DE4403420A1

DE4403420A1 - Linear electromagnetic drive for control elements

Info

Publication number: DE4403420A1
Application number: DE19944403420
Authority: DE
Inventors: Civrny Otakar; Chalupa Antonin
Original assignee: Fluid Systems Partners SA
Current assignee: Fluid Systems Partners SA
Priority date: 1994-02-04
Filing date: 1994-02-04
Publication date: 1995-08-10

Abstract

The drive has at least one coil (11) through which flows a controlled electric current, to which is allocated a permanent magnet (14). In the magnetic field, generated by the coil and the permanent magnet, is an axially slidable core (7) prestressed by springs. Due to its linear sliding, triggered by the electric current, the core controls the elements to be regulated. The core is coaxially surrounded by the permanent magnet with radially oriented poles (N,S). Pref. the permanent magnet is axially located between two coil sections (12,13) as a ring of segments (21).

Description

Die Erfindung betrifft eine lineare elektromagnetische An triebsvorrichtung für Steuerelemente, insbesondere zur Be tätigung hydraulischer oder pneumatischer Steuerelemente, mit wenigstens einer von einem steuerbaren elektrischen Strom durchflossenen Spule, mit wenigstens einem der Spule zugeordneten Permanentmagneten und mit einem axial ver schieblichen, durch Federn vorgespannten Kern im Bereich des von der Spule und dem Permanentmagneten erzeugten Mag netfeldes, wobei der Kern aufgrund seiner durch den elek trischen Strom ausgelösten linearen Verschiebebewegung der Steuerung der Steuerelemente dient.The invention relates to a linear electromagnetic Drive device for controls, in particular for loading actuation of hydraulic or pneumatic control elements, with at least one of a controllable electrical Current flowing through the coil, with at least one of the coil assigned permanent magnet and with an axially ver Slidable, spring-biased core in the area of the mag generated by the coil and the permanent magnet netfeldes, whereby the core due to its by the elek tric current triggered linear displacement movement of the Controls the controls.

Eine derartige Antriebsvorrichtung ist aus DE-93 15 549 U1 bekannt. Bei der bekannten Antriebsvorrichtung sind zwei in axialem Abstand angeordnete Permanentmagneten vorgese hen, wodurch bei vorgegebener Antriebsleistung ein be trächtlicher Raumbedarf bedingt ist.Such a drive device is from DE-93 15 549 U1 known. In the known drive device are two pre-arranged permanent magnets axially spaced hen, whereby a given drive power be space is required.

Es ist Aufgabe der Erfindung, bei einer gattungsgemäßen Antriebsvorrichtung den Raumbedarf bei gleichbleibender Antriebsleistung zu verringern oder die Antriebsleistung bei gleichbleibendem Raumbedarf zu erhöhen.It is an object of the invention in a generic Drive device the space requirement with the same Reduce drive power or drive power increase with the same space requirement.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Permanentmagnet den Kern koaxial mit radial zu ihm hin orientierten Magnetpolen umschließt.The object is achieved in that the Permanent magnet coaxial with the core radially towards it oriented magnetic poles.

Die nachstehende Beschreibung einer bevorzugten Ausfüh rungsform der Erfindung dient im Zusammenhang mit beilie gender Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigen:The following description of a preferred embodiment Form of the invention is used in connection with beigie gender drawing of further explanation. Show it:

Fig. 1 schematisch eine Axialschnittansicht ei ner linearen elektromagnetischen An triebsvorrichtung; Fig. 1 schematically shows an axial sectional view egg ner linear electromagnetic drive device;

Fig. 2 eine Radialschnittansicht entlang der Linie 2-2 in Fig. 1; Fig. 2 is a radial sectional view taken along line 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 und 4 Radialschnittansichten ähnlich Fig. 2 zweier anderer Ausführungsformen eines ringförmigen Permanentmagneten. FIGS. 3 and 4 radial sectional views similar to FIG. 2 of two other embodiments of an annular permanent magnet.

