EP1362992A1 - Electromagnetic actuator - Google Patents

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Publication number
EP1362992A1
EP1362992A1 EP03009483A EP03009483A EP1362992A1 EP 1362992 A1 EP1362992 A1 EP 1362992A1 EP 03009483 A EP03009483 A EP 03009483A EP 03009483 A EP03009483 A EP 03009483A EP 1362992 A1 EP1362992 A1 EP 1362992A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
armature
electromagnetic actuator
electromagnets
actuator according
permanent magnets
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP03009483A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Uwe Bernheiden
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Individual
Original Assignee
Individual
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Publication of EP1362992A1 publication Critical patent/EP1362992A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
    • F01L9/20—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means

Definitions

  • the invention relates to an electromagnetic actuator, in particular for a valve control, with a between an upper and a lower dead center movable anchor and with at least one through which current flows Electromagnets, by means of which a magnetic field acting on the armature can be generated is.
  • An electromagnetic actuator of this type is known from DE 198 52 287 C2.
  • the armature moves back and forth between two electromagnetic coils ago.
  • annular grooves in the armature which are arranged in the area of the electromagnet and therefore with work together.
  • the armature is held by a permanent magnet, which thus serves as a holding magnet. If the armature is replaced by the electromagnet to be pulled to the top dead center is first the permanent magnet off.
  • a disadvantage of this valve control is that in addition to the Control of the electromagnet still control of the permanent magnet is accomplished. The switching off of the permanent magnet is exact in time to couple to the control of the electromagnet, otherwise the armature in the lower position is held.
  • At least one permanent magnet is assigned to the armature and in that the armature is driven between the top and bottom dead centers by reversing the polarity of the direction of flow of the current which is applied to the electromagnet (s).
  • top and / or bottom of the anchor in cross section is wave-shaped, or that in the upper and / or lower sides ring-shaped notches are incorporated and that the surfaces of the Electromagnets adapted to the top and bottom contours of the armature are guaranteed that the course of the magnetic field lines of the electromagnets hit perpendicular to the top and / or bottom of the anchor so that the Attractive or repulsive force of the electromagnets on the top and the Soak in the bottom of the anchor.
  • the anchor from one Electromagnet attracted and at the same time by the other electromagnet is repelled.
  • both magnetic forces act on the armature, because the Magnetic field strengths of both electromagnets are physically added. So is a significantly lower power consumption for the operation of the valve control necessary.
  • the anchor can be one of the Electromagnets can be arranged in an upper or lower dead center and nevertheless by the repulsion of the electromagnet closest to it back towards the other electromagnet to be pushed in the course this movement in the electromagnetic field of the other electromagnet get in.
  • the design of the anchor in particular its top and Bottom selected such that those generated by the electromagnet Magnetic field lines hit the surface of the armature as perpendicularly as possible, see above that the armature with an optimal in the direction of the longitudinal axis of the valve control aligned motive force is applied.
  • the anchor should be light build so that the acceleration forces are minimized. Air resistance too the anchor must be kept low. This is accomplished by putting in the anchor a plurality of through holes or recesses are machined.
  • the magnetic force of electromagnets increases with decreasing Air gap between the armature and the electromagnet exponentially.
  • the Control of the permanent magnet according to the invention it is possible Brake the anchor before hitting the valve seat or stop, so that the Impact speed of the anchor is almost zero. This reduces the Noise level and reduces wear.
  • the effective polarity reversal Corresponding electromagnets brakes the armature in time.
  • an electromagnetic actuator 1 for driving and controlling a valve 2, which is movable between an upper dead center 3 and a lower dead center 4.
  • a valve 2 which is movable between an upper dead center 3 and a lower dead center 4.
  • an armature 5 is firmly attached to the valve stem by means of a screw 10.
  • the armature 5 consequently moves back and forth between the top dead center 3 and the bottom dead center 4 by means of a magnetic field force generated by two electromagnets 6 and 7.
  • the upper electromagnet 6 is thus the top dead center 3 and the bottom electromagnet 7 is assigned to the bottom dead center 4.
  • the electromagnetic actuator 1 and its components are enclosed by a housing 8 which is formed in three parts. The power supply to the electromagnets 6 and 7 and their control is not shown.
  • FIGS 2 and 3 can be seen that the top and the The underside of the armature 5 is wavy in cross section.
  • the two electromagnets 6 and 7 are on the contour of the upper and Adjusted underside of the armature 5.
  • the top and bottom contour of the anchor 5 causes the magnetic field lines generated by the electromagnets 6 and 7 hit almost vertically on the top and bottom of the armature 5, so that the magnetic force acting on the armature 5 optimally from the armature 5 is added, so that only small losses of the kinetic energy of the generated magnetic field arise.
  • the anchor 5 ' is rectangular. Such an outer contour is selected in particular when the actuator 1 is accommodated in a space-saving manner shall be.
  • the armature 5 or 5 ' is consequently surrounded by a magnetic field of the one electromagnet 6 attracted and at the same time by the magnetic field of the other electromagnet 7 repelled so that the movement forces acting on the armature 5 or 5 ' act, the magnetic fields of the two electromagnets 6 and 7 physically add, depending on the distance of the armature 5 or 5 'to the two electromagnets 6, 7.

