DE102006006877A1

DE102006006877A1 - Magnetische Antriebsvorrichtung

Info

Publication number: DE102006006877A1
Application number: DE200610006877
Authority: DE
Inventors: Horst Jahn
Original assignee: INDEAS EINGABE und ANTRIEBS SY; INDEAS EINGABE- und ANTRIEBS-SYSTEME GmbH
Current assignee: INDEAS EINGABE und ANTRIEBS SY; INDEAS EINGABE- und ANTRIEBS-SYSTEME GmbH
Priority date: 2006-02-15
Filing date: 2006-02-15
Publication date: 2007-08-23

Abstract

Die Erfindung betrifft eine magnetische Antriebsvorrichtung zum Erzeugen einer oszillierenden mechanischen Bewegung und/oder zum Einstellen einer Position. Die magnetische Antriebsvorrichtung umfasst ein Verschiebeelement (10), das entlang einer vorbestimmten Achse (12) zwischen zwei Umkehrpunkten an einem stationären Bereich (30) verschiebbar gelagert ist und wenigstens ein ferromagnetisches Leitelement (16) aufweist. Weiterhin umfasst die magnetische Antriebsvorrichtung wenigstens eine Spule (32), die am stationären Bereich (30) angebracht und mit einem Wechselstrom oder Gleichstrom beaufschlagbar ist, so dass das resultierende magnetische Wechselfeld eine oszillierende mechanische Bewegung bzw. das resultierende magnetische Gleichfeld das Einstellen einer Position des Verschiebeelements (10) bewirkt. Außerdem umfasst die magnetische Antriebsvorrichtung wenigstens zwei bewegbare Permanentmagnetelemente (22, 24), die am Verschiebeelement (10) angebracht sind, und wenigstens zwei stationäre Permanentmagnetelemente (36, 38), die im stationären Bereich (30) angebracht sind. Die bewegbaren Permanentmagnetelemente (22, 24) und die stationären Permanentmagnetelemente (36, 38) sind derart angeordnet, dass durch deren Wechselwirkung das Verschiebeelement (10) in einer vorbestimmten Ruheposition zwischen den Umkehrpunkten gehalten wird. Alternativ zu den stationären Permanentmagnetelementen (36, 38) kann ein Mantel (34) aus einem ferromagnetischen Material vorgesehen sein.

Description

Die Erfindung betrifft eine magnetische Antriebsvorrichtung zum Erzeugen einer oszillierenden mechanischen Bewegung. Außerdem betrifft die Erfindung eine magnetische Antriebsvorrichtung zum Einstellen einer Position.
Für zahlreiche Anwendungen werden magnetische Antriebsvorrichtungen verwendet. Dabei wird elektrische Energie in mechanische Energie umgewandelt, indem durch elektrischen Strom ein Magnetfeld erzeugt wird, das eine Bewegung eines Verschiebeelements aus einem magnetischen Material bewirkt. Eine entgegengerichtete Bewegung des Verschiebeelements kann ebenfalls durch ein Magnetfeld und/oder durch eine äußere mechanische Kraft bewirkt werden.
Auch oszillierende mechanische Bewegungen können von magnetischen Antriebsvorrichtungen erzeugt werden. Dazu wird beispielsweise das Verschiebeelement einem magnetischen Wechselfeld ausgesetzt, das von einer Spule erzeugt wird. Bei herkömmlichen magnetischen Antriebsvorrichtungen führt das Verschiebeelement eine Hin- und Herbewegung entlang einer Achse zwischen zwei Umkehrpunkten durch. Üblicherweise wird die Bewegungsstrecke des Verschiebeelements durch mechanische Mittel begrenzt, die sich bei den Umkehrpunkten befinden. Durch das Anschlagen des Verschiebeelements an den Begrenzungsmitteln entstehen unerwünschte Geräusche. Außerdem entstehen durch das Aufschlagen des Verschiebeelementes sehr hohe mechanische Belastungen, die zu einem relativ hohen Energieverlust und zu einem schnellen Verschleiß der Vorrichtung führen.

Es liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine magnetische Antriebsvorrichtung zum Erzeugen einer oszillierenden mechanischen Bewegung und/oder zum Einstellen einer Position bereit zu stellen, bei der die Reibung, die Abnutzung und die Geräuschentwicklung reduziert sind.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich dem Erzeugen einer oszillierenden mechanischen Bewegung durch den Gegenstand gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst.

Erfindungsgemäß ist eine magnetische Antriebsvorrichtung zum Erzeugen einer oszillierenden mechanischen Bewegung vorgesehen, die Folgendes umfasst:

– ein Verschiebeelement, das entlang einer vorbestimmten Achse zwischen zwei Umkehrpunkten an einem stationären Bereich verschiebbar gelagert ist und wenigstens ein Leitelement aus einem magnetischen Material aufweist,
– wenigstens eine Spule, die im stationären Bereich angebracht und mit einem Wechselstrom beaufschlagt oder beaufschlagbar ist, so dass das resultierende magnetische Wechselfeld eine oszillierende mechanische Bewegung des Verschiebeelements entlang der vorbestimmten Achse zwischen den beiden Umkehrpunkten bewirkt,
– wenigstens zwei bewegbare Permanentmagnetelemente, die am Verschiebeelement angebracht sind, und
– wenigstens zwei stationäre Permanentmagnetelemente, die im stationären Bereich angebracht sind, wobei
– die bewegbaren Permanentmagnetelemente und die stationären Permanentmagnetelemente derart angeordnet sind, dass durch deren Wechselwirkung das Verschiebeelement in einer vorbestimmten Ruheposition zwischen den Umkehrpunkten gehalten wird.

Der Kern der Erfindung liegt darin, dass einerseits die Permanentmagnetelemente das Verschiebeelement stets in die Ruheposition ziehen bzw. dort halten, und dass andererseits das Wechselfeld der Spule die oszillierende Bewegung des Verschiebeelements um die Ruheposition herum bewirkt. Durch das Wechselfeld wird das Verschiebeelement von der Ruheposition in die Richtung des einen Umkehrpunkts beschleunigt, wobei die Rückstellkraft der Permanentmagnetelemente verzögernd wirkt. Nach dem Umpolen des Wechselstroms ändert sich die Bewegungsrichtung des Verschiebeelements. Vom Umkehrpunkt zur Ruheposition wird die Rückstellkraft sowohl durch die Permanentmagnetelemente als auch durch das Magnetfeld der Spule bewirkt. Nach dem Überschreiten der Ruheposition und bis zum Erreichen des anderen Umkehrpunktes hat das Magnetfeld der Spule eine beschleunigende und das der Permanentmagnetelemente eine verzögernde Wirkung auf das Verschiebeelement.

