse 27 miteinander
verbunden. Dementsprechend kann sich der Rückschlusskreis 11 über die
Polschuhe 21, 25, die Deckel 22, 24 und
die Rückschlusshülse 27 bis
auf den Spalt 10 schließen. Der Rückschlusskreis 11 führt demnach von
der ersten Polfläche 8 in
den ersten Polschuh 21, von diesem in den ersten Deckel 22,
von diesem in die Rückschlusshülse 27,
von dieser in den zweiten Deckel 24, von diesem in den
zweiten Polschuh 25 und von diesem zur zweiten Polfläche 9.
Zur Ausbildung des Spalts 10 ist die Dimensionierung der
Polschuhe 21, 25 so auf die Dimensionierung der
Rückschlusshülse 27 abgestimmt,
dass die Polschuhe 21, 25 in Achsrichtung der
Schwenkachse 4 voneinander beabstandet sind.Furthermore, here is a return sleeve 27 provided, which is designed as a hollow cylinder or has a hollow cylindrical portion and concentric with the coil 7 is arranged. The return sleeve 27 thus encloses the coil 7 radially outside. The two lids 22 . 24 are over the return sleeve 27 connected with each other. Accordingly, the return circuit 11 over the pole shoes 21 . 25 , the lids 22 . 24 and the return sleeve 27 except for the gap 10 shut down. The inference circle 11 leads therefore from the first pole face 8th in the first pole piece 21 , from this in the first cover 22 , from this into the yoke sleeve 27 , from this to the second lid 24 , from this into the second pole piece 25 and from this to the second pole surface 9 , To form the gap 10 is the dimensioning of the pole shoes 21 . 25 so on the dimensioning of the return sleeve 27 matched that pole pieces 21 . 25 in the axial direction of the pivot axis 4 spaced apart from each other.
Der
Anker 2 bzw. seine Welle 3 ist hier mittels Radiallager 28,
die nur teilweise dargestellt sind, drehbar gelagert. Die Radiallager 28 sind
hier in die Deckel 22, 24 eingesetzt oder integriert.The anchor 2 or his wave 3 is here by means of radial bearings 28 that are only partially illustrated, rotatably mounted. The radial bearings 28 are here in the lid 22 . 24 used or integrated.
Der
Anker 2 und die Ankergegenstücke 5 sind aus einem
weichmagnetischen Werkstoff hergestellt. Desweiteren sind die Polschuhe 21, 25,
die Deckel 22, 24 und die Rückschlusshülse 27 gemäß 2 und die beiden Jochkörper 14, 15 gemäß 1 aus einem weichmagnetischen
Werkstoff hergestellt.The anchor 2 and the anchor counterparts 5 are made of a soft magnetic material. Furthermore, the pole shoes 21 . 25 , the lids 22 . 24 and the return sleeve 27 according to 2 and the two yoke bodies 14 . 15 according to 1 made of a soft magnetic material.
Bevorzugt
wird eine Ausführungsform,
bei welcher der Anker 2 oder zumindest ein mit den Ankergegenstücken 5 zusammenwirkender
Abschnitt des Ankers 2, z.B. die Flügel 20, aus Kobalteisen
hergestellt, während
die anderen weichmagnetischen Körper
aus einem preiswerten herkömmlichen
geeigneten Stahl hergestellt sind. Durch diese Materialauswahl kann
die radiale Erstreckung des Ankers 2 bzw. seiner Flügel 20 reduziert
werden, was die Massenträgheitsmomente
des Ankers 2 erheb lich verkleinert und die erzielbaren
Stellzeiten des Stellantriebs 1 verkürzt.Preferred is an embodiment in which the armature 2 or at least one with the anchor counterparts 5 co-operating section of the anchor 2 eg the wings 20 , made of cobalt iron, while the other soft magnetic body are made of a cheap conventional suitable steel. By this material selection, the radial extent of the armature 2 or his wings 20 be reduced, which is the moment of inertia of the anchor 2 reduced considerably Lich and the achievable operating times of the actuator 1 shortened.