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Abstract

The armature (5) includes permanent magnets (11). It is moved between its upper and lower extreme positions (3,4) by reversing the direction of current flow applied to the electromagnets (6,7).

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektromagnetischen Aktuator, insbesondere für eine Ventilsteuerung, mit einem zwischen einem oberen und einem unteren Totpunkt beweglichen Anker und mit mindestens einem von Strom durchflossenen Elektromagneten, durch den ein auf den Anker einwirkendes Magnetfeld erzeugbar ist.The invention relates to an electromagnetic actuator, in particular for a valve control, with a between an upper and a lower dead center movable anchor and with at least one through which current flows Electromagnets, by means of which a magnetic field acting on the armature can be generated is.

Aus der DE 198 52 287 C2 ist ein elektromagnetischer Aktuator dieser Art bekannt. Der Anker bewegt sich dabei zwischen zwei elektromagnetischen Spulen hin und her. Um die Magnetfeldstärke zu erhöhen, sind in dem Anker ringförmig Nuten eingearbeitet, die im Bereich der Elektromagneten angeordnet sind und daher mit diesen zusammenwirken.An electromagnetic actuator of this type is known from DE 198 52 287 C2. The armature moves back and forth between two electromagnetic coils ago. In order to increase the magnetic field strength, there are annular grooves in the armature incorporated, which are arranged in the area of the electromagnet and therefore with work together.

Als nachteilig bei dieser Ventilsteuerung hat sich gezeigt, daß die Elektromagneten lediglich wechselweise betrieben werden können, da anderenfalls ein Kräftegleichgewicht entsteht, so daß der Anker in einer vorgegebenen Position festgehalten ist. Die Anziehungskraft der beiden Elektromagnete ist gleich groß, so daß bei gleichzeitigem Betrieb der Elektromagnete der Anker zu dem Elektromagnet hingezogen wird, dessen Abstand am geringsten ist.A disadvantage of this valve control has been shown that the electromagnet can only be operated alternately, otherwise a Equilibrium of forces arises so that the anchor is in a predetermined position is captured. The attraction of the two electromagnets is the same, so that with simultaneous operation of the electromagnet, the armature to the electromagnet is drawn in, the distance is the smallest.

In der DE 44 39 695 C2 wird ein elektromagnetischer Aktuator dargestellt, dessen Anker eine sich verjüngende Mantelflächen aufweist. Der Elektromagnet ist seitlich neben dem Anker angeordnet. In DE 44 39 695 C2 an electromagnetic actuator is shown, the Anchor has a tapered lateral surface. The electromagnet is on the side placed next to the anchor.

In dem unteren Totpunkt wird der Anker durch einen Permanentmagneten gehalten, der somit als Haltemagnet dient. Falls der Anker durch den Elektromagneten erneut in den oberen Totpunkt gezogen werden soll, ist zunächst der Permanentmagnet abzuschalten.At the bottom dead center, the armature is held by a permanent magnet, which thus serves as a holding magnet. If the armature is replaced by the electromagnet to be pulled to the top dead center is first the permanent magnet off.