Somit wird ein mechanisches Anschlagen des Verschiebeelementes an dem stationären Bereich verhindert und es sind keine mechanischen Anschlagmittel erforderlich. Daher ist die Vorrichtung besonders geräuscharm. Das Verschiebeelement ist lediglich verschiebbar am stationären Bereich gelagert. Weitere mechanische Kopplungen zwischen dem Verschiebeelement und dem stationären Bereich sind nicht erforderlich und auch nicht vorgesehen, so dass die Geräuschentwicklung und der Verschleiß gering sind.

Bei der bevorzugten Ausführungsform ist die Amplitude des Wechselstroms derart bemessen, dass ein entsprechender Gleichstrom eine stabile Position des Verschiebeelements an dem jeweiligen Umkehrpunkt bewirken würde. Auf diese Weise lässt sich der Umkehrpunkt und der Hub des Verschiebeelements einstellen.

Alternativ ist die Amplitude des Wechselstroms derart bemessen, dass ein entsprechender Gleichstrom eine stabile Position des Verschiebeelements zwischen der Ruheposition und dem jeweiligen Umkehrpunkt in einem vorbestimmten Abstand von dem Umkehrpunkt bewirken würde. Dadurch wird die Trägheit des Verschiebeelements berücksichtigt und es wird verhindert, dass sich das Verschiebeelement über die vorgesehenen Umkehrpunkte hinaus bewegt.

Hinsichtlich der Versorgungsenergie ist vorgesehen, dass der Verlauf als Wechselspannung oder Wechselstrom an der Spule rechteckförmig, sinusförmig oder dreieckförmig ausgebildet ist. Diese Wechselerregung kann mit relativ einfachen Mitteln erzeugt und bereit gestellt werden.

Schließlich ist die Spule für eine Wechselerregung bis 200 Hz, vorzugsweise bis 120 Hz vorgesehen. Damit lassen sich die entsprechenden mechanischen Oszillationen erzeugen, die für zahlreiche nachgeschaltete Vorrichtungen verwendet werden können.

Weiterhin wird die Aufgabe hinsichtlich dem Einstellen einer Position durch den Gegenstand gemäß dem Patentanspruch 6 gelöst.

Erfindungsgemäß ist eine magnetische Antriebsvorrichtung zum Einstellen einer Position vorgesehen, die Folgendes umfasst:

– ein Verschiebeelement, das entlang einer vorbestimmten Achse zwischen zwei Endpunkten an einem stationären Bereich verschiebbar gelagert ist und wenigstens ein ferromagnetisches Leitelement aufweist,
– wenigstens eine Spule, die im stationären Bereich angebracht und mit einem Gleichstrom beaufschlagbar ist, so dass das resultierende magnetische Feld das Einstellen der Position des Verschiebeelements auf der vorbestimmten Achse zwischen den beiden Endpunkten bewirkt,
– wenigstens zwei bewegbare Permanentmagnetelemente, die am Verschiebeelement angebracht sind, und
– wenigstens zwei stationäre Permanentmagnetelemente, die im stationären Bereich angebracht sind, wobei
– die bewegbaren Permanentmagnetelemente und die stationären Permanentmagnetelemente derart angeordnet sind, dass durch deren Wechselwirkung das Verschiebeelement in einer vorbestimmten Ruheposition zwischen den Endpunkten gehalten wird.

Die magnetische Antriebsvorrichtung zum Einstellen einer Position ist in konstruktiver Hinsicht mit der oben beschriebenen magnetischen Antriebsvorrichtung zum Erzeugen der oszillierenden mechanischen Bewegung identisch. Die beiden Vorrichtungen unterscheiden sich lediglich durch den Strom. Bei der magnetischen Antriebsvorrichtung zum Einstellen der Positionen wird die Spule mit einem Gleichstrom beaufschlagt. Entsprechend der Stromstärke ist die Position des Verschiebeelements einstellbar. Je höher die Stromstärke ist, umso größer ist der Abstand zwischen der Ruheposition und der eingestellten Position. Von der Polung des Stromes hängt es ab, auf welcher Seite der Ruheposition das Verschiebeelement positioniert wird. Ohne Strom befindet sich das Verschiebeelement in der Ruheposition. Im Prinzip können beliebig viele weitere Positionen des Verschiebeelements zwischen den beiden Endpunkten eingestellt werden. Beispielsweise kann der Spule eine steuerbare Stromquelle vorgeschaltet sein. Dabei können verschiedene Stromstärken voreingestellt werden, die jeweils einer Position zugeordnet sind.

Vorzugsweise sind benachbarte bewegbare und stationäre Permanentmagnetelemente derart angeordnet, dass deren gleichnamige magnetische Pole einander zugewandt sind. Dadurch stoßen sich die benachbarten bewegbaren und stationären Permanentmagnetelemente gegenseitig ab. Da wenigstens zwei Paare mit jeweils einem bewegbaren und einem stationären Permanentmagnetelement vorgesehen sind, befindet sich das Verschiebeelement in der Ruheposition in einem Schwebezustand. Auf diese Weise kann auch die Ruheposition der magnetischen Antriebsvorrichtung an die Ausgangsposition oder Mittelstellung einer anzutreibenden Vorrichtung angepasst werden.

Insbesondere sind die magnetischen Pole der bewegbaren Permanentmagnetelemente axial bezüglich der Achse ausgerichtet. Dadurch wird die Kraft auf das Verschiebeelement maximiert.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die magnetischen Pole der stationären Permanentmagnetelemente axial bezüglich der Achse ausgerichtet sind. Auch dies trägt zu optimalen Kräften auf das Verschiebeelement bei. Außerdem wird dadurch eine schmale Bauweise senkrecht zur Achse ermöglicht.

Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass die magnetischen Pole der stationären Permanentmagnetelemente radial bezüglich der Achse ausgerichtet sind. Dadurch wird selbst bei einer Übersteuerung der Antriebsvorrichtung ein mechanisches Anschlagen verhindert. Weiterhin ermöglicht dies eine besonders flache Bauweise der Vorrichtung.

Bei der bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Wickelebene der Spule sich senkrecht zur Achse erstreckt. Dadurch verlaufen die magnetischen Feldlinien der Spule im wesentlichen parallel zur Achse, so dass ein optimaler Wirkungsgrad erreicht wird.

Vorzugsweise umschließt die Spule das ferromagnetische Leitelement. Dies trägt zu einem idealen Verlauf der magnetischen Feldlinien bei.

Insbesondere ist vorgesehen, dass der stationäre Bereich einen Mantel aus einem magnetischen Material aufweist, der die Spule bis auf einen Luftspalt umschließt, wobei sich der Luftspalt in Umfangsrichtung an der Innenseite der Spule erstreckt. Auch dies trägt zu dem gewünschten Verlauf der magnetischen Feldlinien bei.

Weiterhin ist das ferromagnetische Leitelement rotationssymmetrisch bezüglich der Achse ausgebildet. Das rotationssymmetrische Leitelement ist einfach und kostengünstig herstellbar.

