DE2930692C2

DE2930692C2 - Electromagnetic actuator

Info

Publication number: DE2930692C2
Application number: DE19792930692
Authority: DE
Inventors: Günther 7311 Hochdorf Keppler; Paul 7290 Freudenstadt Schwerdt; Günter Dipl.-Ing. 7300 Esslingen Weiger
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1979-07-28
Filing date: 1979-07-28
Publication date: 1984-05-17
Also published as: DE2930692A1

Description

Die Erfinduii£ betrifft eine elektromagnetische Stellvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an electromagnetic actuator according to the preamble of claim 1.

Eine elektromagnetische Stellvorrichtung der eingangs genannten Art ist berths aw'.der DE-PS 5 92 695 bekannt Nachteilig bei einer derartigen Stellvorrichtung ist, daß die Ankerscheibe, bzw. das Stellglied nur in einem stationären Teil gelagert ist, so daß die zur sicheren Führung des stationären Teils erforderliche ausreichend lange Führungsbohrung eine hohe Präzision bei der Herstellung einer derartigen Stellvorrichtung notwendig machtAn electromagnetic adjusting device of the type mentioned is berths aw'.der DE-PS 5 92 695 known disadvantage of such an adjusting device is that the armature disk, or the actuator only in a stationary part is mounted, so that the necessary for safe guidance of the stationary part is sufficient long guide hole a high precision in the manufacture of such an adjusting device is necessary power

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektromagnetische Stellvorrichtung zu schaffen, die einfachen Aufbau hat, mit vergleichbar geringer Präzision herstellbar ist und bei der der Anker in einfacher Weise sicher fixiert gegenüber den Wicklungen gehalten werden kann.The invention is based on the object of creating an electromagnetic actuating device that is simple Has structure, can be produced with comparably low precision and in which the armature is simple can be held securely fixed with respect to the windings.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer gattungsgemäßen elektromagnetischen Stellvorrichtung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.According to the invention, the object is achieved with a generic electromagnetic actuating device solved by the specified in the characterizing part of claim 1 features.

Der Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß der scheibenförmige Anker auf einem Stellglied in dessen Mitte gelagert ist, und das Stellglied in jedem der beiden stationären Teile geführt ist, so daß sich bei kompakter Bauweise eine stabile Lagerung des scheibenförmigen Ankers ergibt. Die beiden stationären Teile werden durch ein den Anker umgebendes Zwischenglied aus elektrisch und magnetisch nicht leitendem Material miteinander verbunden, so daß der magnetische Fluß auf den Anker übergreift und nicht über evtl. vorgesehene andere Teile eine Schwächung der magnetischen Feldstärke ergibt.The advantage of the invention is that the disk-shaped armature is mounted on an actuator in the center thereof, and the actuator in each of the two stationary parts is guided, so that a stable mounting of the disc-shaped Anchor results. The two stationary parts are made up of an intermediate member surrounding the armature electrically and magnetically non-conductive material connected to each other, so that the magnetic flux on extends over the armature and does not weaken the magnetic field strength via any other parts that may be provided results.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist Gegenstand des Anspruches 2. Dadurch kann der Anker von zwei Seiten beaufschlagt werden, so daß auf kleinstem Raum relativ große Kräfte auf den Anker wirken, womit auch schwer betätigbare Stellglieder betätigt werden können. Eine der beiden Wicklungen in den stationären Teilen kann aber auch so vom Strom beaufschlagt werdeD, daß sie entgegen der anderen Wicklung wirkt, so daß keine Rückstelleinrichtung notwendig ist, da der Hub des Ankers durch wechselweise Stromanlegung an die Wicklungsgnippen auf den beiden Seiten gegenüber dem Anker erreicht wird. Federn können damit entfallen, wodurch eine noch kompaktere Bauweise möglich wird.An advantageous embodiment of the invention is the subject of claim 2. This allows the anchor are acted upon from two sides, so that relatively large forces act on the armature in the smallest of spaces, which means that actuators that are difficult to operate can also be operated. One of the two windings in the stationary However, parts can also be acted upon by the current in such a way that they oppose the other winding acts so that no reset device is necessary, because the stroke of the armature is achieved by alternately applying current to the winding ribs on both sides compared to the anchor is achieved. Springs can thus be omitted, resulting in an even more compact design becomes possible.