Diese
Weiterbildung beruht auf der Erkenntnis, dass die Verwendung des
teureren Kobalteisens auch im Bereich der Ankergegenstücke 5 zu
keiner merklichen Verbesserung der Anziehungskräfte führt, so dass in diesem Bereich
auf preiswertere Materialien, wie z.B. Stahl, zurückgegriffen
werden kann. Der erfindungsgemäß vorgeschlagene
Materialmix führt
somit zu einer besonders kompakten Bauweise bei vergleichsweise
preiswerter Herstellbarkeit.This development is based on the recognition that the use of the more expensive cobalt iron also in the area of the anchor counterparts 5 does not lead to a noticeable improvement in attractiveness, so that less expensive materials such as steel can be used in this area. The inventively proposed material mix thus leads to a particularly compact design with relatively inexpensive manufacturability.
Wie
aus 3 deutlich hervorgeht,
besitzt der erfindungsgemäße Stellantrieb 1 einen
extrem einfachen Aufbau. Der Anker 2 wird zusammen mit der
Spule 7 in die Rückschlusshülse 27 axial
eingesteckt. Dann werden die Deckel 22, 24 angebracht, wobei
die daran ausgebildeten Polschuhe 21, 25 axial
in die Rückschlusshülse 27 und
in die Spule 7 eindringen. Nach dem Zusammenbau verschließen die Deckel 22, 24 die
Rückschlusshülse 27 axial.How out 3 clearly shows, has the actuator according to the invention 1 an extremely simple structure. The anchor 2 will be together with the coil 7 in the return sleeve 27 inserted axially. Then the lids 22 . 24 attached, with the pole pieces formed thereon 21 . 25 axially in the return sleeve 27 and in the coil 7 penetration. After assembly, the lids close 22 . 24 the return sleeve 27 axially.
Die 4a bis 4c zeigen Querschnitte durch den Stellantrieb 1 aus 3 bei unterschiedlichen Ankerstellungen.
In 4a befindet sich
der Anker 2 in seiner ersten Endlage, in welcher er am
ersten Ankergegenstück 5 anliegt
und durch die elektromagnetischen Kräfte der Spule 7 gehalten
werden kann. Es ist klar, dass bei dem mit zwei Flügeln 20 ausgestatteten
Anker 2 dessen Flügel 20 jeweils
an einem ersten Ankergegenstück 5 zur
Anlage kommen und dort jeweils durch die elektromagnetischen Kräfte der Spule 7 gehalten
sind. Beim Ausschalten der Spule 7 kann sich der Anker 2 vom
Ankergegenstück 5 lösen und
in Richtung des entgegengesetzt angeordneten Ankergegenstücks 5 beschleunigen.
Durch rechtzeitiges Einschalten der Spule 7 kann das andere
Ankergegenstück 5 den
ankommenden Anker 2 einfangen.The 4a to 4c show cross sections through the actuator 1 out 3 at different anchor positions. In 4a is the anchor 2 in his first end position, in which he at the first anchor counterpart 5 is applied and by the electromagnetic forces of the coil 7 can be held. It is clear that in the case of two wings 20 equipped anchor 2 its wings 20 each at a first anchor counterpart 5 come to the plant and there each by the electromagnetic forces of the coil 7 are held. When switching off the coil 7 can the anchor 2 from the anchor counterpart 5 solve and in the direction of the oppositely arranged armature counterpart 5 accelerate. By timely switching on the coil 7 may be the other anchor counterpart 5 the incoming anchor 2 catch.
Entsprechend 4b nimmt der Anker 2 dann
seine zweite Endlage ein, in welcher er am zweiten Ankergegenstück 5 anliegt
und mit Hilfe der elektromagnetischen Kräfte festgehalten werden kann.Corresponding 4b takes the anchor 2 then his second end position, in which he at the second anchor counterpart 5 is applied and can be held with the help of electromagnetic forces.
Wenn
die Spule 7 ausgeschaltet wird, führt die Rückstelleinrichtung 6,
die gemäß 2 insbesondere einen Torsionsstab
umfassen kann, dazu, dass der Anker 2 selbsttätig seine
Ausgangslage gemäß 4c einnimmt, die zwischen
den Endlagen liegt.If the coil 7 is turned off, performs the reset device 6 according to 2 In particular, may include a torsion bar, that the anchor 2 automatically his starting position according to 4c occupies, which lies between the end positions.