Die auf der Zeichnung dargestellte lineare elektromagneti sche Antriebsvorrichtung 1 dient in noch zu beschreibender Weise dem Antrieb von Steuerelementen, insbesondere zur Betätigung hydraulischer oder pneumatischer Steuerelemente in hydraulischen oder pneumatischen Leistungssystemen.The linear electromagnetic drive device 1 shown in the drawing serves in a manner to be described to drive control elements, in particular for actuating hydraulic or pneumatic control elements in hydraulic or pneumatic power systems.

Die Antriebsvorrichtung 1 umfaßt einen äußeren, vorzugs weise kreiszylindrischen Mantel 2 aus magnetischem Werk stoff, beispielsweise Weicheisen. Der Mantel 2 umschließt zwei als Polschuhe wirkende, ebenfalls aus magnetischem Werkstoff bestehende Lagerblöcke 3, die jeweils zentrale Lagerbohrungen 4 sowie stirnseitig zylindrische Aussparun gen 5 von größerem Durchmesser als die Lagerbohrungen 4 aufweisen. In den Lagerbohrungen 4 ist die Achse 6 eines Ankers oder Kerns 7 aus Weicheisen oder dergleichen axial verschieblich gelagert, so daß der Kern 7 sich im inneren Zwischenraum zwischen den beiden Lagerblöcken 3 ebenfalls axial bewegen kann. Auf den äußeren Enden der Achse 6 sind Stützscheiben 8 kleineren Außendurchmessers als die Innen durchmesser der Aussparungen 5 fixiert. Zwischen den Stützscheiben 8 und gegenüberliegenden Innenflächen der Lagerblöcke 3 sind jeweils Federn 9, z. B. Schraubenfedern, eingesetzt, die den Kern 7 in die aus Fig. 1 ersichtliche Mittellage elastisch vorspannen.The drive device 1 comprises an outer, preferably circular cylindrical jacket 2 made of magnetic material, for example soft iron. The jacket 2 encloses two acting as pole pieces, also made of magnetic material bearing blocks 3 , each having central bearing holes 4 and cylindrical recesses 5 gene larger diameter than the bearing holes 4 . In the bearing bores 4 , the axis 6 of an armature or core 7 made of soft iron or the like is axially displaceably mounted, so that the core 7 can also move axially in the inner space between the two bearing blocks 3 . On the outer ends of the axis 6 support disks 8 are smaller outer diameter than the inner diameter of the recesses 5 fixed. Between the support disks 8 and opposite inner surfaces of the bearing blocks 3 springs 9 , z. B. coil springs, which elastically bias the core 7 into the central position shown in FIG. 1.

Der Mantel 1 umschließt weiterhin konzentrisch eine Spule 11, die (in an sich bekannter und deshalb nicht darge stellter Weise) mit einer Steuerstromquelle verbindbar ist und der Erzeugung eines Magnetfeldes dient. Die Spule 11 besteht, wie dargestellt, aus zwei Spulenabschnitten 12, 13, die unter Freilassung eines Zwischenraums axial neben einander angeordnet sind. Im Zwischenraum zwischen den Spulenabschnitten 12, 13 ist ein ringförmiger Permanent magnet 14 angeordnet, der innerhalb des Mantels 2 den Kern 7 koaxial umschließt. Der Permanentmagnet 14 weist zum Kern 7 radial hin orientierte Magnetpole N, S auf.The jacket 1 also concentrically encloses a coil 11 which (in a manner known per se and therefore not shown) can be connected to a control current source and serves to generate a magnetic field. The coil 11 , as shown, consists of two coil sections 12 , 13 which are arranged axially next to one another, leaving a gap. In the space between the coil sections 12 , 13 , an annular permanent magnet 14 is arranged, which coaxially surrounds the core 7 within the jacket 2 . The permanent magnet 14 has magnetic poles N, S oriented radially towards the core 7 .

