DE102005026535A1

DE102005026535A1 - Electromagnetic actuator drive for e.g. actuating air valve in intake tract of engine, has holding device that applies current to coils and secures armature in its end positions so that faces of neighboring poles are oppositely polarized

Info

Publication number: DE102005026535A1
Application number: DE200510026535
Authority: DE
Inventors: Jens Baumbach; Frank Beyer; Alfred Dr. Elsäßer; Eberhard Prof. Dr. Kallenbach; Rainer Otto; Wolfgang Schilling; Jan Schmidt; Dietmar Dr. Türpe
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2005-06-08
Filing date: 2005-06-08
Publication date: 2006-12-14

Abstract

A separate electromagnetic coil (12) is assigned to each pole (7). A holding device (11) applies electric current to the coils and secures an armature (2) in its end positions so that the pole faces (8,9) of neighboring poles are oppositely polarized.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Stellantrieb zum Verstellen eines Stellglieds zwischen wenigstens drei Stellungen, 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 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. Grundsätzlich sind auch andere Anwendungsformen möglich, bei denen ein Stellglied vorzugsweise innerhalb sehr kurzer Schaltzeiten zwischen zwei verschiedenen Schaltstellungen umgeschaltet werden muss. Beispielsweise ist eine Verwendung eines derartigen Stellantriebs zum Verstellen von Gaswechselventilen bei Kolbenmotoren denkbar.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. Basically other forms of application possible, in which an actuator preferably within very short switching times be switched between two different switching positions got to. For example, a use of such an actuator for adjusting gas exchange valves in piston engines conceivable.

Aus der DE 10 2004 037 360 A1 ist ein Stellantrieb der eingangs genannten Art bekannt, der mit einem weichmagnetischen Anker ausgestattet ist. Dieser Anker ist mit einem Stellglied antriebsgekoppelt und weist mehrere Ankerflächen auf. Des Weiteren weist der Stellantrieb mehrere weichmagnetische Polelemente auf, die mehrere Polflächen aufweisen, an denen die Ankerflächen in zwei Endstellungen des Ankers zur Anlage kommen. Außerdem ist eine Rückstelleinrichtung vorgesehen, die den Anker mittels Federkraft in eine zwischen den Endstellungen liegende Ausgangsstellung antreibt. Mit Hilfe einer Halteeinrichtung kann nun der Anker in seinen Endstellungen mittels elektromagnetischer Kräfte festgelegt werden.From the DE 10 2004 037 360 A1 an actuator of the type mentioned is known, which is equipped with a soft magnetic anchor. This armature is drive-coupled with an actuator and has multiple anchor surfaces. Furthermore, the actuator has a plurality of soft-magnetic pole elements which have a plurality of pole faces on which the armature surfaces come into abutment in two end positions of the armature. In addition, a restoring device is provided, which drives the armature by means of spring force in a lying between the end positions starting position. With the help of a holding device, the armature can now be fixed in its end positions by means of electromagnetic forces.

Beim bekannten Stellantrieb ist sämtlichen Polelementen eine gemeinsame elektromagnetische Spule zugeordnet, mit deren Hilfe die zum Festlegen des Ankers in dessen Endstellungen erforderlichen elektromagnetischen Kräfte erzeugt werden können. Durch die Verwendung nur einer einzigen Spule baut der bekannte Stellantrieb vergleichsweise kompakt und preiswert.At the known actuator is all pole elements associated with a common electromagnetic coil, with their help the required for fixing the armature in its end positions electromagnetic personnel can be generated. By the use of only a single coil builds the known actuator comparatively compact and inexpensive.

Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für einen derartigen Stellantrieb eine verbesserte oder zumindest eine andere Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine vereinfachte und vorzugsweise preiswerte Herstellbarkeit auszeichnet.The present invention employs dealing with the problem, for Such an actuator improved or at least one other embodiment specify, in particular, by a simplified and preferably inexpensive manufacturability distinguishes.

