DE202004012292U1

DE202004012292U1 - Elektromagnetischer Stellantrieb

Info

Publication number: DE202004012292U1
Application number: DE200420012292
Authority: DE
Original assignee: TRW Automotive GmbH
Current assignee: ZF Automotive Germany GmbH
Priority date: 2004-08-05
Filing date: 2004-08-05
Publication date: 2004-12-09
Anticipated expiration: 2014-08-06

Abstract

Elektromagnetischer Stellantrieb, insbesondere zur Betätigung eines Gaswechselventils in einer Verbrennungskraftmaschine, mit
einer elektromagnetischen Einrichtung, und
einem Wippanker (120), der zwischen einer ersten Schaltstellung, in der ein erstes Ende des Wippankers (120) an einer ersten Polfläche (116; 116'; 116") der elektromagnetischen Einrichtung anliegt, und einer zweiten Schaltstellung, in der ein zweites Ende des Wippankers (120) an einer zweiten Polfläche (118; 118'; 118") der elektromagnetischen Einrichtung anliegt, bewegbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Einrichtung zwei Magnetkreise (100, 102; 100', 102'; 100", 102") mit jeweils wenigstens einem Elektromagneten aufweist, der die erste bzw. die zweite Polfläche (116; 116'; 116" bzw. 118; 118'; 118") bildet.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Stellantrieb, insbesondere zur Betätigung eines Gaswechselventils in einer Verbrennungskraftmaschine.
Es sind elektromagnetische Stellantriebe mit translatorisch oder rotatorisch bewegtem Anker bekannt, wie z.B. in der DE-A-33 07 070 bzw. EP-A-1 087 110 gezeigt. Beide Typen haben, bedingt durch ihren Aufbau, den Nachteil einer großen Bauhöhe.
In der SAE-Veröffentlichung „Electromagnetic Valve Actuator for Automobile Engines" von Yohji Okada et al(SAE Paper No. 2004-01-1387) wird ein elektromagnetischer Stellantrieb mit einem Wippanker vorgestellt, der grundsätzlich eine flachere Bauform ermöglicht. Der schematische Aufbau dieses Stellantriebs geht aus der 1 hervor, die den Wippanker 10, einen E-förmigen Magnetkern 12, zwei um die äußeren Schenkel 14, 16 des Kerns 12 gewickelte Spulen 18, 20, eine Rückstellfeder 22, einen Ventilstößel 24, und eine Ventilfeder 26 zeigt. In der in 1 dargestellten ersten Schaltstellung (Schließstellung) liegt ein erstes Ende 10a des Wippankers 10 an der Polfläche 28 des ersten äußeren Schenkels 14 des Kerns 12 an, in einer zweiten Schaltstellung (Öffnungsstellung) liegt ein zweites Ende 10b des Wippankers 10 an der Polfläche 30 des zweiten äußeren Schenkels 16 des Kerns 12 an. Ein in den mittleren Schenkel 32 des Kerns 12 integrierter Permanentmagnet 34 erzeugt eine Haltekraft, die den Wippanker 10 in der jeweiligen Schaltstellung hält, ohne daß ein Stromfluß durch eine der beiden Spulen 18, 20 erforderlich ist. Nachteilig bei diesem Aufbau ist der stets vorhandene parasitäre Luftspalt 36 zwischen dem gewölbten Mittelabschnitt l0c des Wippankers 10 und dem entsprechend geformten mittleren Schenkel 32 des Kerns 12.
Ausgehend von diesem gattungsbildenden Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, einen elektromagnetischen Stellantrieb mit flacher Bauform zu schaffen, der eine effiziente Betätigung eines Gaswechselventils ermöglicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein elektromagnetischer Stellantrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Gemäß der Erfindung werden die beiden Polflächen nicht wie beim gattungsbildenden Stand der Technik von einem einzigen Elektromagneten, sondern von zwei getrennten Elektromagneten in zwei getrennten Magnetkreisen bereitgestellt. Durch die Aufspaltung des E-förmigen Magnetkerns in zwei getrennte Kerne wird der parasitäre Luftspalt vermieden, so daß der Energiebedarf des elektromagnetischen Stellantriebs reduziert und damit ein höherer Wirkungsgrad erzielt werden kann. Die beiden Elektromagnete sind dabei nicht wie bei dem aus der DE-A-33 07 070 bekannten Aufbau übereinander, sondern nebeneinander angeordnet, so daß zudem eine sehr flache Bauform realisierbar ist.
Die Elektromagnete können einen U-förmigen und/oder E-förmigen Kern aufweisen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist wenigstens einer der Magnetkreise polarisiert, wobei der polarisierte Magnetkreis ein polarisierter Reihenkreis, Parallelkreis oder Brückenkreis sein kann. Bei einer geeigneten Auslegung der hierzu verwendeten Permanentmagnete kann eine gleichstromfreie Strombilanz erreicht werden, wodurch der Wirkungsgrad weiter verbessert wird.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
1 einen bekannten elektromagnetischen Stellantrieb;
2 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stellantriebs;
3 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stellantriebs;
4 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in 3; und
5 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Stellantriebs.
Bei dem in 2 gezeigten erfindungsgemäßen Stellantrieb sind im Gegensatz zu dem in der 1 gezeigten und bereits in der Beschreibungseinleitung diskutierten Stellantrieb zwei getrennte Magnetkreise, ein Schließkreis 100 und ein Öffnungskreis 102, mit zwei kleineren Elektromagneten vorgesehen. Die Kerne 104, 106 der beiden Elektromagnete sind hier U-förmig ausgebildet, und um die beiden inneren Schenkel 108, 110 der Kerne 104, 106 sind Spulen 112, 114 gewickelt. Die Polfläche 116 des ersten Elektromagneten entspricht der Polfläche 28 des ersten äußeren Schenkels 14 des Magnetkerns 12 des bekannten Stellantriebs, und die Polfläche 118 des zweiten Elektromagneten entspricht der Polfläche 30 des zweiten äußeren Schenkels 16 des Magnetkerns 12 des bekannten Stellantriebs.
Durch abwechselnde Bestromung der beiden Spulen 112, 114 wird das jeweilig darunter liegende Ende des Wippankers 120 angezogen, so daß der Wippanker 120 die gleichen Schaltstellungen wie der Wippanker 10 des bekannten Stellantriebs einnehmen kann.
Der Wippanker 120 weist zwei den Polflächen 116, 118 zugewandte Oberflächenabschnitte auf, die unter einem stumpfen Winkel α aufeinandertreffen. Zwischen dem Wippanker 120 und der durch die beiden Magnetkreise 100, 102 gebildeten magnetischen Einrichtung ist kein parasitärer Luftspalt vorhanden.
Die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Stellantriebs ist ansonsten identisch mit der des bekannten Stellantriebs, weshalb auf die zeichnerische Darstellung der nicht erfindungswesentlichen Bauteile des Stellantriebs verzichtet wurde.
Die in den 3 und 4 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in 2 gezeigten Ausführungsform nur durch die Anordnung der Elektromagnete und der Spulen 112', 114'. Die Elektromagnete sind im Vergleich zur vorigen Ausführungsform in der durch die Polflächen 116', 118' definierten Ebene jeweils um 90° gedreht.
Je nach Anforderung können entweder der Öffnungskreis oder der Schließkreis oder beide Magnetkreise durch Einfügung wenigstens eines Permanentmagneten polarisiert werden. Der polarisierte Magnetkreis kann als Reihenkreis, Parallelkreis oder Brückenkreis ausgeführt sein. Nähere Informationen zur Bedeutung dieser Begriffe finden sich in Stölting, Kallenbach: Handbuch Elektrische Kleinantriebe, 2. Auflage 2004, Verlag Hanser, Seite 159.
Ein Beispiel für einen als polarisierten Reihenkreis ausgeführten Öffnungskreis 102" ist in 5 zu sehen, die eine Ausführungsform mit einem U-förmigen Magnetkern 106" im Öffnungskreis 102" und einem E-förmigen Magnetkern 104" im Schließkreis 100" zeigt. In den U-förmigen Kern 106" ist ein Permanentmagnet 122 eingefügt.
Die Auslegung des oder der Permanentmagnete ist im allgemeinen so gewählt, daß der Wippanker 120 im stromlosen Zustand der Spulen 112", 114" trotz gespannter Feder in der jeweiligen Schaltstellung gehalten wird. Ein weiteres Kriterium für die Auslegung der Permanentmagnete ist das Erzielen einer möglichst ausgeglichenen Strombilanz im gesamten Schaltzyklus (Öffnen-Schließen-Öffnen), so daß ein reiner Wechselstrom ohne Gleichanteil durch das System getrieben wird.
Selbstverständlich sind im Rahmen der Erfindung auch andere Anordnungen und Kombinationen von E- und/oder U-förmigen Magnetkernen möglich.
Die Magnetkerne und/oder der Wippanker können zur Unterdrückung von Wirbelströmen geblecht oder geschlitzt aufgebaut sein.