Um
den Anker 2 bei einem herkömmlichen Stellantrieb, der
mit zwei separat ansteuerbaren Spulen arbeitet, aus der Ausgangslage
in eine der Endlagen zu überführen, können die
beiden Spulen wechselseitig mit der Resonanzfrequenz des aus Anker und
Rückstelleinrichtung
gebildeten Schwingungssystems angesteuert werden. Der Anker wird
dadurch zu Schwingungen im Resonanzfrequenzbereich angeregt, deren
Amplituden rasch zunehmen, bis der Anker an einem der Ankergegenstücke zur Anlage
kommt und dort durch eine dauerhafte Haltekraft festgehalten werden
kann. Eine derartige Anschwingprozedur kann beim erfindungsgemäßen Stellantrieb 1 nicht
ohne weiteres durchgeführt
werden, da der erfindungsgemäße Stellantrieb 1 mit
nur einer einzigen Spule 7 arbeitet und bei deren Aktivierung
somit an den Ankergegenstücken 5 stets
gleichzeitig elektromagnetische Anziehungskräfte wirksam werden. Abhilfe
könnte
beispielsweise ein mechanischer Antrieb schaffen, der zur Aktivierung
des Stellantriebs 1 den Anker 2 aus seiner Ausgangslage mehr
oder weniger stark auslenkt.To the anchor 2 In a conventional actuator, which operates with two separately controllable coils to transfer from the initial position to one of the end positions, the two coils can be driven alternately with the resonant frequency of the vibration system formed from armature and restoring device. The armature is thereby excited to oscillations in the resonant frequency range, whose amplitudes increase rapidly until the armature comes to rest on one of the armature counterparts and can be held there by a permanent holding force. Such Anschwingprozedur can in the actuator according to the invention 1 can not be carried out easily, since the actuator according to the invention 1 with only a single coil 7 works and when their activation thus at the anchor counterparts 5 always at the same time electromagnetic attraction forces are effective. A remedy could, for example, create a mechanical drive that activates the actuator 1 the anchor 2 deflects more or less strongly from its starting position.
Bevorzugt
wird jedoch eine Ausführungsform,
bei der in der Ausgangslage des Ankers 2 asymmetrische
Anziehungskräften
zwischen dem Anker 2 und den Ankergegenstücken 5 entstehen. Derartige
asymmetrische Anziehungskräfte
führen zu
einer geringfügigen
Auslenkung des Ankers 2. Diese geringe Anfangsamplitude
kann im Resonanzbereich ohne weiteres durch eine entsprechende Erregung
der Spule 7 soweit verstärkt werden, bis der Anker 2 an
einem der Ankergegenstücke 5 zur
Anlage kommt. Asymmetrische Anziehungskräfte können beispielsweise durch eine
entsprechende Anordnung und/oder Ausgestaltung der Spule 7 und/oder
des Ankers 2 und/oder der Ankergegenstücke 5 erzielt werden.
Beispielsweise kann die Ausgangslage des Ankers 2 so gewählt werden,
dass sie bezüglich
der Endlagen des Ankers 2 außermittig ist. Somit besitzt der
Anker 2 im Ausgangszustand unterschiedliche Abstände zu den
entgegengesetzten Ankergegenstücken 5.
Ein reduzierter Abstand führt
jedoch zu einer verstärkten
Rückwirkung
im Anker 2, also zu erhöhten
Anziehungskräften.However, preferred is an embodiment in which in the initial position of the armature 2 asymmetric forces of attraction between the anchor 2 and the anchor counterparts 5 arise. Such asymmetric forces of attraction lead to a slight deflection of the armature 2 , This small initial amplitude can easily in the resonance range by a corresponding excitation of the coil 7 so far amplified until the anchor 2 on one of the armature counterparts 5 comes to the plant. Asymmetrical forces of attraction can be achieved, for example, by a corresponding arrangement and / or configuration of the coil 7 and / or the anchor 2 and / or the armature counterparts 5 be achieved. For example, the initial position of the armature 2 be chosen so that they respect to the end positions of the anchor 2 is off-center. Thus, the anchor has 2 in the initial state different distances to the opposite armature counterparts 5 , However, a reduced distance leads to an increased reaction in the anchor 2 So he too increased attractions.