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 zum Festhalten des Ankers in dessen Endstellungen erforderlichen elektromagnetischen Kräfte mittels mehrerer Spulen zu erzeu gen, wobei benachbarte Spulen zur Erzeugung dieser Kräfte gegensinnig gepolt werden. Auf diese Weise ist es möglich, sämtliche Spulen an der Erzeugung der elektromagnetischen Kräfte zum Festlegen des Ankers in der jeweiligen Endstellung zu beteiligen. Die Erfindung nutzt dabei die Erkenntnis, dass eine einzige Spule zur Erzeugung der erforderlichen elektromagnetischen Kräfte mit vergleichsweise hohen Strömen beaufschlagt werden muss, was einerseits höhere Verluste und eine relativ starke Wärmeentwicklung nach sich zieht. Andererseits ist zum Steuern der großen Ströme eine entsprechend aufwändige Leistungselektronik erforderlich. Eine derartige Leistungselektronik ist ihrerseits vergleichsweise teuer, verbraucht selbst vergleichsweise viel Strom und erzeugt entsprechend viel Abwärme. Im Unterschied dazu können die erforderlichen elektromagnetischen Kräfte mit mehreren Spulen bei deutlich geringeren Strömen innerhalb der einzelnen Spulen realisiert werden, wodurch sich die Verluste und die Wärmeentwicklung verringern. Von besonderer Bedeutung ist jedoch, dass die zum Schalten bzw. Steuern bzw. Regeln der Spulen erforderliche Elektronik nur noch vergleichsweise geringe Strömen schalten muss, so dass sie entsprechend einfach und preiswert realisiert werden kann und dabei einen vergleichsweise geringen eigenen Strombedarf aufweist und eine entsprechend geringe Wärmeentwicklung zeigt. Obwohl der erfindungsgemäße Stellantrieb mehrere Spulen benötigt, kann er aufgrund der aufgezeigten Vorteile am Ende preiswerter realisiert werden als der bekannte Stellantrieb, der nur eine einzige Spule aufweist.The Invention is based on the general idea that is to hold on the armature in its end positions required electromagnetic forces means erzeu multiple coils, wherein adjacent coils for generating of these forces be polarized in opposite directions. In this way it is possible to all Coils at the generation of electromagnetic forces to Setting the anchor to participate in the respective end position. The invention uses the knowledge that a single coil to generate the required electromagnetic forces with subjected to comparatively high currents which has higher losses on the one hand and a relatively strong heat after pulls. On the other hand, to control the large currents is a correspondingly expensive power electronics required. Such power electronics is in turn comparatively expensive, consumes even comparatively much power and generates correspondingly much waste heat. In contrast, the required electromagnetic forces with multiple coils significantly lower currents be realized within the individual coils, whereby the Losses and heat generation reduce. Of particular importance, however, is that for switching or controlling or regulating the coils required electronics only still comparatively low currents must be switched so that they realized correspondingly simple and inexpensive can be and thereby a comparatively low own power requirement and shows a correspondingly low heat development. Although the actuator according to the invention several coils needed, he can be realized cheaper due to the advantages shown in the end be considered the well-known actuator, the only one coil having.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Polelemente und der Anker so aufeinander abgestimmt, dass sich in jeder Endstellung des Ankers ein geschlossener Magnetkreis ausbildet, der benachbarte Polelemente über den Anker miteinander verbindet. Mit Hilfe des über den Anker realisierten magnetischen Schlusses können in den Endstellungen extrem hohe Haltekräfte mit vergleichsweise niedrigen Strömen realisiert werden. Dies ist insbesondere im Hinblick auf die Wärmeentwicklung vorteilhaft.at an advantageous embodiment the pole elements and the armature are coordinated so that in each end position of the armature a closed magnetic circuit forms, which connects adjacent pole elements via the armature with each other. With the help of over The anchors realized magnetic closure can be extreme in the end positions high holding forces be realized with relatively low currents. This is particularly advantageous in terms of heat generation.

Bei einer anderen Ausführungsform bestromt die Halteeinrichtung in beiden Endstellungen des Ankers die Spulen zum Festlegen des Ankers mit gleichbleibender Polung. Das bedeutet, dass zum Umschalten des Ankers zwischen den beiden Endstellungen die Bestromung der Spulen zwar (kurzzeitig) ausgeschaltet wird, damit der Anker von den der einen Endstellung zugeordneten Polflächen abheben kann, jedoch werden die Spulen zum Erzeugen der Haltekraft an den der anderen Endstellung zugeordneten Polflächen nicht umgepolt, sondern bei gleicher Polung lediglich wieder neu bestromt. Auf diese Weise kann die in den Spulen beim Ausschalten verbleibende Energie genutzt werden. Die erforderlichen elektromagnetischen Kräfte können auf diese Weise schneller erzeugt werden. Gleichzeitig sinkt der Strom- bzw. Energiebedarf des Stellantriebs. Darüber hinaus vereinfacht sich die Elektronik zum Steuern bzw. Regeln der Spulenbestromung.In another embodiment, the holding device in both end positions of the armature energizes the coils for fixing the armature with a constant polarity. This means that the switching of the armature between the two end positions, the energization of the coils (short-term) is turned off, so that the armature of the one end position associated pole faces can lift, but the coils are assigned to generate the holding force to the other end position Pole surfaces are not reversed, but with the same only once again energized. In this way, the energy remaining in the coils when switched off can be used. The required electromagnetic forces can be generated faster in this way. At the same time, the power or energy requirement of the actuator decreases. In addition, the electronics simplify controlling or regulating the coil energization.

