DE4224754A1 - Electromagnetic linear short-stroke actuator - has armature bearings formed to cooperate with guides to allow linear movement of armature relative to stator - Google Patents
Electromagnetic linear short-stroke actuator - has armature bearings formed to cooperate with guides to allow linear movement of armature relative to statorInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Aktuator für lineare Kurzhubbewegungen, ausgebildet als Reluktanzmo tor, mit einem vielpoligen, stationären Ständer, mit einem koaxial dazu angeordneten Anker, der parallel zur Achse der Pole des Stators in stationären Lagern linear beweglich und mit einem Kupplungselement versehen ist.The invention relates to an electromagnetic actuator for linear short stroke movements, designed as reluctance mo gate, with a multi-pole, stationary stand, with a Anchor arranged coaxially thereto, which is parallel to the axis of the Poles of the stator in stationary bearings can be moved linearly and is provided with a coupling element.
Es sind Aktuatoren bekannt, bei denen der Anker direkt als Abtriebsglied ausgebildet ist. Der Anker besitzt zu diesem Zweck an beiden Enden koaxiale Achsstümpfe, die in Axialla gern am Ständer geführt werden.Actuators are known in which the armature is used directly as Output member is formed. The anchor owns this Purpose at both ends of coaxial stub axles that in Axialla like to be carried on the stand.
Durch diese Bauweise werden die Aktuatoren lang und die Anker besitzen eine relativ große Masse.This construction makes the actuators long and Anchors have a relatively large mass.
Für eine präzise Bewegung bei sehr kurzen Stellzeiten ist das nachteilig.For precise movement with very short positioning times the disadvantage.
Zum Zwecke der Verringerung der Masse des Ankers und seiner Führungselemente hat man deshalb die Führung des Ankers auf einer festen Achse realisiert. Zu diesem Zweck hat man im Anker des Aktuators axial bewegliche Kugellager vorgesehen auf denen der Anker kleine Hübe in Achsrichtung bei gerin ger Reibung ausführen kann.For the purpose of reducing the mass of the anchor and its Guide elements are therefore used to guide the anchor a fixed axis. For this purpose, in Armature of the actuator provided axially movable ball bearings on which the anchor has small strokes in the axial direction low friction.
Auch bei dieser Gestaltung der Lagerung des Ankers ist die Masse der zu bewegenden Teile noch erheblich. Der Anker muß zum Zwecke der Übertragung seiner Kraft auf die voneinander beabstandeten Lager stabil ausgeführt werden. Die Masse des Ankers ist relativ hoch. Für hochfrequente Bewegungen ist der Anker zu träge und folgt nur bedingt dem vorgegebenen Bewegungsgesetz.With this design of the storage of the anchor is the Mass of the parts to be moved still considerable. The anchor must for the purpose of transferring its power to each other spaced bearings are stable. The mass of the Anchor is relatively high. For high frequency movements the anchor is too sluggish and only partially follows the given one Law of motion.
Der Aufwand für die Fertigung ist hoch, weil zusätzliche Lager für die feste Achse und exzentrisch angeordnete Durchbrüche für die Kupplungselemente vorgesehen werden müssen. The manufacturing effort is high because of additional ones Bearings for the fixed axis and eccentrically arranged Breakthroughs are provided for the coupling elements have to.
Ziel der Erfindung ist es, diese Nachteile zu beseitigen.The aim of the invention is to eliminate these disadvantages.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Lagerung für den Anker des Aktuators so auszuführen, daß praktisch keine zusätzlichen, massebehafteten Teile für die Führung des Ankers vorgesehen werden müssen, daß der Aktuator aus wenigen, einfach herstellbaren Teilen besteht und einfach in vorhandene Vorrichtungen eingeordnet werden kann.The object of the invention is the storage for execute the armature of the actuator so that practically none additional, mass-laden parts for the guidance of the Anchor must be provided that the actuator out few, easy to manufacture parts and simple can be classified into existing devices.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die im Anspruch l dargestellten Elemente gelöst. Die in der Ebene des Luft spaltes zwischen den Polen der Ständerwicklung und dem Anker angeordneten Gleitelemente können sehr massearm ausgebildet werden. Ein Kippmoment tritt an der Gleitfüh rung nicht auf, weil die erzeugten motorischen Kräfte unmittelbar in der Führungsebene wirken. Für die Übertra gung der erzeugten Bewegung nach außen, kann der Anker direkt entsprechend ausgebildet werden.According to the invention, the object is defined in claim 1 shown elements solved. The one in the plane of the air gap between the poles of the stator winding and the Anchor sliding elements can be very low in mass be formed. A tipping moment occurs at the sliding guide not because the generated motor forces work directly at the management level. For the transfer The anchor can move the generated movement outwards be trained accordingly.
