EP1936641B1

EP1936641B1 - Cascade-type magnetic actuator

Info

Publication number: EP1936641B1
Application number: EP07116547A
Authority: EP
Inventors: Juergen Ulm
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-11-10
Filing date: 2007-09-17
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2027-09-17
Also published as: DE502007003720D1; EP1936641A1; ATE467896T1; DE102006053129A1

Abstract

The actuator (10) has an armature counter piece (12) and an armature (14), which is arranged inside the counter piece and extends longitudinally. The counter piece has a main side (16) with several coil units (18a-18d) and exciter pole collars (20a-20d), which are magnetically connected with one another by the main side. The armature has armature pole collars (22a-22d), which extend radially to the counter piece. The exciter pole collars act on the armature pole collars during activation of the coil units, where the coil units are arranged in the main side.

Description

State of the art

Magnetantriebe, die nach dem Topf-Magnetkreisprinzip arbeiten, erzeugen eine magnetische Kraft F = -1/2 µ₀ A₁H₁ ², wobei H₁ das magnetische Feld im Luftspalt und A₁ die im Luftspalt wirkende Polfläche ist. Aufgrund des Einsatzgebietes ist jedoch die realisierbare Polfläche beschränkt. Ferner ist mit einer großen zusammenhängenden Polfläche auch eine große Masse und damit Trägheit der bewegenden Teile des Magnetaktors verbunden, so dass eine große Polfläche zudem zu einer unerwünschten Beschränkung in der Betätigungsgeschwindigkeit führen würde.Magnetic drives, which operate on the pot magnetic circuit principle, generate a magnetic force F = -1/2 μ ₀ A ₁ H ₁ ² , where H _{1 is} the magnetic field in the air gap and A _1, the pole surface acting in the air gap. Due to the field of application, however, the realizable pole surface is limited. Furthermore, with a large contiguous pole face and a large mass and thus inertia of the moving parts of the magnetic actuator is connected, so that a large pole face also would lead to an undesirable restriction in the operating speed.

In der Druckschrift RU 2 101 597 C1 ist ein elektrisch gesteuerter Elektromagnet zur Betätigung von Ventilen beschrieben, der eine gestapelte Anordnung aufweist. Der sich bewegende Anker weist eine periodische zahnförmige Struktur auf, wobei jeder Zahn eine sich radial erstreckende Fläche hat, die gegenüber einer entsprechenden radialen Teilfläche des umliegenden Elektromagnetkerns angeordnet ist. Der umliegende Magnetkern bildet einen zylindrischen Rückschluss, von dem aus sich Schenkel radial nach innen erstrecken. An diesen Schenkeln sind Teilflächen ausgebildet, welche mit dem Ankerkern interagieren. Jeweils drei aufeinander folgende Schenkel bilden eine Gruppe, wobei die Spule um den mittleren der drei Schenkel gewickelt ist und diesen so in radialer Richtung, senkrecht zur Längsachse des Ankers magnetisiert. Der entstehende Fluss verteilt sich jeweils zur Hälfte auf die beiden benachbarten Schenkel und wird von den benachbarten Schenkeln über die jeweilige Luftspalte auf den innen liegenden Anker übertragen. Der magnetische Fluss wird wiederum vom Anker über den am mittleren Schenkel liegenden Luftspalt zurück zum mittleren Schenkel geführt. Die Herstellung des umliegenden Elektromagneten, dessen Kern in radialer Richtung nach innen offen ist, gestaltet sich schwierig, da die Bestückung mit der sich in radialer Richtung erstreckenden Spule von dem Innenraum des Kerns aus geschehen muss. Ferner durchläuft der Fluss einer Spule notwendigerweise zwei nacheinander liegende Luftspalte (zum Anker hin und vom Anker zur Spule zurück), wobei dies die erzeugbare Kraft vermindert. Zudem ist die Feldverteilung inhomogen, da der mittlere Schenkel im Vergleich zu den dazu benachbarten Schenkeln den doppelten Fluss führt.In the publication RU 2 101 597 C1 there is described an electrically controlled solenoid for actuating valves having a stacked arrangement. The moving armature has a periodic tooth-shaped structure, each tooth having a radially extending surface disposed opposite a corresponding radial partial surface of the surrounding electromagnet core. The surrounding magnetic core forms a cylindrical yoke, from which legs extend radially inwardly. Partial surfaces which interact with the armature core are formed on these legs. Each three successive legs form a group, wherein the coil is wound around the middle of the three legs and magnetized so in the radial direction, perpendicular to the longitudinal axis of the armature. The resulting flow is distributed in each case half on the two adjacent legs and is transmitted from the adjacent legs via the respective air gaps on the inner anchor. The magnetic flux is in turn passed from the armature via the middle leg lying air gap back to the middle leg. The production of the surrounding electromagnet, the core of which is open in the radial direction inwardly, is difficult, since the assembly with the coil extending in the radial direction must take place from the interior of the core. Furthermore, the flow of a coil necessarily passes through two successive air gaps (towards the armature and back from the armature to the coil), this being the generatable force reduced. In addition, the field distribution is inhomogeneous, since the middle leg compared to the adjacent legs leads to the double flow.

Advantages of the invention

Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung lässt sich ein für ein elektrisch steuerbares Magnetventil vorgesehener elektrischer Magnetaktor einfacher herstellen. Ferner sieht ein Aspekt der vorliegenden Erfindung vor, dass der von der Spule erzeugte magnetische Fluss statt zwei nur einen Luftspalt durchlaufen muss, wodurch die erzeugbare Kraft deutlich erhöht wird. Daher lassen sich gegenüber dem Stand der Technik Kosten und Aufwand sparen, wobei gleichzeitig der Bauraum und der benötigte Strom effizienter verwendet werden. Ferner wird durch die kaskadenförmige Ordnung der in axialer Richtung zur Verfügung stehende Bauraum im Injektor genutzt. Ein weiterer Vorteil gegenüber dem Stand der Technik besteht darin, dass die erfindungsgemäße Anordnung ausschließlich scheibenförmige oder sich längs erstreckende kaskadierbare Elemente aufweist, so dass eine schichtweise Montage des Ankergegenstücks, welche die Spulenelemente trägt, möglich ist. Dadurch wird der Herstellungsprozess gegenüber dem Stand der Technik weitgehend vereinfacht.With the proposed solution according to the invention, an electric solenoid actuator provided for an electrically controllable solenoid valve can be produced more easily. Furthermore, an aspect of the present invention provides that instead of two, the magnetic flux generated by the coil must pass through only one air gap, whereby the producible force is significantly increased. Therefore, costs and effort can be saved over the prior art, at the same time the space and the required power can be used more efficiently. Furthermore, the space available in the axial direction in the injector is used by the cascade-like order. Another advantage over the prior art is that the arrangement according to the invention has exclusively disk-shaped or longitudinally extending cascadable elements, so that a layer-by-layer mounting of the armature counterpart which carries the coil elements is possible. As a result, the manufacturing process over the prior art is largely simplified.

Als magnetischer Rückschluss kann eine einfache, das Ankergegenstück umgebende Hülse mit entsprechenden magnetischen Eigenschaften verwendet werden, so dass keine speziellen aus magnetischem Material geformten Teile erforderlich sind. Die entlang des äußeren Umfangs des Ankergegenstücks verlaufenden Windungen der Spulenelemente können durch Rotieren des Ankergegenstücks ohne weiteres aufgebracht werden, wobei in der äußeren Oberfläche des Ankergegenstücks bzw. in einem dort angeordneten Hauptschenkel eine Vertiefung ausgebildet sein kann, die während des Aufwickelns des Spulendrahts zur Ausrichtung der Windungen dient. Gemäß eines Aspekts der Erfindung wird die Rückführungsfläche der Ankerpolschultern nicht nur zur verbesserten magnetischen Führung, sondern wird auch zur mechanischen Führung des innen liegenden Ankers verwendet. Die magnetische Streuung durch einen Ölfilm zwischen Rückführungsfläche und Hauptschenkel, der die mechanische Führung verbessert, ist vernachlässigbar, da die Dicke des Ölfilms um Größenordnungen geringer als die Dicke des Luftspalts ist, welche wiederum durch den zu erzielenden Ventilhub bestimmt wird. Eine solche mechanische Führung ist regelmäßig entlang des gesamten Magnetaktors verteilt, wodurch eine Verkantung verhindert wird und sich eine zusätzliche Stabilität ergibt. Bei entsprechender Dimensionierung ist es möglich, dass äußere Führungsteile weggelassen werden können. Die einzelnen Spulenelemente können so zusammengeschaltet werden, dass sich eine geringe Induktivität ergibt, die wiederum positiven Einfluss auf die erzielbare Steuerungsgeschwindigkeit hat. Ferner ergibt sich eine hohe Redundanz, so dass bei geeigneter Schaltung ein oder mehrere Spulenelemente ausfallen können, ohne dass die Funktion des Magnetaktors wesentlich beeinträchtigt wird.As a magnetic return, a simple, surrounding the armature counterpart sleeve with corresponding magnetic properties can be used, so that no special molded magnetic material parts are required. The turns of the coil elements running along the outer circumference of the armature counterpart can be readily applied by rotating the armature counterpart, wherein a recess can be formed in the outer surface of the armature counterpart or in a main leg arranged there during the winding of the coil wire for aligning Turns serves. According to one aspect of the invention, the return surface of the armature pole shoulders not only for improved magnetic guidance, but is also used for mechanical guidance of the inner armature. The magnetic scattering by an oil film between the return surface and main leg, which improves the mechanical guidance is negligible, since the thickness of the oil film is orders of magnitude smaller than the thickness of the air gap, which in turn is determined by the valve lift to be achieved. Such a mechanical guide is distributed regularly along the entire magnetic actuator, whereby a tilting is prevented and results in additional stability. With appropriate dimensioning, it is possible that outer guide parts can be omitted. The individual coil elements can be connected together so that a low inductance results, which in turn has a positive influence on the achievable control speed. Furthermore, there is a high Redundancy, so that one or more coil elements can fail with a suitable circuit, without the function of the magnetic actuator is significantly impaired.

