EP0014737A1 - Electromagnetic actuator - Google Patents

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EP0014737A1
EP0014737A1 EP79104186A EP79104186A EP0014737A1 EP 0014737 A1 EP0014737 A1 EP 0014737A1 EP 79104186 A EP79104186 A EP 79104186A EP 79104186 A EP79104186 A EP 79104186A EP 0014737 A1 EP0014737 A1 EP 0014737A1
Authority
EP
European Patent Office
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permanent magnet
actuating element
magnetic
magnetic core
magnetic flux
Prior art date
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EP79104186A
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German (de)
French (fr)
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EP0014737B1 (en
Inventor
John Carl Tamulis
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International Business Machines Corp
Original Assignee
International Business Machines Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by International Business Machines Corp filed Critical International Business Machines Corp
Publication of EP0014737A1 publication Critical patent/EP0014737A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP0014737B1 publication Critical patent/EP0014737B1/en
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41J—TYPEWRITERS; SELECTIVE PRINTING MECHANISMS, i.e. MECHANISMS PRINTING OTHERWISE THAN FROM A FORME; CORRECTION OF TYPOGRAPHICAL ERRORS
    • B41J9/00—Hammer-impression mechanisms
    • B41J9/26—Means for operating hammers to effect impression
    • B41J9/38—Electromagnetic means