Als nachteilig bei dieser Ventilsteuerung ist anzusehen, daß zusätzlich zu der Steuerung des Elektromagneten noch die Steuerung des Permanentmagneten zu bewerkstelligen ist. Dabei ist die Abschaltung des Permanentmagneten zeitlich exakt zu koppeln an die Ansteuerung des Elektromagneten, da anderenfalls der Anker in der unteren Position festgehalten wird.A disadvantage of this valve control is that in addition to the Control of the electromagnet still control of the permanent magnet is accomplished. The switching off of the permanent magnet is exact in time to couple to the control of the electromagnet, otherwise the armature in the lower position is held.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen elektromagnetischen Aktuator der eingangs genannten Gattung derart weiterzubilden, daß mittels einer einfachen Ansteuerung des Ankers die exakte Bewegung des Ventils bewerkstelligt ist und daß bei geringem Stromverbrauch auf den Anker eine optimal ausgenutzte Magnetkraft einwirkt.It is therefore an object of the invention to provide an electromagnetic actuator further developed in such a way that by means of a simple Actuation of the armature, the exact movement of the valve is accomplished and that with low power consumption on the armature an optimally used magnetic force acts.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Anker mindestens ein Permanentmagnet zugeordnet ist und daß der Anker zwischen dem oberen und dem unteren Totpunkt mittels Umpolung der Flußrichtung des Stroms, die an dem oder den Elektromagneten anliegt, angetrieben wird.
Um die Magnetfeldstärke, die auf den Anker einwirkt, optimal auszunutzen, ist es zweckmäßig, in dem oberen und dem unteren Totpunkt des Ankers jeweils einen der Elektromagnete anzuordnen und die beiden Elektromagnete mit Strom von gleicher Polarität zu beaufschlagen.These objects are achieved according to the invention in that at least one permanent magnet is assigned to the armature and in that the armature is driven between the top and bottom dead centers by reversing the polarity of the direction of flow of the current which is applied to the electromagnet (s).
In order to optimally utilize the magnetic field strength that acts on the armature, it is expedient to arrange one of the electromagnets in each of the top and bottom dead centers of the armature and to apply current of the same polarity to the two electromagnets.

Dadurch, daß die Ober- und/oder die Unterseite des Ankers im Querschnitt wellenförmig ausgebildet ist, oder daß in dessen Ober- und/oder Unterseiten ringförmig verlaufende Einkerbungen eingearbeitet sind und daß die Oberflächen der Elektromagnete an die Ober- und die Unterseitenkonturen des Ankers angepasst sind, ist gewährleistet, daß der Verlauf der Magnetfeldlinien der Elektromagnete senkrecht auf die Ober- und/oder Unterseite des Ankers auftreffen, so daß die Anziehungs- bzw. Abstoßungskraft der Elektromagnete optimal auf die Ober- und die Unterseite des Ankers einwirken. The fact that the top and / or bottom of the anchor in cross section is wave-shaped, or that in the upper and / or lower sides ring-shaped notches are incorporated and that the surfaces of the Electromagnets adapted to the top and bottom contours of the armature are guaranteed that the course of the magnetic field lines of the electromagnets hit perpendicular to the top and / or bottom of the anchor so that the Attractive or repulsive force of the electromagnets on the top and the Soak in the bottom of the anchor.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous developments of the invention result from the subclaims.

Bei der Erfindung ist es besonders vorteilhaft, daß der Anker von einem Elektromagneten angezogen und gleichzeitig von dem anderen Elektromagneten abgestoßen wird. Folglich wirken auf den Anker beide Magnetkräfte, denn die Magnetfeldstärken beider Elektromagnete werden physikalisch addiert. Demnach ist ein wesentlich geringerer Stromverbrauch für den Betrieb der Ventilsteuerung notwendig.In the invention, it is particularly advantageous that the anchor from one Electromagnet attracted and at the same time by the other electromagnet is repelled. As a result, both magnetic forces act on the armature, because the Magnetic field strengths of both electromagnets are physically added. So is a significantly lower power consumption for the operation of the valve control necessary.

Darüber hinaus ist es auch möglich, den Abstand zwischen den Elektromagneten zu vergrößern, denn der Anker kann auch außerhalb des Wirkungsbereichs eines der Elektromagnete in einem oberen oder unteren Totpunkt angeordnet sein und trotzdem durch die Abstoßung des ihm am nächsten liegenden Elektromagneten wieder in Richtung des anderen Elektromagneten gestoßen werden, um im Verlauf dieser Bewegung in das elektromagnetische Feld des anderen Elektromagneten hineinzugelangen.In addition, it is also possible to increase the distance between the electromagnets enlarge, because the anchor can be one of the Electromagnets can be arranged in an upper or lower dead center and nevertheless by the repulsion of the electromagnet closest to it back towards the other electromagnet to be pushed in the course this movement in the electromagnetic field of the other electromagnet get in.

