DE3508768C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektromagnetische Linearantriebsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine solche Linearantriebsvorrichtung ist aus dem Artikel "Feinwerktechnik und Meßtechnik", Band 87, Nr. 4, 1979, S. 157-162, bekannt. Dort sind die randseitigen Magnetspulen jeweils mit ober- und unterseitigen Polblechen versehen, so daß sich zwischen den Polblechen ein umschlossener Raum ergibt, in dem der als Dauermagnet ausgeführte Anker linear hin- und herbewegbar ist.

Aus der FR 13 98 594 ist ein Linearmotor bekannt, der zwei randseitige Elektromagneten mit U-förmiger Jochanordnung aufweist, zwischen denen sich ein Magnet, der als Permanentmagnet ausgebildet sein kann, samt zugehörigen Polblechen bewegt.

Die US 41 95 277 zeigt eine elektromagnetische Linearantriebsvorrichtung, die zwei symmetrische U-förmige Joche aufweist, die einander unter Bildung eines größeren Spaltes gegenüberliegen. In diesem Fall bewegt sich der als Permanentmagnet ausgebildete Anker quer zur Längsrichtung der Schenkel.

Weiterhin ist aus der GB-PS 15 90 817 ein Elektromagnet bekannt, dessen Anker einen Permanentmagneten aufweist, der zwischen zwei Platten eingelegt ist. Die Bewegung des Ankers erfolgt in Vertikalrichtung zwischen mehreren Jochplatten, die zur Führung des durch eine Spule erzeugten magnetischen Flusses dienen.

Darüber hinaus offenbart das DE-GM 74 32 801 einen Elektro­ magneten, dessen magnetischer Anker plattenförmig ausgebil­ det ist und bei Erregung des Elektromagneten in den Ar­ beitsluftspalt hineingezogen wird. Bei Abschaltung des Elektromagneten bewegt sich der Anker unter dem Einfluß der Rückholkraft einer Feder oder eines weiteren Elek­ tromagneten wieder in seine Ruhelage zurück, in der er lediglich teilweise in den Arbeitsluftspalt eintaucht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektro­ magnetische Linearantriebsvorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiter­ zubilden, daß bei insgesamt schmalen Abmessungen der Antriebsvorrichtung eine effektive Übertragung der von der Antriebsvorrichtung erzeugten Kraft ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird auf vorteilhafte Art und Weise durch die im Patentanspruch 1 oder 2 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Beschreibung von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher er­ läutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Explosionsdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der elek­ tromagnetischen Linearantriebsvorrichtung;

Fig. 2 einen Querschnitt der in Fig. 1 gezeigten Linearantriebsvorrichtung;

Fig. 4 mehrere alternative Verdrahtungsschemata zur elektrischen Beschaltung der Spulen der in Fig. 1 gezeigten Linearan­ triebsvorrichtung;

Fig. 4 eine Explosionsdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der elek­ tromagnetischen Linearantriebsvorrichtung;

Fig. 5 den über den Hub aufgetragenen Kurvenver­ lauf der von den Spulen der Linearantriebsvorrichtung erzeugten Kraft, und zwar sowohl für den Fall, daß die Spulen in Sättigung gehen, als auch für den Fall, daß sie nicht in Sättigung gehen.

Die Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der elektromagnetischen Linearantriebsvor­ richtung. Die Vorrichtung weist zwei elektromagnetische Einheiten 40 und 41 auf, die denselben Aufbau haben. Eine jede Einheit, z. B. Einheit 40, enthält eine gestreckte elektromagnetische Spule 1, die um einen magnetischen Kern 2 herum auf einen Spulenträger 36 gewickelt und zwi­ schen einer oberen Platte 3 und einer unteren Platte 4 befestigt ist. Die obere Platte 3 weist eine Vorderkante 5 auf, während die untere Platte 4 eine Vorderkante 6 aufweist. Eine Kante 7 des Spulenträgers 36 ist bezüglich der Kanten 5 und 6 nach hinten versetzt, so daß zwischen den Platten 3 und 4 und der Spule 1 ein Hohlraum 10 zur Aufnahme des Ankers gebildet wird. Die entsprechende elektromagnetische Einheit 41 hat einen ähnlichen Aufbau, wobei mit einem ′ versehene Bezugszeichen gleiche Teile bezeichnen.