Definitions

  • the invention relates generally to an electromagnetic actuating device of the type in which the actual actuating element or the armature is held tensioned against a prestressing force and can be triggered selectively for a working stroke.
  • magnetic actuators are used to drive the print hammers and use compensation coils that counteract the excitation of the force attracting the hammer and thus release the hammer to stop.
  • the tripping current for the compensation coil is relatively high, so that additional components are required to control the driver circuits for the windings of the print hammer magnet. These components naturally cause additional effort in comparison to the production of the driver stages in integrated circuit technology, as is the case with most pressure control circuits today.
  • the object of the invention is therefore to provide an electromagnetic actuating device in which the actuating element is held by a cyclically changing magnetic flux density and is then released or triggered by a compensation coil when the flux density passing through the compensation coils is at a low value.
  • the compensation coil is to be arranged in a magnetic circuit in such a way that the opposing magnetomotive force lies in series and in phase with the magnetomotive force which is generated by the current pulse at the time the actuating element is triggered.
  • the new actuation device is to be equipped with a permanent magnet which is arranged movably with respect to the magnetic core and which generates a cyclically changing flux density at the point at which the actuation element is held by the magnetic attraction force and at which the excitation of the compensation coil is timed to coincide with the time when the flux density at the actuator and the compensation coil is at a low value.
  • a magnetic core structure which has a first and a second pair of poles, the one pair of poles being used to hold a spring-loaded actuating element in a tensioned position and the other pair of poles in the immediate vicinity of a permanent magnet carrying out a relative movement lies, which thus generates a cyclically changing flux density in the first pole pair that holds the actuating element.
  • the magnetic core has a center leg on which a compensation coil is wound, which can be selectively excited when the flux density is at a low value, whereby the holding flux for the actuating element is further reduced, so that it can detach from the pole faces.
  • the permanent magnet can either move back and forth or change to change the air gap and thus cyclically change the magnetic resistance between the permanent magnet and the core to generate a cyclically changing flux density on the pole faces of the pole pair that hold the actuating element.
  • the compensation coil is activated in such a way that it is excited when the magnetic resistance has approximately reached its highest value, so that the compensation coil is therefore always excited when the flux density is at its lowest.
  • the magnetic actuation device consists of a core 10, and an armature or actuation element 11, a reciprocating permanent magnet 12 and a compensation coil 13.
  • the core 10 is made of a magnetically permeable material and has a first pair of poles 14, 15 second pole pair 16, 17 and a middle leg 18.
  • the actuating element 11 is preferably made of magnetically permeable material and can consist, for example, of spring steel, although this is not absolutely necessary.
  • the actuating element must in any case have a magnetically permeable plate 20 which can be attracted by the pole faces of the pole pair 14, 15.
  • the actuating element 11 is clamped at its lower end and either shaped or arranged in such a way that it is biased relative to a rest position shown in broken lines. In the drawing the actuator 11 carries a print hammer 21 for use in a printer.
  • the permanent magnet 12 is U-shaped and has two pole faces 24, 25, which correspond to and oppose the pole pair 16, 17 of the magnetic core 10, and is slidably arranged on a pair of rails 26 for a reciprocating movement with respect to the magnetic core .
  • the permanent magnet 12 can be moved approximately in the manner shown by a push rod 27, which is articulated eccentrically on a rotating disc, which in turn is fastened on a shaft 29 which can be driven by a motor (not shown).
  • the shaft 29 also carries a disk 30 provided with slits 31, the slits 31 being sensed, for example, by a photodetector 32. This photodetector supplies a gate switching signal to a control circuit 33 which, in conjunction with a trigger command, causes the compensation coil 13 to be energized.
  • the rotation of the shaft 29 and the disk 28 mounted thereon cause the permanent magnet 12 to move back and forth with respect to the magnetic core 10.
  • the magnetic flux passing through the magnetic core provides the attractive force for the actuating element 11 on the pole faces of the pole pair 14, 15, thereby the actuator 11 is held in the position shown in solid lines.
  • the limit of the reciprocating movement or the greatest expansion of the air gap D between the permanent magnet and the magnetic core is determined by the flux density of the magnetic flux that is required to hold the actuating element in the position shown.
  • the maximum allowable air gap width is that which is required to keep the actuator just in the position shown by solid lines.
  • the smallest air gap is again the one that is required is to attract the actuator from a free-standing position.
  • the flux density changes cyclically in the first pole pair as well as in the middle leg between a first high value 35 and a second low value 36 in FIG. 2a.
  • a trigger command is supplied to the control circuit 33 to excite the compensation coil 18.
  • This triggering command is controlled in such a way that it takes effect simultaneously with the point in time at which the magnetic flux at the pole faces of the pole pair 14, 15 opposite the actuating element 11 is at a low value. This coincidence is determined by the position of the slots 31 of the clock disk and by the photodetector 32. At this time, only a small current flowing through the compensation coil 13 is required so that the actuating element can be triggered. It is assumed that the direction of flow from the north pole of the permanent magnet runs through the middle leg 18 of the magnetic core and through the parallel flow path from pole 14, block 20 and pole 15 and from there to the south pole of the permanent magnet.
  • the compensation coil 13 When excited, the compensation coil 13 supplies an additional magnetic flux in the same direction as the flux generated by the permanent magnet in the middle leg. However, the newly generated magnetic flux is distributed over two flux paths, one running over the south and north poles of the permanent magnet and back, while the greater part of the additional magnetic flux is directed in the opposite direction and the original flux through the first pole pair 14, 15 the actuating element is entge- genge toys. 1 This creates a compensation flow in this leg, so that at point 37 (Fig. 2a) the holding flow is reduced so far that the actuating element 11 moves to the position shown in dashed lines.
  • the optimal time for the excitation of the compensation coil is at point 37, where the tripping current 38 then coincides with the lowest value of the flux density through the pole shoes of the pole pair 14, 15. This effect therefore requires the smallest compensation current for actuating the actuating element.
  • the movement of the actuator from its biased position is shown at 39 (Fig. 2c).
  • the current is only briefly applied to the compensation coil, so that the magnetic flux passing through the permanent magnet exerts an attractive force on the actuating element rebounding after the impact and brings it back again from the release position.
  • the permanent magnet can be used to retighten the actuator, other devices such as an additional coil or a mechanical reset device can be used to reset the actuator.
  • the magnetic actuation device can also be constructed as shown in FIG. 3.
  • a rotating permanent magnet is used, which causes a cyclical change in the magnetic flux flowing through the actuating element that is attracted.
  • the magnetic core 40 is shown here in a different plane than in FIG. 1, but also has a central leg 41, a first pair of poles 42, 43 and a second pair of poles 44, 45.
  • the compensation coil 46 is in turn mounted on the central leg 41.
  • the actuating element 47 has a magnetically permeable block 48 which is attracted by the magnetic flux occurring at the first pole pair 42, 43 against the bias of the spring 49.
  • the exciting magnetic flux is generated by a permanent magnet 50 which is arranged on a rotatable shaft 51 which also carries the clock disk, not shown.
  • the permanent magnet is provided with grooves 52 and changes the density during its rotation of the magnetic flux passing through the core, the pole faces and thus also the middle leg and the pole faces holding the actuating element.
  • the compensation winding can be excited in connection with the clock arrangement in FIG. 1 and releases the actuating element at the time of the lowest flux density. As a result, the compensation coil can be driven with a relatively low current.
  • the actuating device can still be modified somewhat in terms of construction, and other arrangements for a relative movement between a permanent magnet and the magnetic core are conceivable, or additional reset windings could be provided.
  • the various pole faces may also be coated with a non-magnetic material to prevent the relatively moving parts from sticking.
  • a plurality of magnets can also be used.