Bei der bevorzugten Ausführungsform ist das ferromagnetische Leitelement als Lochscheibe, Ring oder Zylindermantel ausgebildet. Dies trägt zu der gewünschten Konzentration der magnetischen Feldlinien bei.

Insbesondere weist das ferromagnetische Leitelement am äußeren Rand eine Verbreiterung auf. Dadurch wird die Dichte der Feldlinien im ferromagnetischen Leitelement erhöht.

Weiterhin ist die Verbreiterung von dem Luftspalt und der Innenseite des Mantels geringfügig beabstandet. Auch dies trägt zum gewünschten Verlauf der magnetischen Feldlinien bei.

Vorzugsweise ist die Außenseite der Verbreiterung zumindest abschnittsweise komplementär zur Innenseite des Mantels ausgebildet. Auch dies bewirkt, dass der wesentliche Teil des magnetischen Feldes im Mantel und im ferromagnetischen Leitelement aufgebaut wird.

Insbesondere kann der äußere Randbereich mit der Verbreiterung einen pilzförmigen oder T-förmigen Querschnitt aufweisen.

Schließlich ist vorgesehen, dass die Ausdehnung der dem Mantel zugewandten Seite des ferromagnetischen Leitelements entlang der Achse mindestens so groß ist wie die Summe der Breite des Luftspalts und dem gesamten Hub des Verschiebeelements. Dadurch wird der erforderliche Verlauf der magnetischen Feldlinien erhalten, der die gewünschte Wechselwirkung zwischen der Spule und dem Verschiebeelement ermöglicht.

Alternativ wird die Aufgabe hinsichtlich dem Erzeugen einer oszillierenden Bewegung auch durch den Gegenstand gemäß dem Patentanspruch 20 gelöst.

– ein Verschiebeelement, das entlang einer vorbestimmten Achse zwischen zwei Umkehrpunkten an einem stationären Bereich verschiebbar gelagert ist und wenigstens ein ferromagnetisches Leitelement aufweist,
– wenigstens eine Spule, die im stationären Bereich angebracht und mit einem Wechselstrom beaufschlagt oder beaufschlagbar ist, so dass das resultierende magnetische Wechselfeld eine oszillierende mechanische Bewegung des Verschiebeelements entlang der vorbestimmten Achse zwischen den beiden Umkehrpunkten bewirkt,
– wenigstens zwei bewegbare Permanentmagnetelemente, die am Verschiebeelement angebracht sind, und
– einen Mantel aus einem ferromagnetischen Material, der im stationären Bereich angebracht ist und die Spule umschließt bis auf einen Luftspalt, der sich in Umfangsrichtung an der Innenseite der Spule erstreckt, wobei
– die bewegbaren Permanentmagnetelemente, der Mantel und das ferromagnetische Leitelement derart angeordnet sind, dass durch deren Wechselwirkung das Verschiebeelement in einer vorbestimmten Ruheposition zwischen den Umkehrpunkten gehalten wird.

Bei der alternativen Ausführungsform der Erfindung wird das Verschiebeelement durch die Wechselwirkung zwischen den bewegbaren Permanentmagnetelementen, dem Mantel und dem ferromagnetischen Leitelement in einer vorbestimmten Ruheposition gehalten. Bei der alternativen Ausführungsform der Erfindung sind keine stationären Permanentmagnetelemente erforderlich. Aufgrund der geometrischen Anordnung des Mantels und des ferromagnetischen Leitelements wird das Magnetfeld der bewegbaren Permanentmagnetelemente so deformiert, dass das Verschiebeelement durch die bewegbaren Permanentmagnetelemente zur Ruheposition hingezogen wird.

Auch bei dieser Ausführungsform kann die Amplitude des Wechselstroms derart bemessen sein, dass ein entsprechender Gleichstrom eine stabile Position des Verschiebeelements an dem jeweiligen Umkehrpunkt bewirken würde. Auf diese Weise lässt sich der Umkehrpunkt und der Hub des Verschiebeelements einstellen.

Alternativ kann die Amplitude des Wechselstroms derart bemessen sein, dass ein entsprechender Gleichstrom eine stabile Position des Verschiebeelements zwischen der Ruheposition und dem jeweiligen Umkehrpunkt in einem vorbestimmten Abstand von dem Umkehrpunkt bewirken würde. Dadurch wird die Trägheit des Verschiebeelements berücksichtigt und es wird verhindert, dass sich das Verschiebeelement über die vorgesehenen Umkehrpunkte hinaus bewegt.

Schließlich wird die Aufgabe hinsichtlich dem Einstellen einer Position auch durch den Gegenstand gemäß dem Patentanspruch 25 gelöst.

– ein Verschiebeelement, das entlang einer vorbestimmten Achse zwischen zwei Endpunkten an einem stationären Bereich verschiebbar gelagert ist und wenigstens ein ferromagnetisches Leitelement aufweist,
– wenigstens eine Spule, die im stationären Bereich angebracht und mit einem Gleichstrom beaufschlagbar ist, so dass das resultierende mag netische Feld das Einstellen einer Position des Verschiebeelements auf der vorbestimmten Achse zwischen den beiden Endpunkten bewirkt,
– wenigstens zwei bewegbare Permanentmagnetelemente, die am Verschiebeelement angebracht sind, und
– einen Mantel aus einem ferromagnetischen Material, der im stationären Bereich angebracht ist und die Spule umschließt bis auf einen Luftspalt, der sich in Umfangsrichtung an der Innenseite der Spule erstreckt, wobei
– die bewegbaren Permanentmagnetelemente, der Mantel und das ferromagnetische Leitelement derart angeordnet sind, dass durch deren Wechselwirkung das Verschiebeelement in einer vorbestimmten Ruheposition zwischen den Endpunkten gehalten wird.

Auch diese magnetische Antriebsvorrichtung zum Einstellen einer Position ist in konstruktiver Hinsicht mit der zuvor beschriebenen magnetischen Antriebsvorrichtung zum Erzeugen der oszillierenden mechanischen Bewegung identisch. Diese beiden Vorrichtungen unterscheiden sich lediglich durch den Strom. Bei der magnetischen Antriebsvorrichtung zum Einstellen der Positionen wird die Spule mit einem Gleichstrom beaufschlagt. Die Position des Verschiebeelements ist entsprechend der Stromstärke einstellbar. Je höher die Stromstärke, umso größer ist der Abstand zwischen der Ruheposition und der eingestellten Position. Von der Polung des Stromes hängt es ab, auf welcher Seite der Ruheposition das Verschiebeelement positioniert wird. Ohne Strom befindet sich das Verschiebeelement in der Ruheposition.

Auch bei dieser Ausführungsform können beliebig viele weitere Positionen des Verschiebeelements zwischen den beiden Endpunkten eingestellt werden. Beispielsweise kann der Spule eine steuerbare Stromquelle vorgeschaltet sein. Dabei können verschiedene Stromstärken voreingestellt werden, die jeweils einer Position zugeordnet sind.