Die Einheiten 40 und 41 werden von Führungsvorrichtungen 8 und 9 so zusammengehalten, daß sich zwi­ schen entsprechenden Kanten 5 und 5′ bzw. 6 und 6′ je­ weils ein Spalt 14 ergibt. In den Ankeraufnahmehohlräumen 10 der beiden Einheiten ist ein langgestreckter Dauer­ magnet-Anker 11 angeordnet, der senkrecht zu seiner Längsachse verschiebbar ist. An jeder Stirnseite des An­ kers 11 ist ein Führungsansatz 12 ausgebildet, der je­ weils von einem Langloch 15 der Führungsvorrichtung 8 bzw. 9 aufgenommen wird. Die Führungsan­ sätze 12 bewirken zusammen mit den Langlöchern 15, daß der Anker 11 innerhalb des Hohlraums 10 geführt wird, wenn dieser von den elektromagnetischen Einheiten 40 und 41 angetrieben wird, wie nachstehend anhand von Fig. 2 näher erläutert wird. Die Bewegung des Ankers 11 inner­ halb des Hohlraums 10 wird an eine äußere Vorrichtung mit Hilfe eines Arms 16 übertragen. Der Arm 16 ist mit einem der Führungsansätze 12 durch das Langloch 15 hindurch verbunden. Der Arm 16 kann gemäß Abbildung mit Hilfe einer Schraube 17 schraubbar mit dem Führungsansatz 12 verbunden sein, er kann jedoch auch mit Hilfe einer an­ deren bekannten Verbindungsart, wie z. B. durch Ver­ schweißen oder Nieten, befestigt werden. An dem Arm 16 ist weiterhin ein Zapfen 18 vorgesehen, der bewegbar in ein Langloch 19 der Führungsvorrichtung 9 ein­ greift, wodurch der Arm 16 bezüglich seiner Längsrichtung abgestützt wird, wenn er von der Bewegung des Ankers 11 in Richtung eines Pfeils 20 bewegt wird.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen elektromagneti­ schen Vorrichtung näher erläutert. Gemäß Fig. 3 ist es möglich, die Spulen 1 und 1′ auf mehrere Arten elektrisch zu verbinden. Die Fig. 3A zeigt eine Reihenschaltung der Spulen 1 und 1′. Die Fig. 3B und 3C zeigen Parallelschaltungen der Spulen, wobei in Fig. 3C jede Spule einzeln ansteuerbar ist. In jeder dieser Schaltungsanordnungen sind die Spu­ len so verbunden, daß der Stromfluß durch eine Spule ent­ gegengesetzt zu dem Stromfluß durch die andere Spule ist, wie durch einen Punkt (·) angedeutet ist. Wenn die Spu­ len eingeschaltet werden, ziehen die von der einen elek­ tromagnetischen Einheit erzeugten elektromagnetischen Flußlinien den Anker daher an, während die von der ande­ ren Einheit erzeugten elektromagnetischen Flußlinien den Anker 11 abstoßen.

Die Wahl des jeweiligen Verdrahtungsschemas für die Spu­ len 1 und 1′ hängt weitestgehend von der Verwendung der Vorrichtung und ihrer Umgebung ab. Wenn eine kurze An­ sprechzeit oder eine erhöhte Antriebszeit benötigt wird, sind die Schaltungsanordnungen der Fig. 3A und 3B vor­ teilhaft verwendbar, da diese Schaltungen einen gleich­ zeitigen Stromfluß durch beide Spulen bewirken. Der Anker 11 wird daher von der einen elektromagnetischen Einheit angezogen, während er von der anderen Einheit abgestoßen wird. Die Bewegung des Ankers 11 innerhalb des Hohlraums 10 wird daher viel schneller und mit größerer Antriebs­ kraft ablaufen. Durch Umkehren der Richtung des Strom­ flusses durch die Spulen kann der Anker 11 in die entge­ gengesetzte Richtung bewegt werden. Mit Hilfe der in Fig. 3C gezeigten Schaltungsanordnung ist eine jede Spule ein­ zeln einschaltbar, um den Anker 11 zu der betreffenden elektromagnetischen Einheit hinzubewegen. Bei dieser Schaltungsanordnung wird jedoch zur selben Zeit nur eine Spule eingeschaltet. Der Anker 11 wird daher von der einen elektromagnetischen Einheit angezogen, er wird hin­ gegen nicht von der anderen Einheit abgestoßen. Eine derartige Schaltung verbraucht weniger elektrische Ener­ gie.