Die zweiteilige Ausbildung der Lager bietet optimale Lager bedingungen.The two-part design of the bearings offers optimal bearings conditions.
Die Verwendung von Gleitlagern bietet die kostengünstigste Variante, die für die überwiegende Zahl der Anwendungsfälle einsetzbar ist.The use of plain bearings offers the cheapest Variant for the vast number of use cases can be used.
Für Aktuatoren, die größere Kräfte zu erzeugen haben und daher mit Ankern einer größeren Masse ausgestattet sind, ist es zweckmäßig, mindestens das Lager, das auf der Schwe rachse angeordnet ist, als Rollenlager auszubilden.For actuators that have to generate greater forces and are therefore equipped with anchors of a larger mass, it is expedient to at least the camp that is on the Schwe axis is arranged to form as a roller bearing.
Je nach Einsatzzweck, kann der Aktuator mit innen oder außen angeordnetem Stator ausgebildet sein. Die Kupplungs elemente werden zu diesem Zweck entsprechend positioniert. Depending on the application, the actuator can be inside or externally arranged stator. The clutch elements are positioned accordingly for this purpose.
Die so ausgebildeten Lager der Aktuatoren ermöglichen eine praktisch verzögerungslose und präzise Arbeitsweise.The actuator bearings designed in this way enable one practically instantaneous and precise way of working.
Die Abmessungen des Aktuators können auf ein Minimum redu ziert werden. Sein Einbau in Aggregate kann mit dem gering sten Platzaufwand dort realisiert werden, wo die gewünschte Bewegung erforderlich ist.The dimensions of the actuator can be reduced to a minimum be decorated. Its installation in aggregates can be minor most space can be realized where the desired Movement is required.
Es wird als selbstverständlich angesehen, das die in der Ebene des Luftspaltes angeordneten Führungselemente aus Werkstoffen gebildet werden, die gute Notlaufeigenschaften besitzen und antimagnetisch sind.It is taken for granted that those in the Level of the air gap arranged guide elements Materials are formed that have good emergency running properties own and are anti-magnetic.
Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigen:The invention is intended to be based on an exemplary embodiment are explained in more detail. In the accompanying drawings demonstrate:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Aktuator mit außenliegender Ständerwicklung, Fig. 1 shows a longitudinal section through an actuator with an external stator winding,
Fig. 2 einen schematischen Schnitt durch den Aktuator gemäß Fig. 1 im Bereich der Lager, Fig. 2 shows a schematic section through the actuator according to Fig. 1 in the region of the bearing,
Fig. 3 einen Aktuator mit innenliegenden Stator in einem schematischen Längsschnitt und Fig. 3 shows an actuator with internal stator in a schematic longitudinal section and
Fig. 4 eine Ansicht des Aktuators nach Fig. 3 von rechts. Fig. 4 is a view of the actuator of FIG. 3 from the right.
Der im Beispiel beschriebene elektromagnetische Aktuator wird für lineare Kurzhubbewegungen eingesetzt. Er kann Anwendung für Bewegungs- und Positionierungsaufgaben im Mikrometer- und Submikrometerbereich finden.The electromagnetic actuator described in the example is used for linear short stroke movements. He can Application for movement and positioning tasks in Find micrometer and submicron range.
Im Prinzip ist dieser Aktuator als Schraubgewindereluktanz motor mit einem vielpoligen Ständer aufgebaut. In principle, this actuator is a screw thread reluctance motor built with a multi-pole stand.
