DE112015003344T5

DE112015003344T5 - Elektromagnet mit Verriegelungsunterstützung

Info

Publication number: DE112015003344T5
Application number: DE112015003344.0T
Authority: DE
Inventors: Philip J. Mott; Miguel Raimao
Original assignee: BorgWarner Inc
Current assignee: BorgWarner Inc
Priority date: 2014-08-25
Filing date: 2015-08-14
Publication date: 2017-04-06
Also published as: US20170243684A1; WO2016032774A1; CN106605278A

Abstract

Ein Elektromagnet wird durch ein Magnetfeld, das durch einen niedrigen Strom erzeugt wird, in Kombination mit einem Restmagnetfeld durch einen Stromimpuls in einer erregten Stellung gehalten. Die fehlersichere Rückkehr in die stromlose Stellung erfolgt, wenn die Leistungszufuhr abgeschaltet oder unterbrochen wird.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/041,432, die am 25. August 2014 eingereicht wurde.
TECHNISCHES GEBIET
Das Gebiet, auf das die Offenbarung sich allgemein bezieht, umfasst Verriegelungs-Elektromagnete.
HINTERGRUND
Elektromagnete, die verriegeln, werden in Anwendungen verwendet, bei denen die erregte Stellung des Elektromagnets für ausgedehnte Zeitperioden benötigt wird. Der Elektromagnet wird in der erregten Stellung verriegelt und bleibt dort, ohne Leistung zu verbrauchen, bis der Elektromagnet freigegeben wird.
ZUSAMMENFASSUNG VON BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine Reihe von Variationen kann einen Elektromagnet mit einer Spule umfassen, die ein erstes Magnetfeld erzeugt, wenn er durch einen ersten elektrischen Strom erregt wird. Das erste Magnetfeld bewegt einen Anker aus einer stromlosen Stellung und zu einem festen Anschlag hin in eine erregte Stellung. Das erste Magnetfeld bildet eine magnetische Restanziehung, die den Anker zu dem Anschlag hin drängt. Der erste elektrische Strom kann auf einen zweiten elektrischen Strom verringert werden, der beträchtlich niedriger ist als der erste elektrische Strom, und der an die Spule geliefert wird und ein zweites Magnetfeld erzeugt. Das zweite Magnetfeld verriegelt in Kombination mit der magnetischen Restanziehung den Anker in der erregten Stellung.
Weitere Ausführungsformen zur Veranschaulichung, die in den Umfang der Erfindung fallen, werden aus der im Folgenden gegebenen detaillierten Beschreibung deutlich werden. Es sollte klar sein, dass die detaillierte Beschreibung sowie die spezifischen Beispiele, auch wenn sie Abwandlungen innerhalb des Umfangs der Erfindung offenbaren, rein dem Zweck der Veranschaulichung dienen und den Umfang der Erfindung nicht einschränken sollen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ausgewählte Beispiele von Variationen innerhalb des Umfangs der Erfindung werden aus der detaillierten Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen deutlich werden, in denen gilt:
1 ist eine schematische Veranschaulichung eines Elektromagnets, der verriegelt werden kann, nach einer Reihe von Variationen.
2 ist ein Graph des Stroms in Ampere vs. die Zeit in Sekunden, für den Elektromagnet von 1.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
Die folgende Beschreibung von Variationen erfolgt rein zur Veranschaulichung und soll in keiner Weise den Umfang der Erfindung, ihre Anwendung oder ihre Einsatzmöglichkeiten beschränken.
Unter Bezugnahme auf 1 kann eine Reihe von Variationen einen Elektromagnet 10 umfassen, der eine Spule 12 aufweist, die aus mehreren Wicklungen eines beschichteten Drahts bestehen, die um einen Spulenkörper 14 gewickelt sind. Die Spulenanordnung umfassend den Draht und den Spulenkörper bildet die Gestalt des Hohlzylinders. Der Spulenkörper 14 kann aus spritzgegossenem Kunststoff hergestellt sein und umfasst einen integrierten elektrischen Anschluss 16 zur Verbindung der Enden des Spulendrahts mit einer Stromversorgung durch Zuleitungsdrähte 18. Strom wird durch diese Drähte an das Elektromagnetventil zugeführt.
