WO2015107012A1 - Elektromagnetischer und dynamischer aktuator für aktive aggregatlager - Google Patents

Elektromagnetischer und dynamischer aktuator für aktive aggregatlager Download PDF

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WO2015107012A1
WO2015107012A1 PCT/EP2015/050379 EP2015050379W WO2015107012A1 WO 2015107012 A1 WO2015107012 A1 WO 2015107012A1 EP 2015050379 W EP2015050379 W EP 2015050379W WO 2015107012 A1 WO2015107012 A1 WO 2015107012A1
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WO
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permanent magnet
magnetic core
magnetic
cylindrical coil
actuator
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PCT/EP2015/050379
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English (en)
French (fr)
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Maik Wiesner
Markus Wannags
Stefan Loheide
Michael Pantke
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Zf Friedrichshafen Ag
Csr New Material Technologies Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/16—Rectilinearly-movable armatures
    • H01F7/1607—Armatures entering the winding
    • H01F7/1615—Armatures or stationary parts of magnetic circuit having permanent magnet
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
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    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/081—Magnetic constructions
    • H01F2007/085—Yoke or polar piece between coil bobbin and armature having a gap, e.g. filled with nonmagnetic material

Definitions

  • the present invention relates to an electromagnetic and dynamic actuator for active unit bearings, in particular for motor bearings, comprising an electrically conductive cylindrical coil, a first magnetic core of ferromagnetic material, a second magnetic core of ferromagnetic material and at least one permanent magnet, wherein the first and second magnetic core relative to each other in Direction of the longitudinal axis of the cylindrical coil are arranged displaceably.
  • a goal in the development of engines is to provide actuator concepts for unit bearings, which can adjust the bearing stiffness in a frequency-selective manner via a dynamic control as well as change the phase of an occurring vibration.
  • these actuator concepts should be optimized with regard to production and assembly.
  • Active aggregate bearings are known from the prior art, which have polarized electromagnets.
  • an electrodynamic actuator with oscillating spring mass system which consists of a conductive coil and a
  • the electrically conductive coil is arranged inside a radially magnetized ring magnet.
  • the present invention has for its object to provide an actuator for
  • the actuator for motor bearings comprises an electrically conductive cylindrical coil, a first magnetic core of ferromagnetic material, a second magnetic core of ferromagnetic material and at least one
  • the first and the second magnetic core are arranged displaceable relative to one another in the direction of the longitudinal axis of the cylindrical coil. It is essential that the first magnetic core substantially encloses the cylindrical coil and is interrupted by a nonmagnetic separating element on a side of the cylindrical coil facing the permanent magnet. It is also essential that the permanent magnet is at least simply interrupted in the direction of the longitudinal axis of the cylindrical coil and thus has at least two parts.
  • the recess does not completely interrupt the first magnetic core. It is essential here that the magnetic resistance due to the reduction of the flow through the recess
  • Material cross-section of the first magnetic core increases.
  • the reduction of the material cross-section increases with decreasing distance from the longitudinal axis of the cylindrical coil, in particular in such a way that remains on the second magnetic core side facing a saturable web or residual web of the first magnetic core.
  • At least simply interrupted means that the permanent magnet consists of at least two parts, which are spatially separated or spaced apart from one another. According to the invention, the at least two parts of the permanent magnet are in the direction of the longitudinal axis
  • Cylindrical coil formed interrupted and spaced correspondingly.
  • the permanent magnet in the direction of the longitudinal axis of the
  • Cylinder coil formed from exactly two parts. This facilitates the assembly of the actuator and allows a more compact and robust design.
  • a preferred embodiment of the actuator according to the invention is characterized in that the magnetization direction of the permanent magnet is magnetized substantially perpendicular to the longitudinal axis of the cylindrical coil, preferably diametrically.
  • the parts of the permanent magnet are formed as radially magnetized ring magnets, which are arranged parallel to each other in two different planes perpendicular to the longitudinal axis of the cylindrical coil and whose magnetization is perpendicular to the longitudinal axis of the coil.
  • the parts of the permanent magnet have the same polarity, that is, the orientations of magnetic north pole and
  • the two parts of the permanent magnet at least partially cover a respectively opposite portion of the first magnetic core.
  • the arrangement may be constructed such that in the relevant sectional plane perpendicular to the longitudinal axis of the cylindrical coil of the second magnetic core, the
  • Permanent magnet, the first magnetic core and the cylindrical coil follow each other spatially. It is advantageous that at least one of the two parts of the permanent magnet, preferably both, in projection perpendicular to the coil axis on the first
  • Magnetic core at least partially overlaps or overlap on the side facing the coil.
  • Substantially parallel to the longitudinal axis of the cylindrical coil, d. H. is axially oriented.
  • the at least two parts of the permanent magnet are arranged radially with respect to the longitudinal axis of the cylindrical coil in the second magnetic core.
  • a radial arrangement of the permanent magnets means that the
  • Main expansion direction of the at least two parts of the permanent magnet in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the cylindrical coil extends.
  • the advantage here is that the assembly is simplified by the structure as a layer system of the second magnetic core and the at least two parts of the permanent magnet.
  • Permanent magnets are arranged with their Feldausdehnungsraum at an arbitrary angle with respect to the longitudinal axis of the cylindrical coil and a correspondingly oriented magnetization, ie, substantially perpendicular to the Hauptausdehnungsraum have. It is essential that arise by the at least two parts of the permanent magnet two opposing magnetic circuits.
  • the first magnetic circuit of the first permanent magnet extends from the first permanent magnet via the first magnetic core into the second magnetic core and back into the first permanent magnet.
  • the second magnetic circuit of the second permanent magnet extends in opposite directions from the second part of the permanent magnet into the first magnetic core, from the first magnetic core into the second magnetic core and from the second magnetic core back to the second part of the permanent magnet.
  • Cylindrical coil is disposed between the parts of the permanent magnet, at least partially, preferably completely, by the second magnetic core and / or filled with a magnetically active material having a permeability ⁇ ⁇ »1.
  • a magnetically active material having a permeability ⁇ ⁇ »1.
  • Permanent magnet with the second magnetic core on the cylinder coil side facing a substantially planar surface
  • the two partial regions of the first magnetic core which are preferably interrupted by the non-magnetic separator element, overlap in the direction perpendicular to the cylindrical coil axis the interruption region between the parts of the permanent magnet, at least in sections.
  • this interruption area is completely filled by the second magnetic core.
  • a further advantageous embodiment of the actuator according to the invention is characterized in that the dimension of the non-magnetic separating element in the direction of the longitudinal axis of the cylindrical coil increases with increasing distance from the longitudinal axis of the cylindrical coil, preferably increases strictly monotonically, in particular linearly increases.
  • the recess is in the first
  • the actuator assembly is rotationally symmetrical about the longitudinal axis of the cylindrical coil.
  • at least one of the two parts of the permanent magnet, preferably both parts, is designed as a ring magnet.
  • the ring magnets can be arranged such that they run parallel to one another in two different planes perpendicular to the longitudinal axis of the cylindrical coil.
  • Permanent magnet additionally formed interrupted in a plane perpendicular to the longitudinal axis of the cylindrical coil.
  • each of the relevant parts of the permanent magnet in turn consists of at least two
  • Permanent magnets which complement in the said plane perpendicular to the longitudinal axis of the cylindrical coil segmental to the relevant part of the permanent magnet. Due to the splitting of the permanent magnet into a number of segments, a simpler and less expensive assembly of the actuator and a more cost-effective production of the permanent magnet are possible.
  • the actuator consists of two respective modules that are mounted relative to each other displaceable.
  • the first module comprises the solenoid, the first magnetic core and the non-magnetic separator.
  • the second module comprises a plunger, via which plunger the actuator can act on a connected system, for example a motor, the second magnetic core and the permanent magnet.
  • the actuator is in the initial position, ie in the undeflected state, when the non-magnetic separator is arranged centrally between the two parts of the permanent magnet.
  • the division of the permanent magnet allows a symmetrical arrangement of the two parts of the permanent magnet with the first magnetic core and the non-magnetic separator. This results in combination with the rotationally symmetrical structure, a compensation of the forces acting through the magnetic fields of the two permanent magnets. Depending on the deflection of the actuator, there is a flux density shift that compensates for the change in the coverage between the two parts of the permanent magnet and the first magnetic core. Thus, no force is transmitted to a tethered system, such as a motor, via the plunger.
  • Deflection of the actuator occurs by the superposition of the magnetic field of the coil with the magnetic fields of the two permanent magnets to a reinforcement of the magnetic field around one of the two parts of the permanent magnet.
  • the result is a force effect, which counteracts or amplifies the deflection of the plunger.
  • the force effect is reversed.
  • Permanent magnet which is arranged in the direction of the longitudinal axis of the cylindrical coil above in the direction of the plunger of the non-magnetic separator, via the first magnetic core, the interface between the first and second magnetic core, the second magnetic core and back to said part of the permanent magnet.
  • the magnetic flux lines which emanate from the lower part of the permanent magnet, that is the part of the permanent magnet, which is arranged in the direction of the longitudinal axis of the cylindrical coil below the non-magnetic separator, via the first magnetic core, the interface between the first and second magnetic core and close the second magnetic core back to said part of the permanent magnet.
  • the actuator knows two possible deflection directions parallel to the longitudinal axis of the cylindrical coil. A positive deflection of the plunger and thus the entire second module takes place in the direction of the part of the permanent magnet, which faces the motor. A negative deflection of the plunger and thus the
  • Magnetic core around the solenoid Analogously, this also applies to a negative deflection of the plunger and thus the entire second module in the opposite direction.
  • this overlap the upper part of the permanent magnet and the non-magnetic separation element, so that close the magnetic flux lines of the upper permanent magnet on the side facing away from said part of the permanent magnet shell side of the first magnetic core around the cylindrical coil.
  • the two parts of the permanent magnet with the first magnetic core and the non-magnetic separator constitute a symmetrical arrangement, the respective force is released independently of the deflection. As a result, no force is transmitted to a tethered system, such as a motor, via the plunger.
  • an additional magnetic field is generated by the current flow in the coil.
  • the current flow in the coil forms a magnetic field in the first magnetic core perpendicular to the coil turns. Its magnetic flux lines are closed by the first magnetic core via the interface between the first and second magnetic core, via the second magnetic core and part of the permanent magnet back to the first magnetic core.
  • the magnetic field lines emanating from the permanent magnets emanating from the permanent magnets, as already above
  • the magnetic field is amplified depending on a direction of current flow in the solenoid around the upper or lower part of the permanent magnet.
  • a force effect is produced which counteracts or enhances a deflection of the plunger or, in general, a relative displacement of the first module relative to the second module.
  • the force effect is reversed.
  • Figure 1 is a sectional view of an embodiment of a
  • FIG. 2 shows three representations of the actuator in the de-energized state, a:
  • Figure 4 shows three representations of the actuator in the energized state with a second current flow direction (in cross section of
  • FIG. 5 shows associated actuator characteristics, namely a: characteristic curve for
  • Magnetic force and current b: characteristic for magnetic force and stroke
  • FIG. 6 depictions of embodiments of the permanent magnet, namely a: ring magnet with radial magnetization, b:
  • Figure 9 shows three representations of the embodiment of an actuator with axial pole faces in the displacement direction in the energized state with a first current flow direction (in cross section of
  • Figure 10 shows three representations of the embodiment of an actuator with axial pole faces in the displacement direction in the energized state with a second current flow direction (in cross section of
  • Figure 14 shows an embodiment of an actuator
  • Figure 1 shows a sectional view of an embodiment of the actuator according to the invention.
  • the actuator 1 comprises an electrically conductive cylindrical coil 2, a first magnetic core 3 made of ferromagnetic material, a second magnetic core 4 made of ferromagnetic material and a permanent magnet 5 with the parts 5a and 5b.
  • the first magnetic core 3 encloses the cylindrical coil 2 substantially
  • the second magnetic core 4 Centrally within the cylindrical coil 2, the second magnetic core 4 is arranged. At the second magnetic core 4, the two parts 5a and 5b of the permanent magnet 5 are arranged. The second magnetic core 4 is connected via a plunger 11 with an engine mount (not shown).
  • the magnetization direction of the two parts 5a, 5b of the permanent magnet is oriented perpendicular to a longitudinal axis 12 of the cylindrical coil 2.
  • the two parts 5a, 5b of the permanent magnet are spatially spaced apart in the direction of the longitudinal axis 12 of the cylindrical coil.
  • the interruption area between the two parts 5a, 5b of the permanent magnet is filled with the second magnetic core 4.
  • Separating element 10 form a first module 15.
  • the elements plunger 1 1, second magnetic core 4 and permanent magnet 5 form a second module 1 6.
  • the first module 15 is arranged relative to the second module 1 6 slidably.