Des weiteren ist die Ausbildung des Ankers, insbesondere dessen Ober- und Unterseite derart gewählt, daß die von den Elektromagneten erzeugten Magnetfeldlinien möglichst senkrecht auf der Oberfläche des Ankers auftreffen, so daß der Anker mit einer optimalen in Richtung der Längsachse der Ventilsteuerung ausgerichteten Bewegungskraft beaufschlagt ist. Des weiteren soll der Anker leicht bauen, so dass die Beschleunigungskräfte minimiert sind. Auch der Luftwiderstand des Ankers ist gering zu halten. Dies wird dadurch bewerkstelligt, dass in den Anker eine Vielzahl von Durchgangsbohrungen oder Ausnehmungen eingearbeitet sind.Furthermore, the design of the anchor, in particular its top and Bottom selected such that those generated by the electromagnet Magnetic field lines hit the surface of the armature as perpendicularly as possible, see above that the armature with an optimal in the direction of the longitudinal axis of the valve control aligned motive force is applied. Furthermore, the anchor should be light build so that the acceleration forces are minimized. Air resistance too the anchor must be kept low. This is accomplished by putting in the anchor a plurality of through holes or recesses are machined.

Bekanntlich steigt die Magnetkraft der Elektromagnete mit kleiner werdendem Luftspalt zwischen dem Anker und dem Elektromagneten expotentiell an. Mittels der erfindungsgemäßen Ansteuerung des Permanentmagneten ist es möglich, den Anker vor dem Auftreffen auf den Ventilsitz bzw. Anschlag abzubremsen, so daß die Auftreffgeschwindigkeit des Ankers nahezu null ist. Dies reduziert den Geräuschpegel und vermindert den Verschleiß. Die effektive Umpolung der entsprechenden Elektromagnete bremst demnach die Anker rechtzeitig ab. As is well known, the magnetic force of electromagnets increases with decreasing Air gap between the armature and the electromagnet exponentially. By means of the Control of the permanent magnet according to the invention, it is possible Brake the anchor before hitting the valve seat or stop, so that the Impact speed of the anchor is almost zero. This reduces the Noise level and reduces wear. The effective polarity reversal Corresponding electromagnets brakes the armature in time.

In der Zeichnung ist ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel dargestellt, das nachfolgend näher erläutert wird. Im einzelnen zeigt:

Figur 1
einen elektromagnetischen Aktuator mit zwei Elektromagneten, zwischen denen ein Anker zum Antrieb einer Ventilsteuerung angeordnet ist,
Figur 2
einen vergrößerten Ausschnitt des Bewegungsspielraumes des Ankers gemäß Figur 1 in einem unteren Totpunkt,
Figur 3
einen vergrößerten Ausschnitt des Bewegungsspielraumes des Ankers gemäß Figur 1 in einem oberen Totpunkt,
Figur 4a
den Anker gemäß Figur 1 in Draufsicht mit einer Vielzahl von Durchgangsbohrungen bzw. zwei Ausnehmungen und
Figur 4b
den Anker gemäß Figur 1 mit einer rechteckförmigen Außenkontur.
In the drawing, an embodiment of the invention is shown, which is explained in more detail below. In detail shows:
Figure 1
an electromagnetic actuator with two electromagnets, between which an armature for driving a valve control is arranged,
Figure 2
2 shows an enlarged section of the range of motion of the armature according to FIG. 1 at a bottom dead center,
Figure 3
2 shows an enlarged section of the range of motion of the anchor according to FIG. 1 at an upper dead center,
Figure 4a
the anchor of Figure 1 in plan view with a plurality of through holes or two recesses and
Figure 4b
the anchor according to Figure 1 with a rectangular outer contour.