5 zeigt eine Variante, bei
welcher die einander gegenüberliegenden
Ankergegenstücke 5 asymmetrisch
ausgestaltet sind. Beispielsweise besitzt jedes erste Ankergegenstück 5 einen
radial außenliegenden
Fortsatz 29, der sich in Umfangsrichtung in Richtung Ausgangslage
des Ankers 2 erstreckt. Auf diese Weise können am
ersten Ankergegenstück 5 über diese
Fortsätze 29 erhöhte Anziehungskräfte auf
den Anker 2 ausgeübt
werden, wodurch dieser bei einer Bestromung der Spule 7 (geringfügig) in
Richtung der ersten Ankergegenstücke 5 anschwingt. 5 shows a variant in which the opposing armature counterparts 5 are designed asymmetrically. For example, each first armature counterpart has 5 a radially outer extension 29 extending in the circumferential direction in the direction of the starting position of the armature 2 extends. In this way, at the first anchor counterpart 5 about these extensions 29 increased attractions on the anchor 2 be exerted, whereby this at energizing the coil 7 (slightly) towards the first armature counterparts 5 oscillate.
Eine
andere Maßnahme
kann beispielsweise ein Permanentmagnet sein, der im Bereich des
einen Ankergegenstücks 5 im
Spalt 10 angeordnet werden kann, um so eine Asymmetrie
des von der Spule 7 erzeugten Magnetfelds zu erzielen.
Es ist klar, dass auch andere Maßnahmen oder Kombinationen
unterschiedlicher Maßnahmen
durchgeführt
werden können.Another measure, for example, be a permanent magnet, in the region of the one armature counterpart 5 in the gap 10 can be arranged so as to be an asymmetry of the coil 7 to generate generated magnetic field. It is clear that other measures or combinations of different measures can be carried out.
Ein
weiterer Vorteil der vorstehenden genannten Maßnahmen zur Erzielung asymmetrischer Anziehungskräfte wird
auch darin gesehen, dass es mit Hilfe einer entsprechenden Steuerung
grundsätzlich
möglich
ist, durch Auswerten des Strom- und/oder
Spannungsverlaufs beim Anlegen des Ankers 2 an einem der
Ankergegenstücke 5 zu
entscheiden, ob sich der Anker 2 in seiner ersten Endlage
oder in seiner zweiten Endlage befindet. Dies ist für übliche Anwendungen
des Stellantriebs 1 von erheblicher Bedeutung, wenn verschiedene
Schaltstellungen des Stellglieds erkannt und differenziert werden
müssen.A further advantage of the abovementioned measures for achieving asymmetrical forces of attraction is also seen in the fact that, with the aid of a corresponding control, it is fundamentally possible by evaluating the current and / or voltage profile when the armature is applied 2 on one of the armature counterparts 5 to decide if the anchor 2 is in its first end position or in its second end position. This is for common applications of the actuator 1 Of considerable importance when different switching positions of the actuator must be detected and differentiated.
Um
den Anker 2 beim erfindungsgemäßen Stellantrieb 1 schneller
zwischen seinen Endlagen umschalten zu können, kann es zweckmäßig sein, die
Spule 7 kurzzeitig umzupolen, um den Feldabbau in der Spule 7 zu
beschleunigen, so dass die vollen Rückstellkräfte der Rückstelleinrichtung 6 schneller wirksam
sind.To the anchor 2 in the actuator according to the invention 1 To be able to switch faster between its end positions, it may be appropriate to use the coil 7 Umzupolen briefly to the field degradation in the coil 7 to accelerate, so that the full restoring forces of the reset device 6 faster are effective.