Eine andere wichtige Ausführungsform charakterisiert sich dadurch, dass der Anker in einem Ankerraum angeordnet ist und die Spulen jeweils in einem zum Ankerraum offenen Spulenraum angeordnet sind. Des Weiteren sind die Spulen und der Ankerraum so aufeinander abgestimmt, dass die Spulen in einem fertig gewickelten Zustand bei entferntem Anker in den Ankerraum und von diesem in den jeweiligen Spulenraum einführbar sind. Diese Bauweise hat den großen Vorteil, dass die einzelnen Spulen im Rahmen einer Vormontage komplett gewickelt und fertiggestellt werden können, so dass im Rahmen einer Endmontage nur noch die fertigen Spulen in die Spulenräume eingesetzt werden müssen. Im Vergleich zu einer herkömmlichen Bauweise, bei der die jeweiligen Spulen unmittelbar am Polelement gewickelt werden müssen, bedeutet dies eine erhebliche Vereinfachung. Dementsprechend lässt sich der erfindungsgemäße Stellantrieb besonders preiswert herstellen.A other important embodiment Characterized by the fact that the anchor in an anchor space is arranged and the coils each in an open to the armature space Coil space are arranged. Furthermore, the coils and the Anchor space coordinated so that the coils in one finished wrapped state with armature removed in the armature space and from this can be inserted into the respective coil space. This construction has the big one Advantage that the individual coils in the context of a pre-assembly complete can be wound and finished, so as part of a Final assembly only the finished coils inserted into the coil spaces Need to become. Compared to a conventional one Construction, in which the respective coils directly on the pole element need to be wrapped this means a considerable simplification. Accordingly, it is possible the actuator according to the invention to produce very cheaply.

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 ähnliche oder funktional gleiche 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 similar or functionally identical components relate.

Es zeigen, jeweils schematisch,It show, in each case schematically,

1 bis 3 jeweils einen stark vereinfachten, prinzipiellen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Stellantrieb bei unterschiedlichen Ankerstellungen. 1 to 3 in each case a greatly simplified, fundamental cross section through an actuator according to the invention with different armature positions.

Entsprechend den 1 bis 3 umfasst ein erfindungsgemäßer elektromagnetischer Stellantrieb 1 einen Anker 2, der auf nicht dargestellte Weise mit einem ebenfalls nicht gezeigten Stellglied antriebsgekoppelt ist. Beispielsweise sitzt der Anker 2 hierzu drehfest auf einer Welle 3, die um eine Drehachse 4 drehbar gelagert ist. Die Welle 3 ist dann beispielsweise mit dem nicht gezeigten Stellglied drehfest verbunden, so dass über die Welle 3 der Anker 2 mit dem Stellglied antriebsgekoppelt ist.According to the 1 to 3 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 for rotation on a shaft 3 around a rotation axis 4 is rotatably mounted. The wave 3 is then rotatably connected, for example, with the actuator, not shown, so that over the shaft 3 the anchor 2 is drive-coupled with the actuator.

Der Stellantrieb 1 zeichnet sich insbesondere durch extrem kurze Schaltzeiten aus. Beispielsweise kann das Stellglied ein Ventil oder eine Klappe oder ein beliebiges anderes Stellorgan sein, das mit vergleichsweise hoher Geschwindigkeit bzw. mit extrem kurzen Schaltzeiten zwischen wenigstens zwei Schaltstellungen umgeschaltet werden soll. 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. Ein derartiger Hochgeschwindigkeitsstellantrieb ist beispielsweise auch aus der DE 101 40 706 A1 bekannt, deren Inhalt hiermit durch ausdrückliche Bezugnahme zur Offenbarung der vorliegenden Erfindung hinzugefügt wird.The actuator 1 is characterized in particular by extremely short switching times. For example, the actuator may be a valve or a flap or any other actuator which is to be switched at relatively high speed or with extremely short switching times between at least two switching positions. 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. Such a high-speed actuator, for example, from the DE 101 40 706 A1 the contents of which are hereby incorporated by express reference to the disclosure of the present invention.

Ebenso ist eine andere Ausführungsform möglich, bei welcher der Stellantrieb 1 z. B. bei einem elektromagnetischen Ventiltrieb zum Verstellen eines Gaswechselventils einer Brennkraftmaschine zur Anwendung kommt. Die genannten Anwendungsbeispiele sind rein exemplarisch und ohne Beschränkung der Allgemeinheit.Likewise, another embodiment is possible in which the actuator 1 z. B. in an electromagnetic valve drive for adjusting a gas exchange valve of an internal combustion engine is used. The application examples mentioned are purely exemplary and without restriction of the general public.

Der Anker 2 weist mehrere Ankerflächen 5 und 6 auf. Im gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiel sind insgesamt acht Ankerflächen 5, 6 vorgesehen, und zwar vier erste Ankerflächen 5 und vier zweite Ankerflächen 6. Der Anker 2 besteht aus einem weichmagnetischen Werkstoff.The anchor 2 has several anchor surfaces 5 and 6 on. In the illustrated preferred embodiment, a total of eight anchor surfaces 5 . 6 provided, four first anchor surfaces 5 and four second anchor surfaces 6 , The anchor 2 consists of a soft magnetic material.