Eine Ankeranordnung 20 ist gleitend innerhalb der zylindrischen Spulenanordnung angeordnet. Die Ankeranordnung kann eine ausfahrbare Stange 22 für den Eingriff mit einer Vorrichtung wie einer Ventilkugel 25 umfassen, die durch den Elektromagnet 10 betätigt werden kann, und auch einen Ankerkörper 23 umfasst. Wird ein elektrischer Strom an die Wicklungen der Spulenanordnung angelegt, wird ein Magnetfeld um die Spulenanordnung herum erzeugt, wobei die Ankeranordnung durch die Ankeranordnung 20, den Polschuh 24, das Gehäuse 29 und den Anschlag 26 angeordnet ist und sich durch diese erstreckt. In Ansprechen auf das Magnetfeld gleitet die Ankeranordnung innerhalb des Zentrums der Spulenanordnung, die, wie in 1 gezeigt, nach unten weist.
Wird Strom an die Spule 12 angelegt, drückt das durch die Ankeranordnung 20, den Polschuh 24, das Gehäuse 29 und den Anschlag 26 gebildete Magnetfeld die Feder 28 zusammen und bewegt die Ankeranordnung 20 aus der stromlosen Stellung, in der der Ankerkörper 23 gegen die Platte 30 anliegt, zu dem Anschlag 26 in die erregte Stellung, die in 1 gezeigt ist. Wird die Stromzufuhr gestoppt, verbleibt ein Restmagnetfeld in den ferromagnetischen Elementen des Elektromagnets 10 einschließlich des Anschlags 26 und des Ankerkörpers 23; dieses ist jedoch nicht ausreichend, um die Ankeranordnung in der erregten Stellung zu halten; und ohne Stromzufuhr an die Spulenanordnung 12 drückt die Feder 28 die Ankeranordnung 20 nach oben von dem Anschlag 26 weg und gegen die Platte 30.
Unter Bezugnahme auf die 2 kann eine Reihe von Variationen ein Verfahren zum Halten der Ankeranordnung 20 in der erregten Stellung umfassen. Ein Stromimpuls 32 von 5 Ampere wird für ungefähr 2,5 Millisekunden an die Spule 12 angelegt. Dieser Stromimpuls bewegt den Ankerkörper 23 gegen den Anschlag 26 in die erregte Stellung. Die Stromzufuhr wird dann auf ungefähr 0,9 Ampere verringert und auf diesem Pegel gehalten. Der verringerte Strom 34 hat dieselbe Polarität wie der Stromimpuls, um die Ankeranordnung in dieselbe Richtung zu dem Anschlag 26 hin zu drängen. Auf diese Weise überwindet die Kombination des Restmagnetfelds aus dem Stromimpuls 32 und dem durch die Stromzufuhr von 0,9 Ampere gebildete Magnetfeld die Kraft der Feder 28 und hält den Ankerkörper 23 gegen den Anschlag 26 in der erregten Stellung. Durch die Kombination aus Magnetfeldern wird der Elektromagnet in seiner Stellung verriegelt. Wenn eine Rückstellung der Ankeranordnung in die stromlose Stellung gewünscht wird, wird die Stromzufuhr von 0,9 Ampere abgeschaltet, und die Feder 28 überwindet das Restmagnetfeld in den ferromagnetischen Elementen, und die Ankeranordnung 20 kehrt in die stromlose Stellung gegen die Platte 30 zurück. Auf diese Weise wird ein fehlersicheres Mittel zur Betätigung bereitgestellt, wobei jeglicher Ausfall des zugeführten Stroms den Elektromagnet in die stromlose Stellung zurückstellt, da das Restmagnetfeld selbst nicht in der Lage ist, den Elektromagnet in der erregten Stellung zu halten.
Die folgende Beschreibung von Ausführungsbeispielen dient rein zur Veranschaulichung von Komponenten, Elementen, Handlungen, Produkten und Verfahren, die als in den Umfang der Erfindung fallend betrachtet werden, und soll in keiner Weise den Umfang durch das, was im Detail offenbart ist oder nicht ausdrücklich dargelegt wird, einschränken. Die hierin beschriebenen Komponenten, Elemente, Handlungen, Produkte und Verfahren können anders als hierin ausdrücklich beschrieben kombiniert und umgestellt werden und werden dennoch als in den Umfang der Erfindung fallend betrachtet.
