DE4223726C2

DE4223726C2 - Electromagnetic linear actuator

Info

Publication number: DE4223726C2
Application number: DE19924223726
Authority: DE
Inventors: Stefan Dipl Ing Eberhardt; Franz Dipl Ing Maier
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1992-07-18
Filing date: 1992-07-18
Publication date: 1994-05-19
Anticipated expiration: 2012-07-19
Also published as: DE4223726A1

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Linear antrieb, insbesondere für eine Servolenkung eines Kraft fahrzeuges, mit einer selbsthemmungsfrei linear beweg lichen Schubstange, welche zwei stabförmige, in die Schub stange integrierte, zueinander etwa gleichachsige Permanent magnete aufweist, deren voneinander abgewandte Enden gleiche magnetische Polarität besitzen, und mit diesen Permanent magneten beweglich in einer zylindrischen, mit steuerbarer elektrischer Stromstärke und Stromrichtung bestrombaren Spule angeordnet ist.The invention relates to an electromagnetic linear Drive, especially for a power steering of a power vehicle, with a self-locking linear movement Lichen push rod, which is two rod-shaped, in the thrust rod integrated, approximately coaxial with each other permanent has magnets whose ends facing away from one another are the same have magnetic polarity, and with this permanent magnets movable in a cylindrical, with controllable electrical current and current direction can be energized Coil is arranged.

Derartige Linearantriebe sind aus der DE 40 35 889 A1 sowie der DE 14 89 088 A1 bekannt. Diese bekannten Linearantriebe dienen vor allem als sogenannte Hubmagnete zum Antrieb von Schaltorganen, beispielsweise Ventilen u. dgl.Such linear drives are from DE 40 35 889 A1 and known from DE 14 89 088 A1. These well-known linear drives mainly serve as so-called solenoids for driving Switching elements, for example valves and. the like

Die DE 38 01 846 A1 sowie die DE 38 17 601 A1 und die US 48 00 974 zeigen Servolenkungen mit elektronisch gesteuerten, elektrischen Servomotoren, welche rotierend arbeiten. Hier ist der notwendige konstruktive Aufwand vergleichsweise hoch, weil einerseits die rotierend arbeitenden Elektromotoren ohnehin einen relativ großen Aufwand notwendig machen und andererseits auch die antriebs mäßige Kopplung von Lenkung und Servomotor wegen der not wendigen Selbsthemmungsfreiheit relativ aufwendig ist.DE 38 01 846 A1 and DE 38 17 601 A1 and US 48 00 974 show power steering with electronic controlled, electric servo motors, which are rotating work. Here is the necessary design effort comparatively high because on the one hand the rotating working electric motors anyway a relatively large Make effort necessary and on the other hand also the drive moderate coupling of steering and servo motor due to the emergency agile self-locking freedom is relatively expensive.

Aus der EP 03 76 458 A2 eine Servolenkung mit elek trischem Servomotor bekannt, welcher als Induktionsmotor ausgebildet ist und einen verschiebbaren, gewickelten Anker besitzt, welcher sich steuerbar elektrisch bestromen läßt. Auch hier ist der konstruktive Aufwand noch vergleichs weise hoch.From EP 03 76 458 A2 a power steering with elec trical servo motor known as an induction motor is trained and a slidable, wound Anchor possesses, which can be energized controllably electrically leaves. Here too, the design effort is still comparative wise high.

Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, einen elektromagne tischen Linearantrieb der eingangs genannten Art mit besonders einfachem konstruktiven Aufbau zu schaffen, wobei gleichzeitig eine - für Fahrzeuglenkungen wichtige - Dämpferfunktion übernommen werden kann.Therefore, it is an object of the invention to provide an electromagnetic table linear actuator of the type mentioned to create a particularly simple constructive structure, at the same time one - important for vehicle steering - Damper function can be taken over.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Schubstange aus nicht magnetisierbarem Material besteht und die Spule eine axiale Länge aufweist, welche deutlich größer als der axiale Abstand der voneinander abgewandten Enden der Permanentmagnete ist.This object is achieved in that the push rod made of non-magnetizable material exists and the coil has an axial length, which significantly larger than the axial distance from each other opposite ends of the permanent magnets.