drawings

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.With reference to the drawings, the invention will be explained in more detail below.

Show it:

Figur 1FIG. 1: das Prinzip der elektrischen Anregung eines Magnetaktors gemäß dem Stand der Technik.the principle of electrical excitation of a magnetic actuator according to the prior art.
Figur 2FIG. 2: eine erste Ausführung des erfindungsgemäßen elektrischen Magnetaktors im Längsschnitt.a first embodiment of the electric magnetic actuator according to the invention in longitudinal section.
Figur 3FIG. 3: eine zweite Ausführung des erfindungsgemäßen elektrischen Magnetaktors im Längsschnitt.a second embodiment of the electric magnetic actuator according to the invention in longitudinal section.
Figur 4FIG. 4: den Verlauf des magnetischen Flusses in der ersten Ausführung des erfinderischen elektrischen Magnetaktors, die in Fig. 2 dargestellt ist.the course of the magnetic flux in the first embodiment of the inventive electric magnetic actuator, which in Fig. 2 is shown.
Figur 5FIG. 5: den Verlauf des magnetischen Flusses in der zweiten Ausführung des erfinderischen elektrischen Magnetaktors, die in Fig. 3 dargestellt ist.the course of the magnetic flux in the second embodiment of the inventive electric magnetic actuator, which in Fig. 3 is shown.

Die Figur 1 zeigt das Erregungsprinzip des Magnetaktors, der in der oben genannten Druckschrift RU 2 101 597 C1 beschriebenen ist. Ein Ankergegenstück 2 und ein Anker 4 weisen eine ineinander greifende Zahnstruktur auf, wobei die sich gegenüberliegenden Flächen des Ankers und des Ankergegenstücks durch einen Luftspalt getrennt sind. Die Zähne 3a, 3b und 3c des Ankergegenstücks 2 bilden die Schenkel eines Elektromagneten, dessen Fluss durch eine Spule 8 erzeugt wird. Bei Aktivierung erzeugt die Spule 8 einen radial verlaufenden magnetischen Fluss in dem mittleren Schenkel 3b, der über eine magnetische Verbindung zwischen den Schenkeln auf die benachbarten äußeren Schenkel 3a und 3c aufgeteilt und von diesen geführt wird. Die Teilflüsse gelangen über den jeweiligen Luftspalt zum Anker 4, über den der Fluss wieder zusammengeführt und über einen weiteren Luftspalt zum mittleren Schenkel zurückgeführt wird. Diese Struktur ist mit einer EI-Transformatoren-Kernstruktur vergleichbar, wobei das Ankergegenstück 2 dem E-Teil und der Anker 4 dem 1-Teil entspricht. Die in Figur 1 dargestellte Erregerstruktur nach dem Stand der Technik zeichnet sich vor allem durch die zwei folgenden Eigenschaften aus. Zum einen umgreift die Erregerspule einen nach innen ragenden radialen Zahn, der bei einer rotationssymmetrischen Ausführung des Ankergegenstücks einen Ring bildet, der naturgemäß nicht rotationssymmetrisch unterbrechungsfrei mit einer Spule belegt werden kann. Dies führt zu einem inhomogenen Feldverlauf. Zum anderen weisen Teile (Zähne 3a, 3c, Teile des Ankers 4) eine Flussdichte auf, die der Hälfte des in Zahn 3b induzierten Flusses entspricht, wodurch der Sättigungsgrad des magnetischen Materials innerhalb des Magnetaktors stark inhomogen ist.The FIG. 1 shows the excitation principle of the magnetic actuator, in the above-mentioned document RU 2 101 597 C1 is described. An armature counterpart 2 and an armature 4 have an interlocking tooth structure, wherein the opposing surfaces of the armature and the armature counterpart are separated by an air gap. The teeth 3a, 3b and 3c of the armature counterpart 2 form the legs of an electromagnet whose flux is generated by a coil 8. When activated, the coil 8 generates a radially extending magnetic flux in the middle leg 3b, which is split and guided by a magnetic connection between the legs to the adjacent outer legs 3a and 3c. The partial flows pass via the respective air gap to the armature 4, via which the flow is brought together again and is returned to the middle leg via a further air gap. This structure is comparable to an EI transformer core structure, with the armature counterpart 2 corresponding to the E-part and the armature 4 to the 1-part. In the FIG. 1 The exciter structure according to the prior art, which is illustrated above all, is distinguished by the following two properties. To the one surrounds the exciter coil an inwardly projecting radial tooth, which forms a ring in a rotationally symmetrical design of the armature counterpart, which can not be occupied by a coil naturally rotationally symmetrical uninterrupted. This leads to an inhomogeneous field course. On the other hand, parts (teeth 3a, 3c, parts of the armature 4) have a flux density which corresponds to half of the flux induced in tooth 3b, whereby the degree of saturation of the magnetic material within the magnet actuator is highly inhomogeneous.

Insbesondere der Ort der Erzeugung des magnetischen Flusses und somit die Spulenstruktur unterscheiden sich grundlegend von der Erregerstruktur der Erfindung, wie im Folgenden betrachtet wird.In particular, the location of generation of the magnetic flux and thus the coil structure are fundamentally different from the excitation structure of the invention, as will be considered below.

embodiments

Die Figur 2 zeigt eine erste Ausführung des erfindungsgemäßen elektrischen Magnetaktors im Längsschnitt. Der Magnetaktor 10 umfasst ein Ankergegenstück 12, welches Spulenelemente 18 a-d trägt, sowie den sich bewegenden Anker 14. Das Ankergegenstück 12 weist eine periodische Zahnstruktur auf, die in eine periodische Zahnstruktur 14 des Ankers eingreift. Die Zähne des Ankers sind zu den Zähnen des Ankergegenstücks beabstandet. Die Zähne des Ankers 14 und des Ankergegenstücks 12 bilden bei Aktivierung des Aktors, d.h. bei Bestromung der Spule, Magnetpole, die sich über einen Luftspalt L anziehen. Um eine Kraft F_m entlang der Längsachse des Ankers zu erzeugen, sind die Polflächen des Ankergegenstücks, das als Erreger arbeitet, in einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Ankers angeordnet. Die radial nach außen ragenden Zähne des Ankers 14 haben den Querschnitt eines rechtwinkligen Dreiecks, wobei eine der Katheten die Polfläche (26 a-d) der Ankerpol-Schultern (22 a-d) bildet.The FIG. 2 shows a first embodiment of the electric magnetic actuator according to the invention in longitudinal section. The magnetic actuator 10 includes an armature counterpart 12, which carries coil elements 18 ad, and the moving armature 14. The armature counterpart 12 has a periodic tooth structure, which engages in a periodic tooth structure 14 of the armature. The teeth of the armature are spaced apart from the teeth of the armature counterpart. The teeth of the armature 14 and the armature counterpart 12 form upon activation of the actuator, ie upon energization of the coil, magnetic poles, which attract via an air gap L. In order to generate a force F _m along the longitudinal axis of the armature, the pole faces of the armature counterpart acting as exciter are arranged in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the armature. The radially outwardly projecting teeth of the armature 14 have the cross section of a right triangle, with one of the cathets forming the pole face (26 ad) of the armature pole shoulders (22 ad).