Er hat einen koaxial, linear beweglichen Anker, entspre chende Lager für die Bewegung des Ankers und ein Kupplungs element für die Abtriebsbewegung.It has a coaxial, linearly movable armature suitable bearings for the movement of the armature and a coupling element for the output movement.
Der Stator 1 (Fig. 1) besteht aus einem ortsfest gelagerten Gehäuse 11 mit einem darin gelagerten Blechpaket 12, das in an sich bekannter Weise innen genutet ist und Wicklungen für die Pole 121 trägt. Die Pole 121 sind nach innen gerichtet.The stator 1 ( FIG. 1) consists of a stationary housing 11 with a laminated core 12 mounted therein, which is grooved on the inside in a manner known per se and carries windings for the poles 121 . The poles 121 are directed inwards.
Innerhalb dieser Pole 121 befindet sich der axial bewegli che Anker 2, der an seinem Außenumfang mit spiralförmigen Nuten versehen ist, um einen veränderlichen Luftspalt zu erzeugen.Within these poles 121 is the axially movable armature 2 , which is provided on its outer circumference with spiral grooves in order to produce a variable air gap.
Für die Führung dieses Ankers 2 sind an der Innenseite des Stators im Abstand von je 120° entlang von Mantellinien angeordnete Führungsschienen 14, 15 und 16 befestigt. Die Befestigung im Blechpaket erfolgt zweckmäßig durch Kleben.For guiding this armature 2 , guide rails 14 , 15 and 16 are attached to the inside of the stator at intervals of 120 ° along surface lines. The fixture in the laminated core is conveniently done by gluing.
Zwei dieser Führungsschienen 14, 15 haben innen ebene Füh rungsflächen. Die dritte Führungsschiene 16 ist profiliert und hat im Beispiel eine halbkreisförmige Nut, in die eine Kugel 161 eingreift.Two of these guide rails 14 , 15 have planar guide surfaces on the inside. The third guide rail 16 is profiled and in the example has a semicircular groove in which a ball 161 engages.
Der Anker 2 besitzt an seinem Umfang ebenfalls in Winkelab ständen von 120° zuordenbare Lager 21, 22, 23. Zweckmäßiger weise sind diese Lager zweiteilig ausgeführt, wobei sich die beiden Teile nahe an den Stirnseiten des Ankers 2 befinden.The armature 2 has on its circumference also in Winkelab stands of 120 ° assignable bearings 21 , 22 , 23rd These bearings are expediently made in two parts, the two parts being close to the end faces of the armature 2 .
Die Lager 21 und 22 sind an ihrer Außenseite glatt ausge führt und gleiten an den Innenflächen der Führungsschienen 14 und 15. Das dritte Lager 23, das ebenfalls zweiteilig ausgeführt ist, besteht aus den Teilen 231 und 232 An ihrer Außenseite haben sie ebenfalls eine gerundete Nut, in der die Kugel 161 rollen kann. Diese Kugeln 161 können durch einen Käfig in an sich bekannter Weise fixiert werden. Der Käfig wurde nicht dargestellt. The bearings 21 and 22 are smooth on their outside leads and slide on the inner surfaces of the guide rails 14 and 15th The third bearing 23 , which is also made in two parts, consists of the parts 231 and 232. On the outside they also have a rounded groove in which the ball 161 can roll. These balls 161 can be fixed in a manner known per se by means of a cage. The cage has not been shown.
Die durch den Anker 2 erzeugte Bewegung wird durch den Kupplungszapfen 24 auf das zu bewegende Element übertragen. Die Kopplung erfolgt dort mit an sich bekannten Mitteln.The movement generated by the armature 2 is transmitted through the coupling pin 24 to the element to be moved. The coupling takes place there using means known per se.
In den Fig. 3 und 4 wird ein Aktuator beschrieben und gezeigt, dessen Statorwicklung 33 innen ortsfest angeordnet ist. Der Anker 4 ist außen auf dem Stator 3 gelagert und ist ebenfalls auf Führungsschienen 34, 35, 36 axial beweglich geführt.In FIGS. 3 and 4, an actuator is described and shown, the stator 33 is stationarily arranged inside. The armature 4 is mounted on the outside of the stator 3 and is also axially movably guided on guide rails 34 , 35 , 36 .