Sobald die Spule von einem elektrischen Strom durchsetzt wird, wird im Inneren der Spule ein Magnetfeld erzeugt, welches mit den Magnetfeldern der Permanentmagnete in Wechselwirkung tritt. Dabei bildet das eine Spulenende einen magnetischen Nordpol und das andere Spulenende einen magnetischen Südpol. Da die voneinander abgewandten Enden der beiden Permanentmagnete gleiche magnetische Polarität besitzen, wird eines dieser Enden vom einen Spulenende angezogen, während das andere dieser Enden vom anderen Spulenende abgestoßen wird. Insgesamt wird damit auf die Schubstange eine Kraft in Achsrichtung der Schub stange ausgeübt, wobei Richtung und Maß der Kraft von der elektrischen Stromrichtung sowie der elektrischen Stromstärke in der Spule abhängig sind.As soon as an electrical current passes through the coil a magnetic field is generated inside the coil, which with the magnetic fields of the permanent magnets in Interaction occurs. This forms one end of the coil a magnetic north pole and the other end of the coil a magnetic south pole. Because the opposite Ends of the two permanent magnets same magnetic Having polarity, one of these ends will be one Coil end tightened while the other of these ends is from other end of the coil is repelled. Overall, it will a force in the axial direction of the thrust on the push rod rod exercised, taking direction and measure of force from the electrical current direction and the electrical Amperage in the coil are dependent.

Ein besonderer Vorzug der erfindungsgemäßen Bauweise liegt darin, daß der Linearantrieb gemäß der Erfindung auch gute Wirkung als Dämpfer hat. Sobald die Schubstange durch äußere Kräfte bewegt wird, induzieren die Permanent magnete in der Spule, die gegebenenfalls elektrisch kurz geschlossen werden kann, mehr oder weniger starke Wirbelströme, wodurch der Schubstange Bewegungs energie entzogen wird, d. h. die Bewegungen der Schub stange werden gedämpft. Da die Permanentmagnete voll ständig innerhalb der Spule angeordnet sind, ist die Dämpferwirkung vergleichsweise ausgeprägt, wobei als Vorteil hinzukommt, daß - zumindest bei kleinen Bewegungs hüben - die Dämpferwirkung weitestgehend unabhängig von der Bewegungsrichtung ist.A particular advantage of the construction method according to the invention is that the linear drive according to the invention also has good effects as a damper. Once the push rod is moved by external forces, induce the permanent magnets in the coil, which may be electrically short can be concluded, more or less strong Eddy currents, causing the push rod to move energy is withdrawn, d. H. the movements of the thrust rods are steamed. Because the permanent magnets are full are constantly arranged within the coil is the Damping effect is comparatively pronounced, being as Another advantage is that - at least with small movement stroke - the damping effect largely independent of the direction of movement.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß die Spule außenseitig von einer Hülse od. dgl. aus einem Material mit sehr geringem magnetischem Widerstand ummantelt ist, um innerhalb der Spule besonders hohe magnetische Flußdichten erzielen zu können. Durch diese Ummantelung wird auch die Dämpfer wirkung verbessert.According to a preferred embodiment of the invention it is provided that the coil on the outside of a Sleeve or the like. Made of a material with very little magnetic resistance is encased to within the Coil achieve particularly high magnetic flux densities to be able to. This sheathing also becomes the damper effect improved.

Insgesamt zeichnet sich der erfindungsgemäße Antrieb durch eine außerordentliche konstruktive Einfachheit aus. Auch wenn die erzeugbaren Kräfte außer von der elektrischen Stromstärke auch von der Lage der Schub stange bzw. der Permanentmagnete innerhalb der Spule abhängig sind, ergibt sich daraus im Falle einer Servo lenkung keinerlei Nachteil, weil die vom elektromagne tischen Linearantrieb erzeugten Servokräfte ohnehin geregelt werden müssen, so daß der vorgenannte Effekt durch die Regelung kompensiert wird. Overall, the drive according to the invention is distinguished due to an extraordinary constructive simplicity out. Even if the forces that can be generated besides the electrical current also from the location of the thrust rod or the permanent magnet inside the coil dependent, this results in the case of a servo steering no disadvantage because of the electromagnetic table linear drive generated servo forces anyway must be regulated so that the aforementioned effect is compensated by the regulation.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert.Below are preferred embodiments of the invention explained in more detail with reference to the drawings.