Zur Krafterzeugung entlang der Achse des Ankers tragen im Wesentlichen nur die Polflächen 24 a-d der Zahnstruktur des Ankergegenstücks und die Polflächen 26 a-d des Ankers 14 bei. Die Polflächen 24 a-d des Ankergegenstücks 12 werden durch periodisch angeordnete Erregerpol-Schultern 20 a-d ausgebildet, die, durch einen Luftspalt L getrennt, den Ankerpol-Schultern 22 a-d gegenüberliegen, welche die korrespondierenden und paarig angeordneten Polflächen des Ankers ausbilden.For force generation along the axis of the armature, essentially only the pole faces 24 a-d of the tooth structure of the armature counterpart and the pole faces 26 a-d of the armature 14 contribute substantially. The pole faces 24 a-d of the armature counterpart 12 are formed by periodically arranged exciter pole shoulders 20 a-d, separated by an air gap L, the armature pole shoulders 22 a-d opposite, which form the corresponding and paired pole faces of the armature.

Die rücklaufenden Flächen der jeweiligen Schultern, die in dem jeweiligen Zahn der entsprechenden Polfläche gegenüberliegen, d.h. die Hypotenuse im Fall des rechtwinkligen Dreiecks, tragen nicht zur Krafterzeugung bei und können daher frei ausgeführt werden. Jedoch ist gemäß eines ersten Aspekts der Erfindung darauf zu achten, dass die rücklaufenden Flächen einen ausreichenden Abstand zum nächstliegenden und insbesondere zu dem entgegengesetzt gepolten Material aufweisen, um zu vermeiden, dass nicht zu vernachlässigende Kraftkomponenten entstehen, die entgegengesetzt zur Kraft F_m wirken. Vorzugsweise sind die rücklaufenden Flächen, die auf der anderen Seite des jeweiligen Zahns gegenüberliegend zu der entsprechenden Polfläche ausgebildet sind, eben und zur Polfläche des Zahns geneigt.The return surfaces of the respective shoulders which face the corresponding pole face in the respective tooth, ie the hypotenuse in the case of the right triangle, do not contribute to the generation of force and can therefore be freely executed. However, according to a first aspect of the invention, care must be taken that the returning Have surfaces a sufficient distance from the nearest, and in particular to the opposite polarity material to avoid that non-negligible force components arise opposite to the force F _m act. Preferably, the return surfaces formed on the other side of the respective tooth opposite to the corresponding pole face are flat and inclined to the pole face of the tooth.

Die zylindrisch um die Längsachse des Ankers 14 verlaufenden Flächen des Ankergegenstücks 12 sind gemäß der ersten Ausführung ausreichend von dem Anker 14 entfernt, um eine gegenseitige Kraftwirkung zu vermeiden. Alternativ können die Flächen auch gekrümmt oder zur Längsachse geneigt sein.The cylindrically extending around the longitudinal axis of the armature 14 surfaces of the armature counterpart 12 are sufficiently removed according to the first embodiment of the armature 14 in order to avoid a mutual force effect. Alternatively, the surfaces may also be curved or inclined to the longitudinal axis.

Die krafterzeugenden gegenüberliegenden Polflächen 24 a-d und 26 a-d sind über einen Luftspalt L voneinander getrennt, durch den auch der maximale Hub des Ankers vorgegeben ist. Die Polflächen sind vorzugsweise senkrecht zur Längsachse des Ankers 14 und des Ankergegenstücks 12 radial ausgebildet. Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung sind auch die Polflächen zur Senkrechten der Längsachse des Ankers geneigt. Die sich jeweils gegenüberliegenden Polflächen sind zueinander komplementär ausgebildet, so dass der Luftspalt zumindest über eine Teilfläche eine konstante Dicke aufweist. Vorzugsweise sind die Polflächen eben ausgestaltet. Alternativ sind die Polflächen gebogen, wobei die Form der Poflächen 26 a-d, die Ankerpol-Schultern 22 a-d komplementär zu der Form der Polflächen 24 a-d der Erregerpol-Schultern 20 a-d ist, um den jeweiligen Luftspalt L zumindest teilweise mit einer Parallelität vorzusehen. Sind gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung die Polflächen nicht senkrecht zur Längsachse, sondern zur radialen Richtung geneigt, so ergibt sich zusätzlich zu einer entlang der Längsachse wirkenden Kraft F_m eine weitere radial wirkende Kraftkomponente, die bei der Dimensionierung und beim Betreiben des Magnetventils berücksichtigt werden muss.The force-generating opposite pole faces 24 ad and 26 ad are separated from each other by an air gap L, which also determines the maximum stroke of the armature. The pole faces are preferably formed radially perpendicular to the longitudinal axis of the armature 14 and the armature counterpart 12. According to a further embodiment of the invention, the pole faces are inclined to the vertical of the longitudinal axis of the anchor. The opposing pole faces are complementary to each other, so that the air gap has a constant thickness at least over a partial area. Preferably, the pole faces are planar. Alternatively, the pole faces are bent with the shape of the faces 26 ad, the anchor pole shoulders 22 ad being complementary to the shape of the pole faces 24 ad of the excitation pole shoulders 20 ad, to provide the respective air gap L at least partially with parallelism. According to a further embodiment of the invention, if the pole faces are not inclined perpendicularly to the longitudinal axis but to the radial direction, a further radially acting force component results in addition to a force F _m acting along the longitudinal axis, which are taken into account in the dimensioning and operation of the solenoid valve got to.

Das Ankergegenstück 12 umfasst einen zylindrisch verlaufenden Hauptschenkel 16 sowie radial nach innen ragende Zähne 17, die die Erregerpol-Schultern 20 a-d ausbilden. Vorzugsweise ist der Hauptschenkel 16 des Ankergegenstücks 12 einteilig mit den radial nach innen ragenden Zähnen 17 ausgebildet. Alternativ sind die radial nach innen ragenden Zähne 17 kraftschlüssig, beispielsweise mittels Aufschrumpfen, mit dem Hauptschenkel 16 verbunden, wobei gleichzeitig eine magnetische Verbindung zwischen den Zähnen 17 und dem Hauptschenkel 16 vorgesehen wird, um den magnetischen Fluss zu den Polflächen 24 a-d zu führen.The armature counterpart 12 comprises a cylindrically extending main leg 16 and radially inwardly projecting teeth 17 which form the excitation pole shoulders 20 ad. Preferably, the main leg 16 of the armature counterpart 12 is formed integrally with the radially inwardly projecting teeth 17. Alternatively, the radially inwardly projecting teeth 17 are non-positively, for example by means of shrinking, connected to the main leg 16, at the same time a magnetic connection between the teeth 17 and the main leg 16 is provided to guide the magnetic flux to the pole faces 24 ad.

Der magnetische Fluss wird von umfänglich um den Hauptschenkel verlaufenden Spulenelementen 18 a-d erzeugt. Vorzugsweise sind die Spulenelemente 18 a-d in umfänglich verlaufenden Nuten angeordnet. Gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung weist der zylindrische Hauptschenkel auf seiner Außenfläche umfänglich verlaufende Nuten oder Vertiefungen auf, in denen die Spulenelemente 18 a-d vorgesehen sind und die mit der Au-βenfläche des Hauptschenkels abschließen. Auf diese Weise bilden die Vertiefungen Wicklungsfenster, die für die Spulenelemente vorgesehen sind. Die Vertiefungen sind entlang der Längsachse zumindest teilweise zwischen zwei benachbarten, nach innen ragenden Zähnen 17 bzw. Schultern 20 a-d ausgebildet. Dadurch werden an diesen Vertiefungen Stellen im Hauptschenkel 16 ausgebildet, an denen dieser eine deutliche geringere Dicke aufweist. Dadurch werden magnetische Engstellen 28 a-c vorgesehen, die den magnetischen Rückschluss auf der Innenseite des Hauptschenkels 16 verringern und somit verhindern, dass wesentliche Anteile des erzeugten magnetischen Flusses zwischen zwei aufeinander folgende Erregerpol-Schultern (20 a-d) verlaufen, ohne den Luftspalt L durchlaufen zu haben. Die magnetische Wirkungsweise wird anhand der Figur 4 näher erläutert. Vorzugsweise sind die Vertiefungen, welche die Wicklungsfenster bilden und die Spulenelemente 18 a-d tragen, ringförmig in sich geschlossen und in einer Ebene senkrecht zur Längsachse des Ankers und des Ankergegenstücks vorgesehen, wobei die Längsachse das Zentrum bildet. Die Wicklungsfenster haben vorzugsweise einen quadratischen, rechteckigen, trapezoiden, kreisabschnittförmigen oder teilellipsoiden Querschnitt.The magnetic flux is generated by circumferentially around the main leg extending coil elements 18 ad. Preferably, the coil elements 18 are arranged ad in circumferentially extending grooves. According to an advantageous embodiment of the invention, the cylindrical main leg on its outer surface circumferentially extending grooves or depressions, in which the coil elements are provided 18 ad and complete with the Au βenfläche the main leg. In this way, the recesses form winding windows which are provided for the coil elements. The depressions are formed along the longitudinal axis at least partially between two adjacent, inwardly projecting teeth 17 and shoulders 20 ad. As a result, places are formed in the main leg 16 at these recesses, where this has a significantly smaller thickness. Characterized magnetic bottlenecks 28 ac are provided which reduce the magnetic inference on the inside of the main leg 16 and thus prevent substantial portions of the generated magnetic flux between two successive exciter pole shoulders (20 ad) run without having passed through the air gap L. , The magnetic effect is based on the FIG. 4 explained in more detail. Preferably, the recesses forming the winding windows and carrying the coil elements 18 ad are annularly self-contained and provided in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the armature and the armature counterpart, the longitudinal axis forming the center. The winding windows preferably have a square, rectangular, trapezoidal, circular segmental or partially ellipsoidal cross section.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung sind das Gegenstück 12, der Anker 14, die Hauptschenkel 16, die Zähne 17, die Wicklungsfenster, die Spulenelemente 18 a-d, sowie eine den Hauptschenkel 16 umschließende Hülse 19, die zur magnetischen Rückführung vorgesehen ist, symmetrisch zur Längsachse des Ankers ausgebildet. In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist mindestens eines dieser Strukturelemente des Magnetaktors 10 symmetrisch zur Längsachse des Ankers 14 ausgebildet.According to an advantageous embodiment of the invention, the counterpart 12, the armature 14, the main leg 16, the teeth 17, the winding window, the coil elements 18 ad, and a main leg 16 enclosing sleeve 19, which is provided for magnetic return, symmetrical to the longitudinal axis formed of the anchor. In a further embodiment of the invention, at least one of these structural elements of the magnetic actuator 10 is formed symmetrically to the longitudinal axis of the armature 14.