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Abstract

Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung, bei der das Betätigungselement (11), das einseitig eingespannt ist, gegen eine Vorspannung an einem Magnetkern (10) durch einen Magnetfluß gehalten ist, dessen Flußdichte zyklisch mit der Zeit veränderbar ist. Das Betätigungselement (11) kann dadurch selektiv ausgelöst werden, daß eine Kompensationsspule (13) nur dann erregt wird, wenn der das Betätigungselement (11) anziehende Magnetfluß seinen geringsten, zum Halten ausreichenden Wert aufweist. Die Quelle für den Magnetfluß ist ein Permanentmagnet (12), der zur zyklischen Veränderung der das Betätigungselement (11) anziehenden Kraft in bezug auf ein Polpaar (16,17) des Magnetkernes (10), hin und her bewegt oder rotiert wird, wodurch sich der magnetische Widerstand zwischen dem Permanentmagneten (12) und dem Magnetkern (10) der elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung zyklisch ändert.Electromagnetic actuating device in which the actuating element (11), which is clamped on one side, is held against a bias on a magnetic core (10) by a magnetic flux, the flux density of which can be changed cyclically with time. The actuating element (11) can be triggered selectively in that a compensation coil (13) is only excited when the magnetic flux attracting the actuating element (11) has its lowest value that is sufficient for holding. The source of the magnetic flux is a permanent magnet (12) which is moved or rotated to cyclically change the force attracting the actuating element (11) with respect to a pole pair (16, 17) of the magnetic core (10), as a result of which it moves the magnetic resistance between the permanent magnet (12) and the magnetic core (10) of the electromagnetic actuating device changes cyclically.

Description

Die Erfindung betrifft ganz allgemein eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung der Art, bei der das eigentliche Betätigungselement oder der Anker gegen eine Vorspannungskraft gespannt gehalten wird und selektiv für einen Arbeitshub ausgelöst werden kann. In manchen Anwendungsgebieten, wie z. B. bei Zeilendruckern, werden magnetische Betätigungsvorrichtungen zum Antreiben der Druckhämmer benutzt und verwenden Kompensationsspulen, die bei Erregung der den Hammer anziehenden Kraft entgegenwirken und damit den Hammer zum Anschlag freigeben. Bei bekannten Betätigungsvorrichtungen ist der Auslösestrom für die Kompensationsspule relativ hoch, so daß zusätzliche Bauelemente erforderlich sind, um die Treiberschaltungen für die Wicklungen des Druckhammermagneten anzusteuern. Diese Bauelemente verursachen natürlich zusätzlichen Aufwand im Vergleich mit der Herstellung der Treiberstufen in integrierter Schaltungstechnik, wie dies heute bei den meisten Drucksteuerschaltungen der Fall ist.The invention relates generally to an electromagnetic actuating device of the type in which the actual actuating element or the armature is held tensioned against a prestressing force and can be triggered selectively for a working stroke. In some areas of application, such as. B. line printers, magnetic actuators are used to drive the print hammers and use compensation coils that counteract the excitation of the force attracting the hammer and thus release the hammer to stop. In known actuators, the tripping current for the compensation coil is relatively high, so that additional components are required to control the driver circuits for the windings of the print hammer magnet. These components naturally cause additional effort in comparison to the production of the driver stages in integrated circuit technology, as is the case with most pressure control circuits today.

Mit fortschreitender Entwicklung der Druckertechnik müssen solche Betätigungsvorrichtungen, nämlich die Druckhammermagnete, bei immer höheren Geschwindigkeiten arbeiten, woraus sich wiederum Schwierigkeiten bei der Ableitung der in der Druckhammermagnetspule auftretenden Wärme ergeben, weil die Einschaltzeit der Druckhammermagnete ständig zunimmt. Man hat schon versucht, diesen Schwierigkeiten dadurch zu begegnen, daß man die Masse der Druckhämmer verringerte, zusätzliche Wicklungen aufbrachte und Rückstellvorrichtungen für die Druckhämmer vorsah.With the advancing development of printer technology, such actuators, namely the print hammer magnets, have to operate at ever higher speeds, which in turn leads to difficulties in dissipating the heat occurring in the print hammer magnet coil because the on-time of the print hammer magnets increases continuously. Attempts have already been made to counteract these difficulties by reducing the mass of the pressure hammers, adding additional windings and providing return devices for the pressure hammers.

Eine Möglichkeit, die Größe des Auslesestromes zu verändern, ist in der am gleichen Tage eingereichten US-Patentanmeldung der Anmelderin vom 29. Dezember 1978 mit dem Aktenzeichen 974 297 offenbart, bei welcher ein Permanentmagnet als Mittelschenkel eines dreischenkligen Magnetkerns dient und damit zwei parallele Flußpfade bildet, wobei das Betätigungselement ein Teil eines Flußpfades bildet und ein Element mit variablem magnetischem Widerstand ein Teil des zweiten Flußpfades bildet. Mit der zyklischen Veränderung des magnetischen Widerstandes des zweiten Flußpfades wird auch die Flußdichte im ersten Flußpfad mit beeinflußt, und dies macht die Erregung der Kompensationsspule zu einem Zeitpunkt möglich, wenn die den Anker oder das Betätigungselement anziehende Kraft kleiner als ihr Höchstwert ist. Diese Konstruktion hat jedoch den Nachteil, daß wegen der Flußänderung in der Kompensationsspule auch die entgegengesetzt gerichtete magnetomotorische Kraft überwunden werden muß. Ein weiterer Nachteil ergibt sich bei Mehrfachkernen mit einem gemeinsamen Permanentmagneten und einer gemeinsamen Kompensationsspule, da die Kerne durch die Änderung des magnetischen Widerstandes im jeweils benachbarten Kern mit beeinflußt werden, wodurch der die Kompensationsspule durchsetzende Fluß in Mitleidenschaft gezogen wird.One possibility of changing the size of the readout current is in the applicant's US patent application filed on December 29, 1978 with the Document number 974 297, in which a permanent magnet serves as the middle leg of a three-legged magnetic core and thus forms two parallel flow paths, the actuating element forming part of a flow path and an element with variable magnetic resistance forming part of the second flow path. The cyclic change in the magnetic resistance of the second flux path also affects the flux density in the first flux path, and this enables excitation of the compensation coil at a time when the force pulling the armature or the actuator is less than its maximum value. However, this construction has the disadvantage that because of the flux change in the compensation coil, the oppositely directed magnetomotive force must also be overcome. Another disadvantage arises in the case of multiple cores with a common permanent magnet and a common compensation coil, since the cores are also influenced by the change in the magnetic resistance in the adjacent core, as a result of which the flux passing through the compensation coil is affected.