Die Spulenabschnitte 12, 13 und der ringförmige Permanent magnet 14 sitzen auf einem koaxial verlaufenden, inneren Rohr 15, welches aus Abschnitten 16 aus magnetischem Werk stoff, z. B. Weicheisen, und dazwischen angeordneten, ring förmigen Füllstücken 17 aus nichtmagnetischem Werkstoff, z. B. Messing, besteht. Die Abschnitte 16 sind mit den Füllstücken 17 fest, z. B. durch Verlötung, miteinander verbunden, wobei zwischen den Abschnitten 16 und den Füll stücken 17, wie dargestellt, teilweise Schrägkanten ausge bildet werden können. Die Anordnung ist dabei so getrof fen, daß im Innenraum des Permanentmagneten 14 ein Ab schnitt 16 aus magnetischem Werkstoff vorhanden ist, an den sich zu beiden Seiten jeweils ein Füllstück 17 aus nichtmagnetischem Werkstoff anschließt. Die Füllstücke 17 schließen wiederum an Abschnitte 16 aus magnetischem Werk stoff an. Die Füllstücke 17 aus nichtmagnetischem Werk stoff ermöglichen einen bestimmten Verlauf der magneti schen Feldlinien aus dem Permanentmagneten 14 durch die aus magnetischem Material bestehenden Abschnitte 16 sowie über den Kern 7, die (insoweit als Polschuhe wirkenden) Lagerblöcke 3 und über den Mantel 2.The coil sections 12 , 13 and the annular permanent magnet 14 sit on a coaxial inner tube 15 , which consists of sections 16 made of magnetic material, for. B. soft iron, and arranged in between, ring-shaped fillers 17 made of non-magnetic material, for. B. brass. The sections 16 are fixed with the fillers 17 , for. B. by soldering, connected to each other, with pieces between the sections 16 and the fill 17 , as shown, partially bevel edges can be formed. The arrangement is so trimmed that a section 16 of magnetic material is present in the interior of the permanent magnet 14 , to each of which a filler 17 of non-magnetic material is connected on both sides. The fillers 17 in turn connect to sections 16 made of magnetic material. The filler pieces 17 made of non-magnetic material enable a certain course of the magnetic field lines from the permanent magnet 14 through the sections 16 made of magnetic material and over the core 7 , the (acting as pole shoes) bearing blocks 3 and the jacket 2 .

Die Anordnung des ringförmigen, radial polarisierten Per manentmagneten 14 zwischen den Spulenabschnitten 12, 13 und um den Anker oder Kern 7 herum spart Platz und führt zu eine kompakten, leistungsstarken Vorrichtung.The arrangement of the annular, radially polarized permanent magnet 14 between the coil sections 12 , 13 and around the armature or core 7 saves space and leads to a compact, powerful device.

Wie schematisch in Fig. 1 angedeutet, können ein oder beide Enden der Achse 6 des Kerns 7 mit Steuerelementen 18, 19 in Wirkverbindung gebracht werden, welche durch die hin- und hergehende Bewegung des Kernes 7 und seiner Achse 6 betätigt werden.As indicated schematically in FIG. 1, one or both ends of the axis 6 of the core 7 can be brought into operative connection with control elements 18 , 19 which are actuated by the reciprocating movement of the core 7 and its axis 6 .

Die Fig. 2 zeigt eine mögliche Ausbildung des den Kern 7 koaxial mit radial zu ihm hin orientierten Magnetpolen um schließenden Permanentmagneten 14. Zwischen dem aus magne tischem Werkstoff gefertigten, mittleren Abschnitte 16 des Rohres 15 und dem äußeren Mantel 2 sind kleine, individu elle Permanentmagnete in Form von im wesentlichen quader förmigen Segmenten 21 mit kleinen Lücken dazwischen fest angeordnet, die mit ihren Polen N, S radial zum Kern 7 hin orientiert sind. Die Segmente 21 könnten auch die Form von lückenlos aneinander anschließenden Kreissektor-Abschnit ten haben (Fig. 3). Fig. 2 shows a possible configuration of the core 7 coaxially with radially oriented magnetic poles to him by closing permanent magnet 14. Between the made of magnetic material, middle sections 16 of the tube 15 and the outer jacket 2 are small, individu el permanent magnets in the form of essentially cuboid segments 21 with small gaps in between, with their poles N, S radially to Core 7 are oriented. The segments 21 could also have the shape of gaps which adjoin one another without gaps ( FIG. 3).