Variation 1 kann einen Elektromagnet mit einer Spule einschließen, die ein erstes Magnetfeld erzeugt, wenn sie durch einen ersten elektrischen Strom erregt wird. Das erste Magnetfeld bewegt einen Anker aus einer stromlosen Stellung und zu einem festen Anschlag hin in eine erregte Stellung. Das erste Magnetfeld bildet eine magnetische Restanziehung, die verbleibt, wenn der erste elektrische Strom entfernt wird. Der erste elektrische Strom wird auf einen zweiten elektrischen Strom verringert, der wesentlich niedriger ist als der erste elektrische Strom. Der zweite elektrische Strom wird an die Spule geliefert, was ein zweites Magnetfeld erzeugt, das in Kombination mit der magnetischen Restanziehung den Anker in der erregten Stellung verriegelt.
Variation 2 kann einen Elektromagnet nach Variation 1 einschließen, wobei der erste elektrische Strom und der zweite elektrische Strom dieselbe Polarität aufweisen.
Variation 3 kann einen Elektromagnet nach Variation 1 oder 2 einschließen, wobei, wenn der zweite elektrische Strom gestoppt wird, der Anker sich in die stromlose Stellung bewegt.
Variation 4 kann einen Elektromagnet nach einer der Variationen 1 bis 3 einschließen, wobei die magnetische Restanziehung selbst nicht ausreichend ist, um den Anker in der erregten Stellung zu halten.
Variation 5 kann einen Elektromagnet nach einer der Variationen 1 bis 4 einschließen, wobei der zweite elektrische Strom weniger als 1 Ampere beträgt.
Variation 6 kann einen Elektromagnet nach einer der Variationen 1 bis 5 einschließen, wobei der zweite elektrische Strom in der Größenördnung weniger als 20 Prozent des ersten elektrischen Stroms sein kann.
Variation 7 kann einen Elektromagnet nach einer der Variationen 1 bis 6 einschließen, wobei der Anschlag hilft, das erste und zweite Magnetfeld zu leiten.
Variation 8 kann einen Elektromagnet einschließen, der eine Spule mit einer Wicklung mit einer Vielzahl von Wicklungen aufweist, durch die selektiv ein elektrischer Erregungsstrom geführt wird. Die Spule erzeugt ein Magnetfeld, wenn sie dem elektrischen Erregungsstrom ausgesetzt wird. Das Magnetfeld bewegt einen Anker aus einer stromlosen Stellung weg und zu einem festen Anschlag hin in eine erregte Stellung. Das Magnetfeld verursacht eine magnetische Anziehung zwischen dem Anker und dem Anschlag. Der elektrische Strom kann um ein Minimum von 50 Prozent auf einen verringerten elektrischen Strom verringert werden, wobei eine magnetische Restanziehung, die durch den elektrischen Erregungsstrom erzeugt wird, in Kombination mit dem verringerten elektrischen Strom den Anker in der erregten Stellung hält.
Variation 9 kann einen Elektromagnet nach Variation 8 einschließen, wobei der elektrische Erregungsstrom für ungefähr 2,5 Millisekunden angelegt wird, und der verringerte elektrische Strom angelegt wird, um den Anker in der erregten Stellung zu halten, bis eine Rückkehr des Ankers in die stromlose Stellung erwünscht wird oder die Leistung unterbrochen wird.
Variation 10 kann einen Elektromagnet nach Variation 8 oder 9 einschließen, wobei der elektrische Erregungsstrom ungefähr 5 Ampere betragen kann, und der verringerte elektrische Strom ungefähr 0,9 Ampere betragen kann.
Variation 11 kann ein Verfahren zum Halten des Elektromagneten in einer erregten Stellung einschließen. Ein erster Strom wird für einen relativ kurzen Impuls angelegt. Der erste Strom bewegt den Elektromagnet aus einer stromlosen Stellung in eine erregte Stellung und bildet ein Restmagnetfeld. Ein verringerter Strom wird für eine ausgedehnte Zeitperiode angelegt, wodurch ein angelegtes Magnetfeld gebildet wird. Eine Kombination des Restmagnetfelds und des angelegten Magnetfelds wird verwendet, um den Elektromagnet in der erregten Stellung zu halten.
Variation 12 kann ein Verfahren nach Variation 11 einschließen, was eine fehlersichere Rückkehr des Elektromagnets in die stromlose Stellung bereitstellt, wobei ein Stromverlust den Elektromagnet in die stromlose Stellung zurückführt.
Die obige Beschreibung ausgewählter Ausführungsformen innerhalb des Umfangs der Erfindung ist rein beispielhafter Natur, und daher werden Abwandlungen und Varianten davon nicht als Abweichungen vom Geist und Umfang der Erfindung angesehen.