Aufgabe der Erfindung ist es also, eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung zu schaffen, bei der das Betätigungselement durch eine sich zyklisch ändernde magnetische Flußdichte gehalten ist und dann durch eine Kompensationsspule freigegen oder ausgelöst wird, wenn die die Kompensationsspulen durchsetzende Flußdichte auf einem niedrigen Wert ist. Insbesondere soll dabei die Kompensationsspule in einem magnetischen Kreis in der Weise angeordnet werden, daß die entgegengerichtete magnetomotorische Kraft in Reihe und in Phase mit der magnetomotorischen Kraft liegt, die durch den Stromimpuls zum Zeitpunkt der Auslösung des Betätigungselements erzeugt wird.The object of the invention is therefore to provide an electromagnetic actuating device in which the actuating element is held by a cyclically changing magnetic flux density and is then released or triggered by a compensation coil when the flux density passing through the compensation coils is at a low value. In particular, the compensation coil is to be arranged in a magnetic circuit in such a way that the opposing magnetomotive force lies in series and in phase with the magnetomotive force which is generated by the current pulse at the time the actuating element is triggered.

Insbesondere soll die neue Betätigungsvorrichtung mit einem Permanentmagneten ausgerüstet sein, der in Bezug auf den Magnetkern bewegbar angeordnet ist und an dem Punkt, an dem das Betätigungselement durch die magnetische Anziehungskraft gehalten ist, eine sich zyklisch ändernde Flußdichte erzeugt, und bei der die Erregung der Kompensationsspule zeitlich so gesteuert wird, daß sie mit dem Zeitpunkt zusammenfällt, bei dem die Flußdichte am Betätigungselement und an der Kompensationsspule auf einem niedrigen Wert ist.In particular, the new actuation device is to be equipped with a permanent magnet which is arranged movably with respect to the magnetic core and which generates a cyclically changing flux density at the point at which the actuation element is held by the magnetic attraction force and at which the excitation of the compensation coil is timed to coincide with the time when the flux density at the actuator and the compensation coil is at a low value.

Diese der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch einen magnetischen Kernaufbau gelöst, der ein erstes und ein zweites Polpaar aufweist, wobei das eine Polpaar dazu dient, ein unter Federvorspannung stehendes Betätigungselement in gespannter Lage festzuhalten und das andere Polpaar in unmittelbarer Nachbarschaft eines eine Relativbewegung ausführenden Permanentmagneten liegt, der damit in dem ersten Polpaar, das das Betätigungselement hält, eine zyklisch sich ändernde Flußdichte erzeugt. Der Magnetkern hat einen Mittelschenkel, auf den eine Kompensationsspule gewickelt ist, die selektiv dann erregbar ist, wenn die Flußdichte auf einem niedrigen Wert ist, wodurch der Haltefluß für das Betätigungselement noch weiter verringert wird, so daß sich dieses von den Polflächen ablösen kann. Der Permanentmagnet kann dabei zur Änderung des Luftspaltes sich entweder hin- und herbewegen oder aber rotieren und damit den magnetischen Widerstand zwischen dem Permanentmagneten und dem Kern zur Erzeugung einer sich zyklisch ändernden Flußdichte an den Polflächen des Polpaares zyklisch verändern, die das Betätigungselement halten. Die Kompensationsspule wird dabei so angesteuert, daß sie dann erregt wird, wenn der magnetische Widerstand etwa seinen höchsten Wert erreicht hat, so daß damit die Kompensationsspule immer dann erregt wird, wenn die Flußdichte am geringsten ist.This object on which the invention is based is achieved by a magnetic core structure which has a first and a second pair of poles, the one pair of poles being used to hold a spring-loaded actuating element in a tensioned position and the other pair of poles in the immediate vicinity of a permanent magnet carrying out a relative movement lies, which thus generates a cyclically changing flux density in the first pole pair that holds the actuating element. The magnetic core has a center leg on which a compensation coil is wound, which can be selectively excited when the flux density is at a low value, whereby the holding flux for the actuating element is further reduced, so that it can detach from the pole faces. The permanent magnet can either move back and forth or change to change the air gap and thus cyclically change the magnetic resistance between the permanent magnet and the core to generate a cyclically changing flux density on the pole faces of the pole pair that hold the actuating element. The compensation coil is activated in such a way that it is excited when the magnetic resistance has approximately reached its highest value, so that the compensation coil is therefore always excited when the flux density is at its lowest.

Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen im einzelnen näher beschrieben.The invention will now be described in more detail with reference to exemplary embodiments in conjunction with the accompanying drawings.

In den Zeichnungen zeigt:

  • Fig. 1 schematisch eine magnetische Betätigungsvorrichtung gemäß der Erfindung,
  • Fig. 2a,b
  • und c den Verlauf der magnetischen Flußdichte, des Auslösestroms und des Arbeitshubs der Vorrichtung in Figur 1 und
  • Fig. 3 schematisch eine weitere Ausführungsform der in Fig. 1 dargestellten Betätigungsvorrichtung, bei der ein rotierender Magnet zur Erzeugung der Änderungen in der Flußdichte verwendet wird.
In the drawings:
  • 1 schematically shows a magnetic actuation device according to the invention,
  • 2a, b
  • and c the course of the magnetic flux density, the tripping current and the working stroke of the device in FIGS. 1 and
  • Fig. 3 schematically shows another embodiment of the actuator shown in Fig. 1, in which a rotating magnet is used to generate the changes in flux density.

Die magnetische Betätigungsvorrichtung gemäß der Erfindung besteht aus einem Kern 10, und einem Anker oder Betätigungselement 11, einem hin und her bewegbaren Permanentmagneten 12 und einer Kompensationsspule 13. Der Kern 10 ist aus einem magnetisch permeablen Material und weist ein erstes Polpaar 14, 15, ein zweites Polpaar 16, 17 und einen Mittelschenkel 18 auf. Das Betätigungselement 11 ist vorzugsweise aus magnetisch permeablem Material und kann beispielsweise aus Federstahl bestehen, obgleich dies nicht unbedingt erforderlich ist. Das Betätigungselement muß in jedem Fall eine magnetisch permeable Platte 20 aufweisen, die durch die Polflächen des Polpaars 14, 15 angezogen werden kann. Das Betätigungselement 11 ist an seinem unteren Ende eingespannt und entweder so geformt oder so angeordnet, daß es gegenüber einer gestrichelt eingezeichneten Ruhelage vorgespannt ist. In der Zeichnung trägt das Betätigungselement 11 einen Druckhammer 21 zum Einsatz in einen Drucker.The magnetic actuation device according to the invention consists of a core 10, and an armature or actuation element 11, a reciprocating permanent magnet 12 and a compensation coil 13. The core 10 is made of a magnetically permeable material and has a first pair of poles 14, 15 second pole pair 16, 17 and a middle leg 18. The actuating element 11 is preferably made of magnetically permeable material and can consist, for example, of spring steel, although this is not absolutely necessary. The actuating element must in any case have a magnetically permeable plate 20 which can be attracted by the pole faces of the pole pair 14, 15. The actuating element 11 is clamped at its lower end and either shaped or arranged in such a way that it is biased relative to a rest position shown in broken lines. In the drawing the actuator 11 carries a print hammer 21 for use in a printer.

Der Permanentmagnet 12 ist U-förmig ausgestaltet und weist zwei Polfächen 24, 25 auf, die dem Polpaar 16, 17 des Magnetkerns 10 entsprechen und gegenüberliegen, und ist für eine hin und her gehende Bewegung in Bezug auf den Magnetkern auf einem Schienenpaar 26 gleitend angeordnet. Der Permanentmagnet 12 kann dabei etwa in der dargestellten Weise durch eine Schubstange 27 bewegt werden, die exzentrisch an einer rotierenden Scheibe angelenkt ist, die wiederum auf einer Welle 29 befestigt ist, die durch einen Motor (nicht gezeigt) angetrieben werden kann. Die Welle 29 trägt außerdem eine mit Schlitzen 31 versehene Scheibe 30, wobei die Schlitze 31 beispielsweise durch einen Photodetektor 32 abgefühlt werden. Dieser Photodetektor liefert ein Torschaltsignal an eine Steuerschaltung 33, die in Verbindung mit einem Auslösebefehl die Erregung der Kompensationsspule 13 bewirkt.The permanent magnet 12 is U-shaped and has two pole faces 24, 25, which correspond to and oppose the pole pair 16, 17 of the magnetic core 10, and is slidably arranged on a pair of rails 26 for a reciprocating movement with respect to the magnetic core . The permanent magnet 12 can be moved approximately in the manner shown by a push rod 27, which is articulated eccentrically on a rotating disc, which in turn is fastened on a shaft 29 which can be driven by a motor (not shown). The shaft 29 also carries a disk 30 provided with slits 31, the slits 31 being sensed, for example, by a photodetector 32. This photodetector supplies a gate switching signal to a control circuit 33 which, in conjunction with a trigger command, causes the compensation coil 13 to be energized.