Mit
Hilfe des erfindungsgemäßen Stellantriebs 1 können somit
zumindest drei Positionen für den
Anker 2 und somit für
das damit antriebsgekoppelte Stellglied eingestellt werden. Darüber hinaus
ist es grundsätzlich
möglich,
mit Hilfe einer entsprechenden Ansteuerung der Spule 7 grundsätzliche
beliebige Zwischenlagen zwischen den Endlagen des Ankers 2 einzustellen.
Beispielsweise kann der Anker 2 in der Nähe einer
seiner Ankergegenstücke 5 quasi
schwebend in einer Zwischenlage zwischen der jeweiligen Endlage
und der Ausgangslage gehalten werden. Dementsprechend können für den Anker 2 und
somit für
das antriebsgekoppelte Stellglied grundsätzlich beliebig viele unterschiedliche
und insbesondere variierbare Positionen realisiert werden.With the aid of the actuator according to the invention 1 can thus have at least three positions for the anchor 2 and thus adjusted for the drive-coupled actuator. In addition, it is basically possible, with the help of a corresponding control of the coil 7 basically any intermediate layers between the end positions of the anchor 2 adjust. For example, the anchor 2 near one of his anchor counterparts 5 quasi-floating in an intermediate position between the respective end position and the starting position are held. Accordingly, for the anchor 2 and thus basically any number of different and in particular variable positions can be realized for the drive-coupled actuator.
Während die 2 bis 5 Ausführungsformen für den Stellantrieb 1 zeigen,
bei denen der Stellantrieb 1 in Richtung der Längsachse 13 der
Spule 7 vergleichsweise groß dimensioniert ist, zeigt 6 eine andere Ausführungsform,
bei welcher der Stellantrieb 1 in Richtung der Längsachse 13 der
Spule 7 vergleichsweise kompakt baut. Bemerkenswert ist vor
allem, dass die ringförmig
geschlossene Spule 7, die zur besseren Darstellbarkeit
teilweise aufgeschnitten gezeigt ist, bezüg lich ihrer Längsachse 13 kleiner
dimensioniert ist als der Anker 2 bzw. dessen Flügel 20.
Die Spulenlängsrichtung,
die sich parallel zur Spulenlängsachse 13 erstreckt,
wird im folgenden zur Vereinfachung auch mit 13 bezeichnet.While the 2 to 5 Embodiments for the actuator 1 show where the actuator 1 in the direction of the longitudinal axis 13 the coil 7 is comparatively large, shows 6 another embodiment in which the actuator 1 in the direction of the longitudinal axis 13 the coil 7 comparatively compact builds. It is noteworthy, above all, that the ring-shaped closed coil 7 , which is shown partially cut open for ease of illustration, bezüg Lich their longitudinal axis 13 smaller dimension than the anchor 2 or its wings 20 , The coil longitudinal direction, which is parallel to the coil longitudinal axis 13 extends, will also be in the following for the sake of simplicity 13 designated.
Entsprechend 6 sind die ersten Polflächen 8 jeweils
an einem ersten Polsegment 30 ausgebildet, während die
zweiten Polflächen 9 jeweils
an einem zweiten Polsegment 30' ausgebildet sind. Die Polsegmente 30 und 30' erstrecken
sich parallel zueinander, und zwar in einer Ebene, die sich senkrecht zur
Längsachse 13 der
Spule 7 erstreckt. Des Weiteren sind die ersten Polsegmente 30 von
den zweiten Polsegmenten 30' in
der Spulenlängsrichtung 13 voneinander
beabstandet angeordnet, wodurch wieder der Spalt 10 ausgebildet
werden kann.Corresponding 6 are the first pole faces 8th each at a first pole segment 30 formed while the second pole faces 9 each at a second pole segment 30 ' are formed. The pole segments 30 and 30 ' extend parallel to each other, in a plane perpendicular to the longitudinal axis 13 the coil 7 extends. Furthermore, the first pole segments 30 from the second pole segments 30 ' in the coil longitudinal direction 13 spaced apart, whereby again the gap 10 can be trained.
