DE60306140T2 - Elektromagnetischer betätiger mit dauermagnet - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Aktuator mit Dauermagnet.
• Aus dem Dokument US 4 295 111 ist ein elektromagnetischer Aktuator bekannt, der eine Spule umfasst, die um ein magnetisches Gehäuse herum angeordnet ist, in dem ein magnetisches Betätigungselement gelagert ist. Ein Dauermagnet ist um die Spule herum angeordnet und hat ein Magnetfeld, das sich gemäß einer axialen Richtung der Spule erstreckt.
• Der Dauermagnet ist zwischen zwei Ringen aus magnetischem Material eingefügt, die mit dem magnetischen Gehäuse in Kontakt sind. Dadurch kann das Magnetfeld konzentriert und eine große Kraft entwickelt werden. Der Hub des Betätigungselement ist im Gegensatz dazu relativ gering, und für lange Hübe müssen die axialen Abmessungen des Aktuators verlängert werden.
• Erfindungsgemäß sieht man einen elektromagnetischen Aktuator vor, umfassend. eine Spule, ein magnetisches Betätigungselement, das in der Spule gelagert ist, mindestens einen Ring aus einem magnetischen Material, der um die Spule herum angeordnet ist, und mindestens einen Dauermagneten, der an einem Ende des Ringes angefügt und gegenüber einem Außenflächenabschnitt der Spule angeordnet ist, wobei der Dauermagnet ein Magnetfeld hat, das sich gemäß einer axialen Richtung der Spule erstreckt, wobei das magnetische Betätigungselement verschiebbar in einem nicht magnetischen Führungselement gelagert ist, das sich in der Spule erstreckt, und der Ring ein dem Magneten entgegengesetztes Ende hat, das von dem nicht magnetischen Führungselement durch einen nicht magnetischen Zwischenraum getrennt ist.
• Statt sich vollkommen zu einer Schleife zu schließen, bleibt auf diese Weise ein Teil des Magnetfeldes offen, so dass der Hub des magnetischen Betätigungselements verlängert wird. Ferner ist es dann möglich, die Position des magnetischen Betätigungselements durch eine geeignete Steuerung des Versorgungsstroms für die Spule zu steuern.
• Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Studium der folgenden Beschreibung eines besonderen, die Erfindung nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die einzige beigefügte Figur, die eine axiale Schnittansicht eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuators ist.
• Unter Bezugnahme auf die Figur umfasst der erfindungsgemäße elektromagnetische Aktuator auf an sich bekannte Weise eine Spule 1, die um ein Rohr 2 aus nicht magnetischem Material befestigt ist, in dem ein magnetisches Betätigungselement 3 verschiebbar gelagert ist. Die Spule 1 ist über einen Versorgungsdraht 4 mit nicht gezeigten Versorgungsmitteln verbunden, die ein Erregen oder Aberregen der Spule ermöglichen, um das magnetische Betätigungselement zu bewegen.
• Erfindungsgemäß ist in dem gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Ring 5, der einen Dauermagneten bildet, beispielsweise ein Ferrit-Ring, dessen Dauermagnetfeld sich in einer axialen Richtung des Ringes erstreckt, um die Spule herum derart angeordnet, dass er sich gegenüber dem zentralen Abschnitt der Außenfläche der Spule erstreckt. Das von dem Ring 5 erzeugte Feld erstreckt sich somit in einer axialen Richtung der Spule 1. Der Ring 5 ist von zwei Ringen 6 aus magnetischem Material, beispielsweise Weichstahl, umgeben.
• Ferner sind die beiden Enden der Spule 1 von ringförmigen Platten 7 überdeckt, deren Umfangsrand mit der Innenfläche des entsprechenden Ringes 6 in Kontakt steht. Die ringförmigen Platten 7 haben eine zentrale Öffnung mit einem Durchmesser, der größer als der Durchmesser des nicht magnetischen Rohres 2 ist. Die magnetischen Ringe 6 sind auf diese Weise vom nicht magnetischen Rohr 2 durch einen nicht magnetischen Zwischenraum getrennt.