Des Weiteren weist der Stellantrieb 1 mehrere Polelemente 7 auf, die ebenfalls aus einem weichmagnetischen Werkstoff bestehen. Bevorzugt wird dabei eine bezüglich der Drehachse 4 gleichmäßige umfangsmäßige Verteilung der Polelemente 7.Furthermore, the actuator 1 several pole elements 7 on, which also consist of a soft magnetic material. In this case, preference is given to one with respect to the axis of rotation 4 uniform circumferential distribution of the pole elements 7 ,

Diese Polelemente 7 weisen mehrere Polflächen 8, 9 auf. Im gezeigten, bevorzugten Ausführungsbeispiel sind genau vier Polelemente 7 vorgesehen, die insgesamt acht Polflächen 8, 9 aufweisen, nämlich vier erste Polflächen 8 und vier zweite Polflächen 9. An besagten Polflächen 8, 9 kommen die Ankerflächen 5, 6 in zwei Endstellungen des Ankers 2 zur Anlage.These pole elements 7 have several pole faces 8th . 9 on. In the illustrated preferred embodiment, there are exactly four pole elements 7 provided, the total of eight pole faces 8th . 9 have, namely four first pole faces 8th and four second pole faces 9 , At said pole faces 8th . 9 come the anchor surfaces 5 . 6 in two end positions of the anchor 2 to the plant.

1 zeigt dabei die erste Endstellung, in der alle ersten Ankerflächen 5 an den ersten Polflächen 8 anliegen. Im Unterschied dazu zeigt 2 die zweite Endstellung, in der sämtliche zweiten Ankerflächen 6 an den zweiten Polflächen 9 anliegen. 1 shows the first end position, in which all first anchor surfaces 5 at the first pole faces 8th issue. In contrast, shows 2 the second end position, in which all second anchor surfaces 6 at the second pole faces 9 issue.

Der Stellantrieb 1 ist außerdem mit einer Rückstelleinrichtung 10 ausgestattet. Diese Rückstelleinrichtung 10 ist so ausgestaltet, dass sie den Anker 2 mittels Federkraft in eine Ausgangsstellung antreibt. Diese Ausgangsstellung ist in 3 wiedergegeben und liegt zwischen den beiden Endstellungen. Die Rückstelleinrichtung 10 kann eine oder mehrere Federn umfassen und ist so ausgestaltet, dass sie einer Auslenkung des Ankers 2 aus der Ausgangsstellung in der einen Richtung und in einer entgegengesetzten Gegenrichtung jeweils federnde Rückstellkräfte entgegensetzt. Sofern am Anker 2 keine anderen Kräfte eingreifen, stellt sich somit die Ausgangsstellung von selbst ein, so dass diese auch als Neutralstellung bezeichnet werden kann. Vorzugsweise kann die Rückstelleinrichtung 10 durch eine Torsionsfeder gebildet sein, die im vorliegenden Beispiel koaxial im Inneren der Welle 3 angeordnet ist, die hierzu als Hohlwelle ausgebildet ist.The actuator 1 is also equipped with a reset device 10 fitted. This reset device 10 is designed to be the anchor 2 by spring force into a starting position drives. This starting position is in 3 reproduced and lies between the two end positions. The reset device 10 may include one or more springs and is configured to be a deflection of the anchor 2 from the initial position in one direction and in an opposite opposite direction each resilient restoring forces opposes. If at the anchor 2 no other forces intervene, thus sets the starting position by itself, so that it can also be referred to as a neutral position. Preferably, the return device 10 be formed by a torsion spring, which in the present example coaxially inside the shaft 3 is arranged, which is designed for this purpose as a hollow shaft.

In den Endstellungen kann der Anker 2 entgegen der Rückstellkraft der Rückstelleinrichtung 10 mit Hilfe von elektromagnetischen Kräften festgehalten bzw. festgelegt werden. Hierzu ist eine Halteeinrichtung 11 vorgesehen, die zumindest mehrere elektromagnetische Spulen 12 aufweist sowie ei ne hier nicht gezeigte Leistungselektronik zum Steuern bzw. Regeln der Spulen 12. Die Halteeinrichtung 11 kann mit Hilfe der Spulen 12 die erforderlichen elektromagnetischen Kräfte erzeugen, mit denen der Anker 2 entgegen der Rückstellkraft der Rückstelleinrichtung 10 in seinen Endstellungen festgehalten werden kann.In the end positions, the anchor can 2 against the restoring force of the return device 10 be held or fixed by means of electromagnetic forces. For this purpose, a holding device 11 provided, the at least a plurality of electromagnetic coils 12 has and ei ne power electronics not shown here for controlling or regulating the coils 12 , The holding device 11 can with the help of the coils 12 generate the necessary electromagnetic forces with which the armature 2 against the restoring force of the return device 10 can be held in its final positions.