Eine Feder, die in Figur 2 nur schematisch dargestellt ist, beaufschlagt den Anker mit einer Gegenkraft F, die entgegengesetzt zur elektromagnetisch erzeugten Kraft F_m wirkt und den Anker in die ursprüngliche Position zurückstellt, wenn die Spule wieder deaktiviert wird. Diese Kraft wird vorzugsweise von einer Feder vorgesehen, die um den Anker oder um den aus den Aktor 10 führenden Bolzen spiralförmig gewunden ist. Das Ankergegenstück 12 wird zusammen mit der Hülse 19, welche den Hauptschenkel 16 mechanisch und magnetisch umschließt, von einer Halterungsvorrichtung (nicht dargestellt) gehalten, die kraftschlüssig mit der Feder verbunden ist, welche die rückstellende Kraft F erzeugt. Vorzugsweise wird ein Gehäuse vorgesehen, welches die Feder und das Gegenstück 12 inklusive umschließender Hülse 19 umgibt, wobei das Gehäuse eine Öffnung für einen Ankerbolzen aufweist, der einen Teil des Ankers 14 bildet und zur Auskopplung der Kraft F_m eingerichtet ist. In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist die Hülse 19 kraftschlüssig mit dem Ankergegenstück verbunden und bildet gleichzeitig ein Gegenlager für die Feder, welche die Kraft F erzeugt. Hierbei sollte die Feder, welche zwischen der als Lager dienenden Hülse 19 und dem Anker 14 vorgesehen ist, nur eine vernachlässigbare magnetische Kopplung zwischen Hülse und Anker vorsehen. Die in Figur 2 nach links über einen Bolzen ausgekoppelte Kraft F_m ist mechanisch mit einem Ventil, vorzugsweise einem Kugelventil, verbunden, das die Einspritzung eines Kraftstoffgemischs in einen Verbrennungsmotor steuert.A spring in FIG. 2 is shown only schematically, acts on the armature with a counterforce F, which acts opposite to the electromagnetically generated force F _m and the armature is returned to the original position when the coil is deactivated again. This force is preferably provided by a spring which is helically wound around the armature or around the bolt leading from the actuator 10. The armature counterpart 12 is held together with the sleeve 19, which mechanically and magnetically surrounds the main leg 16, by a retaining device (not shown), which is non-positively connected to the spring, which generates the restoring force F. Preferably, a housing is provided, which surrounds the spring and the counterpart 12 including enclosing sleeve 19, wherein the housing has an opening for an anchor bolt has, which forms part of the armature 14 and is adapted for decoupling the force F _m . In an advantageous embodiment of the invention, the sleeve 19 is frictionally connected to the armature counterpart and at the same time forms an abutment for the spring, which generates the force F. Here, the spring, which is provided between the serving as a bearing sleeve 19 and the armature 14, should provide only a negligible magnetic coupling between the sleeve and anchor. In the FIG. 2 to the left by a pin coupled out force F _m is mechanically connected to a valve, preferably a ball valve, is connected, which controls the injection of a fuel mixture in an internal combustion engine.

Die Figur 2 ist nicht maßstäblich. Insbesondere sind die Breite des Luftspalts L, die Abmessungen der Wicklungsfenster und der radiale Abstand zwischen den in radialer Richtung liegenden Flächen der Schultern 20a - 20d und dem Anker nicht maßstäblich dargestellt.The FIG. 2 is not to scale. In particular, the width of the air gap L, the dimensions of the winding windows, and the radial distance between the radially-facing surfaces of the shoulders 20a-20d and the armature are not drawn to scale.

Die Figur 3 zeigt den elektrischen Magnetaktor einer zweiten Ausführung des erfindungsgemäßen Magnetventils im Längsschnitt. Die in Figur 3 dargestellte zweite Ausführung weist Merkmale auf, die entsprechenden Merkmalen der in Figur 2 dargestellten ersten Ausführung ähneln, wobei sich das entsprechende Bezugszeichen in der Figur 3 aus dem jeweiligen Bezugszeichen der Figur 2 ergibt, indem eine 1 vorangestellt wird.The FIG. 3 shows the electric magnetic actuator of a second embodiment of the solenoid valve according to the invention in longitudinal section. In the FIG. 3 illustrated second embodiment has features, the corresponding features of in FIG. 2 similar to the first embodiment shown, wherein the corresponding reference numerals in the FIG. 3 from the respective reference numerals of FIG. 2 results by prefixing a 1.

Auch die in Figur 3 dargestellte Ausführung zeigt einen sich entlang einer Längsachse erstreckenden Magnetaktor mit einem feststehenden Ankergegenstück 112 und einen dazu in Längsrichtung beweglichen Anker 114, der von dem Ankergegenstück umschlossen ist. Das Ankergegenstück 112 selbst ist mit einer Hülse 119 umschlossen, die als magnetischer Rückschluss dient. Wie auch in der ersten Ausführung umfasst das Ankergegenstück 112 einen Hauptschenkel 116, der zylindrisch ausgestaltet ist, und der Spulenelemente 118 a, b trägt. Von diesem Hauptschenkel 116 aus erstrecken sich Zähne radial nach innen zum Anker, der ebenfalls Zähne aufweist, wobei die Zähne ineinander greifen. Die Zähne des Ankers bilden Ankerpol-Schulter 122 a,b aus, die entsprechenden Erregerpol-Schultern der Zähne des Ankers 114 gegenüberliegen und mit diesem einen gleichmäßigen Luftspalt bilden. Jeweils eine Polfläche 124 a-c der Erregerpol-Schultern 120 a-c liegt einer Polfläche 126 a-c einer entsprechenden Ankerpol-Schulter 122 a-c gegenüber, wodurch Polflächen-Paare gebildet werden. Die Polflächen-Paare bestehen aus einer Polfläche 126 a-c, einer Ankerpol-Schulter und einer korrespondierenden, entsprechenden Polfläche 124 a-c einer Erregerpol-Schulter. Ein Luftspalt L liegt zwischen zwei korrespondierenden Polflächen eines Polflächen-Paars. Wie auch in der ersten Ausgestaltung sind die radial innen liegenden Flächen der Erregerpol-Schultern, welche den Anker ringförmig umgeben, mit einem Abstand zu dem Anker angeordnet, der gewährleistet, dass an den Stellen A, A' und A" nur eine vernachlässigbare magnetische Kopplung zwischen diesen innen liegenden Erregerpol-Flächen und dem Anker stattfindet.Also in FIG. 3 illustrated embodiment shows a longitudinally extending magnetic actuator with a fixed armature counterpart 112 and a longitudinally movable armature 114 which is enclosed by the armature counterpart. The armature counterpart 112 itself is enclosed with a sleeve 119, which serves as a magnetic yoke. As in the first embodiment, the armature counterpart 112 comprises a main leg 116, which is cylindrical, and the coil elements 118 a, b carries. From this main leg 116, teeth extend radially inwardly toward the armature, which also has teeth, with the teeth engaging each other. The teeth of the armature form Ankerpol shoulder 122 a, b, the corresponding excitation pole shoulders of the teeth of the armature 114 opposite and form with this a uniform air gap. In each case a pole face 124 ac of the excitation pole shoulders 120 ac is opposite to a pole face 126 ac of a corresponding armature pole shoulder 122 ac, whereby pole face pairs are formed. The Polflächen pairs consist of a pole face 126 ac, a Ankerpol shoulder and a corresponding, corresponding pole face 124 ac a exciter pole shoulder. An air gap L lies between two corresponding pole faces of a pole face pair. As in the first embodiment, the radially inner surfaces of the excitation pole shoulders which surround the armature annularly, are arranged at a distance from the armature, which ensures that at the points A, A 'and A "only a negligible magnetic coupling between these internal excitation pole surfaces and the armature takes place.