Jeweils
ein erstes Polsegment 30 und ein zweites Polsegment 30' bilden ein
Polsegment-Paar 30–30'. Eine gerade
Anzahl derartiger Polsegment-Paare 30–30' ist in Umfangsrichtung der Spule 7 verteilt
angeordnet. Im vorliegenden Fall sind ohne Beschränkung der
Allgemeinheit vier derartige Polsegment-Paare 30–30' vorgesehen.In each case a first pole segment 30 and a second pole segment 30 ' form a pole segment pair 30-30 ' , An even number of such pole segment pairs 30-30 ' is in the circumferential direction of the coil 7 arranged distributed. In the present case, four such pole segment pairs are without limitation of generality 30-30 ' intended.
Um
auch hier den Rückschlusskreis 11 ausbilden
zu können,
sind bei jedem Polsegment-Paar 30–30' das jeweilige erste Polsegment 30 und
das jeweilige zweite Polsegment 30' über ein Rückschlussteil 32 miteinander
verbunden. Auf diese Weise erhält der
jeweilige Rückschlusskreis 11 bei
jedem Polsegment-Paar 30–30' folgenden Verlauf:
Der Rückschlusskreis 11 erstreckt
sich von der ersten Polfläche 8 in
das erste Polsegment 30 über das Rückschlussteil 32 in
das zweite Polsegment 30' zur
zweiten Polfläche 9.
Der an den Polflächen 8, 9 anliegende
Anker 2 bzw. dessen Flügel 20 schließt dann
den jeweiligen Rückschlusskreis 11.Here, too, the inference circle 11 being able to train are at each pole segment pair 30-30 ' the respective first pole segment 30 and the respective second pole segment 30 ' via a return part 32 connected with each other. In this way, the respective return circuit receives 11 at each pole segment pair 30-30 ' following course: The return circuit 11 extends from the first pole face 8th in the first pole segment 30 over the return part 32 in the second pole segment 30 ' to the second pole face 9 , The at the pole faces 8th . 9 fitting anchors 2 or its wings 20 then closes the respective return circuit 11 ,
Die
hier vorgeschlagene Bauweise für
die Polsegmente 30, 30' ermöglicht es außerdem,
die Polsegmente 30, 30' durch Blechpakete herzustellen,
deren einzelne Bleche dann in der Spulenlängsrichtung 13 aufeinander
gestapelt sind. Diese Bauweise ermöglicht es, die Ausbildung von
Wirbelströmen
in den Polsegmenten 30, 30' zu vermeiden oder zumindest erheblich
zu reduzieren. Zusätzlich
oder alternativ ist es außerdem
möglich,
die ersten Polsegmente 30 und die zweiten Polsegmente 30' als Gleichteile
auszugestalten. Die Gleichteilbildung ermöglicht höhere Stückzahlen und somit kleinere
Einzelteilpreise, wodurch sich der Herstellungsaufwand zur Realisierung
des Stellantriebs 1 reduziert.The construction proposed here for the pole segments 30 . 30 ' it also allows the pole segments 30 . 30 ' To produce by laminated cores whose individual sheets then in the coil longitudinal direction 13 stacked on top of each other. This design allows the formation of eddy currents in the pole segments 30 . 30 ' to avoid or at least significantly reduce. Additionally or alternatively, it is also possible, the first pole segments 30 and the second pole segments 30 ' to design as equal parts. The equal parting allows higher quantities and thus smaller item prices, thereby increasing the manufacturing cost to realize the actuator 1 reduced.
Von
besonderem Vorteil ist bei der hier gezeigten Bauweise, dass die
Spule 7 in dem Spalt 10 angeordnet werden kann.
Die Spule 7 kann dadurch in ihrer Längsrichtung 13 extrem
klein gebaut werden. Beispielsweise baut die Spule 7 in
ihrer Längsrichtung 13 kürzer als
der Anker 2 bzw. der oder die Flügel 20 des Ankers 2.