  • the actuator according to FIG. 1 is substantially radially symmetrical with respect to FIG
  • FIG. 2 shows, in three partial illustrations a to c, the electromagnetic operating principle of the actuator according to FIG. 1 in the de-energized state.
  • the right half of the actuator is shown in each case starting from the longitudinal axis 12 of the cylindrical coil 2 forming the axis of symmetry.
  • FIG. 2 a shows the starting position, that is to say the undeflected state.
  • the deflection over the entire stroke range from -s to + s is shown in FIGS. 2 to 4 with the double arrow at reference symbol C.
  • the two parts 5a and 5b of the permanent magnet 5 have a radial magnetization perpendicular to the longitudinal axis 12 of the cylindrical coil 2.
  • the flow lines, represented by the solid line 19 a, for the upper part 5 a of the permanent magnet 5 via the first magnetic core 3, the boundary 20 a between the first magnetic core 3 and the second magnetic core 4 and the second magnetic core 4 extend back to the upper part 5 a of the permanent magnet 5 ,
  • the magnetic circuit 19a and the magnetic circuit 19b are oriented in opposite directions.
  • the actuator 1 is shown at a deflection of the plunger 1 1 in a positive y-direction. Due to the deflection of the plunger 1 1 overlap the lower part of the permanent magnet 5 b and the non-magnetic separator 10 at reference numeral A. Since the magnetic resistance in the non-magnetic
  • Separating element 10 is very large, close the magnetic flux lines, represented by the solid line 21 b, for the lower part of the permanent magnet 5 b now substantially over the outer region of the first magnetic core 3 around the cylindrical coil 2 and not on the non-magnetic
  • Flux density compensates the force effect that results from the larger coverage between the first magnetic core 3 and the upper part 5a of the permanent magnet.
  • the magnetic field has thus here at the transition between the first module 15 and the second module 1 6 at the upper part of the permanent magnet 5a in addition to a radial component, perpendicular to the longitudinal axis 12 of the cylindrical coil 2, an axial component, parallel to the longitudinal axis 12 of the cylindrical coil 2.
  • Analog There is a local reduction in the magnetic flux density in the first magnetic core 3 at reference A.
  • Magnetic core 4 is due to the lower coverage between the first magnetic core
  • the compensation of the force in the de-energized state is achieved by the geometry of the two parts 5a and 5b of the permanent magnet 5 relative to the first magnetic core 3 with the non-magnetic separator 10 at the transition surfaces between the first magnetic core 3 and the second magnetic core
  • Permanent magnet 5a substantially over the outer region of the first magnetic core 3 around the cylindrical coil 2 and not on the non-magnetic
  • the magnetic field thus has here at the transition between the first module 15 and the second module 1 6 at the upper part of the permanent magnet 5a in addition to a radial component, perpendicular to the longitudinal axis 12 of the
  • Cylindrical coil 2 an axial component, parallel to the longitudinal axis 12 of the
  • Permanent magnet exists. Similarly, there is a local reduction in the magnetic flux density in the first magnetic core 3 at reference B. The force in the lower part of the magnetic core 4 is due to the lower
  • the compensation of the force effect in the de-energized state is achieved by the geometry of the two parts 5a and 5b of the permanent magnet 5 relative to the first magnetic core 3 is selected with the non-magnetic separator 10 at the transition surfaces between the first magnetic core 3 and the second magnetic core 4 so that the amounts of the y-component of the magnetic field at the transitions between the first magnetic core 3 and the second magnetic core 4 are always the same for a negative deflection in the y-direction. Due to the mirrored / symmetrical arrangement, the resulting force effect lifts from the
  • the opposing magnetic circuits of the two parts of the permanent magnet 5a, 5b are structurally designed so that over the entire stroke range, the respective axial component of the magnetic field is inversely identical.
  • the force on the plunger 1 1 is compensated both for a deflection in the positive and in the negative y-direction, that is, over the entire stroke range.
  • FIG. 3 shows, in three partial illustrations a to c corresponding to FIGS. 2a to 2c, the electromagnetic operating principle of the actuator according to the invention in the energized state.
  • the current flow through the cylindrical coil 2 is oriented in such a way that it flows out of the plane of the drawing.
  • the cylindrical coil 2 acts as an electromagnet, that is, a magnetic field is generated by the current flow in the coil whose magnetic field lines are as follows: In undeflected state ( Figure 3a) run the magnetic
  • FIG. 3b shows the course of the magnetic flux lines 19a, 19b of FIG
  • Electromagnet 2 shown at a deflection of the plunger 1 1 in a positive y-direction.
  • Magnetic core 4 and thus to the cylindrical coil 2.
  • the magnetic flux lines of the lower part of the permanent magnet 5b extend in the first magnetic core 3 so parallel to the magnetic flux lines of the energized cylindrical coil. 2
  • the magnetic field has thus here at the transition between the first module 15 and the second module 16 an additional axial component by the magnetic field of the cylindrical coil, parallel to the longitudinal axis 12 of the cylindrical coil 2. This further axial component is not canceled, so that a force parallel to the longitudinal axis 12 of the cylindrical coil 2 is created.
  • the magnetic flux lines 19a of the upper part of the permanent magnet 5a close despite the generally disadvantageous high magnetic resistance on the non-magnetic separator 10.
  • the magnetic flux lines 22 of the cylindrical coil 2 run despite the generally disadvantageous high magnetic resistance of the non-magnetic separator 10 from the first magnetic core 3 via the non-magnetic separator 10 in the second magnetic core 4 via the lower part 5b of the permanent magnet 5.
  • the magnetic field lines of the upper part 5a of the permanent magnet can not, as in Figure 2c, on the outer region 3a , 3b, 3c of the first magnetic core 3, since in the outer region 3a, 3b, 3c of the first magnetic core 3 and thus around the cylindrical coil 2, the magnetic field lines 22 of the cylindrical coil 22 extend in the opposite direction.
  • the magnetic field at the upper part of the permanent magnet 5a has an additional axial component which is in a magnetic force in the axial direction, i. H. parallel to the longitudinal axis 12 of the cylindrical coil 2 results.
  • FIG. 4 shows, in three partial illustrations, FIGS. 4a to 4c, a representation of the actuator according to the invention with respect to FIGS. 3a to 3c
  • FIG. 4 a it is assumed that the current flow through the cylindrical coil 2 is oriented such that it flows into the plane of the drawing.
  • the coil 2 acts as an electromagnet, that is, a magnetic field is generated by the current flow in the coil 2, whose magnetic field lines are as follows:
  • the magnetic flux lines 22 of the energized cylindrical coil 2 from the first Magnetic core 3 via the boundary 20b between the first magnetic core 3 and the second magnetic core 4, the second magnetic core 4 and the upper part of the permanent magnet 5a back into the first magnetic core.
  • FIGS. 4b and 4c show the course of the magnetic field lines in the deflected state.
  • the course is analogous to the considerations already described in FIGS. 3a and 3c.
  • the magnetic field at the lower part of the permanent magnet 5b an additional axial component which results in a magnetic force in the axial direction, ie parallel to the longitudinal axis 12 of the cylindrical coil 2.
  • Magnetic field of the solenoid 2 is no longer symmetrical, and it creates a
  • FIG. 5 shows the idealized force effect of the current-driven actuator over the intended stroke range.
  • the magnetic force / current characteristic of the actuator is shown.
  • the x-axis shows the current in the solenoid 2 and the y-axis shows the resulting magnetic force:
  • the magnetic force acting between the first module 15 and the second module 16 is dependent on the magnitude and direction of the force, regardless of the displacement of the plunger 1 1, linear with the at the
  • Cylinder coil 2 applied current together.
  • FIG. 5b shows the magnetic force / stroke characteristic of the actuator.
  • the x-axis shows the deflection of the plunger 1 1 and the y-axis shows the resulting
  • Magnetic force is independent of the deflection of the plunger 1 1 for a constant current, but assumes different values and directions for different currents.
  • the actuator thus has a hub-independent current-proportional force map.
  • the actuator has a constant force / current gradient and allows a precise adjustment of a bearing stiffness of an example, to the second module 1 6 coupled to the unit bearing.
  • the actuator is constituted by a dimensionally stable elastically suspended membrane connected to the second module 16 of the actuator of the unit bearing an oscillatory spring-mass system.
  • FIG. 6 shows in the partial illustrations 6a to 6c a schematic illustration of an exemplary embodiment of a part of the permanent magnet 5, as can be used in an actuator according to the invention.
  • Permanent magnet 5 is shown in Figure 6a as a ring magnet with a radial
  • Magnetization 23 executed.
  • the ring magnet is in the direction of rotation without
  • the magnetization 23 is at all points of the ring magnet perpendicular to an axis 24 which passes through the center of the ring and is perpendicular to the circular surface of the ring magnet, and points to the center of the ring.
  • FIG. 6b shows a part 5a of the permanent magnet 5 as an exemplary embodiment which consists of six ring-shaped radially magnetized magnet segments 5.a1 to 5.a6.
  • the magnet segments 5.a1 to 5.a6 are designed such that they are joined in the circumferential direction substantially directly to one another,
  • the magnetization 23 is at all points of the closed ring magnet perpendicular to an axis 24, which passes through the center of the ring and is perpendicular to the circular surface of the ring magnet, and points to the center of the ring.
  • FIG. 6c shows as an example a part 5b of the permanent magnet 5 which is made up of six ring-shaped magnet segments 5.b1 to 5.b6 which are diametrically magnetized.
  • the magnet segments 5.b1 to 5.b6 are designed such that they are substantially immediately adjacent to each other in the circumferential direction are joined, for example, form-fitting or cohesively, and form a closed ring.
  • there may be a separation between two magnet segments in the circumferential direction due to the design or production, which may preferably be filled by air or a non-magnetic material having a permeability of ⁇ ⁇ 1.
  • the magnetization 23 is in all points of the closed ring magnet perpendicular to an axis 24, which through the
  • FIG. 7 shows an overview of possible arrangements of the first module 15 and of the second module 16 in relation to one another in four partial illustrations, FIGS. 7a to 7d.
  • Representations 7a to 7d each show one half of the actuator assembly 1 along the axis of symmetry 12.
  • the elements cylindrical coil 2, first magnetic core 3 and non-magnetic separator 10 form the first module 15.
  • the elements plunger 1 1, second magnetic core 4 and permanent magnet 5 form the second module 1 6.
  • the first module 15 is arranged stationary.
  • the second module 1 6 is disposed radially inside the cylindrical coil and slidably.
  • the first module 15 and the second module 1 6 are relatively displaceable.
  • the first module 15 is slidably disposed.
  • the second module 1 6 is arranged stationarily in the interior of the cylindrical coil.
  • the first module 15 and the second module 1 6 are relatively displaceable.
  • FIGS. 7c and 7d show two exemplary embodiments, in each of which the first module
  • the second module 1 6 is displaceable and the first module 15 arranged stationary.
  • the first module 15 and the second module 1 6 are also displaceable relative to each other here.
  • FIG. 8 shows, in three partial illustrations a to c, the electromagnetic operating principle of the actuator with axial pole faces.
  • the first magnetic core 3 has at the
  • FIG. 8a the initial position, i. H. the undeflected state is shown.
  • FIG. 8b shows the deflected state with the stroke + s.
  • FIG. 8c shows the opposite deflected state with the stroke -s.
  • the two parts 5a, 5b of the permanent magnet 5 have a radial
  • the magnetic field of the lower part 5b of the permanent magnet runs as described for FIG. 2b.
  • the magnetic field of the upper part 5 a of the permanent magnet has an additional magnetic circuit 55 c, which closes over the protruding top surface 13. There is thus an increase in power in the stroke end position.
  • FIG. 9 shows in three partial illustrations a to c corresponding to FIGS. 8a to 8c the electromagnetic action principle of the actuator according to the invention with axial pole faces in the energized state.
  • the current flow through the cylindrical coil 2 is oriented in such a way that it flows out of the plane of the drawing.
  • the current supply to the cylindrical coil 2 produces a further magnetic field 65a.
  • the magnetic field lines 65a of the cylindrical coil run largely analogously to the magnetic field lines of the cylindrical coil in FIG. 3a.
  • Permanent magnet 5a closes. It comes here to an increase in force in the stroke end position.
  • Permanent magnet 5b closes. It thus comes here also to an increase in force in the stroke end position.
  • FIG. 10 shows, in three partial illustrations a to c corresponding to FIGS. 8a to 8c, the electromagnetic operating principle of the actuator according to the invention with axial pole faces in the energized state.
  • the current flow through the cylindrical coil 2 is oriented in such a way that it flows into the cylinder coil 2
  • the magnetic field lines of the two parts of the permanent magnet 5a, 5b extend as described for FIGS. 8a to 8c.
  • the magnetic field lines 75a, 75b, 75c of the cylindrical coil 2 are in consideration of the reverse one
  • FIG. 11 shows, in three partial illustrations a to c, the electromagnetic operating principle of the actuator with axially magnetized permanent magnet in the currentless state. For compact presentation, starting from the axis of symmetry 12, only the right half of the actuator is shown.