Die Fig. 2 zeigt den Verlauf der von den Spulen 1 und 1′ und dem Anker 11 erzeugten elektromagnetischen Flußli­ nien. Der von den Spulen 1 und 1′ erzeugte und durch eine unterbrochene Linie 25 angedeutete Fluß verläuft in Rich­ tung eines Pfeils 27. Die Größe des Spalts 14 ist aus­ reichend klein, um zu erreichen, daß der Großteil des Flusses ausgehend vom Kern 2′ entlang der oberen Platte 3′, durch Spalt 14 zur oberen Platte 3, durch Kern 2, entlang der unteren Platte 4, durch Spalt 14 zur unteren Platte 4′ und wieder zurück durch Kern 2′ verläuft. Ein vergleichsweise kleiner Anteil des Flusses verläuft auch durch den Anker 11.

Wie durch Linien 26 und 26′ angedeutet ist, verläuft der Großteil des von dem Dauermagnet-Ankers 11 erzeugten Flusses durch die Kerne 2 und 2′ in Richtung der Pfeile 28 und 28′. Da sich der Anker 11 nach rechts bewegt, nimmt die Flußmenge durch den Kern 2 zu, wohingegen die Flußmenge durch den Kern 2′ abnimmt. Bewegt sich der Anker 11 jedoch nach links, so nimmt die Flußmenge durch den Kern 2′ zu, während die Flußmenge durch den Kern 2 abnimmt.

Der Spalt 14 ist trotzdem ausreichend groß, um zu verhin­ dern, daß die Kerne 2 und 2′ in Sättigung gehen. Bei Ein­ treten der Sättigung nimmt die von der Vorrichtung erzeugte Antriebskraft sehr schnell ab, wie aus Fig. 5 zu erkennen ist, in der der Kraftverlauf bei Sättigung mit B bezeichnet ist, während der Kraftverlauf für den Fall, daß keine Sättigung auftritt, mit A bezeichnet ist. Wenn man verhindert, daß die Spulen in Sättigung gehen, bleibt die von der Vorrichtung erzeugte Kraft über die Dauer des gesamten Hubs hoch.

Der Spalt 14 ist auch ausreichend klein, um zu erreichen, daß nur ein kleiner Teil des Flusses durch den Anker 11 verläuft. Daher wird verhindert, daß der Anker 11 nach einer gewissen Zeit entmagnetisiert wird.

Die Fig. 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Linearantriebsvorrichtung. Dieses Ausfüh­ rungsbeispiel ist dem ersten Ausführungsbeispiel ähnlich. Das zweite Ausführungsbeispiel enthält eine erste und eine zweite elektromagnetische Einheit, von denen eine jede eine obere Platte 30, eine untere Platte 31, sowie zwei voneinander beabstandete Spulen 32 und 33 aufweist. Die Einheiten werden durch Führungsvorrichtungen 34 und 35 miteinander verbunden, wobei ein Anker 45 zwi­ schen ihnen angeordnet ist. Die Arbeitsweise des Ankers 45 beim Einschalten einer jeden Einheit ist dieselbe, wie die voranstehend anhand des ersten Ausführungsbeispiels beschriebene. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist jedoch eine Stange 37 am Anker 45 befestigt, um die Bewegung des Ankers in Längsrichtung durch einen Durchgang 46 und eine Seitenplatte 38 zu übertragen. Zwischen den elektromagnetischen Einheiten ist wiederum ein Spalt 39 vorgesehen.

Wie aus Fig. 2 deutlich zu erkennen ist, ist es möglich, die Anzahl der Win­ dungen der Spulen zu erhöhen und so eine erhöhte Zug­ kraft zu erreichen, ohne daß deshalb die Dicke der Vor­ richtung zunimmt. Aus diesem Grund ist die gezeigte Antriebs­ vorrichtung für Anwendungsfälle einsetzbar, bei denen nur ein beschränkter Platz zur Verfügung steht, wie z. B. bei den Türverkleidungen von modernen Kraftfahrzeugen, wo sie als Antrieb für die elektrische Zentralverriegelung ein­ setzbar ist.