In Figur 1 ist ein elektromagnetischer Aktuator 1 zum Antrieb und zur Steuerung eines Ventils 2, das zwischen einem oberen Totpunkt 3 und einem unteren Totpunkt 4 beweglich ist, gezeigt. Wenn das Ventil 2 in seinem Ventilsitz 9 anliegt und somit die Ventilöffnung verschließt, befindet sich das gegenüberliegende Ende des Ventils 2, also das freie Ende des Ventilschafts, im oberen Totpunkt 3.
Für den Antrieb und die Steuerung des Ventils 2 ist an den Ventilschaft ein Anker 5 mittels einer Schraube 10 fest angebracht. Der Anker 5 bewegt sich folglich zwischen dem oberen Totpunkt 3 und dem unteren Totpunkt 4 mittels Magnetfeldkraft, die von zwei Elektromagneten 6 und 7 erzeugt wird, hin und her. Der obere Elektromagnet 6 ist somit dem oberen Totpunkt 3 und der untere Elektromagnet 7 ist dem unteren Totpunkt 4 zugeordnet. Der elektromagnetische Aktuator 1 und dessen Bauteile werden von einem Gehäuse 8 eingeschlossen, das dreigeteilt ausgebildet ist.
Die Stromzuführung zu den Elektromagneten 6 und 7 und deren Ansteuerung ist nicht dargestellt. 1 shows an electromagnetic actuator 1 for driving and controlling a valve 2, which is movable between an upper dead center 3 and a lower dead center 4. When the valve 2 rests in its valve seat 9 and thus closes the valve opening, the opposite end of the valve 2, that is to say the free end of the valve stem, is at top dead center 3.
For driving and controlling the valve 2, an armature 5 is firmly attached to the valve stem by means of a screw 10. The armature 5 consequently moves back and forth between the top dead center 3 and the bottom dead center 4 by means of a magnetic field force generated by two electromagnets 6 and 7. The upper electromagnet 6 is thus the top dead center 3 and the bottom electromagnet 7 is assigned to the bottom dead center 4. The electromagnetic actuator 1 and its components are enclosed by a housing 8 which is formed in three parts.
The power supply to the electromagnets 6 and 7 and their control is not shown.

Insbesondere den Figuren 2 und 3 kann entnommen werden, daß die Ober- und die Unterseite des Ankers 5 im Querschnitt wellenförmig ausgebildet ist. Dadurch, daß der Anker 5 mit sehr geringem Abstand dem oberen bzw. unteren Elektromagneten 6 oder 7 anliegt, sind die beiden Elektromagneten 6 und 7 an die Kontur der Oberund Unterseite des Ankers 5 angepaßt. Die Ober- und Unterseitenkontur des Ankers 5 führt dazu, daß die von den Elektromagneten 6 und 7 erzeugten Magnetfeldlinien nahezu senkrecht auf die Ober- und Unterseite des Ankers 5 auftreffen, so daß die auf den Anker 5 einwirkende magnetische Kraft optimal von dem Anker 5 aufgenommen ist, so daß lediglich geringe Verluste der Bewegungsenergie des erzeugten Magnetfeldes entstehen.In particular, Figures 2 and 3 can be seen that the top and the The underside of the armature 5 is wavy in cross section. As a result of that the armature 5 at a very short distance from the upper or lower electromagnet 6 or 7 is applied, the two electromagnets 6 and 7 are on the contour of the upper and Adjusted underside of the armature 5. The top and bottom contour of the anchor 5 causes the magnetic field lines generated by the electromagnets 6 and 7 hit almost vertically on the top and bottom of the armature 5, so that the magnetic force acting on the armature 5 optimally from the armature 5 is added, so that only small losses of the kinetic energy of the generated magnetic field arise.

Aus Figur 4a ist ersichtlich, daß der Anker 5 aus einem Innenring 12 und einem Außenring 13 besteht, zwischen denen ein Ringraum 15 vorgesehen ist. In dem Ringraum 15 sind fünfzehn Permanentmagnete 11 eingesteckt. Zwischen zwei benachbarten Permanentmagneten 11 ist jeweils ein Polring 14 angeordnet. Die Permanentmagneten 11 und die Polringe 14 sind in dem Ringraum 15 eingepreßt, so daß durch diese der Innenring 12 und der Außenring 13 fest miteinander verbunden sind. Die Höhe des Ankers 5 in seinem Querschnitt entspricht der Höhe der Permanentmagneten 11 und der Polringe 14, so daß diese aus dem Anker 5 nicht herausragen.From Figure 4a it can be seen that the armature 5 from an inner ring 12 and a Outer ring 13 exists, between which an annular space 15 is provided. By doing Annular space 15, fifteen permanent magnets 11 are inserted. Between two Adjacent permanent magnets 11 each have a pole ring 14. The Permanent magnets 11 and the pole rings 14 are pressed into the annular space 15, so that through this the inner ring 12 and the outer ring 13 firmly together are connected. The height of the armature 5 in its cross section corresponds to the height of the permanent magnets 11 and the pole rings 14 so that these from the armature 5th don't stick out.