Jedoch besteht zwischen den Rückführungsflächen 130 a,b, der Ankerpol-Schulter 122 a,b und den Innenflächen des Hauptschenkels 116 eine starke magnetische Kopplung, da zwischen diesen nur ein dünner parasitärer Luftspalt L_P liegt. Dieser parasitäre Luftspalt L_P ist deutlich geringer als der Luftspalt L zwischen den Polflächen, da die sich am parasitären Luftspalt gegenüber liegenden Flächen nur in Längsrichtung gegeneinander verschieben, wohingegen sich der Luftspalt L bei Betätigung des Magnetaktors vergrößert oder verkleinert. Dementsprechend kann der parasitäre Luftspalt L_P durch einen Schmiermittelfilm, beispielsweise Öl, gebildet werden, der das Gleiten der Rückführungsfläche 130 a,b auf der gegenüberliegenden Fläche 132 a, b des Hauptschenkels ermöglicht. Wie auch die gesamte Figur 3 ist der Luftspalt L_P nicht maßstabsgetreu zum Luftspalt L dargestellt.However, there is a strong magnetic coupling between the return surfaces 130 a, b, the armature pole shoulder 122 a, b and the inner surfaces of the main leg 116, since there is only a thin parasitic air gap L _{P between them} . This parasitic air gap L _P is significantly smaller than the air gap L between the pole faces, since the surfaces lying opposite the parasitic air gap only move in the longitudinal direction relative to one another, whereas the air gap L increases or decreases when the magnetic actuator is actuated. Accordingly, the parasitic air gap L _{P may be formed} by a lubricant film, such as oil, which allows the return surface 130 a, b to slide on the opposite face 132 a, b of the main leg. Like the whole FIG. 3 the air gap L _{P is} not shown to scale to the air gap L.

Während in der ersten Ausführung, die in der Figur 2 dargestellt ist, der radial nach außen ragende Zahn des Ankers spitz zuläuft und weder mechanischen noch magnetischen Kontakt zum Hauptschenkel 116 herstellt, ist der radial nach außen ragende Zahn gemäß der zweiten Ausführung mit einer radial zylindrisch umlaufenden Fläche ausgestattet, die als Rückführungsfläche 130 a, b dient. Diese Rückführungsfläche 130 a, b bildet über den parasitären Luftspalt L_P mit der gegenüberliegenden Fläche 132 a, b des Hauptschenkels 116 nicht nur eine magnetische Verbindung zwischen dem Anker und dem Ankergegenstück, sondern auch eine Gleitfläche, die das Gleiten und Führen des Ankers 114 durch den Hauptschenkel 116 erlaubt. Durch diese mechanische Führung wird der Anker in einer tangentialen Rotation entlang des Umfangs um die Längsachse herum nicht gehindert.While in the first execution, in the FIG. 2 is shown, the radially outwardly projecting tooth of the armature tapers and produces neither mechanical nor magnetic contact with the main leg 116, the radially outwardly projecting tooth according to the second embodiment is equipped with a radially cylindrical circumferential surface which serves as the return surface 130 a, b serves. This return surface 130 a, b forms over the parasitic air gap L _P with the opposite surface 132 a, b of the main leg 116 not only a magnetic connection between the armature and the armature counterpart, but also a sliding surface, the sliding and guiding of the armature 114 by the main leg 116 allowed. This mechanical guidance does not hinder the armature in a tangential rotation along the circumference around the longitudinal axis.

Im Folgenden werden die Figuren 4 und 5 betrachtet, die den magnetischen Flussverlauf gemäß der ersten Ausführung (Figur 2) und der zweiten Ausführung (Figur 3) darstellen. Aus dem Vergleich der Figuren 4 und 5 ergeben sich die Unterschiede hinsichtlich des Flussverlaufs, welche durch die Rückführungsfläche 130 a, b, 330a-c hervorgerufen werden.The following are the FIGS. 4 and 5 Considering the magnetic flux curve according to the first embodiment ( FIG. 2 ) and the second embodiment ( FIG. 3 ). From the comparison of FIGS. 4 and 5 the differences in the course of the flow, which are caused by the return surface 130 a, b, 330 a-c.

Zunächst wird die Figur 4 betrachtet, die den Flussverlauf in dem elektrischen Magnetaktor gemäß der ersten Ausführung des erfindungsgemäßen Magnetventils darstellt. Die in Längsrichtung verteilten, in dem Hauptschenkel 216 angeordneten Spulenelemente 218 a-c erzeugen jeweils einen magnetischen Fluss Φ_a,b,c. Die Spulenelemente 218 a-c sind zwischen radial nach innen ragenden Zähnen des Ankergegenstücks angeordnet, die die Erregerpol-Schultern formen und die jeweils eine Polfläche 224 a-d bilden. Der Fluss tritt von dem auf der einen Seite eines Spulenelements liegenden Zahn durch die Polfläche 224 b hindurch, durchläuft den Luftspalt L und tritt durch die gegenüberliegende Polfläche 226 b der entsprechenden Ankerpol-Schulter hindurch. Die Ankerpolschulter sowie der in radialer Richtung innen liegende zylindrische Abschnitt des Ankers 215, d.h. ein Längsabschnitt des Ankerbolzens, führt den Fluss zum nächsten Zahn, der auf der anderen Seite des jeweiligen Spulenelements liegt, durchläuft die auf der anderen Seite liegende Ankerpol-Schulter, tritt durch die Polfläche 226 c der Ankerpol-Schulter hindurch, durchläuft den auf der anderen Seite liegenden Luftspalt L und tritt durch die auf der anderen Seite des betrachteten Spulenelementes liegenden Polfläche 224 c der entsprechenden Erregerpol-Schulter wieder in das Ankergegenstück ein. Die um das Ankergegenstück herum vorgesehene Hülse 219 bildet den magnetischen Rückschluss und schließt somit den magnetischen Kreis zu dem auf der einen (ersten) Seite liegenden Zahn.First, the FIG. 4 which illustrates the flow path in the electric solenoid actuator according to the first embodiment of the solenoid valve according to the invention. The longitudinally distributed, in the main leg 216 arranged coil elements 218 ac each generate a magnetic flux Φ _{a, b, c} . The coil elements 218 ac are arranged between radially inwardly projecting teeth of the armature counterpart, which form the excitation pole shoulders and each form a pole face 224 ad. The flow passes from the lying on one side of a coil element tooth through the pole face 224 b, passes through the air gap L and passes through the opposite pole face 226 b of the corresponding Anchor pole shoulder through. The armature pole shoulder, as well as the radially inward cylindrical portion of armature 215, ie, a longitudinal portion of the armature bolt, conducts the flux to the next tooth located on the other side of the respective coil member, passing through the armature pole shoulder located on the other side through the pole face 226 c of Ankerpol shoulder through, passes through the lying on the other side air gap L and passes through the lying on the other side of the considered coil element pole face 224 c of the corresponding exciter pole shoulder again in the armature counterpart. The sleeve 219 provided around the armature counterpart forms the magnetic conclusion and thus closes the magnetic circuit to the tooth lying on the one (first) side.