Bei einer anderen Ausführungsform (Fig. 4) kann der Per manentmagnet 14 auch als einstückiger, massiver Ring aus gebildet werden, der innenseitig Magnetpole des einen (z. B. S) und außenseitig Magnetpole des anderen Vorzei chens (z. B. N) aufweist. Ein solcher massiver Ring läßt sich beispielsweise dadurch in dieser Weise magnetisieren, daß die Elementarmagnete des den Permanentmagneten bilden den Materials im Schmelzzustand durch ein angelegtes Mag netfeld entsprechend ausgerichtet werden.In another embodiment ( FIG. 4), the permanent magnet 14 can also be formed as a one-piece, solid ring which has magnetic poles of the one (for example S) on the inside and magnetic poles of the other sign (for example N) on the outside. having. Such a solid ring can be magnetized in this way, for example, in that the elementary magnets of the permanent magnet form the material in the melt state are aligned accordingly by an applied magnetic field.

Im Ruhezustand nimmt die beschriebene Antriebsvorrichtung die in Fig. 1 dargestellte Position ein, in welcher sich der Kern 7 in seiner Mittellage befindet. Wird nunmehr die Spule 11 mit elektrischem Strom beaufschlagt, so entsteht in ihrem Inneren ein axial gerichtetes Magnetfeld, welches das symmetrisch nach zwei entgegengesetzten Richtungen hin verlaufende Magnetfeld des Permanentmagneten 14 verstärkt bzw. schwächt, so daß sich ein Magnetfeld mit Vorzugsrich tung ergibt, welches, je nach Stromrichtung, eine Ver schiebung des Kerns 7 nach der einen oder anderen Seite bewirkt, wodurch die Steuerelemente 18, 19 betätigt werden können. Je nach Stärke des Steuerstroms kann dabei die Verschiebebewegung des Kernes 7 und seiner Achse 6 einen mehr oder weniger großen Betrag annehmen.In the idle state, the drive device described assumes the position shown in FIG. 1, in which the core 7 is located in its central position. If the coil 11 is now supplied with electrical current, an axially directed magnetic field is created in the interior thereof, which strengthens or weakens the magnetic field of the permanent magnet 14 which runs symmetrically in two opposite directions, so that a magnetic field with a preferred direction results, which, depending on the current direction, a displacement of the core 7 causes Ver on one side or the other, whereby the controls 18 , 19 can be operated. Depending on the strength of the control current, the displacement movement of the core 7 and its axis 6 can assume a more or less large amount.

Claims

1. Linear electromagnetic drive device for control elements, in particular for actuating hy draulic or pneumatic control elements, with at least one coil through which a controllable electrical current flows, with at least one permanent magnet assigned to the coil, and with an axially displaceable core which is biased by springs in the area of magnetic field generated by the coil and the permanent magnet, where the core serves to control the control elements due to its linear displacement movement triggered by the electrical current, characterized in that the permanent magnet ( 14 ) coaxially with the core ( 7 ) radially towards it oriented magnetic poles (N, S).

2. Drive device according to claim 1, characterized in that the permanent magnet ( 14 ) is arranged axially between two sections ( 12 , 13 ) of a coil ( 11 ).

3. Drive device according to claim 1, characterized in that the permanent magnet ( 14 ) is ring-shaped from individual permanent magnet segments ( 21 ) with radially oriented magnetic poles (N, S) is composed.

4. Drive device according to claim 3, characterized in that the permanent magnet segments ( 21 ) have the shape of gaps adjoining circular sector sections.

5. Drive device according to claim 1, characterized in that the permanent magnet ( 14 ) is designed as a solid ring which has elementary magnetic poles (S) on the inside and elementary magnetic poles (N) on the outside of the other sign.

6. Drive device according to claim 1, characterized in that in the interior of the permanent magnet ( 14 ) and the coil ( 11 ) a tube ( 15 ) made of magnetic material is arranged, the annular filler on both sides of the permanent magnet ( 14 ) ( 17 ) made of non-magnetic material.