Im Betrieb bewirken die Rotation der Welle 29 und der darauf befestigten Scheibe 28 eine hin und her gehende Bewegung des Permanentmagneten 12 gegenüber dem Magnetkern 10. Der den Magnetkern durchsetzende Magnetfluß liefert die Anziehungskraft für das Betätigungselement 11 an den Polflächen des Polpaares 14, 15, wodurch das Betätigungselement 11 in der mit ausgezogenen Linien dargestellten Position gehalten wird. Die Grenze der hin und her gehenden Bewegung oder die größte Ausdehnung des Luftspaltes D zwischen Permanentmagnet und Magnetkern wird durch diejenige Flußdichte des Magnetflusses bestimmt, der zum Halten des Betätigungselements in der dargestellten Position erforderlich ist. Die höchstzulässige Luftspaltbreite ist diejenige, die erforderlich ist, um das Betätigungselement gerade noch in der durch ausgezogene Linien dargestellte Position zu halten. Der kleinste Luftspalt ist wiederum derjenige, der erforderlich ist, um das Betätigungselement aus einer freistehenden Position anzuziehen. Wenn der Permanentmagnet hin und her bewegt wird, dann verändert sich die Flußdichte sowohl im ersten Polpaar als auch im Mittelschenkel zyklisch zwischen einem ersten hohen Wert 35 und einem zweiten niedrigen Wert 36 in Figur 2a. Soll das Betätigungselement ausgelöst werden, dann wird ein Auslösebefehl der Steuerschaltung 33 zur Erregung der Kompensationsspule 18 zugeführt. Dieser Auslösebefehl ist dabei so gesteuert, daß er gleichzeitig mit dem Zeitpunkt wirksam wird, an dem der Magnetfluß an den dem Betätigungselement 11 gegenüberliegenden Polflächen des Polpaares 14, 15 auf einem niedrigen Wert ist. Diese Koinzidenz wird durch die Position der Schlitze 31 der Taktgeberscheibe und durch den Photodetektor 32 bestimmt. Zu diesem Zeitpunkt ist nur ein kleiner, die Kompensationsspule 13 durchfließender Strom erforderlich, damit das Betätigungselement ausgelöst werden kann. Es sei angenommen, daß die Flußrichtung von dem Nordpol des Permanentmagneten durch den Mittelschenkel 18 des Magnetkerns und durch den parallelen Flußpfad vom Pol 14, Block 20 und Pol 15 und von dort zum Südpol des Permanentmagneten verläuft.In operation, the rotation of the shaft 29 and the disk 28 mounted thereon cause the permanent magnet 12 to move back and forth with respect to the magnetic core 10. The magnetic flux passing through the magnetic core provides the attractive force for the actuating element 11 on the pole faces of the pole pair 14, 15, thereby the actuator 11 is held in the position shown in solid lines. The limit of the reciprocating movement or the greatest expansion of the air gap D between the permanent magnet and the magnetic core is determined by the flux density of the magnetic flux that is required to hold the actuating element in the position shown. The maximum allowable air gap width is that which is required to keep the actuator just in the position shown by solid lines. The smallest air gap is again the one that is required is to attract the actuator from a free-standing position. When the permanent magnet is moved back and forth, the flux density changes cyclically in the first pole pair as well as in the middle leg between a first high value 35 and a second low value 36 in FIG. 2a. If the actuating element is to be triggered, then a trigger command is supplied to the control circuit 33 to excite the compensation coil 18. This triggering command is controlled in such a way that it takes effect simultaneously with the point in time at which the magnetic flux at the pole faces of the pole pair 14, 15 opposite the actuating element 11 is at a low value. This coincidence is determined by the position of the slots 31 of the clock disk and by the photodetector 32. At this time, only a small current flowing through the compensation coil 13 is required so that the actuating element can be triggered. It is assumed that the direction of flow from the north pole of the permanent magnet runs through the middle leg 18 of the magnetic core and through the parallel flow path from pole 14, block 20 and pole 15 and from there to the south pole of the permanent magnet.