ίο Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der Zeichnung erläutert Es zeigtίο Embodiments of the invention are described below explained with reference to the drawing It shows

F i g. 1 eine elektromagnetische Stellvorrichtung, beider die Wicklungen in nur einem stationären Teil vorgesehen sind,F i g. 1 an electromagnetic actuating device in which the windings are provided in only one stationary part are,

F i g. 2 eine der F i g. 1 entsprechende Darstellung, bei der Wicklungen in beiden stationären Teilen vorgesehen sind,F i g. 2 one of the F i g. 1 corresponding representation, in which windings are provided in both stationary parts are,

Fig.3 eine Schnittansicht durch die Stellvorrichtung nach F i g. 2.3 shows a sectional view through the adjusting device according to FIG. 2.

In F i g. 1 ist eine schematische Teilschnittansicht einer elektromagnetischen Stellvorrichtung gezeigt Die Stellvorrichtung weist im Prinzip die Funktion eines Topfmagneten auf, die im folgenden noch erläutert ist Nach F i g. 1 besteht die Stellvorrichtung aus einem vorzugsweise scheibenförmigen stationären Teil 1 und einem vorzugsweise scheibenförmigen magnetisch leitenden weiteren stationären Teil 2, von denen nach F i g. 1 das weitere stationäre Teil 2 an seiner einen Außenfläche Wicklungen 3 enthält Ein ringförmiges Glied 4 aus elektrisch und magnetisch nicht leitendem Material dient zur mechanischen Verbindung der stationären Teile 1 und 2 und legt außerdem einen Abstand zwischen den stationären Teilen 1 und 2 zur Aufnahme eines scheibenförmigen Ankers 5 aus magnetisch leitendem Werkstoff fest der mit einem Stellglied 6 in Form einer Achse in Verbindung steht Die Wicklungen 3 sind mit Anschlüssen 8 und 9 verbunden, die aus der Stellvorrichtung herausgeführt sind und zum Anschluß an eine elektrische Speisequelle dienen. Das ringförmige Glied 4 wird zwischen den beiden stationären Teilen 1 und 2 derart aufgenommen, daß der mit 10 bezeichnete Abstand bzw. Luftraum zwischen den stationären Teilen 1 und 2 in Richtung des achsenförmigen Stellgliedes 6 gesehen größer als die Stärke 5 des scheibenförmigen Ankers 5 ist Dadurch soll eine Bewegung des Stellgliedes 6 zusammen mit dem Anker 5 in Richtung eines Pfeiles 7 ermöglicht werden. Die Bewegung des Ankers 5 in Richtung auf die Wicklungen 3 wird ausgeführt, sobald an die Anschlüsse 8 und 9 ein Strom angelegt wird, der die Wicklungen 3 erregt. Die Wicklungen 3 sind bei dem in F i g. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel konzentrisch angeordnet, wie in Verbindung mit F i g. 3 noch erläutert wird. Jede Wicklung 3 wird in eine für jede Wicklung vorgesehene Nut 2a, 2b usw. eingesetzt, die an einer Außenfläche des scheibenförmigen weiteren stationären Teiles 2 ausgeprägt ist. Die Zusammenschaltung der Wicklungen 3 erfolgt auf solche Weise, daß bei Stromanlegung die Richtung des Stromflusses in benachbarten Wicklungen jeweils entgegengesetzt ist, wie aus F i g. 3 hervorgeht. Dadurch wird bei Anlegen eines Stromes an die Anschlüsse 8 und 9 von jeder Wicklung 3 ein Magnetfeld erzeugt, das durch den Anker 5 verläuft und dadurch den Anker S in Richtung auf die Wicklungen 3, d. h. das weitere stationäre Teil 2, anzieht. Um den Anker 5 nach Unterbrechung des Stromflusses durch die Wicklungen 3 in seine Ausgangsposition zurückzubringen, kann innerhalb der in Fig. 1 dargestell'en Stellvorrichtung oder außerhalb der Stell-In Fig. 1 shows a schematic partial sectional view of an electromagnetic actuating device. In principle, the actuating device has the function of a pot magnet, which is explained below according to FIG. 1, the adjusting device consists of a preferably disk-shaped stationary part 1 and a preferably disk-shaped magnetically conductive further stationary part 2, of which according to FIG. 1 the further stationary part 2 contains windings 3 on one of its outer surfaces Armature 5 made of magnetically conductive material which is connected to an actuator 6 in the form of an axis. The windings 3 are connected to connections 8 and 9, which are led out of the actuating device and are used for connection to an electrical supply source. The annular member 4 is received between the two stationary parts 1 and 2 in such a way that the distance or air space designated by 10 between the stationary parts 1 and 2, viewed in the direction of the axis-shaped actuator 6, is greater than the thickness 5 of the disc-shaped armature 5 a movement of the actuator 6 together with the armature 5 in the direction of an arrow 7 is to be made possible. The movement of the armature 5 in the direction of the windings 3 is carried out as soon as a current is applied to the connections 8 and 9 which excites the windings 3. The windings 3 are in the in F i g. 1 arranged concentrically, as in connection with F i g. 3 will be explained. Each winding 3 is inserted into a groove 2a, 2b , etc. provided for each winding, which groove is embossed on an outer surface of the disk-shaped further stationary part 2. The interconnection of the windings 3 takes place in such a way that when current is applied, the direction of the current flow in adjacent windings is in each case opposite, as can be seen from FIG. 3 emerges. As a result, when a current is applied to the connections 8 and 9 of each winding 3, a magnetic field is generated which runs through the armature 5 and thereby attracts the armature S in the direction of the windings 3, ie the further stationary part 2. In order to return the armature 5 to its starting position after the current flow through the windings 3 has been interrupted, it is possible within the actuating device shown in FIG.