Vorzugsweise sind benachbarte bewegbare Permanentmagnetelemente derart angeordnet, dass deren gleichnamige magnetische Pole einander zugewandt sind. Auf diese Weise kann eine stabile Ruheposition der magnetischen Antriebsvorrichtung eingestellt werden.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die magnetischen Pole der bewegbaren Permanentmagnetelemente axial bezüglich der Achse ausgerichtet sind. Auch dies trägt zu optimalen Kräften auf das Verschiebeelement bei. Außerdem wird dadurch eine schmale Bauweise senkrecht zur Achse ermöglicht.

Bei der bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die Wickelebene der Spule senkrecht zur Achse. Dadurch verlaufen die magnetischen Feldlinien der Spule im wesentlichen parallel zur Achse, so dass ein optimaler Wirkungsgrad erreicht wird.

Vorzugsweise umschließt die Spule das ferromagnetische Leitelement. Auch dies trägt zu einem idealen Verlauf der magnetischen Feldlinien bei.

Bei der bevorzugten Ausführungsform ist das ferromagnetische Leitelement als Zylindermantel ausgebildet. Dies trägt zum gewünschten Verlauf der magnetischen Feldlinien bei.

Vorzugsweise ist das ferromagnetische Leitelement von dem Mantel geringfügig beabstandet. Dies trägt zur gewünschten Konzentration der magnetischen Feldlinien bei.

Schließlich ist vorgesehen, dass die Ausdehnung der dem Mantel zugewandten Seite des ferromagnetischen Leitelements entlang der Achse mindestens so groß ist wie die Breite des Luftspalts. Dadurch wird ein Verlauf der magnetischen Feldlinien gewährleistet, der dazu beiträgt, dass die bewegbaren Permanentmagnetelemente zur Ruheposition hingezogen werden.

Bei der bevorzugten Ausführungsform weist der stationäre Bereich ein oder mehrere Führungsmittel auf, durch die das Verschiebeelement verschiebbar gelagert ist. Beispielsweise weist der stationäre Bereich zwei Führungsbuchsen auf, in denen das Verschiebeelement verschiebbar gelagert ist. Dies ermöglicht einen geringen Reibungswiderstand des Verschiebeelements.

Weiterhin kann das Verschiebeelement wenigstens einen Stößel aufweisen, der in den Führungsbuchsen verschiebbar gelagert ist. Auch dies trägt zu einem geringen konstruktiven Aufwand bei.