Dabei zeigtIt shows

Fig. 1 einen Axialschnitt eines erfindungsgemäßen Linear antriebes, Fig. 1 shows an axial section of a linear actuator according to the invention,

Fig. 2 einen Lenkantrieb mit erfindungsgemäßem elektromag netischem Linearantrieb und Fig. 2 shows a steering drive with electromagnetic linear actuator according to the invention and

Fig. 3 eine Servolenkung mit einem Lenkantrieb gemäß Fig. 2. Fig. 3 is a power steering system with a steering drive of FIG. 2.

Gemäß Fig. 1 sind in einer in ihrer Längsrichtung frei beweglichen Schubstange 1 zwei Permanentmagnete 2 inte griert angeordnet, welche nach Art von Stabmagneten aus gebildet sind und einander zugewandte bzw. voneinander abgewandte Enden gleicher Polarität aufweisen. Im darge stellten Beispiel sind die magnetischen Südpole der beiden Permanentmagnete 1 voneinander abgewandt, während die magnetischen Nordpole einander zugewandt sind.Referring to FIG. 1 1, two permanent magnets 2 are arranged inte grated in a freely movable in their longitudinal direction, push rod, which are formed in the manner of bar magnets, and have mutually facing each other and opposite ends of the same polarity. In the example presented, the magnetic south poles of the two permanent magnets 1 face away from one another, while the magnetic north poles face one another.

Die Schubstange 1 wird von einer stationär angeordneten zylindrischen Elektrospule 3 mit radialem Abstand ummantelt. Diese Spule 3 besitzt eine derartige axiale Länge, daß die Permanentmagnete 2 in Mittellage der Schubstange 1 von den Stirnenden der Spule 3 einen größeren axialen Abstand aufweisen.The push rod 1 is encased by a stationary cylindrical electro-coil 3 with a radial distance. This coil 3 has such an axial length that the permanent magnets 2 have a larger axial distance from the ends of the coil 3 in the central position of the push rod 1 .

Die Spule 3 kann über Anschlüsse 4 elektrisch bestromt werden. The coil 3 can be energized electrically via connections 4 .

Die Spule 3 ist innerhalb eines hülsenartigen, die Spule 3 eng ummantelnden Gehäuses 5 angeordnet, welches aus einem Material mit möglichst geringem magnetischen Widerstand besteht.The coil 3 is arranged inside a sleeve-like housing 5 , which coats the coil 3 closely and which consists of a material with the lowest possible magnetic resistance.

Wird die Spule 3 elektrisch in einer Richtung bestromt, so wird zwischen den Spulenenden ein Magnetfeld erzeugt, wobei das eine Spulenende einen magnetischen Nordpol und das andere Spulenende einen magnetischen Südpol bildet.If the coil 3 is energized electrically in one direction, a magnetic field is generated between the coil ends, one end of the coil forming a magnetic north pole and the other end of the coil forming a magnetic south pole.

Dementsprechend wird der Südpol des einen Permanentmagneten 2 vom benachbarten Spulenende angezogen, während der magnetische Südpol des anderen Permanentmagneten vom benachbarten Spulen ende abgestoßen wird. Insgesamt wirkt also auf die Schubstange eine von der elektrischen Stromstärke des die Spule 3 beauf schlagenden elektrischen Stromes abhängige Kraft, deren Richtung von der elektrischen Stromrichtung abhängt.Accordingly, the south pole of one permanent magnet 2 is attracted by the adjacent coil end, while the magnetic south pole of the other permanent magnet is repelled by the adjacent coil end. Overall, a force dependent on the electric current of the electric current acting on the coil 3 acts on the push rod, the direction of which depends on the electric current direction.

Um zu verhindern, daß in dem Raum zwischen Spule 3 und Schubstange 1 Verschmutzungen eindringen können, welche - insbesondere im Falle magnetisierbarer Schmutzpartikel - die erzeugbaren Schubkräfte der Schubstange 1 mehr oder weniger stark herabsetzen, sind die Stirnenden des Gehäuses 5 mittels Dichtmanschetten 6 abgeschlossen, welche einerseits an der Schubstange 1 und andererseits an den Enden des Gehäuses 5 dichtend befestigt sind.To prevent dirt from entering the space between the coil 3 and the push rod 1 , which - in particular in the case of magnetizable dirt particles - more or less greatly reduce the thrust forces that can be generated by the push rod 1 , the ends of the housing 5 are closed by means of sealing sleeves 6 , which on the one hand on the push rod 1 and on the other hand are sealingly attached to the ends of the housing 5 .