Die Kompensationsspule 13 liefert bei Erregung einen zusätzlichen Magnetfluß in der gleichen Richtung wie der durch den Permanentmagneten im Mittelschenkel erzeugte Fluß. Der neu erzeugte Magnetfluß verteilt sich jedoch über zwei Flußpfade, wobei der eine über den Süd- und Nordpol des Permanentmagneten und zurück verläuft, während der größere Teil des zusätzlichen magnetischen Flusses in der Gegenrichtung gerichtet ist und dem ursprünglichen Fluß durch das erste Polpaar 14, 15 am Betätigungselement entge- 1 gengerichtet ist. Das erzeugt einen Kompensationsfluß in diesem Schenkel, so daß am Punkt 37 (Fig. 2a) der Haltefluß so weit verringert wird, daß das Betätigungselement 11 sich in die gestrichelt dargestellte Position bewegt.When excited, the compensation coil 13 supplies an additional magnetic flux in the same direction as the flux generated by the permanent magnet in the middle leg. However, the newly generated magnetic flux is distributed over two flux paths, one running over the south and north poles of the permanent magnet and back, while the greater part of the additional magnetic flux is directed in the opposite direction and the original flux through the first pole pair 14, 15 the actuating element is entge- gengerichtet. 1 This creates a compensation flow in this leg, so that at point 37 (Fig. 2a) the holding flow is reduced so far that the actuating element 11 moves to the position shown in dashed lines.

Man sieht aus Figur 2, daß der optimale Zeitpunkt für die Erregung der Kompensationsspule am Punkt 37 liegt, wo dann der Auslösestrom 38 mit dem niedrigsten Wert der Flußdichte durch die Polschuhe des Polpaares 14, 15 zusammenfällt. Diese Wirkung erfordert damit den kleinsten Kompensationsstrom für eine Betätigung des Betätigungselements. Die Bewegung des Betätigungselements aus seiner vorgespannten Position heraus ist bei 39 (Fig. 2c) gezeigt. Der Strom wird nur kurzzeitig an die Kompensationsspule angelegt, so daß der den Permanentmagneten durchsetzende Magnetfluß auf das nach dem Aufschlag zurückprallende Betätigungselemert eine Anziehungskraft ausübt und es aus der Auslöseposition wieder zurückholt. Obgleich der Permanentmagnet zum Wiederanziehen des Betätigungselements verwendet werden kann, können auch andere Vorrichtungen, wie eine zusätzliche Spule oder eine mechanische Rückstellvorrichtung für die Rückstellung des Betätigungselements eingesetzt werden.It can be seen from FIG. 2 that the optimal time for the excitation of the compensation coil is at point 37, where the tripping current 38 then coincides with the lowest value of the flux density through the pole shoes of the pole pair 14, 15. This effect therefore requires the smallest compensation current for actuating the actuating element. The movement of the actuator from its biased position is shown at 39 (Fig. 2c). The current is only briefly applied to the compensation coil, so that the magnetic flux passing through the permanent magnet exerts an attractive force on the actuating element rebounding after the impact and brings it back again from the release position. Although the permanent magnet can be used to retighten the actuator, other devices such as an additional coil or a mechanical reset device can be used to reset the actuator.

Die magnetische Betätigungsvorrichtung kann auch so aufgebaut sein, wie dies Fig. 3 zeigt. Hier wird ein rotierender Permanentmagnet verwendet, der eine zyklische Veränderung des das angezogene Betätigungselement durchfließenden Magnetflusses bewirkt. Der Magnetkern 40 ist hier in einer anderen Ebene dargestellt als in Figur 1, hat aber genauso einen Mittelschenkel 41, ein erstes Polpaar 42, 43 und ein zweites Polpaar 44, 45. Die Kompensationsspule 46 ist wiederum auf dem Mittelschenkel 41 angebracht.The magnetic actuation device can also be constructed as shown in FIG. 3. Here, a rotating permanent magnet is used, which causes a cyclical change in the magnetic flux flowing through the actuating element that is attracted. The magnetic core 40 is shown here in a different plane than in FIG. 1, but also has a central leg 41, a first pair of poles 42, 43 and a second pair of poles 44, 45. The compensation coil 46 is in turn mounted on the central leg 41.

Das Betätigungselement 47 weist einen magnetisch permeablen Block 48 auf, der durch den an dem ersten Polpaar 42, 43 auftretenden Magnetfluß gegen die Vorspannung der Feder 49 angezogen wird. Der erregende Magnetfluß wird durch einen Permanentmagneten 50 erzeugt, der auf einer drehbaren Welle 51 angeordnet ist, die außerdem die nicht gezeigte Taktgeberscheibe trägt. Der Permanentmagnet ist mit Nuten 52 versehen und verändert während seiner Drehung die Dichte des den Kern, die Polflächen und damit auch den Mittelschenkel und die das Betätigungselement festhaltenden Polflächen durchsetzenden magnetischen Flusses. Die Kompensationswicklung kann in Verbindung mit der Taktgeberanordnung in Fig. 1 erregt werden und gibt das Betätigungselement zum Zeitpunkt der geringsten Flußdichte frei. Dadurch läßt sich die Kompensationsspule mit einem relativ geringen Strom ansteuern.The actuating element 47 has a magnetically permeable block 48 which is attracted by the magnetic flux occurring at the first pole pair 42, 43 against the bias of the spring 49. The exciting magnetic flux is generated by a permanent magnet 50 which is arranged on a rotatable shaft 51 which also carries the clock disk, not shown. The permanent magnet is provided with grooves 52 and changes the density during its rotation of the magnetic flux passing through the core, the pole faces and thus also the middle leg and the pole faces holding the actuating element. The compensation winding can be excited in connection with the clock arrangement in FIG. 1 and releases the actuating element at the time of the lowest flux density. As a result, the compensation coil can be driven with a relatively low current.