Weitere Merkmale, Vorteile und besondere Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Nachstehend werden bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen magnetischen Antriebsvorrichtung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen magnetischen Antriebsvorrichtung,
2 eine schematische Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen magnetischen Antriebsvorrichtung, und
3 eine schematische Schnittansicht einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen magnetischen Antriebsvorrichtung.
Eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen magnetischen Antriebsvorrichtung ist als schematische Schnittansicht in 1 dargestellt. Die bevorzugte Ausführungsform der magnetischen Antriebsvorrichtung umfasst ein Verschiebeelement 10 und einen stationären Bereich 30.
Das Verschiebeelement 10 ist entlang einer vorbestimmten Achse 12 relativ zum stationären Bereich 30 verschiebbar. Das Verschiebeelement 10 ist bezüglich der Achse 12 rotationssymmetrisch ausgebildet. Das Verschiebeelement 10 umfasst einen langgestreckten Stößel 14, der sich entlang der Achse 12 erstreckt. Der Stößel 14 ist im wesentlichen zylinderförmig ausgebildet. Das Verschiebeelement 10 umfasst weiterhin einen ferromagnetischen Leitring 16, der in etwa als Lochscheibe ausgebildet ist und den Stößel 14 umschließt. Der ferromagnetische Leitring 16 ist mittels einer Klemmhülse 18 an dem Stößel 14 angebracht. Der äußere Randbereich des ferromagnetischen Leitringes 16 weist eine Verbreiterung 20 mit einem pilzförmigen Querschnitt auf. An den beiden Seiten des ferromagnetischen Leitrings 16 ist jeweils ein erstes bewegbares Permanentmagnetelement 22 und ein zweites bewegbares Permanentmagnetelement 24 angebracht. Die beiden bewegbaren Permanentmagnetelemente 22 und 24 sind ringförmig ausgebildet. Die magnetischen Südpole S der beiden bewegbaren Permanentmagnetelemente 22 und 24 sind einander zugewandt. Außerdem sind die magnetischen Südpole S der bewegbaren Permanentmagnetelemente 22 und 24 dem ferromagnetischen Leitring 16 zugewandt. Somit sind der magnetische Nordpol N und Südpol S in Axialrichtung ausgerichtet. Alle vorgenannten Teile des Verschiebeelements 10 sind bei dieser konkreten Ausführungsform bezüglich der Achse 12 rotationssymmetrisch ausgebildet.
Der stationäre Bereich 30 umfasst eine Spule 32, die das Verschiebeelement 10 umschließt. Die Wickelebene der Spule 32 erstreckt sich senkrecht zur Zeichnungsebene. Die Spule 32 ist bezüglich der Achse 12 rotationssymmetrisch ausgebildet. Weiterhin umfasst der stationäre Bereich 30 einen Mantel 34, der die Spule 32 bis auf einen Luftspalt 28 umschließt. Der Luftspalt 28 verläuft in Umfangsrichtung innerhalb der Spule 32 und umschließt den ferromagnetischen Leitring 16. Der Mantel 34 ist ebenfalls bezüglich der Achse 12 rotationssymmetrisch ausgebildet.
In Axialrichtung ist an beiden Seiten des Mantels 34 jeweils ein erster Deckel 40 und ein zweiter Deckel 42 angeordnet. Die Deckel 40 und 42 sind als runde Lochscheiben ausgebildet. Im Durchgangsloch des ersten Deckels 40 ist eine erste Führungsbuchse 44 angebracht. Im Durchgangsloch des zweiten Deckels 42 ist eine zweite Führungsbuchse 46 angebracht. Innerhalb der Führungsbuchsen 44 und 46 ist der Stößel 14 des Verschiebeelements 10 entlang der Achse 12 verschiebbar gelagert.
Am ersten Deckel 40 ist an dessen Innenseite ein erstes stationäres Permanentmagnetelement 36 angebracht. Ebenso ist am zweiten Deckel 42 an dessen Innenseite ein zweites stationäres Permanentmagnetelement 38 angebracht. Die stationären Permanentmagnetelemente 3G und 38 sind als Kreisringe ausgebildet. Der magnetische Südpol S der stationären Permanentmagnetelemente 36 und 38 ist jeweils dem Deckel 40 bzw. 42 zugewandt. Der magnetische Nordpol N der stationären Permanentmagnetelemente 36 und 38 ist jeweils dem magnetischen Nordpol N der bewegbaren Permanentmagnetelemente 22 bzw. 24 zugewandt. Somit stoßen sich das stationäre und bewegbare Permanentmagnetelement 36 bzw. 22 gegenseitig ab. Ebenso stoßen sich das stationäre und bewegbare Permanentmagnetelement 38 bzw. 24 gegenseitig ab.
Durch die Wechselwirkung zwischen den bewegbaren Permanentmagnetelementen 22 und 24 und den stationären Permanentmagnetelementen 36 und 38 wird das Verschiebeelement 10 in einer vorbestimmten Ruheposition gehalten. In dieser konkreten Ausführungsform befindet sich die Ruheposition im Symmetriezentrum der Vorrichtung. Wird das Verschiebeelement 10 aufgrund äußerer Einwirkung entlang der Achse 12 verschoben und fließt kein Strom durch die Spule 32, wirkt aufgrund der bewegbaren und stationären Permanentmagnetelemente 22 und 24 bzw. 36 und 38 eine Rückstellkraft auf das Verschiebeelement 10. Die Rückstellkraft ist im Allgemeinen nicht linear bezüglich der Verschiebung oder Auslenkung des Verschiebeelements 10.
Wird die Spule 32 mit einer Wechselerregung beaufschlagt, entsteht ein magnetisches Wechselfeld, das eine oszillierende Bewegung des Verschiebeelements 10 entlang der Achse 12 bewirkt. Der Verlauf der Wechselerregung kann beispielsweise rechteck-, sinus- oder dreieckförmig ausgebildet sein. Für die Wechselerregung ist vorzugsweise eine Frequenz bis 120 Hz vorgesehen.
Die Permanentmagnetelemente 22, 24, 36, 38 und der ferromagnetische Leitring 16 bewirken, dass das Verschiebeelement 10 in der Ruheposition im Zentrum des stationären Bereiches 30 gehalten wird oder in die der Ruheposition gebracht wird. Außerhalb der Ruheposition wirkt aufgrund der Permanentmagnetelemente 22, 24, 36 und 38 sowie des ferromagnetischen Leitringes 16 die Rückstellkraft auf das Verschiebeelement 10 in Richtung der Ruheposition.