• Die Einheit ist von einem isolierenden Gehäuse 8 umgeben, beispielsweise ein gegossenes Gehäuse, das sicherstellt, dass die Ringe und die Stirnplatten an ihrem Platz gehalten werden.
• Ein Teil der Feldlinien, die aus dem Dauermagneten 5 resultieren, erstreckt sich in einer Schleife, wie dies mit dünner strichpunktierter Linie in der Figur gezeigt ist, so dass selbst wenn kein Strom vorhanden ist, wie das in der Figur gezeigt ist, das Gewicht des magnetischen Betätigungselements teilweise durch die aus dem Dauermagneten resultierende Anziehungskraft ausgeglichen wird. Wird die Spule 1 erregt, erzeugt sie ein zusätzliches Magnetfeld, welches das magnetische Betätigungselement 3 nach oben bewegt.
• Ein Teil der Feldlinien tritt im Bereich des nicht magnetischen Zwischenraums aus, so dass der Hub des Betätigungselements vergrößert wird. Um den Teil des Magnetfeldes, der offen bleibt, zu verkleinern oder zu vergrößern, verkleinert bzw. vergrößert man den nicht magnetischen Zwischenraum, indem man eine ringförmige Platte mit einer kleineren bzw. größeren zentralen Öffnung verwendet.
• Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt, und man kann daran Ausführungsvarianten vornehmen, ohne den Schutzumfang der Erfindung, wie er in den Ansprüchen definiert ist, zu verlassen.
• Obgleich der erfindungsgemäße Aktuator mit Platten 7 aus magnetischem Material beschrieben wurde, die an den Enden der Spule angeordnet sind, kann man den erfindungsgemäßen Aktuator insbesondere ohne die Platten 7 herstellen. Darüber hinaus kann die magnetische Platte 7 ganz oder teilweise durch eine Platte aus nicht magnetischem Material ersetzt werden.
• Auch wenn die Erfindung so dargestellt wurde, dass die Ringe 6 aus magnetischem Material in Bezug auf den Dauermagneten 5 symmetrisch angebracht sind, kann man ebenso die Geometrie der Einheit abändern, um ein besonderes Verhalten des Aktuators je nach Anwendung, für die der Aktuator bestimmt ist, zu erhalten.
• Obgleich die Erfindung mit einem Dauermagneten in Form eines Ringes gezeigt wurde, kann man den erfindungsgemäßen Aktuator ebenso herstellen, indem man eine Reihe von Stäben verwendet, die gegenüber einem Außenflächenabschnitt der Spule 1 angeordnet sind.
• Auch wenn das Führungselement in Form eines Rohres beschrieben wurde, kann es andere Formen haben und beispielsweise in Form von Gleitschienen umgesetzt sein.

Claims (3)

1. Elektromagnetischer Aktuator, umfassend eine Spule (1), ein magnetisches Betätigungselement (3), das in der Spule gelagert ist, mindestens einen Ring (6) aus magnetischem Material, der um die Spule herum angeordnet ist, und mindestens einen Dauermagneten (5), der an einem Ende des Ringes angefügt und gegenüber einem Außenflächenabschnitt der Spule (1) angeordnet ist, wobei der Dauermagnet ein Magnetfeld hat, das sich gemäß einer axialen Richtung der Spule (1) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Betätigungselement verschiebbar in einem nicht magnetischen Führungselement (2) gelagert ist, das sich in der Spule erstreckt, und dass der Ring ein dem Magneten entgegengesetztes Ende hat, das von dem nicht magnetischen Führungselement durch einen nicht magnetischen Zwischenraum getrennt ist.
2. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dauermagnet ein Ring (5) ist, der die Spule umgibt.
3. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Dauermagnet (5) zwischen zwei Ringen (6) aus magnetischem Material eingefügt ist.