Offenbart ist eine elektromagnetische Linearantriebs­ vorrichtung mit zwei elektromagnetischen Einheiten, die in parallelem Abstand zueinander befestigt sind und zwi­ schen denen ein Dauermagnet-Anker angeordnet ist. Zwischen den elektromagnetischen Einheiten ist ein Spalt vorgesehen, der ausreichend schmal ist, um zu erreichen, daß ein Großteil der von den Einheiten erzeugten magneti­ schen Flußlinien entlang von oberen und unteren Platten verläuft, die an jeder Einheit angebracht sind. Der Spalt ist auch ausreichend breit, um zu verhindern, daß die magnetischen Kerne einer jeden Einheit in Sättigung gehen und die von der Vorrichtung erzeugte Kraft vermindert wird. Die Anordnung der elektrischen Spulen innerhalb einer jeden Einheit erlaub es, zur Erhöhung der von der Vorrichtung erzeugten Kraft zusätzliche Win­ dungen hinzuzufügen, ohne daß deshalb die Gesamtdicke er­ höht wird.

Claims (6)

1. Elektromagnetische Linearantriebsvorrichtung mit zwei sich im Abstand gegenüberstehenden elektromagneti­ schen Einheiten, die jeweils zwei sich gegenüberliegende Polbleche mit dazwischen liegender Spulenanordnung auf­ weisen, sowie einem Permanentmagnet-Anker, der entspre­ chend dem von den elektromagnetischen Einheiten erzeugten Magnetfluß bewegbar und derart geführt ist, daß seine Bewegung in dem von den beiden elektromagnetischen Einhei­ ten umschlossenen Raum parallel zu den Polblechen der elektromagnetischen Einheiten erfolgt, dadurch gekennzeich­ net, daß der Permanentmagnet-Anker (11) über Ansätze (12) in Langlöchern (15) seitlicher Führungsvorrichtungen (8, 9) geführt ist, daß zur Übertragung der Bewegung des Per­ manentmagnet-Ankers (11) ein Arm (16) vorgesehen ist, der über eines der Langlöcher (15) mit einem der Ansätze (12) des Permanent-Ankers (11) verbunden ist und einen Zapfen (18) aufweist, der in einem weiteren Langloch (19) der dem Arm (16) benachbarten Führungsvorrichtung (9) ge­ führt ist.

2. Elektromagnetische Linearantriebsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der Spulenanordnungen (32, 33, 32′, 33′) zwei Spulen (32, 33) aufweist, die zwischen sich einen Durchgang (46) bilden, und daß zur Übertragung der Bewegung des Permanentmagnet-Ankers (45) eine Stange (37) vorgesehen ist, die mit dem Permanentmagnet-Anker (45) verbunden ist und sich durch den Durchgang (46) sowie durch eine Seitenplatte (38) erstreckt.

3. Elektromagnetische Linearantriebsvorrichtung nach An­ spruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorder­ kanten (5, 6) der Polbleche (3, 4; 30, 31) der einen Einheit (40) derart von den Vorderkanten (5′, 6′) der Polbleche (3′, 4′; 30′, 31′) der anderen Einheit (41) beabstandet sind, daß zwischen den Polblechen der Einheiten ein Spalt (14, 39) gebildet wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Spalts (14, 39) derart schmal ist, daß ein wesentlicher Teil des durch die elektromagnetischen Ein­ heiten erzeugten magnetischen Flusses entlang der oberen (3, 3′; 30, 30′) und der unteren Polbleche (4, 4′; 31, 31′) verläuft.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Breite des Spalts (14, 39) ausreichend groß ist, um zu verhindern, daß die Kerne (2, 2′) der elektro­ magnetischen Einheiten in Sättigung gehen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß im wesentlichen der gesamte von dem Permanentmagnet- Anker (11, 45) erzeugte magnetische Fluß durch die magnetischen Kerne (2, 2′) der elektromagnetischen Einheiten verläuft.