Die resultierenden Kräfte aufgrund der Magnetfelder der Permanentmagnetelemente 22, 24, 36, 38 sowie des ferromagnetischen Leitringes 16 und der Spule 32 auf das Verschiebeelement 10 bewirken, dass das Verschiebeelement 10 um die Ruheposition herum entlang der Achse 12 hin und her bewegt wird, ohne dabei am stationären Bereich 30 anzustoßen. Somit gleitet das Verschiebeelement 10 mit dem Stößel 14 in den Führungsbuchsen 44 und 46 hin und her. Zusätzliche Berührungen zwischen dem Verschiebeelement 10 und dem stationären Bereich 30 treten nicht auf. Dies hat eine besonders geräuscharme Hin- und Herbewegung des Verschiebeelements 10 zur Folge. Damit lässt sich ein Antriebsmechanismus für eine oszillierende, mechanische Bewegung bereitstellen, der besonders leise ist. Der Antriebsmechanismus kann beispielsweise für eine Membranpumpe, einen Rütteltisch oder andere Schwingvorrichtungen vorgesehen sein.
Die Amplitude des Wechselstroms ist vorzugsweise so dimensioniert, dass ein Gleichstrom mit entsprechender Stromstärke eine stabile Position des Verschiebeelements 10 an dem einen Umkehrpunkt und bei umgekehrter Polung an dem anderen Umkehrpunkt bewirken würde. Die Position des Verschiebeelements 10 ist eine nichtlineare Funktion des Gleichstroms durch die Spule 32. Gegebenenfalls muss die Trägheit des Verschiebeele ments berücksichtigt werden, wodurch die Amplitude des Wechselstroms gegenüber dem Gleichstrom entsprechend reduziert ist.
Die Ausführungsform gemäß 1 kann auch als magnetische Antriebsvorrichtung zum Einstellen einer Position verwendet werden. Dabei wird die Spule mit einem Gleichstrom beaufschlagt. Die Position des Verschiebeelements ist entsprechend der Stromstärke einstellbar. Je höher die Stromstärke, umso größer ist der Abstand zwischen der Ruheposition und der eingestellten Position. Von der Polung des Stromes hängt es ab, auf welcher Seite der Ruheposition das Verschiebeelement positioniert wird. Ohne Strom befindet sich das Verschiebeelement in der Ruheposition. Es können beliebig viele weitere Positionen des Verschiebeelements eingestellt werden. Beispielsweise kann der Spule eine steuerbare Stromquelle vorgeschaltet sein. Dabei können verschiedene Stromstärken voreingestellt werden, die jeweils einer Position zugeordnet sind.
2 zeigt eine schematische Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen magnetischen Antriebsvorrichtung. Gleiche oder vergleichbare Bauteile haben auch die gleichen Bezugszeichen wie in 1.
Das Verschiebeelement 10 ist entlang der Achse 12 relativ zum stationären Bereich 30 verschiebbar und bezüglich der Achse 12 rotationssymmetrisch ausgebildet. Das Verschiebeelement 10 umfasst den langgestreckten zylinderförmigen Stößel 14, der sich entlang der Achse 12 erstreckt, und den ferromagnetischen Leitring 16, der in etwa als Lochscheibe ausgebildet ist und den Stößel 14 umschließt. Der ferromagnetische Leitring 16 ist mittels der Klemmhülse 18 an dem Stößel 14 angebracht. Der äußere Randbereich des ferromagnetischen Leitringes 16 weist die Verbreiterung 20 mit dem pilzförmigen Querschnitt auf. An den beiden Seiten des ferromagnetischen Leitrings 16 sind die bewegbaren Permanentmagnetelemente 22 und 24 angebracht. Die beiden bewegbaren Permanentmagnetelemente 22 und 24 sind ringförmig ausgebildet. Die magnetischen Südpole S der beiden bewegbaren Permanentmagnetelemente 22 und 24 sind einander zugewandt. Das Verschiebeelement 10 in 2 ist somit baugleich mit dem Verschiebeelement 10 in 1.
Der wesentliche Unterschied zwischen der ersten und zweiten Ausführungsform liegt in der Ausgestaltung der beiden stationären Permanentmagnetelemente. Der magnetische Nordpol N und der magnetische Südpol S sind bei den stationären Permanentmagnetelementen 52 und 54 bei der zweiten Ausführungsform in Radialrichtung angeordnet. Dagegen sind bei der ersten Ausführungsform der magnetische Nordpol N und Südpool S der stationären Permanentmagnetelemente 36 und 38 in Axialrichtung angeordnet. Ansonsten ist der stationäre Bereich 30 der zweiten Ausführungsform gemäß 2 ebenso ausgestaltet wie bei der ersten Ausführungsform gemäß 1.
Die zweite Ausführungsform gemäß 2 funktioniert im Prinzip ebenso wie die erste Ausführungsform gemäß 1. Die beiden Ausführungsformen ermöglichen unterschiedliche geometrische Ausgestaltungen. Die erste Ausführungsform gemäß 1 kann senkrecht zur Achse 12 relativ schmal ausgebildet sein. Die zweite Ausführungsform gemäß 2 kann in Richtung der Achse 12 besonders flach ausgebildet sein.
Auch die Ausführungsform gemäß 2 kann als magnetische Antriebsvorrichtung zum Einstellen einer Position verwendet werden. Dabei wird die Spule ebenfalls mit einem Gleichstrom beaufschlagt. Die Position des Verschiebeelements ist entsprechend der Stromstärke einstellbar. Je höher die Stromstärke, umso größer ist der Abstand zwischen der Ruheposition und der eingestellten Position. Von der Polung des Stromes hängt es ab, auf welcher Seite der Ruheposition das Verschiebeelement positioniert wird. Ohne Strom befindet sich das Verschiebeelement in der Ruheposition. Es sind beliebig viele weitere Positionen des Verschiebeelements einstellbar. Beispielsweise wird der Spule eine steuerbare Stromquelle vorgeschaltet, wobei verschiedene Stromstärken vorab eingestellt werden können, die jeweils einer Position zugeordnet sind.
In 3 ist eine schematische Schnittansicht einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen magnetischen Antriebsvorrichtung dargestellt. Gleiche oder vergleichbare Bauteile haben auch die gleichen Bezugszeichen wie in 1 und 2.