Die Führungsschienen 34, 35, 36 sind - wie die Pole 321 des Stators 3 - an dessen Außenumfang angeordnet und befestigt. Der Anker 4 trägt einerseits glatte Lager 41, 42, mit denen er sich auf den Führungsschienen 35 und 34 abstützt. Das dritte Lager 43 ist in Form zweier Rollen 431, 432 ausge bildet, die am Anker 4 ihr Lager haben. Diese Rollen 431, 432 greifen in eine außenliegende Nut der Führungs schiene 36 ein.The guide rails 34 , 35 , 36 are - like the poles 321 of the stator 3 - arranged and fastened on its outer circumference. The armature 4 carries on the one hand smooth bearings 41 , 42 with which it is supported on the guide rails 35 and 34 . The third bearing 43 is formed in the form of two rollers 431 , 432 , which have their bearings on the armature 4 . These rollers 431 , 432 engage in an external groove of the guide rail 36 .
Auf diese Weise ist der Anker 4 leicht in axialer Richtung bewegbar. Sein Eigengewicht wird im wesentlichen durch die Rollen 431 und 432 aufgenommen, während die Lager 41 und 42 nahezu unbelastet den Luftspalt zwischen Stator 3 und Anker 4 aufrechterhalten.In this way, the armature 4 is easily movable in the axial direction. Its own weight is essentially absorbed by the rollers 431 and 432 , while the bearings 41 and 42 maintain the air gap between the stator 3 and armature 4 almost unloaded.
Für die Lager - gleich welcher Ausführungsform - sind solche Werkstoffe zu wählen, die antimagnetisch sind und keine Wirbelströme ausbilden können.For the bearings - regardless of which embodiment - are to choose materials that are anti-magnetic and cannot form eddy currents.
In der Regel reicht es aus, wenn alle Lager als Gleitlager ausgebildet sind und eines von diesen Lagern profiliert ist und eine Relativbewegung in Umfangsrichtung zwischen Stator 1 oder 3 und Anker 2 oder 4 verhindert.As a rule, it is sufficient if all bearings are designed as slide bearings and one of these bearings is profiled and prevents a relative movement in the circumferential direction between stator 1 or 3 and armature 2 or 4 .
Finden Gleitlager Anwendung, sollten solche Werkstoffe verwendet werden, die gute Notlaufeigenschaften besitzen und ein Erodieren der Gleitflächen bei unterbrochener oder sehr kleiner Hubbewegung ausschließen. If plain bearings are used, such materials should be used can be used that have good emergency running properties and eroding of the sliding surfaces when the or is interrupted exclude very small stroke movement.
Die Anordnung dieser Aktuatoren in Vorrichtungen kann auf die unterschiedlichste Weise erfolgen. So können Aktuatoren mit außenliegendem Stator in Bohrungen eingefügt werden, während die Aktuatoren mit innenliegendem Stator dort zweckmäßig eingesetzt werden können, wo eine Welle oder ein Wellenzapfen als Lager gegeben sind.The arrangement of these actuators in devices can be based on the most different ways. So actuators can with external stator inserted in bores, while the actuators with the internal stator are there can be conveniently used where a shaft or a Shafts are given as bearings.
Die Abtriebsbewegung kann dann entweder an dem Zapfen 24 oder am Außenumfang des Ankers z. B. an der Kopplungsnut 44 abgenommen werden.The output movement can then either on the pin 24 or on the outer circumference of the armature z. B. can be removed from the coupling groove 44 .
Die Länge der Führungsschienen hängt natürlich von dem jeweils zu erzeugenden Hub des Ankers ab. Sie können gege benenfalls ausgetauscht oder in unterschiedlicher Länge eingesetzt werden.The length of the guide rails naturally depends on that stroke of the armature to be generated in each case. You can go if necessary, exchanged or in different lengths be used.
Daß die Führungsschienen in den Zeichnungen des Beispieles aus dem Gehäuse des Stators axial hervorstehen, ist die Ausnahme. Sie wurde gewählt, um die Zeichnung hinsichtlich der Führungselemente aussagefähiger zu gestalten.That the guide rails in the drawings of the example protrude axially from the housing of the stator is the Exception. She was chosen to refer to the drawing to make the guide elements more meaningful.