Claims

Elektromagnetischer Stellantrieb, insbesondere zur Betätigung eines Gaswechselventils in einer Verbrennungskraftmaschine, mit einer elektromagnetischen Einrichtung, und einem Wippanker (120), der zwischen einer ersten Schaltstellung, in der ein erstes Ende des Wippankers (120) an einer ersten Polfläche (116; 116'; 116") der elektromagnetischen Einrichtung anliegt, und einer zweiten Schaltstellung, in der ein zweites Ende des Wippankers (120) an einer zweiten Polfläche (118; 118'; 118") der elektromagnetischen Einrichtung anliegt, bewegbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die elektromagnetische Einrichtung zwei Magnetkreise (100, 102; 100', 102'; 100", 102") mit jeweils wenigstens einem Elektromagneten aufweist, der die erste bzw. die zweite Polfläche (116; 116'; 116" bzw. 118; 118'; 118") bildet.
Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Elektromagnete einen U-förmigen Kern (104; 106; 104'; 106'; 106") aufweist.
Stellantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Elektromagnete einen E-förmigen Kern (104") aufweist.
Stellantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Magnetkreise (100, 102; 100', 102'; 100"; 102") polarisiert ist.
Stellantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der polarisierte Magnetkreis (100") ein polarisierter Reihenkreis ist.
Stellantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der polarisierte Magnetkreis ein polarisierter Parallelkreis ist.
Stellantrieb nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der polarisierte Magnetkreis ein polarisierter Brückenkreis ist.
Stellantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Wippanker (120) zwei den Polflächen (116, 118; 116', 118'; 116", 118") zugewandte Oberflächenabschnitte aufweist, die unter einem stumpfen Winkel α aufeinandertreffen.