Das Verschiebeelement 10 ist entlang der Achse 12 relativ zum stationären Bereich 30 verschiebbar. Bezüglich der Achse 12 ist das Verschiebeelement 10 rotationssymmetrisch ausgebildet. Das Verschiebeelement 10 umfasst den langgestreckten zylinderförmigen Stößel 14, der sich entlang der Achse 12 erstreckt. Weiterhin umfasst das Verschiebeelement 10 einen ferromagnetischen Leitring 16, der als dickwandiger Zylindermantel ausgebildet ist und den Stößel 14 umschließt. Der ferromagnetische Leitring 16 ist mittels der Klemmhülse 18 an dem Stößel 14 angebracht. An den beiden Stirnseiten des ferromagnetischen Leitrings 16 sind die bewegbaren Permanentmagnetelemente 22 und 24 angebracht. Die beiden bewegbaren Permanentmagnetelemente 22 und 24 sind ringförmig ausgebildet. Der ferromagnetische Leitring 16 und die bewegbaren Permanentmagnetelemente 22 und 24 haben den gleichen Außendurchmesser. Dagegen ist der Innendurchmesser der beiden bewegbaren Permanentmagnetelemente 22 und 24 kleiner als der Innendurchmesser des ferromagnetischen Leitrings 16. Die magnetischen Nordpole N der beiden bewegbaren Permanentmagnetelemente 22 und 24 sind einander zugewandt.
Der stationäre Bereich 30 umfasst die Spule 32, die das Verschiebeelement 10 umschließt. Die Wickelebene der Spule 32 erstreckt sich senkrecht zur Zeichnungsebene. Die Spule 32 ist bezüglich der Achse 12 rotationssymmetrisch ausgebildet. Weiterhin umfasst der stationäre Bereich 30 einen Mantel 34, der die Spule 32 bis auf einen Luftspalt 28 umschließt. Der Luftspalt 28 verläuft in Umfangsrichtung innerhalb der Spule 32 und umschließt den ferromagnetischen Leitring 16. Der Mantel 34 ist ebenfalls bezüglich der Achse 12 rotationssymmetrisch ausgebildet. Der Querschnitt des Mantels ist hufeisenförmig ausgebildet.
An einer Stirnseite des Mantels 34 ist der erste Deckel 40 und an der anderen Stirnseite der zweite Deckel 42 angeordnet. Die Deckel 40 und 42 sind als runde Lochscheiben ausgebildet. Im Durchgangsloch des ersten Deckels 40 ist die erste Führungsbuchse 44 angebracht. Im Durchgangsloch des zweiten Deckels 42 ist die zweite Führungsbuchse 46 angebracht. Innerhalb der Führungsbuchsen 44 und 46 ist der Stößel 14 des Verschiebeelements 10 entlang der Achse 12 verschiebbar gelagert.
Die dritte Ausführungsform gemäß 3 unterscheidet sich von der ersten und zweiten Ausführungsform dadurch, dass keine stationären Permanentmagnetelemente vorgesehen sind. Lediglich das Verschiebeelement 10 weist die beiden bewegbaren Permanentmagnetelemente 22 und 24 auf. Durch die Wechselwirkung zwischen den bewegbaren Permanentmagnetelementen 22 und 24 einerseits und dem ferromagnetischen Leitring 16 und dem Mantel 34 andererseits wird das Verschiebeelement 10 in der vorbestimmten Ruheposition gehalten.
Durch die geometrische Ausgestaltung des Mantels 34 und des ferromagnetischen Leitrings 16 wird die Verteilung des Magnetfeldes der bewegbaren Permanentmagnetelemente 22 und 24 derart verändert, dass das Verschiebeelement 10 in der vorbestimmten Ruheposition gehalten wird. Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass die Breite des Luftspaltes 28 kleiner ist als der Abstand zwischen den bewegbaren Permanentmagnetelementen 22 und 24. Auch der geringe Abstand zwischen dem ferromagnetischen Leitring 16 und dem Mantel 34 trägt zu der gewünschten Verteilung des Magnetfeldes bei, so dass das Verschiebeelement 10 in der Ruheposition gehalten wird. Die Länge des ferromagnetischen Leitrings 16 entlang der Achse 12 ist größer als die Breite des Luftspaltes 28. Vorzugsweise ist die Länge des ferromagnetischen Leitrings 16 entlang der Achse 12 mindestens so groß wie die Summe der Breite des Luftspaltes 28 und dem gesamten Hub des Verschiebeelements 10 zwischen den beiden Umkehrpunkten. Der ferromagnetische Leitring 16 und der Mantel 34 bilden einen nahezu geschlossenen ferromagnetischen Kreis um die Spule 32. Dadurch verläuft der wesentliche Teil des Magnetfeldes im ferromagnetischen Leitring 16 und im Mantel 34 sowie in den Zwischenräumen zwischen dem ferromagnetischen Leitring 16 und dem Mantel 34.
Wird das Verschiebeelement 10 aufgrund äußerer Einwirkung entlang der Achse 12 verschoben und fließt kein Strom durch die Spule 32, wirkt aufgrund der bewegbaren Permanentmagnetelemente 22 und 24, des ferromagnetischen Leitrings 16 und des Mantels 34 eine Rückstellkraft auf das Verschiebeelement 10. Die Rückstellkraft ist im Allgemeinen nicht linear bezüglich der Verschiebung oder Auslenkung des Verschiebeelements 10.
Bei der dritten Ausführungsform gemäß 3 ist der konstruktive Aufwand verhältnismäßig gering. Somit ist die dritte Ausführungsform eine besonders kostengünstige Version.
Schließlich kann die Ausführungsform gemäß 3 auch als magnetische Antriebsvorrichtung zum Einstellen einer Position verwendet werden. Die Spule wird dabei ebenfalls mit einem Gleichstrom beaufschlagt. Die Position des Verschiebeelements ist entsprechend der Stromstärke einstellbar. Je höher die Stromstärke, umso größer ist der Abstand zwischen der Ruheposition und der eingestellten Position. Von der Polung des Stromes hängt es ab, auf welcher Seite der Ruheposition das Verschiebeelement positioniert wird. Ohne Strom befindet sich das Verschiebeelement in der Ruheposition. Im Prinzip können beliebig viele weitere Positionen des Verschiebeelements eingestellt werden. Beispielsweise kann der Spule eine steuerbare Stromquelle vorgeschaltet sein. Dabei können verschiedene Stromstärken voreingestellt werden, die jeweils einer Position zugeordnet sind.
Alle drei Ausführungsformen sind vorzugsweise derart dimensioniert, dass bei einem konstanten Gleichstrom durch die Spule 32 eine stabile Position des Verschiebeelements 10 einstellbar ist. Damit lässt sich eine neue Ruheposition einstellen, die von der Ruheposition im stromlosen Zustand abweicht. Fließt beispielsweise durch die Spule 32 ein Gleichstrom mit einem Wechselstromanteil, so lässt sich eine oszillierende mechanische Bewegung des Verschiebeelements 10 um die stabile Position erzeugen. Durch den Gleichstromanteil kann die Ruheposition verschoben werden.
Außerdem können mit dem Gleichstrom durch die Spule 32 beliebige stationäre Positionen des Verschiebeelements 10 zwischen den Umkehrpunkten eingestellt werden, wobei die gewünschte Position von der Stromstärke abhängig ist. Somit ist die magnetische Antriebsvorrichtung auch zum Einstellen einer statischen Position geeignet.