Beispielsweise ist die Spule 7 in ihrer Längsrichtung 13 etwa
halb so groß oder etwa
ein Drittel so groß wie
der Anker 2 bzw. seine Flügel 20. Bevorzugt
wird die hier dargestellte Ausführungsform,
bei welcher die Spule 7 und die ersten Polsegmente 30 sowie
die zweiten Pol segmente 30' in
der Spulenlängsrichtung 13 zusammen
etwa gleich groß dimensioniert
sind, wie der Anker 2 bzw. dessen Flügel 20. Zweckmäßig ist
die Spule 7 dabei bezüglich
ihrer Längsrichtung 13 mittig
zum Anker 2 bzw. mittig zu dessen Flügeln 20 angeordnet.
Insgesamt ergibt sich somit für
den Stellantrieb 1 in der Spulenlängsrichtung 13 eine
extrem kompakte Bauform.Of particular advantage in the construction shown here is that the coil 7 in the gap 10 can be arranged. The sink 7 can thereby in their longitudinal direction 13 to be built extremely small. For example, the coil builds 7 in their longitudinal direction 13 shorter than the anchor 2 or the wing (s) 20 of the anchor 2 , For example, the coil 7 in their longitudinal direction 13 about half the size or about one-third the size of the anchor 2 or his wings 20 , Preferred is the embodiment shown here, in which the coil 7 and the first pole segments 30 and the second pole segments 30 ' in the coil longitudinal direction 13 together are about the same size as the anchor 2 or its wings 20 , Appropriately, the coil 7 doing with respect to their longitudinal direction 13 centered to the anchor 2 or in the middle of its wings 20 arranged. Overall, thus results for the actuator 1 in the coil longitudinal direction 13 an extremely compact design.
Zweckmäßig sind
auch hier die ersten Polsegmente 30 an oder in einem hier
nicht gezeigten ersten Deckel angeordnet, während die zweiten Polsegmente 30' an oder in
einem nicht gezeigten zweiten Deckel angeordnet sind. Diese Deckel
können grundsätzlich wie
bei der Ausführungsform
gemäß 2 zusammen mit einer entsprechenden,
hier ebenfalls nicht gezeigten Hülse
ein Gehäuse
für den Stellantrieb 1 ausbilden.
Da bei der Ausführungsform gemäß 6 die einzelnen Polsegment-Paare 30–30' in sich die
Ausbildung von Rückschlusskreisen 11 für den Anker 2 bzw.
für dessen
Flügel 20 ermöglichen,
müssen
diese Deckel und insbesondere die Hülse nicht magnetisch sein und
können
somit insbesondere aus Leichtmetall oder Kunststoff hergestellt
werden. Dies ermöglicht
eine beträchtliche Gewichtseinsparung
für den
Stellantrieb 1.Also useful here are the first pole segments 30 arranged on or in a first cover, not shown here, while the second pole segments 30 ' are arranged on or in a second lid, not shown. These covers can basically as in the embodiment according to 2 together with a corresponding, also not shown here, a housing for the actuator 1 form. As in the embodiment according to 6 the individual pole segment pairs 30-30 ' in itself the training of inference circuits 11 for the anchor 2 or for its wings 20 allow, these covers and in particular the sleeve need not be magnetic and can thus be made in particular of light metal or plastic. This allows a considerable weight saving for the actuator 1 ,
Die
Leistungsfähigkeit
des Stellantriebs 1 kann deutlich verbessert werden, wenn
jedem Polsegment-Paar 30–30' ein Permanentmagnet 31 zugeordnet
wird, der auf geeignete Weise in den jeweiligen Rückschlusskreis 11 eingebunden
ist. Beispielsweise kann der jeweilige Permanentmagnet 31 hierzu
am oder im Rückschlussteil 32 angeordnet sein.
Ebenso ist es möglich,
dass der jeweilige Permanentmagnet 31 selbst das jeweilige
Rückschlussteil 32 bildet.