Claims

Elektromagnet umfassend einen Elektromagnet mit einer Spule, der ein erstes Magnetfeld erzeugt, wenn er durch einen ersten elektrischen Strom erregt wird, wobei das erste Magnetfeld den Anker aus einer stromlosen Stellung weg und zu einem festen Anschlag hin in eine erregte Stellung bewegt und eine magnetische Restanziehung bildet, die verbleibt, wenn der elektrische Strom entfernt wird, wobei der erste elektrische Strom auf einen zweiten elektrischen Strom verringert wird, der wesentlich niedriger ist als der erste elektrische Strom, und an die Spule geliefert wird, was ein zweites Magnetfeld bildet, das in Kombination mit der magnetischen Restanziehung den Anker in der erregten Stellung hält.
Elektromagnet nach Anspruch 1, wobei der erste elektrische Strom und der zweite elektrische Strom dieselbe Polarität aufweisen.
Elektromagnet nach Anspruch 1, wobei, wenn der zweite elektrische Strom gestoppt wird, der Anker sich in die stromlose Stellung bewegt.
Elektromagnet nach Anspruch 1, wobei die magnetische Restanziehung selbst nicht ausreichend ist, um den Anker in der erregten Stellung zu halten.
Elektromagnet nach Anspruch 1, wobei der zweite elektrische Strom weniger als 1 Ampere beträgt.
Elektromagnet nach Anspruch 1, wobei der zweite elektrische Strom in der Größenördnung von weniger als 20 Prozent des ersten elektrischen Stroms ist.
Elektromagnet nach Anspruch 1, wobei der Anschlag hilft, das erste und zweite Magnetfeld zu leiten.
Elektromagnet umfassend eine Spule mit einer Wicklung, durch welche selektiv ein elektrischer Erregungsstrom geführt wird, wobei die Spule ein Magnetfeld erzeugt, wenn sie dem elektrischen Erregungsstrom ausgesetzt wird, wobei das Magnetfeld einen Anker aus einer stromlosen Stellung weg und zu einem festen Anschlag hin in eine erregte Stellung bewegt, und eine magnetische Anziehung zwischen dem Anker und dem Anschlag bildet, wobei, wenn der elektrische Strom um ein Minimum von 50 Prozent auf einen verringerten elektrischen Strom verringert wird, eine magnetische Restanziehung, die durch den elektrischen Erregungsstrom erzeugt wird, in Kombination mit dem verringerten elektrischen Strom den Anker in der erregten Stellung hält.
Elektromagnet nach Anspruch 8, wobei der elektrische Erregungsstrom für ungefähr 2,5 Millisekunden angelegt wird, und der verringerte elektrische Strom angelegt wird, um den Anker in der erregten Stellung zu halten, bis eine Rückkehr des Ankers in die stromlose Stellung erwünscht wird oder die Leistung unterbrochen wird.
Elektromagnet nach Anspruch 8, wobei der elektrische Strom ungefähr 5 Ampere beträgt, und der verringerte elektrische Strom ungefähr 0,9 Ampere beträgt.
Verfahren zum Halten eines Elektromagnets in einer erregten Stellung, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Anwenden eines ersten Stroms für einen relativ kurzen Impuls; Bewegen des Elektromagnets aus einer stromlosen Stellung in eine erregte Stellung; Bilden eines Restmagnetfelds durch den ersten Strom; Anlegen eines verringerten Stroms für eine ausgedehnte Zeitperiode; Bilden eines angelegten Magnetfelds durch den verringerten Strom; und Einsetzen einer Kombination des Restmagnetfelds und des angelegten Magnetfelds, um den Elektromagnet in der erregten Stellung zu halten.
Verfahren nach Anspruch 11, umfassend das Bereitstellen einer Rückkehr des Elektromagnets in die stromlose Stellung, wobei ein Stromverlust den Elektromagnet in die stromlose Stellung zurückführt.