10: Verschiebeelement
12: Achse
14: Stößel
16: ferromagnetischer Leitring
18: Klemmhülse
20: Verbreiterung
22: erstes bewegbares Permanentmagnetelement
24: zweites bewegbares Permanentmagnetelement
28: Luftspalt
30: stationärer Bereich
32: Spule
34: Mantel
36: erstes stationäres Permanentmagnetelement
38: zweites stationäres Permanentmagnetelement
40: erster Deckel
42: zweiter Deckel
44: erste Führungsbuchse
46: zweite Führungsbuchse
52: erstes stationäres Permanentmagnetelement
54: zweites stationäres Permanentmagnetelement
N: magnetischer Nordpol
S: magnetischer Südpol

Claims

Magnetische Antriebsvorrichtung zum Erzeugen einer oszillierenden mechanischen Bewegung, die Folgendes umfasst: – ein Verschiebeelement (10), das entlang einer vorbestimmten Achse (12) zwischen zwei Umkehrpunkten an einem stationären Bereich (30) verschiebbar gelagert ist und wenigstens ein ferromagnetisches Leitelement (16) aufweist, – wenigstens eine Spule (32), die im stationären Bereich (30) angebracht und mit einem Wechselstrom beaufschlagt oder beaufschlagbar ist, so dass das resultierende magnetische Wechselfeld eine oszillierende mechanische Bewegung des Verschiebeelements (10) entlang der vorbestimmten Achse (12) zwischen den beiden Umkehrpunkten bewirkt, – wenigstens zwei bewegbare Permanentmagnetelemente (22, 24), die am Verschiebeelement (10) angebracht sind, und – wenigstens zwei stationäre Permanentmagnetelemente (36, 38; 52, 54), die im stationären Bereich (30) angebracht sind, wobei – die bewegbaren Permanentmagnetelemente (22, 24) und die stationären Permanentmagnetelemente (36, 38; 52, 54) derart angeordnet sind, dass durch deren Wechselwirkung das Verschiebeelement (10) in einer vorbestimmten Ruheposition zwischen den Umkehrpunkten gehalten wird.
Magnetische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude des Wechselstroms derart bemessen ist, dass ein entsprechender Gleichstrom eine stabile Position des Verschiebeelements (10) an dem jeweiligen Umkehrpunkt bewirken würde.
Magnetische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude des Wechselstroms derart bemessen ist, dass ein entsprechender Gleichstrom eine stabile Position des Verschiebeelements (10) zwischen der Ruheposition und dem jeweiligen Umkehrpunkt bewirken würde.
Magnetische Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf der Wechselspannung und/oder des Wechselstromes an der Spule (32) rechteckförmig, sinusförmig oder dreieckförmig ausgebildet ist.
Magnetische Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (32) für eine Wechselerregung bis 200 Hz, vorzugsweise bis 120 Hz vorgesehen ist.
Magnetische Antriebsvorrichtung zum Einstellen einer Position, die Folgendes umfasst: – ein Verschiebeelement (10), das entlang einer vorbestimmten Achse (12) zwischen zwei Endpunkten an einem stationären Bereich (30) verschiebbar gelagert ist und wenigstens ein ferromagnetisches Leitelement (16) aufweist, – wenigstens eine Spule (32), die im stationären Bereich (30) angebracht und mit einem Gleichstrom beaufschlagbar ist, so dass das resultierende magnetische Feld das Einstellen einer Position des Verschiebeelements (10) auf der vorbestimmten Achse (12) zwischen den beiden Endpunkten bewirkt, – wenigstens zwei bewegbare Permanentmagnetelemente (22, 24), die am Verschiebeelement (10) angebracht sind, und – wenigstens zwei stationäre Permanentmagnetelemente (36, 38; 52, 54), die im stationären Bereich (30) angebracht sind, wobei – die bewegbaren Permanentmagnetelemente (22, 24) und die stationären Permanentmagnetelemente (36, 38; 52, 54) derart angeordnet sind, dass durch deren Wechselwirkung das Verschiebeelement (10) in einer vorbestimmten Ruheposition zwischen den Endpunkten gehalten wird.
Magnetische Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte bewegbare (22, 24) und stationäre (36, 38; 52, 54) Permanentmagnetelemente derart angeordnet sind, dass deren gleichnamige magnetische Pole (N; S) einander zugewandt sind.
Magnetische Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Pole (N; S) der bewegbaren Permanentmagnetelemente (22, 24) axial bezüglich der Achse (12) ausgerichtet sind.
Magnetische Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Pole (N; S) der stationären Permanentmagnetelemente (36, 38) axial bezüglich der Achse (12) ausgerichtet sind.
Magnetische Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Pole (N; S) der stationären Permanentmagnetelemente (52, 54) radial bezüglich der Achse (12) ausgerichtet sind.
Magnetische Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelebene der Spule (32) sich senkrecht zur Achse (12) erstreckt.
Magnetische Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (32) das ferromagnetische Leitelement (16) umschließt.
Magnetische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der stationäre Bereich (30) einen Mantel (34) aus einem magnetischen Material aufweist, der die Spule (32) bis auf einen Luftspalt (28) umschließt, wobei sich der Luftspalt (28) in Umfangsrichtung an der Innenseite der Spule (32) erstreckt.
Magnetische Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das ferromagnetische Leitelement (16) rotationssymmetrisch bezüglich der Achse (12) ausgebildet ist.
Magnetische Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das ferromagnetische Leitelement (16) als Scheibe, Ring oder Zylindermantel ausgebildet ist.
Magnetische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das ferromagnetische Leitelement (16) am äußeren Rand eine Verbreiterung (20) aufweist.
Magnetische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 13 oder einem auf Anspruch 13 rückbezogenem Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbreiterung (20) von dem Luftspalt (28) und der Innenseite des Mantels (34) geringfügig beabstandet ist.
Magnetische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Randbereich mit der Verbreiterung (20) einen pilzförmigen oder T-förmigen Querschnitt aufweist.
Magnetische Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der Achse (12) die Ausdehnung der dem Mantel (34) zugewandten Seite des ferromagnetischen Leitelements (16) mindestens so groß ist wie die Summe der Ausdehnung des Luftspalts (28) und dem gesamten Hub des Verschiebeelements (10).
Magnetische Antriebsvorrichtung zum Erzeugen einer oszillierenden mechanischen Bewegung, die Folgendes umfasst: – ein Verschiebeelement (10), das entlang einer vorbestimmten Achse (12) zwischen zwei Umkehrpunkten an einem stationären Bereich (30) verschiebbar gelagert ist und wenigstens ein ferromagnetisches Leitelement (16) aufweist, – wenigstens eine Spule (32), die im stationären Bereich (30) angebracht und mit einem Wechselstrom beaufschlagt oder beaufschlagbar ist, so dass das resultierende magnetische Wechselfeld eine oszillierende mechanische Bewegung des Verschiebeelements (10) entlang der vorbestimmten Achse (12) bewirkt, – wenigstens zwei bewegbare Permanentmagnetelemente (22, 24), die am Verschiebeelement (10) angebracht sind, und – einen Mantel (34) aus einem ferromagnetischen Material, der im stationären Bereich (30) angebracht ist und die Spule (32) umschließt bis auf einen Luftspalt (28), der sich in Umfangsrichtung an der Innenseite der Spule (32) erstreckt, wobei – die bewegbaren Permanentmagnetelemente (22, 24), der Mantel (34) und das ferromagnetische Leitelement (16) derart angeordnet sind, dass durch deren Wechselwirkung das Verschiebeelement (10) in einer vorbestimmten Ruheposition zwischen den Umkehrpunkten gehalten wird.
Magnetische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude des Wechselstroms derart bemessen ist, dass ein entsprechender Gleichstrom eine stabile Position des Verschiebeelements (10) an dem jeweiligen Umkehrpunkt bewirken würde.
Magnetische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Amplitude des Wechselstroms derart bemessen ist, dass ein entsprechender Gleichstrom eine stabile Position des Verschiebeelements (10) zwischen der Ruheposition und dem jeweiligen Umkehrpunkt bewirken würde.
Magnetische Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf der Wechselspannung und/oder des Wechselstromes an der Spule (32) rechteckförmig, sinusförmig oder dreieckförmig ausgebildet ist.
Magnetische Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (32) für eine Wechselerregung bis 200 Hz, vorzugsweise bis 120 Hz vorgesehen ist.
Magnetische Antriebsvorrichtung zum Einstellen einer Position, die Folgendes umfasst: – ein Verschiebeelement (10), das entlang einer vorbestimmten Achse (12) zwischen zwei Endpunkten an einem stationären Bereich (30) verschiebbar gelagert ist und wenigstens ein ferromagnetisches Leitelement (16) aufweist, – wenigstens eine Spule (32), die im stationären Bereich (30) angebracht und mit einem Gleichstrom beaufschlagbar ist, so dass das resultierende magnetische Feld das Einstellen einer Position des Verschiebeelements (10) auf der vorbestimmten Achse (12) zwischen den beiden Endpunkten bewirkt, – wenigstens zwei bewegbare Permanentmagnetelemente (22, 24), die am Verschiebeelement (10) angebracht sind, und – einen Mantel (34) aus einem ferromagnetischen Material, der im stationären Bereich (30) angebracht ist und die Spule (32) umschließt bis auf einen Luftspalt (28), der sich in Umfangsrichtung an der Innenseite der Spule (32) erstreckt, wobei – die bewegbaren Permanentmagnetelemente (22, 24), der Mantel (34) und das ferromagnetische Leitelement (16) derart angeordnet sind, dass durch deren Wechselwirkung das Verschiebeelement (10) in einer vorbestimmten Ruheposition zwischen den Endpunkten gehalten wird.
Magnetische Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte bewegbare (22, 24) Permanentmagnetelemente derart angeordnet sind, dass deren gleichnamige magnetische Pole (N; S) einander zugewandt sind.
Magnetische Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass die magnetischen Pole (N; S) der bewegbaren Permanentmagnetelemente (22, 24) axial bezüglich der Achse (12) ausgerichtet sind.
Magnetische Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Wickelebene der Spule (32) sich senkrecht zur Achse (12) erstreckt.
Magnetische Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (32) das ferromagnetische Leitelement (16) umschließt.
Magnetische Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass das ferromagnetische Leitelement (16) rotationssymmetrisch bezüglich der Achse (12) ausgebildet ist.
Magnetische Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass das ferromagnetische Leitelement (16) als Zylindermantel ausgebildet ist.
Magnetische Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass das ferromagnetische Leitelement (16) von dem Mantel (34) geringfügig beabstandet ist.
Magnetische Antriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der Achse (12) die Ausdehnung der dem Mantel (34) zugewandten Seite des ferromagnetischen Leitelements (16) mindestens so groß ist wie die Breite des Luftspalts (28).
Magnetische Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der stationäre Bereich (30) ein oder mehrere Führungsmittel aufweist, durch die das Verschiebeelement (10) verschiebbar gelagert ist.
Magnetische Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der stationäre Bereich (30) zwei Führungsbuchsen (44, 46) aufweist, in denen das Verschiebeelement (10) verschiebbar gelagert ist.
Magnetische Antriebsvorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschiebeelement (10) wenigstens einen Stößel (14) aufweist, der in den Führungsbuchsen (44, 46) verschiebbar gelagert ist.
Magnetische Antriebsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das ferromagnetische Leitelement (16) zwischen den bewegbaren Permanentmagnetelementen (22, 24) angeordnet ist.