  • Figure 1 1 a is the initial position, d. H. the undeflected state is shown.
  • Figure 1 1 b the deflected state is shown with the stroke + s.
  • Figure 1 1 c the opposite deflected state is shown with the stroke -s.
  • the two parts 5b of the permanent magnet 5 have an axial magnetization, i. H. parallel to the longitudinal axis 12 of the cylindrical coil 2.
  • two counter-rotating magnetic circuits are generated whose flow lines by means of solid lines 55a for the upper part 5a of the permanent magnet 5 and 55b for the lower part of
  • Permanent magnets 5b are shown.
  • the magnetic circuit 55a of the upper part of the permanent magnet extends from the upper part 5a of FIG.
  • Permanent magnets 5a, 5b there is no overlap of the first magnetic core 3 with the second magnetic core 4 between the upper part of the permanent magnet 5a and the lower part of the permanent magnet 5b. Since the magnetic resistance in the non-magnetic separator 10 is relatively large, the magnetic flux lines, represented by the solid line 65b, for the lower part of the permanent magnet 5b now close substantially over the outer region of the first magnetic core 3 around the cylindrical coil 2 and not over the non-magnetic separator 10. This leads to a
  • Flux density shift d. H. Increasing the magnetic flux density at the boundary 20a between the first magnetic core 3 and the second magnetic core 4. The increase in the magnetic flux density compensates for the force effect resulting from the greater coverage between the first magnetic core 3 and the second magnetic core 4 in the region of the upper part of the permanent magnet 5a arises.
  • the magnetic field has here at the transition between the first magnetic core 3 and the second magnetic core 4 at the upper part of the permanent magnet 5a in addition to a radial
  • the opposing magnetic circuits 55a, 55b, 65a, 65b, 75a, 75b of the two parts of the permanent magnet 5a, 5b are structurally designed so that in the de-energized state over the entire stroke range (-s, + s) the respective axial component of the magnetic field of a Part of the permanent magnet 5 is inversely identical to the respective axial component of the magnetic field of the other part of the
  • FIG. 12 shows, in three partial illustrations a to c corresponding to FIGS. 11a to 11c, the electromagnetic operating principle of the actuator with axially magnetized
  • FIG. 13 shows, in three partial illustrations a to c corresponding to FIGS. 11a to 11c, the electromagnetic operating principle of the actuator with axially magnetized
  • the force effect produced by the magnetic field of the permanent magnets 5 is compensated over the entire stroke range.
  • the magnetic field of the cylindrical coil runs as in the embodiment shown in FIG. 4 and described in FIG.
  • the result of the additional magnetic field due to the energization of the cylindrical coil 2 is a resulting hub-independent force / current relationship.
  • FIG. 14 shows a sectional view of an embodiment of the actuator with a saturable web. For more compact representation, only the right half of the actuator, starting from the longitudinal axis 12 forming the axis of symmetry, is shown.
  • the non-magnetic separator 10 is formed here as a recess which does not fully penetrate the first magnetic core 3.
  • Material cross section of the first magnetic core 3 is reduced only so far that the second magnetic core 4 facing side is obtained and forms a saturable web 70.
  • the first magnetic core 3 is adjacent in two tapered ends 3.1, 3.2 to the saturable web 70. The reduction of the material cross section of the first
  • Magnetic core 3 decreases with decreasing distance from the longitudinal axis 12 of
  • Cylindrical coil 2 to, in particular such that on the second magnetic core 4 side facing just the saturable web 70 remains from the first magnetic core 3.

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Abstract

Vorgeschlagen wird ein Aktuator (1) für Motorlager umfassend - eine elektrisch leitfähige Zylinderspule (2), - einen ersten Magnetkern (3) aus ferromagnetischem Material, - einen zweiten Magnetkern (4) aus ferromagnetischem Material und - zumindest einen Permanentmagneten (5), dessen Magnetisierungsrichtung senkrecht zur Längsachse (12) der Zylinderspule (2) orientiert ist, wobei der erste und zweite Magnetkern (3, 4) relativ zueinander in Richtung der Längsachse (12) der Zylinderspule (2) verschiebbar angeordnet sind, welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass der erste Magnetkern (3) die Zylinderspule (2) im Wesentlichen umschließt und an einer dem Permanentmagneten (5) zugewandten Mantelseite der Zylinderspule (2) durch ein nichtmagnetisches Trennelement (10) unterbrochen ist und, dass der Permanentmagnet (5) in Richtung der Längsachse (12) der Zylinderspule (2) wenigstens einfach unterbrochen ausgebildet ist und mindestens zwei Teile (5a, 5b) aufweist.

Description

Elektromagnetischer und dynamischer Aktuator für aktive Aqqreqatlaqer
Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromagnetischen und dynamischen Aktuator für aktive Aggregatlager, insbesondere für Motorlager, umfassend eine elektrisch leitfähige Zylinderspule, einen ersten Magnetkern aus ferromagnetischem Material, einen zweiten Magnetkern aus ferromagnetischem Material und zumindest einen Permanentmagneten, wobei der erste und zweite Magnetkern relativ zueinander in Richtung der Längsachse der Zylinderspule verschiebbar angeordnet sind.
Ein Ziel bei der Entwicklung von Motoren ist es, Aktuatorkonzepte für Aggregatlager zur Verfügung zu stellen, die über eine dynamische Ansteuerung frequenzselektiv die Lagersteifigkeit einstellen sowie die Phase einer auftretenden Schwingung verändern können. Zusätzlich sollen diese Aktuatorkonzepte hinsichtlich Fertigung und Montierbarkeit optimiert sein.
Aus dem Stand der Technik sind aktive Aggregatlager bekannt, die polarisierte Elektromagnete aufweisen.
Aus der DE 198 39 464 C2 ist ein elektrodynamischer Aktuator mit schwingendem Federmassesystem bekannt, welcher aus einer leitfähigen Spule und einem
Permanentmagneten besteht. Die elektrisch leitfähige Spule ist im Inneren eines radial magnetisierten Ringmagneten angeordnet. Zusammen bilden
Permanentmagnet und Spule ein schwingungsfähiges Feder-Masse-System.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aktuator zur
Verfügung zu stellen, dessen Aufbau gegenüber dem vorbekannten Stand der Technik hinsichtlich Fertig- und Montierbarkeit verbessert ist und der zusätzlich mit einer hubunabhängigen linearen Magnetkraft-/Stromkennlinie betrieben werden kann.
Gelöst ist diese Aufgabe mittels eines elektromagnetischen und dynamischen Aktuators für aktive Aggregatlager, insbesondere für Motorlager, gemäß Anspruch 1 . Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Aktuators befinden sich in den Unteransprüchen 2 bis 15. Hiermit wird der Wortlaut dieser Unteransprüche durch ausdrückliche Bezugnahme in die Beschreibung aufgenommen, um unnötige
Textwiederholungen zu vermeiden.
Der erfindungsgemäße Aktuator für Motorlager umfasst eine elektrisch leitfähige Zylinderspule, einen ersten Magnetkern aus ferromagnetischem Material, einen zweiten Magnetkern aus ferromagnetischem Material und zumindest einen
Permanentmagneten. Der erste und der zweite Magnetkern sind relativ zueinander in Richtung der Längsachse der Zylinderspule verschiebbar angeordnet. Wesentlich ist, dass der erste Magnetkern die Zylinderspule im Wesentlichen umschließt und an einer dem Permanentmagneten zugewandten Seite der Zylinderspule durch ein nichtmagnetisches Trennelement unterbrochen ist. Außerdem wesentlich ist, dass der Permanentmagnet in Richtung der Längsachse der Zylinderspule wenigstens einfach unterbrochen ausgebildet ist und so mindestens zwei Teile aufweist.
Im Rahmen dieser Beschreibung bezeichnet der Begriff „nicht magnetisches
Trennelement" eine Aussparung, die den ersten Magnetkern vorzugsweise
durchgreift, beziehungsweise unterbricht. Diese Aussparung ist mit einem Material mit hohem magnetischem Widerstand, das heißt einer relativen Permeabilität in der Größenordnung von μΓ=1 , ausgefüllt. Es liegt dabei im Rahmen der Erfindung, dass die Aussparung mit Luft gefüllt ist.
Dabei liegt es ebenso im Rahmen der Erfindung, dass die Aussparung, als die das nichtmagnetische Trennelement ausgebildet ist, den ersten Magnetkern nicht vollständig unterbricht. Wesentlich ist hier, dass der magnetische Widerstand auf Grund der durch die Aussparung bewirkten Verringerung des durchflossenen
Materialquerschnitts des ersten Magnetkerns zunimmt. Vorzugsweise nimmt die Verringerung des Materialquerschnitts mit sinkendem Abstand von der Längsachse der Zylinderspule zu, insbesondere derart, dass auf der dem zweiten Magnetkern zugewandten Seite ein Sättigungssteg oder Reststeg aus dem ersten Magnetkern verbleibt. Höchst vorzugsweise erfolgt die Verringerung des Materialquerschnitts des ersten Magnetkerns derart, dass schon bei einem geringen magnetischen Fluss in dem verbleibenden Sättigungssteg des ersten Magnetkerns eine magnetische Sättigung und die relative Permeabilität von μΓ=1 erreicht wird. Vorteilhaft ist hier, dass die Montage vereinfacht ist und dem zweiten Magnetkern mit dem Reststeg in jedem Fall eine bündige Fläche des ersten Magnetkerns gegenübersteht.
Im Rahmen dieser Beschreibung bedeutet„wenigstens einfach unterbrochen", dass der Permanentmagnet aus zumindest zwei Teilen besteht, welche räumlich getrennt beziehungsweise voneinander beabstandet sind. Die zumindest zwei Teile des Permanentmagneten sind erfindungsgemäß in Richtung der Längsachse der
Zylinderspule unterbrochen ausgebildet und entsprechend voneinander beabstandet.
Vorteilhafterweise ist der Permanentmagnet in Richtung der Längsachse der
Zylinderspule aus genau zwei Teilen ausgebildet. Dies erleichtert die Montage des Aktuators und ermöglicht eine kompaktere und robustere Bauweise.
Eine vorzugsweise Ausführungsform des erfindungsgemäßen Aktuators zeichnet sich dadurch aus, dass die Magnetisierungsrichtung des Permanentmagneten im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Zylinderspule, bevorzugt diametral, magnetisiert ist. Besonders bevorzugt sind die Teile des Permanentmagneten als radial magnetisierte Ringmagneten ausgebildet, die parallel zueinander in zwei unterschiedlichen Ebenen senkrecht zur Längsachse der Zylinderspule angeordnet sind und deren Magnetisierung senkrecht zur Längsachse der Spule steht.
Insbesondere bevorzugt weisen die Teile des Permanentmagneten die gleiche Polarität auf, das heißt die Orientierungen von magnetischem Nordpol und
magnetischem Südpol stimmen überein.
Vorzugsweise bedecken die zwei Teile des Permanentmagneten einen jeweils gegenüberliegenden Teilbereich des ersten Magnetkerns zumindest teilweise. Die Anordnung kann derart aufgebaut sein, dass in der betreffenden Schnittebene senkrecht zur Längsachse der Zylinderspule der zweite Magnetkern, der
Permanentmagnet, der erste Magnetkern und die Zylinderspule räumlich aufeinander folgen. Vorteilhaft ist, dass zumindest einer der zwei Teile des Permanentmagneten, vorzugsweise beide, in Projektion senkrecht zur Spulenachse auf den ersten
Magnetkern diesen an der der Spule zugewandten Seite zumindest teilweise überlappt beziehungsweise überlappen. Dadurch besteht beim Übergang der
Magnetfeldlinien zwischen erstem und zweitem Magnetkern ein geringer
magnetischer Widerstand.
Eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Aktuators zeichnet sich dadurch aus, dass die Magnetisierungsrichtung des Permanentmagneten im
Wesentlichen parallel zur Längsachse der Zylinderspule, d. h. axial orientiert ist. Vorzugsweise sind die zumindest zwei Teile des Permanentmagneten radial in Bezug auf die Längsachse der Zylinderspule im zweiten Magnetkern angeordnet. Eine radiale Anordnung der Permanentmagnete bedeutet, dass die
Hauptausdehnungsrichtung der zumindest zwei Teile des Permanentmagneten in einer Ebene senkrecht zur Längsachse der Zylinderspule verläuft. Vorteilhaft ist hier, dass die Montage durch den Aufbau als Schichtsystem aus zweitem Magnetkern und den zumindest zwei Teilen des Permanentmagneten vereinfacht ist.
Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, dass die zumindest zwei Teile des
Permanentmagneten mit ihrer Hauptausdehnungsrichtung unter einem beliebigen Winkel in Bezug auf die Längsachse der Zylinderspule angeordnet sind und eine entsprechend orientierte Magnetisierung, d. h. im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptausdehnungsrichtung, aufweisen. Wesentlich dabei ist, dass durch die zumindest zwei Teile des Permanentmagneten zwei gegenläufige Magnetkreise entstehen. Im unbestromten Zustand, wenn kein Strom durch die Zylinderspule fließt, verläuft der erste Magnetkreis des ersten Permanentmagneten ausgehend von dem ersten Permanentmagneten über den ersten Magnetkern in den zweiten Magnetkern und zurück in den ersten Permanentmagneten. Der zweite Magnetkreis des zweiten Permanentmagneten verläuft gegenläufig ausgehend von dem zweiten Teil des Permanentmagneten in den ersten Magnetkern, von dem ersten Magnetkern in den zweiten Magnetkern und von dem zweiten Magnetkern zurück zum zweiten Teil des Permanentmagneten. Durch die Magnetfelder der Permanentmagneten erfolgt somit eine Vorsättigung in dem magnetisch aktiven Material des ersten Magnetkerns und des zweiten Magnetkerns. Vorzugsweise überdecken sich ein magnetkreisführender Bereich des ersten Magnetkerns und ein jeweils gegenüberliegender
magnetkreisführender Bereich des zweiten Magnetkerns zumindest teilweise.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Aktuators sieht vor, dass der Unterbrechungsbereich, welcher in Richtung der Längsachse der
Zylinderspule zwischen den Teilen des Permanentmagneten angeordnet ist, zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, durch den zweiten Magnetkern und/oder mit einem magnetisch wirksamen Material mit einer Permeabilität μΓ»1 ausgefüllt ist. Vorteilhafterweise bilden hier die beiden Teile des
Permanentmagneten mit dem zweiten Magnetkern an der der Zylinderspule zugewandten Seite eine im Wesentlichen plane Fläche aus.
Besonders bevorzugt überlappen die beiden Teilbereiche des ersten Magnetkerns, die vorzugsweise durch das nichtmagnetische Trennelement unterbrochen sind, in Richtung senkrecht zur Zylinderspulenachse den Unterbrechungsbereich zwischen den Teilen des Permanentmagneten zumindest abschnittsweise. Besonders bevorzugt ist dieser Unterbrechungsbereich durch den zweiten Magnetkern vollständig ausgefüllt. In einer betreffenden Schnittebene in diesem
Überlappungsbereich folgen senkrecht zur Längsachse der Zylinderspule zweiter Magnetkern, erster Magnetkern und Zylinderspule räumlich aufeinander.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Aktuators zeichnet sich dadurch aus, dass die Abmessung des nichtmagnetischen Trennelements in Richtung der Längsachse der Zylinderspule mit zunehmendem Abstand von der Längsachse der Zylinderspule zunimmt, vorzugsweise streng monoton zunimmt, insbesondere linear zunimmt.
In einer vorzugsweisen Ausführungsform ist die Aussparung in dem ersten
Magnetkern, also das nichtmagnetische Trennelement, als Luftspalt ausgebildet beziehungsweise mit Luft gefüllt.
In einer anderen vorzugsweisen Ausführungsform ist die Aktuatoranordnung um die Längsachse der Zylinderspule rotationssymmetrisch ausgebildet. In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform ist zumindest einer der beiden Teile des Permanentmagneten, vorzugsweise beide Teile, als Ringmagnet ausgebildet. Die Ringmagnete können derart angeordnet sein, dass sie parallel zueinander in zwei unterschiedlichen Ebenen senkrecht zur Längsachse der Zylinderspule verlaufen.
In einer alternativen Ausführungsform sind die jeweiligen Teile des
Permanentmagneten zusätzlich in einer Ebene senkrecht zur Längsachse der Zylinderspule unterbrochen ausgebildet. Dadurch besteht jeder der betreffenden Teile des Permanentmagneten seinerseits wiederum aus mindestens zwei
Permanentmagneten, die sich in der genannten Ebene senkrecht zur Längsachse der Zylinderspule segmentartig zu dem betreffenden Teil des Permanentmagneten ergänzen. Durch die Aufspaltung des Permanentmagneten in eine Anzahl Segmente sind eine einfachere und kostengünstigere Montage des Aktuators und eine kostengünstigere Herstellung des Permanentmagneten möglich.
Im Folgenden wird das elektromagnetische Wirkprinzip unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beziehungsweise des Aktuators beschrieben:
Der Aktuator besteht aus zwei jeweils zusammenhängenden Modulen, die relativ zueinander verschiebbar gelagert sind. Das erste Modul umfasst die Zylinderspule, den ersten Magnetkern und das nichtmagnetische Trennelement. Das zweite Modul umfasst einen Stößel, über welchen Stößel der Aktuator auf ein verbundenes System, beispielsweise einen Motor, einwirken kann, den zweiten Magnetkern und den Permanentmagneten.
Im unbestromten Zustand, wenn kein Strom durch die Zylinderspule fließt, wird das resultierende Magnetfeld im Aktuator im Wesentlichen alleine durch die beiden Teile des Permanentmagneten erzeugt. Durch die zumindest zwei Teile des
Permanentmagneten entstehen zwei gegenläufige Magnetkreise. Durch die Magnetkreise erfolgt somit eine Vorsättigung in dem magnetisch aktiven Material des ersten Magnetkerns und des zweiten Magnetkerns.
Der Aktuator befindet sich in der Ausgangslage, das heißt im unausgelenkten Zustand, wenn das nichtmagnetische Trennelement mittig zwischen den beiden Teilen des Permanentmagneten angeordnet ist.
Die Zweiteilung des Permanentmagneten ermöglicht eine symmetrische Anordnung der beiden Teile des Permanentmagneten mit dem ersten Magnetkern und dem nichtmagnetischen Trennelement. Dadurch ergibt sich in Kombination mit dem rotationssymmetrischen Aufbau eine Kompensation der wirkenden Kräfte durch die Magnetfelder der beiden Permanentmagneten. Abhängig von der Auslenkung des Aktuators kommt es zu einer Flussdichteverschiebung, die die Änderung in der Überdeckung zwischen den beiden Teilen des Permanentmagneten und dem ersten Magnetkern kompensiert. Somit wird über den Stößel keine Kraftwirkung an ein angebundenes System, wie zum Beispiel einen Motor, übertragen.
Im bestromten Zustand wird durch den Stromfluss in der Zylinderspule ein
zusätzliches Magnetfeld erzeugt. Durch den Stromfluss in der Spule bildet sich senkrecht zu den Spulenwindungen ein Magnetfeld aus. Abhängig von der
Auslenkung des Aktuators kommt es durch die Überlagerung des Magnetfelds der Spule mit den Magnetfeldern der beiden Permanentmagneten zu einer Verstärkung des Magnetfeldes um einen der beiden Teile des Permanentmagneten. Es entsteht eine Kraftwirkung, welche der Auslenkung des Stößels entgegenwirkt oder diese verstärkt. Durch Umkehrung der Richtung des Stromflusses in der Zylinderspule kehrt sich auch die Kraftwirkung um.
Da die Kraftwirkung im unbestromten Zustand unabhängig von der Auslenkung des Stößels und damit des gesamten zweiten Moduls aufgehoben wird, trägt alleine das durch den Stromfluss in der Zylinderspule entstehende Magnetfeld zum Verlauf des wirkenden Kraftfeldes bei. Das heißt, eine resultierende Kraft hängt nur von der Magnetisierung der Zylinderspule und damit vom Stromfluss in der Zylinderspule ab. Dadurch ergibt sich für den Aktuator ein einfacher proportionaler Zusammenhang zwischen dem Strom, der durch die Zylinderspule fließt, und der resultierenden Kraft, die über den Stößel auf ein angeschlossenes System übertragen wird. Der Aktuator weist also ein auslenkungsunabhängiges stromproportionales Kraftkennfeld auf.
In der Ausgangslage schließen sich die magnetischen Flusslinien, welche von dem oberen Teil des Permanentmagneten ausgehen, das heißt dem Teil des
Permanentmagneten, der in Richtung der Längsachse der Zylinderspule oberhalb in Richtung des Stößels des nichtmagnetischen Trennelements angeordnet ist, über den ersten Magnetkern, die Grenzfläche zwischen erstem und zweitem Magnetkern, den zweiten Magnetkern und zurück zum genannten Teil des Permanentmagneten.
Analog schließen sich die magnetischen Flusslinien, welche von dem unteren Teil des Permanentmagneten ausgehen, das heißt dem Teil des Permanentmagneten, der in Richtung der Längsachse der Zylinderspule unterhalb des nichtmagnetischen Trennelements angeordnet ist, über den ersten Magnetkern, die Grenzfläche zwischen erstem und zweitem Magnetkern und den zweiten Magnetkern zurück zum genannten Teil des Permanentmagneten.
Der Aktuator kennt zwei mögliche Auslenkungsrichtungen parallel zur Längsachse der Zylinderspule. Eine positive Auslenkung des Stößels und damit des gesamten zweiten Moduls erfolgt in Richtung des Teils des Permanentmagneten, der dem Motor zugewandt ist. Eine negative Auslenkung des Stößels und damit des
gesamten zweiten Moduls erfolgt in Richtung des Teils des Permanentmagneten, der dem Motor abgewandt ist.
In positiv ausgelenktem Zustand überlappen der untere Teil des
Permanentmagneten und das nichtmagnetische Trennelement. Da der magnetische Widerstand im nichtmagnetischen Trennelement größer als im ersten Magnetkern ist, schließen sich die magnetischen Flusslinien des Permanentmagneten über eine dem genannten Teil des Permanentmagneten abgewandte Mantelseite des ersten
Magnetkerns um die Zylinderspule. Analog gilt dies auch für eine negative Auslenkung des Stößels und damit des gesamten zweiten Moduls in die entgegengesetzte Richtung. Hier überlappen der obere Teil des Permanentmagneten und das nicht magnetische Trennelement, so dass sich die magnetischen Flusslinien des oberen Permanentmagneten über die dem genannten Teil des Permanentmagneten abgewandte Mantelseite des ersten Magnetkerns um die Zylinderspule schließen.
Da die beiden Teile des Permanentmagneten mit dem ersten Magnetkern und dem nichtmagnetischen Trennelement eine symmetrische Anordnung darstellen, wird die jeweilige Kraft unabhängig von der Auslenkung aufgehoben. Dadurch wird über den Stößel keine Kraftwirkung an ein angebundenes System, wie zum Beispiel einen Motor übertragen.
Im bestromten Zustand wird durch den Stromfluss in der Spule ein zusätzliches Magnetfeld erzeugt. Durch den Stromfluss in der Spule bildet sich senkrecht zu den Spulenwindungen ein Magnetfeld im ersten Magnetkern aus. Dessen magnetische Flusslinien schließen sich vom ersten Magnetkern über die Grenzfläche zwischen erstem und zweitem Magnetkern, über den zweiten Magnetkern und einen Teil des Permanentmagneten zurück zu dem ersten Magnetkern. Zusätzlich verlaufen die von den Permanentmagneten ausgehenden Magnetfeldlinien, wie oben bereits
beschrieben. Durch die Überlagerung dieser Magnetfelder wird das Magnetfeld in Abhängigkeit von einer Richtung des Stromflusses in der Zylinderspule um den oberen oder unteren Teil des Permanentmagneten verstärkt. Durch die Verstärkung des Magnetfeldes um einen Teil des Permanentmagneten entsteht eine Kraftwirkung, welche einer Auslenkung des Stößels oder allgemein einer relativen Verschiebung des ersten Moduls gegenüber dem zweiten Modul entgegenwirkt oder diese verstärkt. Durch Umkehrung der Richtung des Stromflusses in der Zylinderspule kehrt sich auch die Kraftwirkung um.
Da die Kraftwirkung im unbestromten Zustand unabhängig von der Auslenkung des Stößels und damit des gesamten zweiten Moduls aufgehoben wird, trägt alleine das durch den Stromfluss in der Zylinderspule entstehende Magnetfeld zum Verlauf des wirkenden Kraftfeldes bei. Das heißt, eine resultierende Kraft hängt nur von der Magnetisierung im Arbeitshubbereich des Aktuators der Zylinderspule ab. Dadurch ergibt sich für den Aktuator ein einfacher proportionaler Zusammenhang zwischen dem Strom, der durch die Zylinderspule fließt, und der resultierenden Kraft, die über den Stößel auf ein angeschlossenes System übertragen wird. Der Aktuator weist also in seinem Arbeitshubbereich ein auslenkungsunabhängiges stromproportionales Kraftkennfeld auf.
Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung lassen sich im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren erläutern. Dabei zeigt:
Figur 1 ein Schnittbild eines Ausführungsbeispiels eines
erfindungsgemäßen Aktuators;
Figur 2 drei Darstellungen des Aktuators im unbestromten Zustand, a:
Hub = 0, b: Hub = +s, c: Hub = -s;
Figur 3 drei Darstellungen des Aktuators im bestromten Zustand mit einer ersten Stromflussrichtung (im Querschnitt der Zylinderspule aus der Zeichenebene heraus), a: Hub = 0, b: Hub = +s, c: Hub =
-s;
Figur 4 drei Darstellungen des Aktuators im bestromten Zustand mit einer zweiten Stromflussrichtung (im Querschnitt der
Zylinderspule in die Zeichenebene hinein), a: Hub = 0, b: Hub = +s, c: Hub = -s;
Figur 5 zugehörige Aktuatorkennlinien, nämlich a: Kennlinie für
Magnetkraft und Strom, b: Kennlinie für Magnetkraft und Hub;
Figur 6 Darstellungen von Ausführungsformen des Permanentmagneten, nämlich a: Ringmagnet mit radialer Magnetisierung, b:
segmentierter Ringmagnet mit radialer Magnetisierung, c:
segmentierter Ringmagnet mit diametraler Magnetisierung;
Figur 7 Darstellungen einer Auswahl von vier möglichen
Ausgestaltungen des Aktuators in Teilbildern a bis d;
Figur 8 drei Darstellungen eines Ausführungsbeispiels eines Aktuators mit axialen Polflächen in Verschieberichtung im unbestromten Zustand, a: Hub = 0, b: Hub = +s, c: Hub = -s; Figur 9 drei Darstellungen des Ausführungsbeispiels eines Aktuators mit axialen Polflächen in Verschieberichtung im bestromten Zustand mit einer ersten Stromflussrichtung (im Querschnitt der
Zylinderspule aus der Zeichenebene heraus), a: Hub = 0, b: Hub = +s, c: Hub = -s;
Figur 10 drei Darstellungen des Ausführungsbeispiels eines Aktuators mit axialen Polflächen in Verschieberichtung im bestromten Zustand mit einer zweiten Stromflussrichtung (im Querschnitt der
Zylinderspule in die Zeichenebene hinein), a: Hub = 0, b: Hub = +s, c: Hub = -s;
Figur 1 1 drei Darstellungen eines Ausführungsbeispiels eines Aktuators mit axial magnetisiertem Permanentmagneten im unbestromten Zustand, a: Hub = 0, b: Hub = +s, c: Hub = -s;
Figur 12 drei Darstellungen eines Ausführungsbeispiels eines Aktuators mit axial magnetisierten Permanentmagneten mit einer ersten Stromflussrichtung (im Querschnitt der Zylinderspule aus der Zeichenebene heraus), a: Hub = 0, b: Hub = +s, c: Hub = -s;
Figur 13 drei Darstellungen eines Ausführungsbeispiels eines Aktuators mit axial magnetisierten Permanentmagneten im bestromten Zustand mit einer zweiten Stromflussrichtung (im Querschnitt der Zylinderspule in die Zeichenebene hinein), a: Hub = 0, b: Hub = +s, c: Hub = -s; und
Figur 14 Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Aktuators mit
Sättigungssteg.
Figur 1 zeigt ein Schnittbild eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Aktuators. Der Aktuator 1 umfasst eine elektrisch leitfähige Zylinderspule 2, einen ersten Magnetkern 3 aus ferromagnetischem Material, einen zweiten Magnetkern 4 aus ferromagnetischem Material und einen Permanentmagneten 5 mit den Teilen 5a und 5b.
Der erste Magnetkern 3 umschließt die Zylinderspule 2 im Wesentlichen
vollumfänglich und bildet dabei eine Außenfläche 3a, eine Bodenfläche 3b, eine Deckfläche 3c und eine Innenfläche 3d aus. An der dem Permanentmagneten 5 zugewandten Innenfläche 3d ist der erste Magnetkern 3 durch eine Aussparung unterbrochen, welche Aussparung ein nichtmagnetisches Trennelement 10 bildet.
Zentral innerhalb der Zylinderspule 2 ist der zweite Magnetkern 4 angeordnet. An dem zweiten Magnetkern 4 sind die zwei Teile 5a und 5b des Permanentmagneten 5 angeordnet. Der zweite Magnetkern 4 ist über einen Stößel 1 1 mit einem Motorlager (nicht dargestellt) verbunden.
Die Magnetisierungsrichtung der beiden Teile 5a, 5b des Permanentmagneten ist senkrecht zu einer Längsachse 12 der Zylinderspule 2 orientiert. Die zwei Teile 5a, 5b des Permanentmagneten sind in Richtung der Längsachse 12 der Zylinderspule räumlich voneinander beabstandet. Der Unterbrechungsbereich zwischen den zwei Teilen 5a, 5b des Permanentmagneten ist mit dem zweiten Magnetkern 4 ausgefüllt. Dabei bilden der obere Teil 5a des Permanentmagneten, der zweite Magnetkern 4 und der untere Teil 5b des Permanentmagneten auf der dem ersten Magnetkern 3 zugewandten Seite eine im Wesentlichen plane Fläche.
Die Elemente Zylinderspule 2, erster Magnetkern 3 und nichtmagnetisches
Trennelement 10 bilden ein erstes Modul 15. Die Elemente Stößel 1 1 , zweiter Magnetkern 4 und Permanentmagnet 5 bilden ein zweites Modul 1 6. Das erste Modul 15 ist relativ zu dem zweiten Modul 1 6 verschiebbar angeordnet.
Der Aktuator gemäß Figur 1 ist im Wesentlichen radialsymmetrisch zu der
Längsachse 12 der Zylinderspule 2 ausgebildet.
Figur 2 zeigt in drei Teilabbildungen a bis c das elektromagnetische Wirkprinzip des Aktuators gemäß Figur 1 in stromlosem Zustand. Zur kompakteren Darstellung ist jeweils die rechte Hälfte des Aktuators ausgehend von der die Symmetrieachse bildenden Längsachse 12 der Zylinderspule 2 dargestellt. In Figur 2a ist die Ausgangslage, das heißt der unausgelenkte Zustand, dargestellt. Die Auslenkung über den gesamten Hubbereich von -s bis +s ist in den Figuren 2 bis 4 mit dem Doppelpfeil bei Bezugszeichen C dargestellt.
Durch die beiden Teile 5a und 5b des Permanentmagneten 5 wird ein Magnetfeld erzeugt. Die beiden Teile 5a und 5b des Permanentmagneten 5 weisen eine radiale Magnetisierung senkrecht zu der Längsachse 12 der Zylinderspule 2 auf. Hier verlaufen die Flusslinien, dargestellt durch die durchgezogene Linie 19a, für den oberen Teil 5a des Permanentmagneten 5 über den ersten Magnetkern 3, die Grenze 20a zwischen erstem Magnetkern 3 und zweitem Magnetkern 4 und dem zweiten Magnetkern 4 zurück zum oberen Teil 5a des Permanentmagneten 5.
Ebenso verlaufen die magnetischen Flusslinien, dargestellt durch die durchgezogene Linie 19b, für den unteren Teil 5b des Permanentmagneten 5 über den ersten Magnetkern 3, die Grenze 20b zwischen erstem Magnetkern 3 und zweitem
Magnetkern 4 und dem zweiten Magnetkern 4 zurück zum unteren Teil 5b des Permanentmagneten 5. Der Magnetkreis 19a und der Magnetkreis 19b sind gegenläufig orientiert.
Es ergeben sich bei dieser Konstellation Sättigungseffekte, die einerseits zu einer Erhöhung des magnetischen Widerstandes führen und andererseits zu einer
Kraftwirkung auf den zweiten Magnetkern 4 durch die Axialkomponente des
Magnetfelds beim Übergang vom ersten Magnetkern 3 auf den zweiten Magnetkern 4. Diese Kraftwirkung wird durch die gespiegelte, das heißt symmetrische Anordnung der beiden Teile 5a und 5b des Permanentmagneten 5 und des ersten Magnetkerns 3 mit dem nichtmagnetischen Trennelement 10 kompensiert, sodass in diesem Zustand über den Stößel 1 1 keine Kraftwirkung an einen Motor (nicht dargestellt) übertragen wird.
In Figur 2b ist der Aktuator 1 bei einer Auslenkung des Stößels 1 1 in eine positive y- Richtung dargestellt. Durch die Auslenkung des Stößels 1 1 überlappen der untere Teil des Permanentmagneten 5b und das nichtmagnetische Trennelement 10 bei Bezugszeichen A. Da der magnetische Widerstand im nichtmagnetischen
Trennelement 10 sehr groß ist, schließen sich die magnetischen Flusslinien, dargestellt durch die durchgezogene Linie 21 b, für den unteren Teil des Permanentmagneten 5b nun im Wesentlichen über den äußeren Bereich des ersten Magnetkerns 3 um die Zylinderspule 2 und nicht über das nichtmagnetische
Trennelement 10. Dadurch kommt es zu einer Flussdichteverschiebung, das heißt zu einer Erhöhung der magnetischen Flussdichte an der Grenze 20a zwischen erstem Magnetkern 3 und zweitem Magnetkern 4. Die Erhöhung der magnetischen
Flussdichte kompensiert die Kraftwirkung, die durch die größere Überdeckung zwischen erstem Magnetkern 3 und dem oberen Teil 5a des Permanentmagneten entsteht. Das Magnetfeld hat hier somit beim Übergang zwischen erstem Modul 15 und zweitem Modul 1 6 am oberen Teil des Permanentmagneten 5a zusätzlich zur einer radialen Komponente, senkrecht zur Längsachse 12 der Zylinderspule 2, eine axiale Komponente, parallel zu Längsachse 12 der Zylinderspule 2. Analog dazu kommt es zu einer lokalen Verringerung der magnetischen Flussdichte im ersten Magnetkern 3 bei Bezugszeichen A. Die Kraftwirkung im oberen Teil des
Magnetkerns 4 wird durch die geringere Überdeckung zwischen erstem Magnetkern
3 und dem unteren Teil 5b des Permanentmagneten und die dadurch betragsmäßig identische, aber in entgegengesetzter Richtung wirkende, Axialkomponente des magnetischen Feldes kompensiert.
Die Kompensation der Kraftwirkung im unbestromten Zustand wird erreicht, indem die Geometrie der beiden Teile 5a und 5b des Permanentmagneten 5 gegenüber dem ersten Magnetkern 3 mit dem nichtmagnetischen Trennelement 10 an den Übergangsflächen zwischen dem ersten Magnetkern 3 und dem zweiten Magnetkern
4 so gewählt wird, dass die Beträge der y-Komponenten des Magnetfeldes an den Übergängen zwischen dem ersten Magnetkern 3 und dem zweiten Magnetkern 4 bei einer positiven Auslenkung in y-Richtung immer gleich sind. Durch die gespiegelte / symmetrische Anordnung hebt sich die resultierende Kraftwirkung aus der
Axialkomponente des Magnetfeldes auf den Stößel 1 1 auf. Es entsteht insgesamt keine resultierende Kraft zwischen erstem Modul 15 und zweitem Modul 16.
In Figur 2c ist äquivalent zu Figur 2b die Auslenkung in die entgegengesetzte
Richtung, das heißt in eine negative y-Richtung dargestellt. Hier überlappen der obere Teil des Permanentmagneten 5a und das nicht magnetische Trennelement 10 bei Bezugszeichen B. Auf Grund des hohen magnetischen Widerstandes im nichtmagnetischen Trennelement 10 verlaufen die magnetischen Flusslinien, dargestellt durch die durchgezogene Linie 21 a, für den oberen Teil des
Permanentmagneten 5a im Wesentlichen über den äußeren Bereich des ersten Magnetkerns 3 um die Zylinderspule 2 und nicht über das nichtmagnetische
Trennelement 10.
Dadurch kommt es zu einer Flussdichteverschiebung, das heißt zu einer Erhöhung der magnetischen Flussdichte an der Grenze 20b zwischen erstem Magnetkern 3 und zweitem Magnetkern 4. Das Magnetfeld hat hier somit beim Übergang zwischen erstem Modul 15 und zweitem Modul 1 6 am oberen Teil des Permanentmagneten 5a zusätzlich zu einer radialen Komponente, senkrecht zur Längsachse 12 der
Zylinderspule 2, eine axiale Komponente, parallel zu Längsachse 12 der
Zylinderspule 2. Dies kompensiert die Kraftwirkung, die durch die größere
Überdeckung zwischen erstem Magnetkern 3 und dem unteren Teil 5b des
Permanentmagneten besteht. Analog dazu kommt es zu einer lokalen Verringerung der magnetischen Flussdichte im ersten Magnetkern 3 bei Bezugszeichen B. Die Kraftwirkung im unteren Teil des Magnetkerns 4 wird durch die geringere
Überdeckung zwischen erstem Magnetkern 3 und dem oberen Teil 5a des
Permanentmagneten und die dadurch betragsmäßig identische, aber in
entgegengesetzter Richtung wirkende, Axialkomponente des magnetischen Feldes kompensiert.