Erfindungsgemäß sind ebenso viele Spulen 12 wie Polelemente 7 vorgesehen. Dementsprechend weist der Stellantrieb 1 vorzugsweise vier Spulen 12 auf. Erfindungsgemäß beträgt die Anzahl der Polelemente 7 zumindest vier und ist gerade. Also sind grundsätzlich auch sechs oder acht Polelemente 7 mit derselben Anzahl an Spulen 12 möglich.According to the invention are just as many coils 12 like pole elements 7 intended. Accordingly, the actuator 1 preferably four coils 12 on. According to the invention, the number of pole elements 7 at least four and is straight. So basically there are six or eight pole elements 7 with the same number of coils 12 possible.

Die Polelemente 7 sind bezüglich der Drehachse 4 radial angeordnet. Die Spulen 12 umschließen jeweils koaxial das zugehörige Polelement 7, so dass eine Wickelachse der jeweiligen Spule 12 ebenfalls radial verläuft.The pole elements 7 are with respect to the axis of rotation 4 arranged radially. The spools 12 each coaxially surround the associated pole element 7 , so that a winding axis of the respective coil 12 also runs radially.

Die Halteeinrichtung 11 ist erfindungsgemäß so ausgestaltet, dass sie für den Fall, dass der Anker 2 in einer seiner Endstellungen festgelegt werden soll, die Spulen 12 so bestromt, dass die Polflächen 8, 9 benachbarter Polelemente 7 gegensinnig magnetisch gepolt sind. Bei den in Umfangsrichtung benachbarten Polelementen 7 wechseln sich somit Plus-Pol und Minus-Pol ab. Die vergleichsweise große Anzahl an Spulen 12 und Polelementen 7, die zur Erzeugung der zum Halten des Ankers 2 benötigten elektromagnetischen Kräfte vorhanden sind, ermöglicht es, die den einzelnen Spulen 12 zuzuführenden elektrischen Ströme relativ klein zu halten. Dies führt einerseits dazu, dass innerhalb der einzelnen Spulen 12 nur relativ wenig Wärme erzeugt wird. Zum anderen ist zum Schalten der Spulen 12 nur eine vergleichsweise einfache Leistungselektronik erforderlich, die entsprechend preiswert realisierbar ist und ihrerseits einen vergleichsweise niedrigen Stromverbrauch mit entsprechend niedriger Wärmeentwicklung aufweist. Darüber hinaus werden am Anker 2 die elektromagnetischen Kräfte umfangsmäßig vergleichsweise gleichmäßig verteilt eingeleitet, wodurch auch hier Verluste vermieden werden können. Außerdem kann der Anker 2 in radialer Richtung vergleichsweise klein bauen, wodurch er ein entsprechend kleines Trägheitsmoment aufweist, was schnelle Schaltbetätigungen begünstigt.The holding device 11 According to the invention is designed so that in the event that the anchor 2 should be set in one of its end positions, the coils 12 so energized that the pole faces 8th . 9 adjacent pole elements 7 oppositely magnetically polarized. In the circumferentially adjacent pole elements 7 Thus, plus pole and minus pole alternate. The comparatively large number of coils 12 and pole elements 7 used to generate the for holding the anchor 2 required electromagnetic forces are present, it allows the individual coils 12 To be supplied electric currents to keep relatively small. On the one hand, this results in that within the individual coils 12 only relatively little heat is generated. On the other hand is to switch the coils 12 only a comparatively simple power electronics required, which is correspondingly inexpensive to realize and in turn has a comparatively low power consumption with correspondingly low heat development. In addition, be at anchor 2 the electromagnetic forces circumferentially introduced relatively evenly distributed, which also losses can be avoided here. Besides, the anchor can 2 build comparatively small in the radial direction, whereby he has a correspondingly low moment of inertia, which favors fast switching operations.

Die in Umfangsrichtung abwechselnde Polung der Polelemente 7 begünstigt in den Endstellungen des Ankers 2 die Ausbildung eines magnetischen Schlusses oder Magnetkreises, der benachbarte Polelemente 7 über den Anker 2 miteinander verbindet. Mit Hilfe eines derartigen magnetischen Schlusses können besonders hohe Haltekräfte erzeugt werden, wobei gleichzeitig der hierzu erforderliche Strombedarf sinkt.The alternating in the circumferential direction polarity of the pole elements 7 favors in the end positions of the anchor 2 the formation of a magnetic circuit or magnetic circuit, the adjacent pole elements 7 over the anchor 2 connects with each other. With the help of such a magnetic closure particularly high holding forces can be generated, at the same time the required power requirements decreases.

Um diesen magnetischen Schluss möglichst effektiv auszugestalten, sind die Ankerflächen 5, 6 und die Polflächen 8, 9 vergleichsweise groß und/oder so ausgestaltet, dass sich eine flächige Kontaktierung zwischen Polflächen 8, 9 und Ankerflächen 5, 6 in der jeweiligen Endstellung ausbildet.To make this magnetic closure as effective as possible, the anchor surfaces 5 . 6 and the pole faces 8th . 9 comparatively large and / or designed so that a surface contact between pole faces 8th . 9 and anchor surfaces 5 . 6 in the respective end position trains.