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vorrichtung ein Rückstellglied vorgesehen werden, bei- sein, wodurch das ringförmige Glied 4 gegenüber den spielsweise eine Schraubenfeder, die auf das Stellglied 6 stationären Teilen 1 und 2 fixiert ist Der Anker 5 kann eine Kraft in Richtung des Pfeiles F ausübt Das Ma- eine zentrale Öffnung 14 zur Aufnahme des stabfönnignetfeld, das von den Wicklungen 3 bei Stromanlegung gen Stellgliedes 6 aufweisen oder als integrales Teil mit erzeugt wird, muß ersichtlicherweise größer als die von 5 dem Stellglied 6 ausgebildet sein. Zur Ermöglichung eider Rückstelleinrichtung erzeugte Gegenkraft sein, um ner Bewegung des Ankers 5 mit dem Stellglied 6 in den Anker 5 entgegen der Richtung des Pfeiles Fbewe- Richtung des Pfeiles 7 sind in den stationären Teilen ί gen zu können. und 2 der Stellvorrichtung entsprechende zentrale Öff-Device a restoring member can be provided, whereby the ring-shaped member 4 against the example of a helical spring which is fixed on the actuator 6 stationary parts 1 and 2. The armature 5 can exert a force in the direction of the arrow F. The Ma- a central Opening 14 for receiving the stabfönnignetfeld, which the windings 3 have when power is applied to the actuator 6 or which is generated as an integral part, must obviously be larger than that of the actuator 6. To enable eider restoring device to be generated counterforce in order to be able to move the armature 5 with the actuator 6 in the armature 5 against the direction of the arrow F moving direction of the arrow 7 are in the stationary parts ί. and 2 central opening corresponding to the actuating device

Die Breite des Luftraumes 10 und die Stärke 5 des nungen 15 und 16 vorzusehen, deren Durchmesser gescheibenfönnigen Ankers 5 müssen derart gewählt wer- io ringfügig größer als der Außendurchmesser des stabförden, daß einerseits das von den Wicklungen 3 erzeugte migen Stellgliedes 6 sein muß.Provide the width of the air space 10 and the thickness 5 of the openings 15 and 16, the diameter of which is slice-shaped Anchor 5 must be chosen to be slightly larger than the outer diameter of the rod, that on the one hand the moderate actuator 6 generated by the windings 3 must be.

Magnetfeld den Anker 5 in seiner (in F i g. 1 rechten) Beim Einsatz von zwei Wicklungsebenen 3, 3b ent-Magnetic field the armature 5 in its (in Fig. 1 right) When using two winding levels 3, 3b,

Endposition durchsetzt, während andererseits die Star- sprechend der Ausführungsform nach F i g. 2 und 3 kann keSso groß gewählt werden muß, daß das Magnetfeld zusätzlich eine Rückstelleinrichtung, beispielsweise in der Wicklungen 3 innerhalb des Ankers 5 und nicht 15 Form einer Federeinrichtung, vorgesehen werden, die außerhalb des Ankers 5 verläuft sicherstellt daß der Anker 5 bei nicht erregten Wicklun-End position traversed, while on the other hand the Star speaking of the embodiment according to FIG. 2 and 3 can keS must be chosen so large that the magnetic field also has a reset device, for example in of the windings 3 within the armature 5 and not 15 in the form of a spring device, which runs outside the armature 5 ensures that the armature 5 when the winding is not excited