Aufstellung der verwendeten BezugszeichenList of the reference symbols used
1 Stator
11 Gehäuse
12 Blechpaket
121 Pole
13 Wicklung
14 Führungsschiene
15 Führungsschiene
16 Führungsschiene, profiliert
161 Kugel
2 Anker
21 Lager
22 Lager
231, 232 Lager, profiliert
24 Kupplungszapfen
3 Stator
31 Gehäuse
32 Blechpaket
321 Pole
33 Wicklung
34 Führungsschiene
35 Führungsschiene
36 Führungsschiene, profiliert
4 Anker
41 Lager
42 Lager
431, 432 Lager mit Rollen
44 Kupplungsnut 1 stator
11 housing
12 sheet package
121 poles
13 winding
14 guide rail
15 guide rail
16 guide rail, profiled
161 bullet
2 anchors
21 bearings
22 bearings
231, 232 bearings, profiled
24 coupling pins
3 stator
31 housing
32 sheet package
321 poles
33 winding
34 guide rail
35 guide rail
36 guide rail, profiled
4 anchors
41 bearings
42 bearings
431, 432 bearings with rollers
44 coupling groove
Claims (7)
- - mit einem vielpoligen, stationären Ständer,
- - mit einem koaxial dazu angeordneten Anker,
- - der parallel zur Achse der Pole des Stators in stationären Lagern linear beweglich und
- - mit einem Kupplungselement versehen ist,
- - with a multi-pole, stationary stand,
- with an anchor arranged coaxially with it,
- - The linearly parallel to the axis of the poles of the stator in stationary bearings and
- - is provided with a coupling element,
daß parallel zur Oberfläche der Pole (121, 321) des Stators (1), entlang dreier, um 120° zueinander ver setzter Mantellinien drei Führungsschienen (14, 15, 16; 34, 35, 36) stationär angeordnet sind,
daß der Anker (2; 4) in der Ebene, der mit den Polen (121; 321) zusammen wirkenden Oberfläche, drei Lager (21, 22, 23; 41, 42, 43) für das Zusammenwirken mit den Führungsschienen (14, 15, 16; 34, 35, 36) hat und
daß mindestens eine der Führungsschienen (16, 36) an einem der Lager (21, 22, 23; 41, 42, 43) in Umfangsrich tung des Ankers (2; 4) eine formschlüssige Führung hat. characterized,
that three guide rails ( 14 , 15 , 16 ; 34 , 35 , 36 ) are arranged in a stationary manner parallel to the surface of the poles ( 121 , 321 ) of the stator ( 1 ), along three surface lines offset by 120 ° to each other,
that the armature ( 2; 4 ) in the plane of the surface interacting with the poles ( 121 ; 321 ), three bearings ( 21 , 22 , 23 ; 41 , 42 , 43 ) for cooperation with the guide rails ( 14 , 15 , 16 ; 34 , 35 , 36 ) and
that at least one of the guide rails ( 16 , 36 ) on one of the bearings ( 21 , 22 , 23 ; 41 , 42 , 43 ) in the circumferential direction of the armature ( 2 ; 4 ) has a form-fitting guide.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19924224754 DE4224754A1 (en) | 1992-07-27 | 1992-07-27 | Electromagnetic linear short-stroke actuator - has armature bearings formed to cooperate with guides to allow linear movement of armature relative to stator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19924224754 DE4224754A1 (en) | 1992-07-27 | 1992-07-27 | Electromagnetic linear short-stroke actuator - has armature bearings formed to cooperate with guides to allow linear movement of armature relative to stator |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE4224754A1 true DE4224754A1 (en) | 1994-02-03 |
Family
ID=6464198
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19924224754 Withdrawn DE4224754A1 (en) | 1992-07-27 | 1992-07-27 | Electromagnetic linear short-stroke actuator - has armature bearings formed to cooperate with guides to allow linear movement of armature relative to stator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE4224754A1 (en) |
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1992
- 1992-07-27 DE DE19924224754 patent/DE4224754A1/en not_active Withdrawn
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