Vorzugsweise kann die Halteeinrichtung 11 außerdem so ausgestaltet sein, dass sie die Spulen 12 zum Festlegen des Ankers 2 in dessen Endstellungen in jeder der beiden Endstellungen mit gleichbleibender elektrischer Polung bestromt. Das heißt, zum Erzeugen der Haltekräfte in der einen Endstellung und zum Erzeugen der Haltekräfte in der anderen Endstellung, werden die Spulen 12 nicht umgepolt, sonder lediglich kurzzeitig ausgeschaltet, unipolarer Betrieb, damit sich der Anker 2 angetrieben durch die Rückstellkraft der Rückstelleinrichtung 10 aus der jeweiligen Endstellung herausbewegen und in Richtung der anderen Endstellung beschleunigen kann. Da eine Umpolung der Spulen 12 nicht erforderlich ist, können die zum Erzeugen der benötigten Haltekräfte erforderlichen elektromagnetischen Felder besonders rasch aufgebaut werden. Gleichzeitig vereinfacht sich dadurch die Leistungselektronik. Da die elektrische Polung der Spulen 12 in beiden Endstellungen gleich ist, ergeben sich in diesen Endstellungen auch gleiche magnetische Pole an den Polelementen 7, was den 1 und 2 entnehmbar ist.Preferably, the holding device 11 also be designed so that they are the coils 12 for fixing the anchor 2 energized in its end positions in each of the two end positions with constant electrical polarity. That is, for generating the holding forces in the one end position and for generating the holding forces in the other end position, the coils 12 not reversed, but only briefly switched off, unipolar operation, so that the anchor 2 driven by the restoring force of the return device 10 move out of the respective end position and can accelerate towards the other end position. Because a reversal of the coils 12 is not required, the electromagnetic fields required to generate the required holding forces can be built up very quickly. At the same time this simplifies the power electronics. As the electrical polarity of the coils 12 is the same in both end positions, resulting in these end positions and the same magnetic poles on the pole elements 7 , what the 1 and 2 is removable.

Bei der hier gezeigten Ausführungsform ist der Anker 2 unsymmetrisch ausgestaltet, und zwar so, dass bei einem Ausgangszustand mit in der Ausgangsstellung gemäß 3 ruhendem Anker 2 eine Bestromung der Spulen 12 elektromagnetische Kräfte erzeugt, die den Anker 2 in Richtung der einen Endstellung stärker anziehen als in der Gegenrichtung zur anderen Endstellung. Erreicht wird dies hier jeweils durch eine Kennlinienbeeinflussung 13, welche die der einen Endstellung zugeordnete Ankerfläche vergrößert. Im vorliegenden Fall wird die der ersten Endstellung gemäß 1 zugeordnete erste Ankerfläche 5 durch die Kennlinienbeeinflussung 13 vergrößert. Eine derartige Ausgestaltung ermöglicht es, den in der Ausgangsstellung ruhenden Anker 2 durch eine gezielte Bestromung der Spulen 12 zu Schwingungen anzuregen, diese im Resonanzbereich so weit zu verstärken, dass der Anker 2 in einer seiner Endstellungen aufgefangen werden kann. Zusätzlich oder alternativ zu einer unsymmetrischen Ausgestaltung des Ankers 2 ist es zum selben Zweck ebenso möglich, die Polelemente 7 unsymmetrisch anzuordnen oder unsymmetrisch auszugestalten. Ebenso kann die Ausgangsstellung des Ankers 2 unsymmetrisch zwischen den beiden Endstellungen angeordnet sein.In the embodiment shown here, the anchor is 2 designed asymmetrically, in such a way that in an initial state with in the starting position according to 3 resting anchor 2 an energization of the coils 12 Electromagnetic forces generated the anchor 2 in the direction of the one end position tighten more than in the opposite direction to the other end position. This is achieved here in each case by a characteristic influencing 13 , which increases the one end position associated anchor surface. In the present case, the first end position according to 1 associated first anchor surface 5 through the characteristic influencing 13 increased. Such a configuration makes it possible to anchor resting in the starting position anchor 2 through a targeted energization of the coils 12 to stimulate vibrations, to amplify them in the resonance area so far that the anchor 2 can be caught in one of its end positions. Additionally or alternatively to an asymmetrical configuration of the armature 2 it is also possible for the same purpose, the pole elements 7 to arrange asymmetrically or unbalanced. Likewise, the initial position of the armature 2 be arranged asymmetrically between the two end positions.

Entsprechend 1 sind die ersten Polflächen 8 und die ersten Ankerflächen 5 der ersten Endstellung des Ankers 2 zugeordnet, in der sie aneinander anliegen. Im Unterschied dazu sind die zweiten Ankerflächen 6 und die zweiten Polflächen 9 der zweiten Endstellung gemäß 2 zugeordnet, in der sie flächig aneinander anliegen.Corresponding 1 are the first pole faces 8th and the first anchor surfaces 5 the first end position of the anchor 2 assigned, in which they rest against each other. In contrast, the second anchor surfaces 6 and the second pole faces 9 the second end position according to 2 assigned, in which they lie flat against each other.