Des weiteren sind in der linken Querschnittshälfte des Ankers 5 eine Vielzahl von Durchgangsbohrungen 16 und auf der rechten Querschnittshälfte des Ankers 5 zwei Ausnehmungen 16' eingearbeitet. Die Längsachse der Durchgangsbohrungen 16 bzw. der Ausnehmungen 16' sind parallel zu der Bewegungsrichtung des Ankers 5 ausgerichtet. Mit dieser konstruktiven Maßnahme ist gewährleistet, dass zum einen der Anker 5 leicht baut, da Material eingespart ist und zum anderen ist der Luftwiderstand während der Beschleunigung- und Bewegungsphase des Ankers 5 minimiert, denn die im Ankerraum befindliche Luft kann durch die Durchgangsbohrungen 16 bzw. die Ausnehmungen 16' gelangen, ohne dass der Anker 5 in seiner Bewegungsfreiheit durch einen erhöhten Luftdruck behindert wird. Furthermore, in the left half of the cross section of the armature 5 there are a large number of Through holes 16 and two on the right cross-sectional half of the armature 5 Recesses 16 'incorporated. The longitudinal axis of the through holes 16 or the recesses 16 'are parallel to the direction of movement of the armature 5 aligned. This constructive measure ensures that, on the one hand the anchor 5 is easy to build, since material is saved and the other is Air resistance during the acceleration and movement phase of the armature 5 minimized, because the air in the anchor space can Through bores 16 and the recesses 16 'arrive without the Anchor 5 is restricted in its freedom of movement by increased air pressure.

In Figur 4b ist der Anker 5' rechteckförmig ausgebildet. Eine solche Außenkontur wird insbesondere dann gewählt, wenn der Aktuator 1 platzsparend untergebracht werden soll.In Figure 4b, the anchor 5 'is rectangular. Such an outer contour is selected in particular when the actuator 1 is accommodated in a space-saving manner shall be.

Um die Wirbelströme in den Elektromagneten 6 und 7 zu reduzieren, sind diese aus einer Vielzahl von metallischen Scheiben 17 aufgebaut, wie dies insbesondere schematisch Figur 3 entnommen werden kann. Die Scheiben 17 sind dabei strichpunktiert dargestellt und fest miteinander verbunden.In order to reduce the eddy currents in the electromagnets 6 and 7, these are off a large number of metallic disks 17, such as this in particular schematically can be seen in Figure 3. The disks 17 are included shown in dash-dotted lines and firmly connected.

Die Funktionsweise des elektromagnetischen Aktuators 1 für den Antrieb und zur Steuerung des Ventils 2 ist wie folgt:The operation of the electromagnetic actuator 1 for the drive and Control of valve 2 is as follows:

Durch die beiden Elektromagnete 6 und 7 fließt Strom gleicher Polarität, der jedoch wechselweise umgepolt wird. Somit ist der Verlauf des Magnetfeldes des oberen Elektromagneten 6 identisch mit dem Verlauf des Magnetfeldes des unteren Elektromagneten 7. Dadurch, daß in dem Anker 5 oder 5'eine Vielzahl von Permanentmagneten 11 angeordnet sind, deren Nord-Süd-Ausrichtung identisch ist, werden die von dem oberen Elektromagneten 6 angezogen und von dem unteren Elektromagneten 7 abgestoßen, wenn der Anker 5 oder 5' in dem unteren Totpunkt 4 liegt. Ist der Anker 5 oder 5' dagegen im oberen Totpunkt 3 angeordnet, wird die Polarität der Elektromagneten 6 und 7 umgekehrt geschaltet. Diesen Schaltvorgang übernimmt eine nicht dargestellte Steuerung.Current of the same polarity flows through the two electromagnets 6 and 7, however is alternately reversed. Thus the course of the magnetic field is the upper one Electromagnet 6 identical to the course of the lower magnetic field Electromagnets 7. Because in the armature 5 or 5 'a variety of Permanent magnets 11 are arranged, whose north-south orientation is identical, are attracted by the upper electromagnet 6 and by the lower one Electromagnet 7 repelled when the armature 5 or 5 'in bottom dead center 4 lies. If the anchor 5 or 5 ', on the other hand, is arranged in the top dead center 3, the Polarity of the electromagnets 6 and 7 switched in reverse. This switching process takes over a control, not shown.