Neben dem Spulenelement 216 a-c, das zwischen zwei Zähnen angeordnet ist, ist dort auch im Hauptschenkel eine magnetische Engstelle 228 a-c vorgesehen, die durch eine wesentliche Beeinträchtigung der magnetischen Verbindung zwischen zwei benachbarten Zähnen des Ankergegenstücks verhindert, dass zwei benachbarte Zähne magnetisch direkt miteinander verbunden werden, und so ein magnetischer Kurzschluss ausgebildet wird. Ein derartiger magnetischer Kurzschluss würde dazu führen, dass der magnetische Fluss nicht durch die Polflächen 224, 226 und die Luftspalten L geführt wird, so dass gegenüberliegende Polflächen keine Zugkraft aufeinander ausüben. Die magnetische Engstelle 228 a-c kann durch eine örtlich begrenzte Verringerung der Querschnittsfläche des Hauptschenkels 116, eine stellenweise verringerte magnetische Permeabilität µ_r, einen Luftspalt oder eine beliebige Kombination dieser Vorkehrungen vorgesehen werden, wobei vorzugsweise die Verringerung des Querschnitts des magnetischen Materials aufgrund der für die Windungsfenster vorgesehenen Vertiefungen bei entsprechender Dimensionierung zur gewünschten magnetischen Engstelle führt. Die einzige magnetische Verbindung zwischen einer Polfläche 226 a-d einer Ankerpol-Schulter und der entsprechenden korrespondierenden Polfläche einer Erregerpol-Schulter 224 a-d verläuft durch den zwischen diesen vorgesehenen Luftspalt L durch die jeweiligen Polflächen 224 a-d und 226 a-d hindurch. Die verringerte Stabilität, die von einer geringen Wandstärke an der elektrischen Magnetstelle herrührt, kann durch entsprechende Befestigung der äußeren Hülse 219 oder durch unmagnetische Stützen ausgeglichen werden. Die erste Ausführung des erfinderischen Magnetaktors weist ebenfalls derartige magnetische Engstellen auf, die jedoch in der Fig. 3 kein eigenes Bezugszeichen aufweisen.In addition to the coil element 216 ac, which is arranged between two teeth, there is also provided in the main leg a magnetic constriction 228 ac, which prevents substantial interference of the magnetic connection between two adjacent teeth of the armature counterpart that two adjacent teeth are magnetically connected directly , And so a magnetic short circuit is formed. Such a magnetic short circuit would cause the magnetic flux is not passed through the pole faces 224, 226 and the air gaps L, so that opposite pole faces exert no tensile force on each other. The magnetic throat 228 ac may be provided by a localized reduction in the cross sectional area of the main leg 116, a locally reduced magnetic permeability μ _r , an air gap, or any combination of these provisions, preferably reducing the cross section of the magnetic material due to the winding windows provided wells with appropriate dimensioning leads to the desired magnetic bottleneck. The only magnetic connection between a pole face 226 ad of an armature pole shoulder and the corresponding corresponding pole face of an exciter pole shoulder 224 ad passes through the respective air gap L through the respective pole faces 224 ad and 226 ad. The reduced stability, which results from a small wall thickness at the electric magnet location, can be compensated by appropriate attachment of the outer sleeve 219 or by non-magnetic supports. The first embodiment of the inventive magnetic actuator also has such magnetic bottlenecks, however, in the Fig. 3 do not have their own reference signs.

Der Flussverlauf eines Spulenelements, beispielsweise 218 b, verläuft durch zwei in Reihe geschaltete Luftspalte, die in der Figur 4 als Luftspalte L dargestellt sind, welche links und rechts von dem Spulenelement 218 b liegen. Aufgrund der kaskadierten Reihenanordnung fließt durch eine Erregerpol-Schulter bzw. Ankerpol-Schulter der Fluss zweier Spulenelemente, die sich in der entsprechenden Schulter addieren. Beispielsweise durch die Polfläche 224c und die betreffende Erregerpol-Schulter 226 c fließt der Fluss Φ_c des Spulenelements 218c sowie der Fluss Φ_b des Spulenelements 218b. Diese Flüsse addieren sich auch in dem Luftspalt L, der zwischen der Polfläche 224c und der Polfläche 226c liegt. Um eine Addition dieser Flüsse zu erreichen und um eine destruktive Überlagerung zu vermeiden, müssen die Spulenelemente derart eingerichtet sein, dass benachbarte Spulenelemente einen gegenläufigen Flusssinn hervorrufen. Dies kann durch geeignete Bestromung, Bewickelung oder Beschaltung erreicht werden. Die Anzahl der Spulenelemente ist nicht auf eine feste Zahl beschränkt, jedoch ist die Anzahl aus diesem Grund vorzugsweise geradzahlig. Vorzugsweise sind alle Spulenelemente 218 a-c gleich groß, sind in gleich großen Wicklungsfenstern angeordnet und haben die gleiche Anzahl an Windungen. Die einzelnen Spulenelemente können parallel und/oder seriell zusammengeschaltet werden, wobei dies auch für Untergruppen zutrifft, die wiederum seriell und/oder parallel zusammengeschaltet werden können. Bei Parallelschaltungen muss ein hoher Strom zugeführt werden, wobei jedoch die Inaktivität entsprechend der Anzahl der Spulenelemente verringert ist, wodurch sich eine höhere Ansprechgeschwindigkeit ergibt. Serielle Schaltungen hingegen können bei gleicher Kraftwirkung mit geringeren Strömen angesteuert werden.The flow path of a coil element, for example, 218 b, passes through two series-connected air gaps, which in the FIG. 4 are shown as air gaps L, which lie to the left and right of the coil element 218 b. Due to the cascaded series arrangement, the flow of two coil elements flows through an exciter pole shoulder or armature pole shoulder. which add up in the corresponding shoulder. For example, by the pole face 224c and the exciter pole shoulder 226c in question, the flux Φ _{c of} the coil element 218c and the flux Φ _{b of} the coil element 218b flow. These flows also add up in the air gap L which lies between the pole face 224c and the pole face 226c. In order to achieve an addition of these flows and to avoid a destructive superimposition, the coil elements must be set up in such a way that adjacent coil elements produce an opposite sense of flow. This can be achieved by suitable energization, winding or wiring. The number of coil elements is not limited to a fixed number, but for this reason, the number is preferably even. Preferably, all coil elements 218 ac are the same size, are arranged in the same size winding windows and have the same number of turns. The individual coil elements can be connected in parallel and / or in series, and this also applies to subgroups which in turn can be connected in series and / or in parallel. In parallel circuits, a high current must be supplied, but the inactivity is reduced according to the number of coil elements, resulting in a higher response speed. In contrast, serial circuits can be driven with lower currents with the same force effect.

Die Kraft, die von dem Fluss jedes einzelnen Spulenelements in dem jeweiligen Luftspalt erzeugt wird, addiert sich zur magnetischen Gesamtkraft F_m, so dass eine kaskadierte Anordnung mit einer hohen Anzahl an Spulenelementen, Erregerpol-Schultern und Ankerpol-Schultern eine entsprechende Vervielfachung der Kraft hervorruft. Die insgesamt zu erreichende magnetische Zugkraft F_m ergibt sich daher zu: $F = N \cdot ½ \cdot μ_{0} A_{L} {H^{2}}_{L},$

mit:

N: Anzahl der Spulenelemente;
A_L: Fläche eines Pols eines Polflächen-Paars; und
H_L: Stärke des Magnetfelds im Luftspalt.

The force generated by the flux of each individual coil element in the respective air gap adds to the total magnetic force F _m , so that a cascaded arrangement with a high number of coil elements, excitation pole shoulders and armature pole shoulders causes a corresponding multiplication of the force , The total magnetic tensile force F _{m to} be achieved therefore results in:

F = N \cdot ½ \cdot μ_{0} A_{L} {H^{2}}_{L} .

With:

N: number of coil elements;
A _L : area of a pole of a pole face pair; and
H _L : strength of the magnetic field in the air gap.

Für den Fluss Φ gilt der Zusammenhang: Φ = AB, wobei A die Querschnittsfläche und B die magnetische Induktion im Luftspalt ist. Die magnetische Induktion B im Magnetmaterial ist wiederum mit dem Magnetfeld H verknüpft über: B = µ_eff · H, wobei µ_eff die effektive magnetische Permeabilität ist, die von Materialfaktoren und der Geometrie des magnetischen Materials abhängt. H ist wiederum proportional zum Spulenstrom und von weiteren Spuleneigenschaften.For the flow Φ the relation holds: Φ = AB, where A is the cross-sectional area and B is the magnetic induction in the air gap. The magnetic induction B in the magnetic material is in turn linked to the magnetic field H via: B = μ _eff · H, where μ _{eff is} the effective magnetic permeability, which depends on material factors and the geometry of the magnetic material. H is again proportional to the coil current and other coil properties.