Vorzugsweise sind alle Polelemente 7 an einem gemeinsamen Jochkörper 14 ausgebildet. Auf diese Weise kann in den Endstellungen des Ankers 2 ein magnetischer Rückschlusskreis geschlossen werden, was zusätzlich die in den Anker 2 einleitbaren Haltekräfte verstärkt, bei gleichzeitig reduzierten Spulenströmen. Der Jochkörper 14 kann wie hier zweckmäßig bezüglich der Drehachse 4 rotationssymmetrisch ausgestaltet sein und insbesondere einen kreisförmigen Außenumfang aufweisen. Vorzugsweise ist der Jochkörper 14 aus mehreren Lagen eines weichmagnetischen Blechs oder auch aus Kompositmaterial aufgebaut. Außerdem kann der Jochkörper 14 wie hier mit mehreren Montageöffnungen 15 versehen sein, mit deren Hilfe der Jochkörper 14 an einem anderen Bauteil befestigt werden kann.Preferably, all pole elements 7 on a common yoke body 14 educated. In this way, in the end positions of the anchor 2 a magnetic return circuit will be closed, which additionally adds to the anchor 2 einleitbaren holding forces reinforced, while reducing coil currents. The yoke body 14 can as appropriate here with respect to the axis of rotation 4 be configured rotationally symmetrical and in particular have a circular outer periphery. Preferably, the yoke body 14 composed of several layers of a soft magnetic sheet or composite material. In addition, the yoke body 14 like here with several mounting holes 15 be provided with their help the yoke body 14 can be attached to another component.

Der Anker 2 ist in einem Ankerraum 16 angeordnet, der hier im Jochkörper 14, insbesondere zentral, ausgebildet ist. Des weiteren ist jede Spule 12 in einem Spulenraum 17 angeordnet. Jeder Spulenraum 17 ist zum Ankerraum 16 hin offen und umschließt koaxial das jeweilige Polelement 7. Die Spulenräume 17 sind hier ebenfalls im Jochkörper 14 ausgebildet. Die Dimensionierungen der Spulen 12 und des Ankerraums 16 sowie der offenen Seiten der Spulenräume 17 sind bei der hier gezeigten, bevorzugten Ausführungsform so aufeinander abgestimmt, dass die einzelnen Spulen 12 in einem fertig gewickelten Zustand durch den Ankerraum 16 in den jeweiligen Spulenraum 17 einführbar sind, wobei der Anker 2 für diesen Montagevorgang entfernt ist. Diese spezielle Dimensionierung ist für eine serienmäßige Montage des Stellantriebs 1 von besonderer Bedeutung. Denn die Spulen 12 können im Rahmen einer Vormontage gewickelt und fertiggestellt werden, so dass der Jochkörper 14 mit den fertigen Spulen 12 bestückt werden kann. Hierzu wird die jeweilige Spule 12 axial in den Ankerraum 16 eingeführt und anschließend radial in den jeweiligen Spulenraum 17 überführt. Um dies zu ermöglichen, ragen beispielsweise die Polelemente 7 nur so weit in den Ankerraum 16 ein, dass die Spulen 12 noch ohne weiteres in den Ankerraum 16 einführbar sind.The anchor 2 is in an anchor room 16 arranged here in the yoke body 14 , in particular centrally, is formed. Furthermore, every coil is 12 in a coil room 17 arranged. Every coil space 17 is to the anchor room 16 open and coaxially surrounds the respective pole element 7 , The coil spaces 17 are also here in the yoke body 14 educated. The dimensions of the coils 12 and the anchor room 16 as well as the open sides of the coil spaces 17 are matched to one another in the preferred embodiment shown here, that the individual coils 12 in a ready-wound state through the anchor space 16 in the respective coil space 17 are insertable, the anchor 2 removed for this assembly process. This special dimensioning is for a standard assembly of the actuator 1 really important. Because the coils 12 can be wound and finished as part of a pre-assembly, so that the yoke body 14 with the finished coils 12 can be equipped. For this purpose, the respective coil 12 axially in the anchor space 16 introduced and then radially into the respective coil space 17 transferred. To make this possible, for example, the pole elements protrude 7 only so far in the anchor room 16 one that the coils 12 still without further into the anchor room 16 are insertable.