Der Anker 5 oder 5' wird folglich von einem Magnetfeld des einen Elektromagneten 6 angezogen und gleichzeitig von dem Magnetfeld des anderen Elektromagneten 7 abgestoßen, so daß sich die Bewegungskräfte, die auf den Anker 5 oder 5' einwirken, der Magnetfelder der beiden Elektromagneten 6 und 7 physikalisch addieren, und zwar in Abhängigkeit von dem Abstand des Ankers 5 oder 5' zu den beiden Elektromagneten 6, 7.The armature 5 or 5 'is consequently surrounded by a magnetic field of the one electromagnet 6 attracted and at the same time by the magnetic field of the other electromagnet 7 repelled so that the movement forces acting on the armature 5 or 5 ' act, the magnetic fields of the two electromagnets 6 and 7 physically add, depending on the distance of the armature 5 or 5 'to the two electromagnets 6, 7.

Folglich ist es auch denkbar, lediglich einen Elektromagneten 6 zu verwenden, der den Anker 5 oder 5' sowohl anzieht als auch abstößt, und zwar in Abhängigkeit von der Position des Ankers 5 oder 5'. Darüber hinaus kann der Abstand zwischen dem oberen und dem unteren Totpunkt 3 und 4 derart groß ausgebildet sein, daß der Anker 5 oder 5' zunächst lediglich von einem Magnetfeld der Elektromagneten 6 oder 7 beaufschlagt wird und erst nachdem der Luftspalt zwischen dem nächstliegenden Elektromagneten 6 oder 7 durch die Abstoßung des Ankers 5 oder 5' vergrößert würde, in das Anziehungsmagnetfeld des anderen Elektromagneten 6 oder 7 eintritt.Consequently, it is also conceivable to use only one electromagnet 6 which the anchor 5 or 5 'both attracts and repels, depending on the position of the armature 5 or 5 '. In addition, the distance between the top and bottom dead center 3 and 4 be formed so large that the Armature 5 or 5 'initially only from a magnetic field of the electromagnet 6 or 7 is applied and only after the air gap between the closest electromagnet 6 or 7 by repelling the armature 5 or 5 'would be enlarged into the attraction magnetic field of the other electromagnet 6 or 7 occurs.

Claims (12)