Die Figur 5 zeigt den Verlauf des magnetischen Flusses in der zweiten Ausführung des in Fig. 3 dargestellten erfindungsgemäßen Magnetaktors. Während in der ersten Ausführung der magnetische Fluss eines Spulenelements nacheinander durch zwei Luftspalte zweier benachbarter Polflächen-Paare führt, verläuft der Fluss gemäß der in Figur 3 dargestellten zweiten Ausführung der Erfindung nur durch einen Luftspalt und wird über eine Rückführungsfläche 330a-d einen parasitären Luftspalt Lp und eine gegenüberliegende Fläche 332 a-d des Hauptschenkels zurückgeführt. Während der Luftspalt L bei Beginn der Aktivierung des Magnetaktors mindestens so groß wie dessen Hub ist, kann der parasitäre Luftspalt Lp extrem schmal ausgeführt werden, beispielsweise mit einer Dicke, die der Schichtdicke eines Ölfilms entspricht. Vorzugsweise wird, wie in der Figur 5 dargestellt ist, die Rückführungsfläche 330 a-d sowie die gegenüberliegende Fläche des Hauptschenkels 333 a-d mit einem großen Flächeninhalt ausgeführt, so dass eine sehr gute magnetische Verbindung hergestellt werden kann. Der Fluss eines Spulenelements, beispielsweise Φ_c', wird so über die entsprechende, auf der einen Seite des Spulenelements liegende Erregerpol-Schulter geführt, durchläuft die Polfläche 324 c der Erregerpolschulter, sowie den Luftspalt L und tritt durch die Polfläche 326 c in die entsprechende gegenüberliegende Ankerpolschulter ein. Diesbezüglich unterscheidet sich die zweite Ausführung nicht von der ersten Ausführung.The FIG. 5 shows the course of the magnetic flux in the second embodiment of in Fig. 3 illustrated Magnetaktors invention. While in the first embodiment, the magnetic flux of a coil element successively through two air gaps of two adjacent pole surface pairs leads, the flow proceeds according to the in FIG. 3 illustrated second embodiment of the invention only through an air gap and is returned via a return surface 330a-d a parasitic air gap Lp and an opposite surface 332 ad of the main leg. While the air gap L at the beginning of the activation of the magnetic actuator is at least as large as its stroke, the parasitic air gap Lp can be made extremely narrow, for example, with a thickness corresponding to the layer thickness of an oil film. Preferably, as in the FIG. 5 is shown, the return surface 330 ad and the opposite surface of the main leg 333 ad made with a large surface area, so that a very good magnetic connection can be made. The flux of a coil element, for example Φ _c ', is thus guided over the corresponding exciter pole shoulder lying on one side of the coil element, passes through the pole face 324 c of the exciter pole shoulder, and through the air gap L and passes through the pole face 326 c into the corresponding one opposite anchor pole shoulder. In this regard, the second embodiment does not differ from the first embodiment.

Anstatt jedoch wie gemäß der ersten Ausführung durch den Anker zu dem nächstliegenden, auf der anderen Seite des Spulenelements angeordneten Zahn geführt zu werden, läuft der Fluss Φ_c' durch den gleichen Ankerzahn radial hindurch und wird über die Rückführungsfläche 330c, den parasitären Luftspalt Lp und der gegenüberliegenden zylinderförmigen Innenfläche des Hauptschenkels in den Hauptschenkel 332c zurückgeführt.However, instead of being guided by the armature to the nearest tooth placed on the other side of the coil element, as in the first embodiment, the flow Φ _c 'passes radially through the same armature tooth and over the return surface 330c, the parasitic air gap Lp and the opposite cylindrical inner surface of the main leg in the main leg 332c returned.

Um den magnetischen Kreis zu schließen, ist um den Hauptschenkel herum eine Hülse 329 angeordnet, die den Fluss führt, wie es auch in der ersten Ausführung der Fall ist. Wie in der Figur 5 dargestellt ist, muss somit der von einem Spulenelement erzeugte Fluss nur einen weiteren Luftspalt L durchlaufen und wird, statt in Längsrichtung zum nächstliegenden Zahn geführt zu werden, über einen dünnen parasitären Luftspalt Lp radial zurückgeführt. Im Vergleich zur ersten Ausführung ist daher der magnetische Weg verkürzt und führt nur durch einen breiten Luftspalt L, anstatt durch zwei in Reihe liegende breite Luftspalte, die jeweils mindestens eine Dicke aufweisen, die dem Hub des Aktors entspricht.In order to close the magnetic circuit, a sleeve 329 is arranged around the main leg, which guides the flow, as is the case in the first embodiment. Like in the FIG. 5 Thus, the flow generated by a coil element must pass through only one further air gap L and, instead of being guided in the longitudinal direction to the nearest tooth, is returned radially via a thin parasitic air gap Lp. Compared to the first embodiment, therefore, the magnetic path is shortened and leads only through a wide air gap L, instead of two in-line wide air gaps, each having at least one thickness corresponding to the stroke of the actuator.

Zudem ist der in einer Erreger-Schulter und einem Luftspalt L vorliegende Fluss nur einem Spulenelement zugeordnet, so dass die Flussrichtung der benachbarten Spulenelemente nicht beachtet werden muss, weil in einem Zahn immer nur der Fluss eines Spulenelements vorliegt. Folglich kann, wie in der Figur 5 dargestellt ist, die Flussrichtung eines Spulenelements zu der Flussrichtung des benachbarten Spulenelements entgegengesetzt sein, wie es in der ersten Ausführung der Fall ist. Jedoch kann, im Gegensatz zu der ersten Ausführung, die Flussrichtung der einzelnen Spulenelemente in der zweiten Ausführung frei gewählt werden, beispielsweise können alle Spulenelemente die gleiche Flussrichtung aufweisen, oder es können nur einige Spulenelemente die gleiche Flussrichtung aufweisen, wobei andere Spulenelemente magnetische Flüsse mit entgegen gesetzter Flussrichtung erzeugen. In der Figur 5, wie auch in der Figur 4, sind die sich ergebenden Flussrichtungen von dem Wicklungssinn des jeweiligen Spulenelements abhängig, wobei jedoch stattdessen oder in Kombination damit eine geeignete Beschaltung bzw. Bestromung vorgenommen werden kann.In addition, the flux present in an exciter shoulder and an air gap L is assigned to only one coil element, so that the direction of flow of the adjacent coil elements need not be taken into account, because in a tooth there is always only the flow of a coil element. Consequently, as in the FIG. 5 is shown, the flow direction of a coil element to the flow direction of the adjacent coil element to be opposite, as is the case in the first embodiment. However, unlike the first embodiment, the flow direction of the individual coil elements in the second embodiment can be freely selected, for example, all the coil elements can have the same flow direction, or only a few coil elements may have the same flow direction, with other coil elements producing magnetic fluxes with opposite flow directions. In the FIG. 5 as well as in the FIG. 4 , the resulting flow directions are dependent on the winding sense of the respective coil element, however, instead of or in combination with it, a suitable wiring or energization can be made.

Wie bereits anhand der Beschreibung der Figur 3 bemerkt wurde, bietet die Rückführungsfläche 330 a-d, der parasitäre Luftspalt Lp und die gegenüberliegende Fläche 332 a-d des Hauptschenkels a-d neben der magnetischen Verbindung auch eine mechanische Führung, wodurch der Magnetaktor in seiner Bewegung zusätzlich stabilisiert wird.As already with the description of the FIG. 3 has been noted, the return surface 330 ad, the parasitic air gap Lp and the opposing surface 332 ad of the main leg ad adjacent to the magnetic connection also provides mechanical guidance, whereby the magnetic actuator is additionally stabilized in its movement.

Wie auch in der ersten Ausführung (Figuren 2 und 4) weist die zweite Ausführung der Erfindung eine magnetische Engstelle auf, die in der Figur 5 mit dem Bezugszeichen 328 a-d dargestellt ist. Wie bereits beschrieben, verhindert diese magnetische Engstelle einen magnetischen Kurzschluss, der den Flussverlauf durch den jeweiligen Luftspalt L zwischen den Polflächen eines Polflächen-Paars (324 - 326) beeinträchtigen oder verhindern würde. Die Engstelle wird vorzugsweise durch die Anordnung des Wicklungsfensters vorgesehen, in dem das entsprechende Spulenelement liegt. Im Allgemeinen wird die magnetische Engstelle innerhalb des Hauptschenkels in Höhe des Arbeitsluftspalts L angeordnet, um unabhängig von der Breite des Luftspalts, der sich bei Betätigung des Magnetaktors verändert, einen Magnetfluss zwischen Erreger-Schulter und Anker-Schulter, der nicht durch den Luftspalt führt, zu verhindern. Die Spulenelemente sind im Allgemeinen so angeordnet, dass sie sich zum einen an die magnetische Engstelle anschließen, um den Rücklauf des magnetischen Flusses wie beschrieben zu kanalisieren. Zum anderen werden die Spulenelemente so angeordnet, dass die nächstliegende Erreger-Schulter leicht durch den Fluss magnetisiert werden kann. Daher weist die magnetische Verbindung zwischen einem Spulenelement und der nächstliegenden Erreger-Schulter einen hohen Querschnitt und eine hohe magnetische Permeabilität auf, wodurch eine gute magnetische Verbindung erreicht wird. Vorteilhafterweise besteht zwischen einem Spulenelement und dem Hauptschenkel zu beiden Seiten des Spulenelements eine gute magnetische Verbindung.As in the first embodiment ( Figures 2 and 4 ), the second embodiment of the invention has a magnetic bottleneck, which in the FIG. 5 represented by the reference numeral 328 ad. As already described, this magnetic bottleneck prevents a magnetic short circuit, which would impair or prevent the flow through the respective air gap L between the pole faces of a pole surface pair (324-326). The constriction is preferably provided by the arrangement of the winding window, in which the corresponding coil element is located. In general, the magnetic bottleneck is located within the main limb at the working air gap L so as to provide a magnetic flux between the exciter shoulder and the armature shoulder that does not pass through the air gap, regardless of the width of the air gap that changes upon actuation of the magnet actuator. to prevent. The coil elements are generally arranged so as to connect to the magnetic constriction to channel the return of the magnetic flux as described. On the other hand, the coil elements are arranged so that the nearest exciter shoulder can be easily magnetized by the flow. Therefore, the magnetic connection between a coil element and the nearest exciter shoulder has a high cross-section and a high magnetic permeability, whereby a good magnetic connection is achieved. Advantageously, there is a good magnetic connection between a coil element and the main limb on both sides of the coil element.