Die Kompensation der Kraftwirkung im unbestromten Zustand wird erreicht, indem die Geometrie der beiden Teile 5a und 5b des Permanentmagneten 5 gegenüber dem ersten Magnetkern 3 mit dem nichtmagnetischen Trennelement 10 an den Übergangsflächen zwischen dem ersten Magnetkern 3 und dem zweiten Magnetkern 4 so gewählt wird, dass die Beträge der y-Komponente des Magnetfeldes an den Übergängen zwischen dem ersten Magnetkern 3 und dem zweiten Magnetkern 4 bei einer negativen Auslenkung in y-Richtung immer gleich sind. Durch die gespiegelte / symmetrische Anordnung hebt sich die resultierende Kraftwirkung aus der
Axialkomponente des Magnetfeldes auf den Stößel 1 1 auf. Es entsteht insgesamt keine resultierende Kraft zwischen erstem Modul 15 und zweitem Modul 16. Die gegenläufigen Magnetkreise der beiden Teile des Permanentmagneten 5a, 5b sind konstruktiv so ausgelegt, dass über den gesamten Hubbereich die jeweilige axiale Komponente des Magnetfelds umgekehrt identisch ist. Dadurch wird die Kraftwirkung auf den Stößel 1 1 sowohl für eine Auslenkung in positive als auch in negative y-Richtung, das heißt über den gesamten Hubbereich kompensiert.
Figur 3 zeigt in drei Teilabbildungen a bis c entsprechend den Figuren 2a bis 2c das elektromagnetische Wirkprinzip des erfindungsgemäßen Aktuators in bestromtem Zustand. Beispielhaft wird in Figur 3 davon ausgegangen, dass der Stromfluss durch die Zylinderspule 2 so orientiert ist, dass er aus der Zeichenebene heraus fließt.
Dadurch wirkt die Zylinderspule 2 wie ein Elektromagnet, das heißt es wird durch den Stromfluss in der Spule ein Magnetfeld erzeugt, dessen Magnetfeldlinien wie folgt verlaufen: In unausgelenktem Zustand (Figur 3a) verlaufen die magnetischen
Flusslinien der bestromten Zylinderspule 2, dargestellt durch die gestrichelte Linie 22, über den ersten Magnetkern 3, die Grenze 20a zwischen erstem Magnetkern 3 und zweitem Magnetkern 4, den zweiten Magnetkern 4 und den unteren Teil 5b des Permanentmagneten 5 zurück zum erstem Magnetkern 3.
Zusätzlich zu den Magnetfeldlinien 22 der Zylinderspule 2 verlaufen die
Magnetfeldlinien 19a und 19b der zwei Teile 5a und 5b des Permanentmagneten, wie oben beschrieben, jeweils über den ersten Magnetkern 3 und den zweiten Magnetkern 4. Durch die Überlagerung der beiden Magnetfelder kommt es zu einer Erhöhung der magnetischen Flussdichte an der Grenze 20a zwischen erstem
Magnetkern 3 und zweitem Magnetkern 4. Dadurch entsteht eine resultierende Kraft zwischen dem ersten Modul 15 und dem zweiten Modul 1 6, welche auf Grund der radialsymmetrischen Anordnung des Aktuators parallel zur Längsachse 12 der Zylinderspule 2 wirkt.
Wie oben zu den Figuren 2a bis 2c beschrieben, wird die Kraftwirkung, die durch das Magnetfeld der Permanentmagneten 5 entsteht, über den ganzen Hubbereich kompensiert. Es ergibt sich also durch das zusätzliche Magnetfeld auf Grund der Bestromung der Zylinderspule 2 ein resultierender hubunabhängiger Kraft/Stromzusammenhang. Dieser hubunabhängige Kraft/Stromzusammenhang ist in Figur 5a und 5b beschrieben und gilt für alle weiteren beschriebenen
Darstellungen in den Figuren 1 bis 4 und 8 bis 14 mit allen Teilabbildungen.
In Figur 3b ist der Verlauf der magnetischen Flusslinien 19a, 19b des
Permanentmagneten 5 und der Verlauf der magnetischen Flusslinien 22 des
Elektromagneten 2 bei einer Auslenkung des Stößels 1 1 in eine positive y-Richtung dargestellt. Hier schließen sich die magnetischen Flusslinien 19b des unteren Teils des Permanentmagneten 5b wie in Figur 2b über den äu ßeren Bereich des ersten Magnetkerns 3. Durch die Auslenkung überlappt der untere Teil des
Permanentmagneten 5b mit dem nichtmagnetischen Trennelement 10. Der hohe magnetische Widerstand des nichtmagnetischen Trennelements 10 zwingt den Verlauf der magnetischen Flusslinien in den oberen Bereich des zweiten
Magnetkerns 4 und damit um die Zylinderspule 2. Die magnetischen Flusslinien des unteren Teils des Permanentmagneten 5b verlaufen im ersten Magnetkern 3 also parallel zu den magnetischen Flusslinien der bestromten Zylinderspule 2.
Dadurch kommt es zu einer Flussdichteerhöhung an der Grenze zwischen erstem Magnetkern 3 und zweitem Magnetkern 4 im Bereich 20a bei gleichzeitiger größerer Überlappung zwischen dem oberen Teil 5a des Permanentmagneten und dem ersten Magnetkern 3. Die Flussdichteerhöhung ist durch das zusätzliche Magnetfeld der Zylinderspule 2 nicht mehr symmetrisch und es entsteht eine Kraftwirkung zwischen dem ersten Modul 15 und dem zweiten Modul 1 6, welche auf Grund der
radialsymmetrischen Anordnung des Aktuators parallel zur Längsachse 12 der Zylinderspule 2 wirkt. Das Magnetfeld hat hier somit beim Übergang zwischen erstem Modul 15 und zweitem Modul 16 eine zusätzliche axiale Komponente durch das Magnetfeld der Zylinderspule, parallel zur Längsachse 12 der Zylinderspule 2. Diese weitere axiale Komponente wird nicht aufgehoben, sodass eine Kraftwirkung parallel zur Längsachse 12 der Zylinderspule 2 entsteht.
In Figur 3c ist der Verlauf der magnetischen Flusslinien 19a, 19b des
Permanentmagneten und der Verlauf der magnetischen Flusslinien 22 des
Elektromagneten 2 bei einer Auslenkung des Stößels 1 1 in eine negative y-Richtung dargestellt. Durch die Auslenkung überlappt der obere Teil 5a des
Permanentmagneten 5 mit dem nichtmagnetischen Trennelement 10. Hier schließen sich die magnetischen Flusslinien 19a des oberen Teils des Permanentmagneten 5a trotz des grundsätzlich nachteiligen hohen magnetischen Widerstands über das nichtmagnetische Trennelement 10. Auch die magnetischen Flusslinien 22 der Zylinderspule 2 verlaufen trotz des grundsätzlich nachteiligen hohen magnetischen Widerstands des nichtmagnetischen Trennelements 10 aus dem ersten Magnetkern 3 über das nichtmagnetischen Trennelement 10 in den zweiten Magnetkern 4 über den unteren Teil 5b des Permanentmagneten 5. Die Magnetfeldlinien des oberen Teils 5a des Permanentmagneten können also nicht, wie in Figur 2c, über den äußeren Bereich 3a, 3b, 3c des ersten Magnetkerns 3 verlaufen, da in dem äußeren Bereich 3a, 3b, 3c des ersten Magnetkerns 3 und damit um die Zylinderspule 2 die Magnetfeldlinien 22 der Zylinderspule 22 in die entgegengesetzte Richtung verlaufen. Somit hat das Magnetfeld am oberen Teil des Permanentmagneten 5a eine zusätzliche axiale Komponente, die in einer Magnetkraft in axialer Richtung, d. h. parallel zur Längsachse 12 der Zylinderspule 2 resultiert.
Figur 4 zeigt in drei Teilabbildungen Figur 4a bis Figur 4c eine Darstellung des erfindungsgemäßen Aktuators mit im Vergleich zu den Figuren 3a bis 3c
entgegengesetzter Stromrichtung in der Zylinderspule 2.
In Figur 4a wird davon ausgegangen, dass der Stromfluss durch die Zylinderspule 2 so orientiert ist, dass er in die Zeichenebene hinein fließt. Dadurch wirkt die Spule 2 wie ein Elektromagnet, das heißt es wird durch den Stromfluss in der Spule 2 ein Magnetfeld erzeugt, dessen Magnetfeldlinien wie folgt verlaufen: In unausgelenktem Zustand, dargestellt in Figur 4a, verlaufen die magnetischen Flusslinien 22 der bestromten Zylinderspule 2 vom ersten Magnetkern 3 über die Grenze 20b zwischen erstem Magnetkern 3 und zweitem Magnetkern 4, den zweiten Magnetkern 4 und den oberen Teil des Permanentmagneten 5a zurück in den ersten Magnetkern.
Figur 4b und 4c zeigen den Verlauf der Magnetfeldlinien in ausgelenktem Zustand. Der Verlauf ergibt sich analog zu den in Figur 3a und 3c bereits beschriebenen Überlegungen. Hier hat das Magnetfeld am unteren Teil des Permanentmagneten 5b eine zusätzliche axiale Komponente, die in einer Magnetkraft in axialer Richtung, d. h. parallel zur Längsachse 12 der Zylinderspule 2 resultiert.
Hier kommt es in Figur 4c zu einer Flussdichteerhöhung an der Grenze zwischen erstem Magnetkern 3 und zweitem Magnetkern 4 im Bereich 20b bei gleichzeitiger größerer Überlappung zwischen dem unteren Teil 5b des Permanentmagneten und dem ersten Magnetkern 3. Die Flussdichteerhöhung ist durch das zusätzliche
Magnetfeld der Zylinderspule 2 nicht mehr symmetrisch, und es entsteht eine
Kraftwirkung zwischen dem ersten Modul 15 und dem zweiten Modul 1 6, welche auf Grund der radialsymmetrischen Anordnung des Aktuators parallel zur Längsachse 12 der Zylinderspule 2 wirkt.
Figur 5 zeigt die idealisierte Kraftwirkung des strombetriebenen Aktuators über den vorgesehenen Hubbereich. In Figur 5a ist die Magnetkraft/Stromkennlinie des Aktuators dargestellt. Die x-Achse zeigt den Strom in der Zylinderspule 2 und die y- Achse zeigt die resultierende Magnetkraft: Die zwischen erstem Modul 15 und zweitem Modul 1 6 wirkende Magnetkraft hängt in Bezug auf Betrag und Richtung der Kraft, unabhängig von der Auslenkung des Stößels 1 1 , linear mit dem an der
Zylinderspule 2 angelegten Strom zusammen.
In Figur 5b ist die Magnetkraft/Hubkennlinie des Aktuators dargestellt. Die x-Achse zeigt die Auslenkung des Stößels 1 1 und die y-Achse zeigt die resultierende
Magnetkraft: Die zwischen erstem Modul 15 und zweitem Modul 1 6 wirkende
Magnetkraft ist für einen konstanten Strom unabhängig von der Auslenkung des Stößels 1 1 , nimmt jedoch für unterschiedliche Stromstärken unterschiedliche Werte und Richtungen an.
Der Aktuator weist also ein hubunabhängiges stromproportionales Kraftkennfeld auf. Damit weist der Aktuator einen konstanten Kraft-/Stromgradienten auf und ermöglicht eine präzise Einstellung einer Lagersteifigkeit eines beispielsweise an das zweite Modul 1 6 gekoppelten Aggregatlagers. Für den Einsatz in einem aktiven Motorlager oder Aggregatlager bildet der Aktuator durch eine mit dem zweiten Modul 1 6 des Aktuators verbundene formstabile elastisch aufgehängte Membran als Bestandteil des Aggregatlagers ein schwingfähiges Feder- Masse-System. Durch eine dynamische Ansteuerung des Aktuators kann über das mit der Membran des Aggregatlagers gekoppelte zweite Modul 16 die Lagersteifigkeit frequenzselektiv erhöht beziehungsweise abgesenkt sowie die Phase einer Schwingung verändert werden.
Figur 6 zeigt in den Teilabbildungen 6a bis 6c eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Teils des Permanentmagneten 5, wie er bei einem erfindungsgemäßen Aktuator zum Einsatz kommen kann. Der eine Teil des
Permanentmagneten 5 ist in Figur 6a als Ringmagnet mit einer radialen
Magnetisierung 23 ausgeführt. Der Ringmagnet ist in Umlaufrichtung ohne
Unterbrechungen ausgebildet. Die Magnetisierung 23 ist in allen Punkten des Ringmagneten senkrecht zu einer Achse 24, die durch den Mittelpunkt des Rings verläuft und dabei senkrecht auf der Kreisfläche des Ringmagneten steht, und zeigt auf den Mittelpunkt des Rings.