Elektromagnetischer Aktuator (1), insbesondere für eine Ventilsteuerung mit einem zwischen einem oberen und einem unteren Totpunkt (3, 4) beweglichen Anker (5 oder 5') und mit mindestens einem von Strom durchflossenen Elektromagneten (6, 7), durch den ein auf den Anker (5 oder 5') einwirkendes Magnetfeld erzeugbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß dem Anker (5 oder 5') mindestens ein Permanentmagnet (11) zugeordnet ist und daß der Anker (5 oder 5') zwischen dem oberen und dem unteren Totpunkt (3, 4) mittels Umpolung der Flußrichtung des Stroms, der an dem oder den Elektromagneten (6, 7) anliegt, antreibbar ist.Electromagnetic actuator (1), in particular for a valve control with an armature (5 or 5 ') movable between an upper and a lower dead center (3, 4) and with at least one electromagnet (6, 7) through which current flows the armature (5 or 5 ') acting magnetic field can be generated,
characterized in that the armature (5 or 5 ') is assigned at least one permanent magnet (11) and in that the armature (5 or 5') between the top and bottom dead center (3, 4) by reversing the polarity of the flow direction of the current on the one or more electromagnets (6, 7), can be driven. Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß in dem oberen und dem unteren Totpunkt (3, 4) des Ankers (5 oder 5') jeweils einer der Elektromagnete (6, 7) angeordnet ist. Electromagnetic actuator according to claim 1,
characterized in that one of the electromagnets (6, 7) is arranged in each of the top and bottom dead centers (3, 4) of the armature (5 or 5 '). Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß durch die beiden Elektromagneten (6, 7) Strom gleicher Polarität fließt und daß der Strom für die Elektromagneten (6, 7) zur Änderung der Bewegungsrichtung des Ankers (5 oder 5') umgepolt wirdElectromagnetic actuator according to claim 2,
characterized in that current of the same polarity flows through the two electromagnets (6, 7) and that the current for the electromagnets (6, 7) is reversed to change the direction of movement of the armature (5 or 5 ') Elektromagnetischer Aktuator nach einem
oder mehreren der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Ober- und/oder die Unterseite des Ankers (5 oder 5') im Querschnitt wellenförmig ausgebildet sind oder daß in dessen Ober- und/oder Unterseite ringförmig verlaufende Einkerbungen eingearbeitet sind und daß die Oberflächen der Elektromagneten (6, 7) an die Ober- und Unterseitenkonturen des Ankers (5 oder 5') angepaßt sind.Electromagnetic actuator after one
or more of the preceding claims,
characterized in that the upper and / or the lower side of the armature (5 or 5 ') are wavy in cross-section or that annular notches are incorporated in the upper and / or lower side thereof and that the surfaces of the electromagnets (6, 7 ) are adapted to the top and bottom contours of the armature (5 or 5 '). Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, daß das von den Elektromagneten (6, 7) erzeugte Magnetfeld senkrecht auf der Ober- und Unterseite des Ankers (5 oder 5') auftrifft und durch diesen senkrecht austritt.Electromagnetic actuator according to claim 4,
characterized in that the magnetic field generated by the electromagnets (6, 7) strikes vertically on the top and bottom of the armature (5 or 5 ') and exits through it vertically. Elektromagnetischer Aktuator nach einem
oder mehreren der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Permanentmagneten (11) ringförmig in dem Anker (5 oder 5') eingebettet sind und daß die Länge der einzelnen Permanentmagnete (11) der Dicke des Ankers (5 oder 5') entspricht.Electromagnetic actuator after one
or more of the preceding claims,
characterized in that a plurality of permanent magnets (11) are embedded in a ring in the armature (5 or 5 ') and in that the length of the individual permanent magnets (11) corresponds to the thickness of the armature (5 or 5'). Elektromagnetischer Aktuator nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwischen zwei benachbarten Permanentmagneten (11) ein Polring (14) vorgesehen ist.Electromagnetic actuator according to claim 6,
characterized in that a pole ring (14) is provided in each case between two adjacent permanent magnets (11). Elektromagnetischer Aktuator nach einem oder
mehreren der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (5 oder 5') aus einem Innenring (12) und einem diesen umschließenden Außenring (13) gebildet ist, daß zwischen dem Innen- und dem Außenring (12, 13) ein Ringraum (15) vorgesehen ist und daß in den Ringraum (15) der oder die Permanentmagnete (11) angeordnet sind, die fest mit dem Innen- und dem Außenring (12, 13) des Ankers (5 oder 5') verbunden sind.Electromagnetic actuator according to one or
several of the aforementioned claims,
characterized in that the armature (5 or 5 ') is formed from an inner ring (12) and an outer ring (13) enclosing this, that an annular space (15) is provided between the inner and outer rings (12, 13) and that in the annular space (15) or the permanent magnets (11) are arranged, which are fixedly connected to the inner and outer ring (12, 13) of the armature (5 or 5 '). Elektromagnetischer Aktuator nach einem oder mehreren der vorgenannten Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von Permanentmagneten (11) in identischer Nord-Süd-Richtung im Anker (5 oder 5') ausgerichtet sind.Electromagnetic actuator according to one or more of the preceding claims,
characterized in that the plurality of permanent magnets (11) are aligned in an identical north-south direction in the armature (5 or 5 '). Elektromagnetischer Aktuator nach einem oder mehreren
der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, daß in den Anker (5 oder 5') eine Vielzahl von Durchgangsbohrungen (16) oder Ausnehmungen (16') eingearbeitet sind, deren Längsachse parallel zu der Bewegungsrichtung des Ankers (5 oder 5') verläuft.Electromagnetic actuator according to one or more
of claims 1 to 9,
characterized in that a plurality of through holes (16) or recesses (16 ') are machined into the armature (5 or 5'), the longitudinal axis of which runs parallel to the direction of movement of the armature (5 or 5 '). Elektromagnetischer Aktuator nach einem oder mehreren
der Ansprüche 1 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (5 oder 5') und die Elektromagnete (6, 7) rund oder rechteckig ausgebildet sind.Electromagnetic actuator according to one or more
of claims 1 to 10,
characterized in that the armature (5 or 5 ') and the electromagnets (6, 7) are round or rectangular. Elektromagnetischer Aktuator nach einem oder mehreren
der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß die Elektromagnete (6, 7) aus einer Vielzahl von fest miteinander verbundenen Scheiben (17) bestehen.Electromagnetic actuator according to one or more
of claims 1 to 11,
characterized in that the electromagnets (6, 7) consist of a plurality of disks (17) firmly connected to one another.
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