Der Anker, das Ankergegenstück sowie die zugehörige Hülse 329 werden vorzugsweise aus Materialien mit hoher magnetischer Permeabilität und mit einer hohen Magnetisierbarkeit hergestellt. Ferner sollte das Material geringe Wirbelstrom- und Hystereseverluste aufweisen. Vorteilhafterweise hat der verwendete Werkstoff eine hohe Permeabilität auch bei hohen magnetischen Feldstärken und wird erst bei hohen Flüssen gesättigt. Der Anker einschließlich des kraftübertragenden Ankerbolzens weisen zudem vorzugsweise eine hohe Festigkeit und ein geringes Gewicht auf, um Verformungen bzw. eine hohe Trägheit des Ankers zu vermeiden. Vorzugsweise ist der gesamte Magnetaktor bis auf die Zuleitungen der Spulenelemente drehsymmetrisch, wobei die Anschlüsse alternativ auch als drehsymmetrisch angeordnete Ringe vorgesehen werden können. Die Energiezufuhr kann über eine galvanische oder induktive Ankopplung vorgesehen werden.The armature, the armature counterpart and the associated sleeve 329 are preferably made of materials with high magnetic permeability and with a high magnetizability. Furthermore, the material should have low eddy current and hysteresis losses. Advantageously, the material used has a high permeability even at high magnetic field strengths and is saturated only at high fluxes. The armature including the force-transmitting anchor bolt also preferably have a high Strength and low weight to avoid deformation or high inertia of the armature. Preferably, the entire magnetic actuator is rotationally symmetrical except for the leads of the coil elements, wherein the connections can alternatively be provided as a rotationally symmetrically arranged rings. The power supply can be provided via a galvanic or inductive coupling.

Ein erfindungsgemäßes Magnetventil umfasst neben dem in den Figuren 2 - 5 dargestellten erfindungsgemäßen Magnetaktor auch eine Rückstellfeder und ein Ventil zur Kraftstoff Flusssteuerung, das mit dem Anker kraftschlüssig verbunden ist, und so von diesem mit der Kraft F_m bzw. F beaufschlagt werden kann.An inventive solenoid valve comprises in addition to the in the FIGS. 2 to 5 Solenoid actuator according to the invention also shown a return spring and a valve for fuel flow control, which is positively connected to the armature, and thus can be acted upon by this with the force F _m and F.

In den Figuren 2 - 5 steht ein Kreis mit einem zentrierten Punkt für eine Leitung, die mit einem Strom beaufschlagt ist, dessen technische Stromrichtung aus der Zeichenebene hinausführt, wohingegen ein Kreis mit einem Kreuz einer Leitung entspricht, die mit einem Strom in entgegen gesetzter Flussrichtung beaufschlagt ist. Vorzugsweise werden Kanten der gesamten Vorrichtung abgerundet, um Streuverluste zu verhindern und um die Magnetisierung durch den magnetischen Fluss zu optimieren. Ferner können die Formen des Ankers und des Ankergegenstücks, insbesondere die jeweiligen Schultern, derart geformt sein, dass das verwendete magnetische Material im wesentlichen homogen gesättigt ist, wobei sich für den Fachmann aus den Figuren 4 und 5 sowie aus der Beschreibung ergibt, welche Formanpassungen hierzu auszuführen sind.In the FIGS. 2 to 5 is a circle with a centered point for a line which is supplied with a current whose technical current direction leads out of the plane of the drawing, whereas a circle with a cross corresponds to a line which is supplied with a current in the opposite direction of flow. Preferably, edges of the entire device are rounded off to prevent wastage and to optimize the magnetization by the magnetic flux. Furthermore, the shapes of the armature and of the armature counterpart, in particular the respective shoulders, can be shaped in such a way that the magnetic material used is substantially homogeneously saturated, with those skilled in the art being aware of FIGS. 4 and 5 as well as from the description shows which form adaptations are to be carried out for this purpose.

Claims

Magnetic actuator (10) for an electrically controllable solenoid valve, with the magnetic actuator comprising an armature mating piece (12) with a periodic tooth structure and, in the interior, an armature (14) which engages in the said periodic tooth structure of the armature mating piece by way of a periodic tooth structure and extends longitudinally in the said magnetic actuator, with the armature mating piece (12) having a main limb (16) with a plurality of coil elements (18 a-d) which are arranged in series, with adjacent coil elements creating an opposing flow direction, and having a plurality of exciter pole shoulders (20 a-d) which extend towards the armature (14) and are magnetically connected to one another by the main limb, and the armature (14) having a plurality of armature pole shoulders (22 a-d) which extend radially to the armature mating piece (12) and on which the exciter pole shoulders (20 a-d) act, across an air gap (L), when the coil elements (18 a-d) are activated, characterized in that the coil elements (18 a-d) circumferentially surround the main limb (16) and have a longitudinal axis which extends parallel to the longitudinal axis of the main limb (16) or corresponds to this longitudinal axis.
Magnetic actuator according to Claim 1, with the exciter pole shoulders (20 a-d) and the armature pole shoulders (22 a-d) comprising pole surfaces (24 a-d; 26 a-d) and a pole surface (24 a-d) of one of the exciter pole shoulders (20 a-d) being situated opposite a pole surface (26 a-d) of one of the armature pole shoulders (22 a-d) in each case, the said pole surfaces together forming a pole surface pair which delimits an air gap (L) in each case.
Magnetic actuator according to Claim 2, with the exciter pole shoulders (20 a-d) and the armature pole shoulders (22 a-d) being oriented in relation to one another and being magnetically connected to one another by means of the main limb (16) in such a way that the magnetic flux which is generated by a coil element (18 a-d) when said coil element is activated is guided between the armature mating piece (12) and the armature (14) substantially across the air gap (L).
Magnetic actuator according to Claim 2, with the armature pole shoulders (122 a-d) having a return surface (130 a, b) which runs parallel to the inner surface (132 a, b) of the main limb (116) so as to form a parasitic air gap (L_P), with the parasitic air gap (L_P) and the size of the inner surface being provided in such a way that the magnetic flux which is generated by one of the coil elements (118 a-d) when said coil element is activated is guided between the armature mating piece (112) and the armature (114) substantially by means of the return surface (130 a, b) and by means of one of the pole surface pairs (124 a, 126 a; 124 b, 126 b).
Magnetic actuator according to Claim 1, with a magnetic constriction (28 a-c) being provided in the main limb (16) between adjacent exciter pole shoulders (20 a-d), the main limb (16) having a magnetic guide in said magnetic constriction and this magnetic guide being smaller than the magnetic guide outside the magnetic constriction (28 a-c), and with each magnetic constriction (28 a-c) being arranged on one of the coil elements (18 a-d) in such a way that the flux which is generated by the coil element is guided substantially by the exciter pole shoulders (20 a-d) and only a small portion is guided by the magnetic constriction (28 a-c).
Magnetic actuator according to Claim 1, with pole surfaces which are associated with the exciter pole shoulders (20 a-d) being parallel to pole surfaces which are associated with the armature pole shoulders (22 a-d).
Magnetic actuator according to Claim 1, with each of the coil elements (18 a-d), which are arranged in series, being provided in a respective winding window which extends as a circumferentially circulating recess in the outer surface of the main limb (16).
Magnetic actuator according to Claim 1, with the magnetic actuator (10) comprising a sleeve (19) which is formed around the armature mating piece (12), and the wall thickness and magnetic properties of the said sleeve being suitable for guiding the flux which is generated by the coil elements (18 a-d) when said coil elements are activated.
Magnetic actuator according to Claim 1, with adjacent coil elements (18 a-d) being arranged and/or connected to generate respective magnetic fluxes which run in opposite directions to one another.