Selbstverständlich läßt sich die Betätigungsvorrichtung konstruktiv durchaus noch etwas abändern, und es sind andere Anordnungen für eine Relativbewegung zwischen einem Permanentmagneten und dem Magnetkern denkbar, oder es könnten zusätzliche Rückstellwicklungen vorgesehen sein. Die verschiedenen Polflächen können außerdem zur-Verhinderung des Anhaftens der relativ beweglichen Teile mit einem nichtmagnetischen Material überzogen sein. Bei der mit rotierendem Permanentmagneten arbeitenden Ausführungsform können ebenso mehrere Magnete benutzt werden.Of course, the actuating device can still be modified somewhat in terms of construction, and other arrangements for a relative movement between a permanent magnet and the magnetic core are conceivable, or additional reset windings could be provided. The various pole faces may also be coated with a non-magnetic material to prevent the relatively moving parts from sticking. In the embodiment using a rotating permanent magnet, a plurality of magnets can also be used.

Claims (4)

1. Elektromagnetische Betätigungsvorrichtung mit einem Magnetkern mit einem ersten Paar Polschuhe, in denen mit Hilfe eines Permanentmagneten ein magnetischer Fluß erzeugt wird, der einen einseitig eingespannten, federnd vorgespannten Anker als Betätigungselement angezogen hält, sowie mit einer auf einem Querschenkel angebrachten, zum Auslösen des Betätigungselements ansteuerbaren Kompensationsspule,
dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkern (10) ein zweites Polpaar (16, 17) aufweist, dem die beiden Pole (24, 25) des Permanentmagneten unter Bildung eines Luftspaltes (D) gegenüberliegen, daß zur zyklischen Veränderung der Größe des Luftspaltes und damit des magnetischen Widerstandes in diesem Flußpfad der Permanentmagnet (12; 50, 52) relativ zum Magnetkern zyklisch bewegbar ist, wodurch der den Magnetkern (10) durchsetzende magnetische Fluß zyklisch zwischen einem ersten höheren und einem zweiten niedrigeren Wert schwankt, die beide jedoch ausreichen, um das Betätigungselement (11, 47) am ersten Polpaar (14, 15; 42, 43) angezogen zu halten, und daß zum Auslösen des Betätigungselementes die Kompensationsspule (13, 46) zum Zeitpunkt des niedrigeren Wertes des magnetischen Flusses ansteuerbar ist. 1. Electromagnetic actuator with a magnetic core with a first pair of pole pieces, in which a magnetic flux is generated with the help of a permanent magnet, which holds a cantilevered, spring-loaded armature as an actuating element, and with a mounted on a cross leg to trigger the actuating element controllable compensation coil,
characterized, that the magnetic core (10) has a second pair of poles (16, 17), which are opposed by the two poles (24, 25) of the permanent magnet, forming an air gap (D), that for the cyclical change in the size of the air gap and thus the magnetic resistance in this flow path, the permanent magnet (12; 50, 52) can be moved cyclically relative to the magnetic core, as a result of which the magnetic flux passing through the magnetic core (10) cyclically between a first higher and a second lower value fluctuates, but both are sufficient to keep the actuating element (11, 47) on the first pole pair (14, 15; 42, 43), and that to trigger the actuating element, the compensation coil (13, 46) can be controlled at the time of the lower value of the magnetic flux. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (12) durch eine Antriebsvorrichtung (26, 27, 28) zyklisch hin und her bewegbar ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the permanent magnet (12) by a drive device (26, 27, 28) is cyclically movable back and forth. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Permanentmagnet (50, 51) zwischen den Polschuhen des zweiten Polpaares (44, 45) drehbar angeordnet ist.3. Device according to claim 1, characterized in that the permanent magnet (50, 51) between the pole shoes of the second pole pair (44, 45) is rotatably arranged. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Antriebsvorrichtung ein Taktimpulsgeber (30, 31, 32) gekoppelt ist, und daß damit die Kompensationsspule (13, 46) bei gleichzeitiger Anwesenheit eines Auslösebefehls im Zeitpunkt des Minimums des magnetischen Flusses kurzzeitig ansteuerbar ist.4. The device according to claim 1, characterized in that a clock pulse generator (30, 31, 32) is coupled to the drive device, and so that the compensation coil (13, 46) can be briefly controlled in the presence of a trigger command at the time of the minimum of the magnetic flux is.
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