Zur Ausbildung der Ankerflächen 5, 6 am Anker 2 ist der Anker 2 mit mehreren, hier mit vier Flügeln 18 ausgestattet, die sich entlang des Ankers 2 axial erstrecken und von diesem bezüglich der Drehachse 4 radial abstehen. Jeder Flügel 18 trägt eine der ersten Ankerflächen 5 sowie eine der zweiten Ankerflächen 6. Die Anzahl der Flügel 18 stimmt mit der Anzahl der Polelemente 7 überein, ebenso wie deren Anordnung. Dementsprechend sind die Flügel 18 in Umfangsrichtung vorzugsweise gleichmäßig verteilt angeordnet. Jeder Flügel 18 geht an der der ersten Ankerfläche 5 zugeordneten Seite in den Buckel 13 über, um die oben beschriebene Asymmetrie des Ankers 2 zu erzeugen.To form the anchor surfaces 5 . 6 at anchor 2 is the anchor 2 with several, here with four wings 18 equipped, extending along the anchor 2 extend axially and from this with respect to the axis of rotation 4 protrude radially. Every wing 18 carries one of the first anchor surfaces 5 and one of the second anchor surfaces 6 , The number of wings 18 agrees with the number of pole elements 7 match, as well as their arrangement. Accordingly, the wings 18 preferably arranged uniformly distributed in the circumferential direction. Every wing 18 goes to the first anchor surface 5 assigned side in the hump 13 over to the above-described asymmetry of the anchor 2 to create.

Claims

Electromagnetic actuator for adjusting an actuator between at least three positions, - with a soft magnetic armature ( 2 ), which is drive-coupled or drive-coupled to the actuator and the plurality of anchor surfaces ( 5 . 6 ), - having a plurality of soft magnetic pole elements ( 7 ), which has several pole faces ( 8th . 9 ), where the anchor surfaces ( 5 . 6 ) in two end positions of the armature ( 2 ), - with a reset device ( 10 ), the anchor ( 2 ) is driven by spring force in a starting position lying between the end positions, - with a holding device ( 11 ), with whose help the anchor ( 2 ) is fixable in its end positions by means of electromagnetic forces, characterized in that - an even number of at least four pole elements ( 7 ), that - each pole element ( 7 ) a separate electromagnetic coil ( 12 ), - that the holding device ( 11 ) to set the Anchor ( 2 ) in its end positions, the coils ( 12 ) so energized that the pole faces ( 8th . 9 ) of adjacent pole elements ( 7 ) are polarized in opposite directions.

Actuator according to claim 1, characterized in that in each end position, a magnetic circuit is formed, each of the pole element ( 7 ) over anchor ( 2 ) with the adjacent pole elements ( 7 ) connects.

Actuator according to claim 1 or 2, characterized in that the holding device ( 11 ) in both end positions of the anchor ( 2 ) the spools ( 12 ) for fixing the anchor ( 2 ) energized with constant polarity.

Actuator according to one of claims 1 to 3, characterized in that - the armature ( 2 ) between its end positions about a rotation axis ( 4 ) is mounted rotatably adjustable, and / or - that the pole elements ( 7 ) with respect to the axis of rotation ( 4 ) are distributed circumferentially, and / or - that the pole elements ( 7 ) with respect to the axis of rotation ( 4 ) are radially aligned.

Actuator according to one of claims 1 to 4, characterized in that exactly four pole elements ( 7 ) and exactly four coils ( 12 ) are provided.

Actuator according to one of claims 1 to 5, characterized in that - the pole elements ( 7 ) are asymmetrically arranged or configured such that the armature resting in its initial position ( 2 ) when energizing the coils ( 12 ) in the direction of the one end position is tightened more than in the opposite direction, and / or - that the anchor ( 2 ) is designed asymmetrically, so that the resting in its initial position anchor ( 2 ) when energizing the coils ( 12 ) is tightened in the direction of the one end position stronger than in the opposite direction, and / or - that the starting position is arranged asymmetrically between the end positions, so that the resting in its initial position anchor ( 2 ) when energizing the coils ( 12 ) in the direction of the one end position is tightened more than in the opposite direction.

Actuator according to one of claims 1 to 6, characterized in that each pole element ( 7 ) two pole faces ( 8th . 9 ), each one of the end positions of the armature ( 2 ) assigned.

Actuator according to one of claims 1 to 7, characterized in that - all the pole elements ( 7 ) at a common yoke body ( 14 ) are formed, and / or - that the yoke body ( 14 ) with respect to an axis of rotation of the armature ( 2 ) is rotationally symmetrical, and / or - that the yoke body ( 14 ) is composed of several layers of a soft magnetic sheet or composite material.

Actuator according to one of claims 1 to 8, characterized in that - the armature ( 2 ) in an anchor space ( 16 ), - that each coil ( 12 ) in an anchor space ( 16 ) open coil space ( 17 ) - that the coils ( 12 ) and the anchor space ( 16 ) are coordinated so that the coils ( 12 ) in a finished wound state with missing anchor ( 2 ) in the anchor space ( 16 ) and from this into the respective coil space ( 17 ) are insertable.

Actuator according to one of claims 1 to 9, characterized in that - the armature ( 2 ) for each pole element ( 7 ) a wing ( 18 ), which with respect to a rotation axis ( 4 ) of the anchor ( 2 ) projects radially, and / or - that each wing ( 18 ) two anchor surfaces ( 5 . 6 ), each one of the end positions of the armature ( 2 ), and / or - that the wings ( 18 ) with respect to the axis of rotation ( 4 ) are distributed circumferentially.