Im Falle einer Kraftfahrzeuglenkung bildet die Schubstange einen Teil des Lenkgestänges und kann gemäß Fig. 2 über ein Lenkgetriebe 7 mit einem in Fig. 2 nicht dargestellten Lenk handrad antriebsmäßig verbunden sein. Das Lenkgetriebe 7 kann im wesentlichen durch ein in Fig. 2 nicht sichtbares Zahnritzel gebildet werden, welches mit einem als Zahnstange ausgebildeten Bereich der Schubstange 1 kämmt.In the case of motor vehicle steering, the push rod forms part of the steering linkage and, according to FIG. 2, can be connected to a steering wheel by a steering gear 7 with a steering wheel (not shown in FIG. 2). The steering gear 7 can essentially be formed by a toothed pinion (not visible in FIG. 2) which meshes with an area of the push rod 1 designed as a toothed rack.

In Fig. 3 ist nun eine Servolenkung eines Kraftfahrzeuges leicht schematisiert dargestellt. Am Lenkgetriebe 7 sind nicht sichtbare Geber angeordnet, mit denen sich das von der Lenksäule 8 zwischen Lenkhandrad 9 und Lenkgetriebe 7 übertragene Drehmoment sowie der jeweils eingestellte Lenk winkel ermitteln lassen. Über entsprechende Signalleitungen 10 und 11 werden entsprechende Signale an einen Regler 12 gegeben, welcher darüber hinaus über eine weitere Signal leitung 13 auch die jeweilige Fahrgeschwindigkeit des Fahr zeuges wiedergebende Signale erhalten kann.In Fig. 3, a power steering of a motor vehicle is now shown slightly schematically. On the steering gear 7 are not visible sensors with which the torque transmitted from the steering column 8 between the steering wheel 9 and steering gear 7 and the respectively set steering angle can be determined. Corresponding signals are given to a controller 12 via corresponding signal lines 10 and 11 , which can also receive signals reproducing the respective driving speed of the vehicle via a further signal line 13 .

Der Regler 12 steuert eine elektrische Leistungsschaltung 14, an die ausgangsseitig die Anschlüsse 4 der Spule 3 angeschlos sen sind, d. h. die Leistungsschaltung 14 beaufschlagt die Spule 3 mit elektrischem Strom, wobei Stromrichtung und Stromstärke durch den Regler 12 bestimmt werden.The controller 12 controls an electrical power circuit 14 to which the terminals 4 of the coil 3 are connected on the output side, ie the power circuit 14 supplies the coil 3 with electrical current, the current direction and current intensity being determined by the controller 12 .

Auf diese Weise ist es möglich, daß eine die Betätigung des Lenkhandrades 9 erleichternde Servokraft erzeugt wird, die vom Lenkwinkel der Fahrzeuglenkräder, von der Fahrge schwindigkeit sowie von dem in der Lenksäule 8 wirksamen Drehmoment abhängt.In this way, it is possible that an actuation of the steering handwheel 9 facilitating servo force is generated, which depends on the steering angle of the vehicle steering wheels, on the speed Fahrge and on the effective torque in the steering column 8 .

Claims

1.Electromagnetic linear drive, in particular for a power steering of a motor vehicle, with a self-locking linearly movable push rod, which has two rod-shaped, integrated in the push rod, approximately coaxial permanent magnets, the opposite ends of which have the same magnetic polarity, and movable with these permanent magnets in one Cylindrical, with controllable electrical current and current direction coil is arranged, characterized in that the push rod ( 1 ) consists of non-magnetizable material and the coil ( 3 ) has an axial length which is significantly greater than the axial distance between the opposite ends of the Permanent magnet ( 2 ).

2. Linear drive according to claim 1, characterized in that the coil ( 3 ) is encased by a sleeve-like housing ( 5 ) made of material with low magnetic resistance.

3. Linear drive according to claim 1 or 2, characterized in that the push rod ( 1 ) has a toothed area which meshes with a pinion of a steering gear ( 7 ).