Figur 6b zeigt einen Teil 5a des Permanentmagneten 5 als Ausführungsbeispiel, der aus sechs ringförmig angeordneten radial magnetisierten Magnetsegmenten 5.a1 bis 5.a6 besteht. Die Magnetsegmente 5.a1 bis 5.a6 sind derart ausgebildet, dass sie in Umfangsrichtung im Wesentlichen unmittelbar aneinander gefügt sind,
beispielsweise formschlüssig oder stoffschlüssig, und einen geschlossenen Ring bilden. Alternativ kann konstruktions- bzw. fertigungsbedingt zwischen zwei
Magnetsegmenten in Umfangsrichtung eine Trennung vorliegen, die vorzugsweise durch Luft bzw. ein nichtmagnetisches Material mit einer Permeabilität von μΓ = 1 aufgefüllt sein kann. Die Magnetisierung 23 ist in allen Punkten des geschlossenen Ringmagneten senkrecht zu einer Achse 24, die durch den Mittelpunkt des Rings verläuft und dabei senkrecht auf der Kreisfläche des Ringmagneten steht, und zeigt auf den Mittelpunkt des Rings.
Figur 6c zeigt als Ausführungsbeispiel einen Teil 5b des Permanentmagneten 5, der aus sechs ringförmig angeordneten Magnetsegmenten 5.b1 bis 5.b6 aufgebaut ist, die diametral magnetisiert sind. Die Magnetsegmente 5.b1 bis 5.b6 sind derart ausgebildet, dass sie in Umfangsrichtung im Wesentlichen unmittelbar aneinander gefügt sind, beispielsweise formschlüssig oder stoffschlüssig, und einen geschlossenen Ring bilden. Alternativ kann konstruktions- bzw. fertigungsbedingt zwischen zwei Magnetsegmenten in Umfangsrichtung eine Trennung vorliegen, die vorzugsweise durch Luft bzw. ein nichtmagnetisches Material mit einer Permeabilität von μΓ = 1 ausgefüllt sein kann. Die Magnetisierung 23 ist in allen Punkten des geschlossenen Ringmagneten senkrecht zu einer Achse 24, die durch den
Mittelpunkt des Rings verläuft und dabei senkrecht auf der Kreisfläche des
Ringmagneten steht. Zusätzlich ist die Magnetisierung 23 der einzelnen
Magnetsegmente 5.b1 bis 5.b6 jeweils in sich parallel. Bei zwei benachbarten
Magnetsegmenten 5.b1 bis 5.b6 ist die Magnetisierung 23 jedoch um einen Winkel größer als 0° verschieden.
Figur 7 zeigt in vier Teilabbildungen Figur 7a bis Figur 7d eine Übersicht von möglichen Anordnungen des ersten Moduls 15 und des zweiten Moduls 1 6 relativ zueinander. Die Darstellungen Figur 7a bis Figur 7d zeigen jeweils eine Hälfte der Aktuatoranordnung 1 entlang der Symmetrieachse 12. Die Elemente Zylinderspule 2, erster Magnetkern 3 und nichtmagnetisches Trennelement 10 bilden das erste Modul 15. Die Elemente Stößel 1 1 , zweiter Magnetkern 4 und Permanentmagnet 5 bilden das zweite Modul 1 6.
In Figur 7a ist das erste Modul 15 ortsfest angeordnet. Das zweite Modul 1 6 ist radial innerhalb der Zylinderspule und verschiebbar angeordnet. Das erste Modul 15 und das zweite Modul 1 6 sind relativ zueinander verschiebbar.
In Figur 7b ist das erste Modul 15 verschiebbar angeordnet. Das zweite Modul 1 6 ist ortsfest im Innern der Zylinderspule angeordnet. Das erste Modul 15 und das zweite Modul 1 6 sind relativ zueinander verschiebbar.
Figur 7c und 7d zeigen zwei Ausführungsbeispiele, in denen jeweils das erste Modul
15 innen und das zweite Modul 1 6 außerhalb der Zylinderspule des ersten Moduls 15 angeordnet ist. In Figur 7c ist das erste Modul 15 verschiebbar und das zweite Modul
1 6 ortsfest angeordnet. In Figur 7d ist das zweite Modul 1 6 verschiebbar und das erste Modul 15 ortsfest angeordnet. Das erste Modul 15 und das zweite Modul 1 6 sind auch hier relativ zueinander verschiebbar.
Figur 8 zeigt in drei Teilabbildungen a bis c das elektromagnetische Wirkprinzip des Aktuators mit axialen Polflächen. Der erste Magnetkern 3 weist an der dem
Permanentmagneten 5 zugewandten Seite eine überstehende Deckfläche 13 und eine überstehende Bodenfläche 14 auf. Die überstehende Deckfläche 13 überlappt den oberen Teil 5a des Permanentmagneten 5 in einer Ebene senkrecht zur
Längsachse 12 der Zylinderspule 2. Die überstehende Bodenfläche 14 überlappt den unteren Teil 5b des Permanentmagneten 5 parallel zu der genannten Ebene. Diese Überlappung führt dazu, dass die resultierende Kraft zwischen dem ersten Modul 15 und dem zweiten Modul 1 6 durch den Stromfluss in der Zylinderspule 2 bei nahezu maximaler Auslenkung in die positive oder negative y-Richtung jeweils erhöht wird.
In Figur 8a ist die Ausgangslage, d. h. der unausgelenkte Zustand dargestellt. In Figur 8b ist der ausgelenkte Zustand mit dem Hub +s dargestellt. In Figur 8c ist der entgegengesetzte ausgelenkte Zustand mit dem Hub -s dargestellt.
Die beiden Teile 5a, 5b des Permanentmagneten 5 weisen eine radiale
Magnetisierung senkrecht zu der Längsachse 12 der Zylinderspule 2 auf. Durch die beiden Teile 5a und 5b des Permanentmagneten 5 werden zwei gegenläufige Magnetkreise 55a und 55b erzeugt, wie zu Figur 2a beschrieben.
Bei einer Auslenkung mit Hub= +s, dargestellt in Figur 8b, verläuft das Magnetfeld des unteren Teils 5b des Permanentmagneten wie zu Figur 2b beschrieben. Das Magnetfeld des oberen Teils 5a des Permanentmagneten weist einen zusätzlichen Magnetkreis 55c auf, der sich über die überstehende Deckfläche 13 schließt. Es kommt somit zu einer Krafterhöhung in der Hubendlage.
Bei einer Auslenkung mit Hub= -s, dargestellt in Figur 8c, verläuft das Magnetfeld des oberen Teils 5a des Permanentmagneten wie zu Figur 2c beschrieben. Das Magnetfeld des unteren Teils 5b des Permanentmagneten weist einen zusätzlichen Magnetkreis 55d auf, der sich über die überstehende Bodenfläche 14 schließt. Es kommt somit auch hier zu einer Krafterhöhung in der Hubendlage.
Figur 9 zeigt in drei Teilabbildungen a bis c entsprechend den Figuren 8a bis 8c das elektromagnetische Wirkprinzip des erfindungsgemäßen Aktuators mit axialen Polflächen im bestromten Zustand. Beispielhaft wird in Figur 9 davon ausgegangen, dass der Stromfluss durch die Zylinderspule 2 so orientiert ist, dass er aus der Zeichenebene hinausfließt.
Zusätzlich zu dem in Bezug auf die Figuren 8a bis 8c beschriebenen Magnetfeld der beiden Permanentmagneten 5a, 5b entsteht durch die Bestromung der Zylinderspule 2 ein weiteres Magnetfeld 65a. Im unausgelenkten Zustand, dargestellt in Figur 9a, verlaufen die Magnetfeldlinien 65a der Zylinderspule weitestgehend analog zu den Magnetfeldlinien der Zylinderspule in Figur 3a.
Bei einer Auslenkung mit Hub= +s, dargestellt in Figur 9b, verlaufen die
Magnetfeldlinien 65b der Zylinderspule mit einem zusätzlichen Magnetkreis 65b.2, der sich über die überstehende Deckfläche 13 um den oberen Teil des
Permanentmagneten 5a schließt. Es kommt hier zu einer Krafterhöhung in der Hubendlage.
Bei einer Auslenkung mit Hub= -s, dargestellt in Figur 9c, verlaufen die
Magnetfeldlinien 65c der Zylinderspule 2 mit einem zusätzlichen Magnetkreis 65c.2, der sich über die überstehende Bodenfläche 14 um den unteren Teil des
Permanentmagneten 5b schließt. Es kommt somit auch hier zu einer Krafterhöhung in der Hubendlage.
Figur 10 zeigt in drei Teilabbildungen a bis c entsprechend den Figuren 8a bis 8c das elektromagnetische Wirkprinzip des erfindungsgemäßen Aktuators mit axialen Polflächen im bestromten Zustand. Beispielhaft wird in Figur 10 davon ausgegangen, dass der Stromfluss durch die Zylinderspule 2 so orientiert ist, dass er in die
Zeichenebene hineinfließt. Die Magnetfeldlinien der beiden Teile des Permanentmagneten 5a, 5b verlaufen, wie zu den Figuren 8a bis 8c beschrieben. Die Magnetfeldlinien 75a, 75b, 75c der Zylinderspule 2 verlaufen unter der Berücksichtigung der umgekehrten
Bestromungsrichtung analog zu Figur 9a bis 9c.
Figur 1 1 zeigt in drei Teilabbildungen a bis c das elektromagnetische Wirkprinzip des Aktuators mit axial magnetisierten Permanentmagneten im stromlosen Zustand. Zur kompakteren Darstellung ist ausgehend von der Symmetrieachse 12 jeweils nur die rechte Hälfte des Aktuators dargestellt.
In Figur 1 1 a ist die Ausgangslage, d. h. der unausgelenkte Zustand dargestellt. In Figur 1 1 b ist der ausgelenkte Zustand mit dem Hub +s dargestellt. In Figur 1 1 c ist der entgegengesetzte ausgelenkte Zustand mit dem Hub -s dargestellt.
Die beiden Teile 5b des Permanentmagneten 5 weisen eine axiale Magnetisierung, d. h. parallel zu der Längsachse 12 der Zylinderspule 2 auf. Durch die beiden Teile 5a und 5b des Permanentmagneten 5 werden zwei gegenläufige Magnetkreise erzeugt, deren Flusslinien mittels durchgezogenen Linien 55a für den oberen Teil 5a des Permanentmagneten 5 beziehungsweise 55b für den unteren Teil des
Permanentmagneten 5b dargestellt sind. Der Magnetkreis 55a des oberen Teils des Permanentmagneten verläuft ausgehend von dem oberen Teil 5a des
Permanentmagneten über den zweiten Magnetkern 4, die Grenze 20a zwischen zweitem Magnetkern 4 und erstem Magnetkern 3 in den ersten Magnetkern 3 und wieder in den zweiten Magnetkern 4 zurück zum oberen Teil 5a des
Permanentmagneten 5. Entsprechend verläuft der Magnetkreis 55b des unteren Teils 5b des Permanentmagneten gegensinnig ausgehend vom unteren Teil des
Permanentmagneten 5b in den zweiten Magnetkern 4 über die Grenze 20b zwischen zweitem Magnetkern 4 und erstem Magnetkern 3 in den ersten Magnetkern 3 und wieder in den zweiten Magnetkern 4 zurück zum unteren Teil des
Permanentmagneten 5b.
Durch die gegenläufigen Magnetkreise 55a und 55b entsteht eine magnetische Sättigung in dem magnetisch aktiven Material des ersten Magnetkerns 3 und des zweiten Magnetkerns 4. Zusätzlich führt die Axialkomponente des Magnetfelds, d. h. die Komponenten parallel zur Längsachse 12 der Zylinderspule 2, beim Übergang vom an der Grenze zwischen erstem Magnetkern 3 und zweitem Magnetkern 4 zu einer Kraftwirkung. Diese Kraftwirkung wird durch die gespiegelte, d. h.
symmetrische Anordnung der beiden Teile 5a und 5b des permanenten Magneten 5 und des ersten Magnetkerns 3 mit dem nichtmagnetischen Trennelement 10 kompensiert, so dass in diesem Zustand über den Stößel 1 1 keine Kraftwirkung an einen Motor oder dergleichen (nicht dargestellt) übertragen wird.