Mit Hilfe der Permanentmagnete 31 kann der Stellantrieb 1 als
polarisierter Elektromagnet mit einer einzigen Spule 7 ausgestaltet
werden. Im Unterschied dazu handelt es sich bei den Ausführungsformen
der 1 bis 5 jeweils um einen Stellantrieb 1,
der als neutraler Elektromagnet mit einer einzigen Spule 7 ausgestaltet
ist.The efficiency of the actuator 1 can be significantly improved if each pole segment pair 30-30 ' a permanent magnet 31 is assigned in a suitable manner in the respective return circuit 11 is involved. For example, the respective permanent magnet 31 this on or in the rear part 32 be arranged. It is also possible that the respective permanent magnet 31 even the respective conclusion part 32 forms. With the help of permanent magnets 31 can the actuator 1 as a polarized electromagnet with a single coil 7 be designed. In contrast, in the embodiments of the 1 to 5 each with an actuator 1 acting as a neutral electromagnet with a single coil 7 is designed.
Die
Polarisierung des Stellantriebs 1 wird insbesondere dadurch
erreicht, dass die Dauermagnete 31 so angeordnet und polarisiert
sind, dass Dauermagnete 31, die in der Umfangsrichtung
der Spule 7 benachbart sind, gegensinnig gepolt sind.The polarization of the actuator 1 is achieved in particular by the fact that the permanent magnets 31 are arranged and polarized such that permanent magnets 31 in the circumferential direction of the coil 7 are adjacent, are poled in opposite directions.
Durch
eine geeignete Positionierung, Polarisierung und Dimensionierung
der Permanentmagnete 31 kann erreicht werden, dass diese
in den Endlagen des Ankers 2 magnetische Haltekräfte erzeugen, welche
die elektromagnetischen Haltekräfte
der Spule 7 erheblich verstärken oder im Extremfall sogar
ersetzen können.
Im zuletzt genannten Extremfall können somit die Endlagen des
Ankers 2 stromfrei, also ohne Wärmeentwicklung dauerhaft gehalten
werden. Das Umschalten zwischen den einzelnen Endlagen wird dann
mit Hilfe einer entsprechenden Umpolung bei der Bestromung der Spule 7 erreicht.By a suitable positioning, polarization and dimensioning of the permanent magnets 31 can be achieved that these in the end positions of the anchor 2 generate magnetic holding forces, which are the electromagnetic holding forces of the coil 7 increase considerably or even replace it in extreme cases. In the latter extreme case, therefore, the end positions of the armature 2 current-free, so without heat generation permanently. The switching between the individual end positions is then with the help of a corresponding polarity reversal in the energization of the coil 7 reached.
Gleichzeitig
vereinfacht sich durch die Einbringung der Permanentmagnete 31 der
Anschwingvorgang für
den Anker 2, um diesen aus der neutralen Ausgangslage herauszubewegen.
Denn die Permanentmagnete 31 sind magnetisch antiparallel
ausgerichtet, so dass eine Bestromung der Spule 7 den magnetischen
Fluss bei den einen Polsegment-Paaren 30–30' gezielt verstärkt und bei den benachbarten
Polsegment-Paaren 30–30' gezielt abschwächt. Durch
eine entsprechende Stromrichtungsumkehr in der Spule 7 können abwechselnd
entgegengesetzt wirkende Kräfte
generiert werden, welche das Anschwingen des Ankers 2 bewirken.Simultaneously simplified by the introduction of the permanent magnets 31 the starting process for the anchor 2 to move it out of the neutral starting position. Because the permanent magnets 31 are magnetically antiparallel aligned, so that energizing the coil 7 the magnetic flux in the one pole segment pairs 30-30 ' specifically reinforced and in the adjacent pole segment pairs 30-30 ' deliberately weakens. By a corresponding current reversal in the coil 7 alternately oppositely acting forces can be generated, which are the oscillation of the armature 2 cause.
Zweckmäßig sind
die Dauermagnete 31 an den Polsegmenten 30 und 30' bzw. am jeweiligen Rückschlussteil 32 so
angeordnet, dass sie von den zugehörigen Polflächen 8, 9 beabstandet
sind. Auf diese Weise können
Beschädigungen
durch den auf die Polflächen 8, 9 aufschlagenden
Anker vermieden werden.The permanent magnets are useful 31 at the pole segments 30 and 30 ' or at the respective conclusion part 32 arranged so that they are from the associated pole faces 8th . 9 are spaced. In this way, damage can be caused by the on the pole faces 8th . 9 impacting anchors are avoided.