In Figur 1 1 b ist der Aktuator bei einer Auslenkung des Stößels 1 1 in einer positiven y- Richtung (Hub = +s) dargestellt. Durch die Auslenkung verschiebt sich die Position des nichtmagnetischen Trennelements 10 in Bezug auf beide Teile des
Permanentmagneten 5a, 5b. Hier liegt keine Überlappung des ersten Magnetkerns 3 mit dem zweiten Magnetkern 4 zwischen dem oberen Teil des Permanentmagneten 5a und dem unteren Teil des Permanentmagneten 5b mehr vor. Da der magnetische Widerstand im nichtmagnetischen Trennelement 10 relativ groß ist, schließen sich die magnetischen Flusslinien, dargestellt durch die durchgezogene Linie 65b, für den unteren Teil des Permanentmagneten 5b nun im Wesentlichen über den äußeren Bereich des ersten Magnetkerns 3 um die Zylinderspule 2 und nicht über das nichtmagnetische Trennelement 10. Dadurch kommt es zu einer
Flussdichteverschiebung, d. h. zu einer Erhöhung der magnetischen Flussdichte an der Grenze 20a zwischen erstem Magnetkern 3 und zweitem Magnetkern 4. Die Erhöhung der magnetischen Flussdichte kompensiert die Kraftwirkung, die durch die größere Überdeckung zwischen erstem Magnetkern 3 und dem zweiten Magnetkern 4 im Bereich des oberen Teils des Permanentmagneten 5a entsteht. Das Magnetfeld hat hier beim Übergang zwischen erstem Magnetkern 3 und zweitem Magnetkern 4 am oberen Teil des Permanentmagneten 5a zusätzlich zu einer radialen
Komponente senkrecht zur Längsachse der Zylinderspule 2 noch eine weitere axiale Komponente parallel zur Längsachse 12 der Zylinderspule 2. Entsprechend kommt es zu einer Verringerung der magnetischen Flussdichte im ersten Magnetkern 3 im Bereich des unteren Teils 5b des Permanentmagneten. Da die beiden Teile 5a und 5b des Permanentmagneten eine symmetrische Anordnung darstellen, heben sich die jeweiligen resultierenden Kräfte auf. Somit wird die Kraftwirkung auf den Stößel 1 1 bei einer Auslenkung in positiver y-Richtung kompensiert.
In Figur 1 1 c ist äquivalent zu Figur 1 1 b die Auslenkung in die entgegengesetzte Richtung, d. h. in eine negative y-Richtung mit Hub = -s dargestellt. Die
Magnetfeldlinien verlaufen unter Berücksichtigung der umgekehrten
Auslenkungsrichtung analog zu Figur 1 1 b.
Die gegenläufigen Magnetkreise 55a, 55b, 65a, 65b, 75a, 75b der beiden Teile des Permanentmagneten 5a, 5b sind konstruktiv so ausgelegt, dass im unbestromten Zustand über den gesamten Hubbereich (-s, +s) die jeweilige axiale Komponente des Magnetfelds des einen Teils des Permanentmagneten 5 umgekehrt identisch ist zu der jeweiligen axialen Komponente des Magnetfeld des anderen Teils des
Permanentmagneten 5. Dadurch wird die Kraftwirkung auf den Stößel 1 1 sowohl für eine Auslenkung in positive als auch in negative y-Richtung, d. h. über den gesamten Hubbereich kompensiert.
Figur 12 zeigt in drei Teilabbildungen a bis c entsprechend den Figuren 1 1 a bis 1 1 c das elektromagnetische Wirkprinzip des Aktuators mit axial magnetisierten
Permanentmagneten im bestromten Zustand. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird im Folgenden nur auf die Unterschiede zu dem in Figur 3 dargestellten und zu Figur 3 beschriebenen Ausführungsbeispiel mit radial magnetisierten
Permanentmagneten eingegangen. Beispielhaft wird in Figur 12 davon
ausgegangen, dass der Stromfluss durch die Zylinderspule 2 so orientiert ist, dass er in die Zeichenebene hineinfließt.
Wie oben zu den Figuren 1 1 a bis 1 1 c beschrieben, wird die Kraftwirkung, die durch das Magnetfeld der Permanentmagneten 5 entsteht, über den ganzen Hubbereich kompensiert. Das Magnetfeld der Zylinderspule verläuft wie zu dem in Figur 3 dargestellten und zu Figur 3 beschriebenen Ausführungsbeispiel. Es ergibt sich also durch das zusätzliche Magnetfeld auf Grund der Bestromung der Zylinderspule 2 ein resultierender hubunabhängiger Kraft/Stromzusammenhang. Figur 13 zeigt in drei Teilabbildungen a bis c entsprechend den Figuren 1 1 a bis 1 1 c das elektromagnetische Wirkprinzip des Aktuators mit axial magnetisierten
Permanentmagneten im bestromten Zustand. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird im Folgenden nur auf die Unterschiede zu dem in Figur 4 dargestellten und zu Figur 4 beschriebenen Ausführungsbeispiel mit radial magnetisierten
Permanentmagneten eingegangen. Beispielhaft wird in Figur 13 davon
ausgegangen, dass der Stromfluss durch die Zylinderspule 2 so orientiert ist, dass er aus der Zeichenebene hinausfließt.
Wie oben zu den Figuren 1 1 a bis 1 1 c beschrieben, wird die Kraftwirkung, die durch das Magnetfeld der Permanentmagneten 5 entsteht, über den ganzen Hubbereich kompensiert. Das Magnetfeld der Zylinderspule verläuft wie zu dem in Figur 4 dargestellten und zu Figur 4 beschriebenen Ausführungsbeispiel. Es ergibt sich also durch das zusätzliche Magnetfeld auf Grund der Bestromung der Zylinderspule 2 ein resultierender hubunabhängiger Kraft/Stromzusammenhang.
Figur 14 zeigt ein Schnittbild eines Ausführungsbeispiels des Aktuators mit einem Sättigungssteg. Zur kompakteren Darstellung ist jeweils nur die rechte Hälfte des Aktuators ausgehend von der die Symmetrieachse bildenden Längsachse 12 dargestellt. Das nichtmagnetische Trennelement 10 ist hier als eine Aussparung ausgebildet, die den ersten Magnetkern 3 nicht vollständig durchgreift. Der
Materialquerschnitt des ersten Magnetkerns 3 ist nur soweit verringert, dass die dem zweiten Magnetkern 4 zugewandte Seite erhalten ist und einen Sättigungssteg 70 ausbildet. Der erste Magnetkern 3 grenzt in zwei spitz zulaufenden Enden 3.1 , 3.2 an den Sättigungssteg 70. Die Verringerung des Materialquerschnitts des ersten
Magnetkerns 3 nimmt mit sinkendem Abstand von der Längsachse 12 der
Zylinderspule 2 zu, insbesondere derart, dass auf der dem zweiten Magnetkern 4 zugewandten Seite gerade noch der Sättigungssteg 70 aus dem ersten Magnetkern 3 verbleibt. Durch die Verringerung des Materialquerschnitts des ersten Magnetkerns 3 wird schon bei einem geringen magnetischen Fluss in dem verbleibenden
Sättigungssteg 70 des ersten Magnetkerns 3 eine magnetische Sättigung und damit die angestrebte relative Permeabilität von μΓ=1 erreicht. Bezuqszeichen Aktuator
Zylinderspule, Elektromagnet
1 . Magnetkern
a Au ßenfläche
b Bodenfläche
c Deckfläche
d I nnenfläche
.1 spitz zulaufende Enden
.2 spitz zulaufende Enden
2. Magnetkern
Permanentmagnet
a oberer Teil
b unterer Teil
0 nichtmagnetisches Trennelement
1 Stö ßel
2 Symmetrieachse, Längsachse
3 überstehende Deckfläche
4 überstehende Bodenfläche
5 erstes Modul
6 zweites Modul
9a Flusslinien des oberen Teils des Permanentmagneten9b Flusslinien des unteren Teils des Permanentmagneten0a Grenze zwischen erstem und zweitem Magnetkern0b Grenze zwischen erstem und zweitem Magnetkern1 a Flusslinien des oberen Teils des Permanentmagneten1 b Flusslinien des unteren Teils des Permanentmagneten2 Flusslinien der Zylinderspule
3 Magnetisierung
4 Achse
5a Magnetkreis 55b Magnetkreis
55c Magnetkreis
55d Magnetkreis
65a Magnetkreis
65b Magnetkreis
65b.2 zusätzlicher Magnetkreis
65c Magnetkreis
65c.2 zusätzlicher Magnetkreis
70 Sättigungssteg
75a Magnetkreis
75b Magnetkreis
75c Magnetkreis
A Überlappung
B Überlappung
C Hubbereich

Claims

Patentansprüche
1 . Aktuator (1 ) für Motorlager umfassend
eine elektrisch leitfähige Zylinderspule (2),
einen ersten Magnetkern (3) aus ferromagnetischem Material,
einen zweiten Magnetkern (4) aus ferromagnetischem Material und
zumindest einen Permanentmagneten (5), dessen Magnetisierungsrichtung senkrecht zur Längsachse (12) der Zylinderspule (2) orientiert ist,
wobei der erste und zweite Magnetkern (3, 4) relativ zueinander in Richtung der Längsachse (12) der Zylinderspule (2) verschiebbar angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet, dass der erste Magnetkern (3) die Zylinderspule (2) im Wesentlichen umschließt und an einer dem Permanentmagneten (5) zugewandten Mantelseite der Zylinderspule (2) durch ein nichtmagnetisches Trennelement (10) unterbrochen ist und, dass der Permanentmagnet (5) in Richtung der Längsachse (12) der Zylinderspule (2) wenigstens einfach unterbrochen ausgebildet ist und mindestens zwei Teile (5a, 5b) aufweist.
2. Aktuator (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der zwei Teile des Permanentmagneten (5), vorzugsweise beide, in Projektion senkrecht zur Spulenachse auf den ersten Magnetkern (3) diesen an seiner der Zylinderspule (2) zugewandten Seite zumindest teilweise überlappt.
3. Aktuator (1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass ein Unterbrechungsbereich, welcher in Richtung der
Längsachse der Zylinderspule (2) zwischen den Teilen des Permanentmagneten (5) angeordnet ist, durch den zweiten Magnetkern (4) zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, ausgefüllt ist.
4. Aktuator (1 ) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Teile des Permanentmagneten (5) an ihrer der Zylinderspule (2) zugewandten Seite mit dem zweiten Magnetkern (4) eine im Wesentlichen plane Fläche ausbilden.
5. Aktuator (1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Magnetkern (3) an seiner dem zweiten Magnetkern (4) zugewandten Seite mit dem Trennelement (10) eine im Wesentlichen plane Fläche ausbildet.
6. Aktuator (1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Permanentmagneten (5), vorzugsweise beide Teile (5a, 5b), ringförmig ausgebildet ist.
7. Aktuator (1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Permanentmagneten (5), vorzugsweise beide Teile (5a, 5b), eine Magnetisierung im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Zylinderspule (2) aufweisen und vorzugsweise diametral, insbesondere radial, oder parallel zur Längsachse der Zylinderspule magnetisiert ist.
8. Aktuator (1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Permanentmagneten (5), vorzugsweise beide Teile (5a, 5b), in einer Ebene senkrecht zur Längsachse der Zylinderspule (2) aus zumindest zwei Segmenten zusammengesetzt ist.
9. Aktuator (1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Zylinderspule (2) und der erste Magnetkern (3) immobil miteinander verbunden sind und/oder dass der Permanentmagnet (5) und der zweite Magnetkern (4) immobil miteinander verbunden sind.
10. Aktuator (1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Zylinderspule (2) einschließlich des ersten Magnetkerns (3) federnd gelagert ist und der Permanentmagnet (5) einschließlich des zweiten
Magnetkerns (4) statisch gelagert ist.
1 1 . Aktuator (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderspule (2) einschließlich des ersten Magnetkerns (3) statisch gelagert ist und dass der Permanentmagnet (5) einschließlich des zweiten Magnetkerns (4) federnd gelagert ist.
12. Aktuator (1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der erste Magnetkern (3) an seiner dem Permanentmagneten (5) zugewandten Seite eine überstehende Deckfläche (13) und/oder eine
überstehende Bodenfläche (14) senkrecht zur Längsachse der Zylinderspule (2) aufweist, welche Deckfläche (13) den ersten Teil des Permanentmagneten (5a) und/oder welche Bodenfläche (14) den zweiten Teil des Permanentmagneten (5b) senkrecht zur Längsachse der Zylinderspule (2) überlappt.
13. Aktuator (1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das nichtmagnetische Trennelement (10) zumindest im Betriebszustand aus einem Material mit einer Permeabilität im Bereich von μΓ=1 gebildet ist.
14. Aktuator (1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das nichtmagnetische Trennelement (10) als eine Aussparung ausgebildet ist, welche Aussparung den ersten Magnetkern (3) an seiner dem zweiten Magnetkern (4) zugewandten Seite senkrecht zur Längsachse der
Zylinderspule (2) vorzugsweise vollständig durchgreift.
15. Aktuator (1 ) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass eine Abmessung des nichtmagnetischen Trennelements (10) in Richtung der Längsachse der Zylinderspule (2) mit zunehmendem Abstand von der Längsachse der Zylinderspule (2) zunimmt, vorzugsweise streng monoton zunimmt, insbesondere linear zunimmt.
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