F i g. 2 zeigt eine gegenüber F i g. 1 abgewandelte gen 3a, 3b die in F i g. 3 gezeigte Mittellage zwischen Ausfüiirungsform einer elektromagnetischen Stellvor- den stationären Teilen 1 und 2 einnimmt Bei einer derrichtung. Der Unterschied zu F i g. 1 besteht darin, daß artigen Ausführungsform hat somit der Anker 5 drei die beiden stationären Teile 1 und 2 auf ihrer dem Anker 20 erreichbare Positionen, von denen ^ie mittlere Position 5 zugewandten Fläche mit Wicklungen versehen sind die Ruhe- oder Ausgangsposition ist und durch die die mit 3a und 3b bezeichnet sind. Die H-, bbewegung Rückstelleinrichtung bestimmt wird.F i g. 2 shows a comparison with FIG. 1 modified gen 3a, 3b in FIG. 3 between the embodiment of an electromagnetic adjusting front, the stationary parts 1 and 2, shown in one of the directions. The difference to Fig. 1 is that like embodiment, the armature 5 thus has three the two stationary parts 1 and 2 on their the armature 20 attainable positions, of which ^ ie the middle position 5 facing surface are provided with windings, the rest or starting position and through which which are designated by 3a and 3b . The H-, B-movement resetting device is determined.

des Ankers 5 in Richtung des Pfeiles 7 wird dabei aus- of the armature 5 in the direction of the arrow 7 is

schließlich durch die von den Wicklungen 3a und 3b Hierzu 2 Blatt Zeichnungenfinally through the 2 sheets of drawings of the windings 3a and 3b

erzeugten Magnetfelder hervorgerufen, ohne daß eine 25 generated magnetic fields without a 25

Rückstelleinrichtung wie bei der Ausführungsform nach F i g. 1 erforderlich ist, die aber gegebenenfalls zusätzlich vorgesehen sein kann.Resetting device as in the embodiment according to FIG. 1 is required, but this may also be required can be provided.

Auch können diese Wicklungen so beaufschlagt werden, daß eine in gleicher Richtung wie über die Wicklungen im stationären Teil 1 erzeugte Kraftwirkung auf den Anker 5 wirkt, so daß sich die Kraft verdoppeln läßt, mit der der Anker 5 bewegt wird. Dadurch können auf kleinem Raum sehr große Kräfte übertragen werden, die es ermöglichen, eine solche mit wenig Platzaufwand hergestellte elektromagnetische Stellvorrichtung zum Betätigen von schweren Stellgliedern einzusetzen.These windings can also be acted upon in such a way that that a force generated in the same direction as over the windings in the stationary part 1 on the Armature 5 acts so that the force can be doubled with which the armature 5 is moved. As a result, very large forces can be transmitted in a small space make it possible to actuate such an electromagnetic actuating device produced with little space requirement to be used by heavy actuators.

F i g. 3 zeigt einen Vertikalschnitt durch die Stellvorrichtung nach F i g. 2. Die Wicklungen 3b werden über Anschlüsse 11 und 12 mit Strom gespeist und sind entsprechend den Wicklungen 3a derart zusammengeschaltet, daß die Richtung des Stromdurchflusses durch benachbarte Wicklungen jeweils entgegengesetzt ist. Die Stromflußrichtung und die von den Wicklungen 3a und 3b erzeugten Magnetfelder sind in F i g. 3 angedeutet Durch wechselweise Speisung der Wicklungen 3a bzw. 3b läßt sich eine Hubbewegung des Ankers 5 in Fig.3 nach links bzw. nach rechts erreichen. Die Dimensionierung des Luftraumes 10 und der Stärke S des scheibenförmigen Anke/s 5 ist entsprechend vorstehender Erläuterung zu wählen. Die Speisung der Wicklungen 3a über die Anschlüsse 8 und 9 bewirkt, daß der Anker 5 aus magnetisch leitendem Werkstoff in Richtung auf das weitere stationäre Teil 2 angezogen wird, während die Speisung der Wicklungen 3b über die An-Schlüsse 11 und 12 ein Anziehen des Ankers 5 in Richtung auf das stationäre Teil 1 zur Folge hat Die Breite bzw. Größe des Luftraumes 10 in Richtung der Achse des Stellgliedes 6 dient gleichzeitig zur Festlegung bzw. Begrenzung der Hubbewegungen des Ankers 5. Das ringförmige Glied 4 hat vorzugsweise gleichen Außendurchmesser wie die stationären Teile 1 und 2 und dient als Abstandselement zur Festlegung der Breite des Luftraumes zwischen den stationären Teilen 1 und 2. Vorzugsweise können die stationären Teile 1 und 2 umfangsmäßig auf der dem Anker 5 zugewandten Fläche mit einer der Stärke c'is ringförmigen Gliedes 4 entsprechenden, umlaufenden Aussparung 13 versehenF i g. 3 shows a vertical section through the adjusting device according to FIG. 2. The windings 3b are fed with current via connections 11 and 12 and are connected together in accordance with the windings 3a in such a way that the direction of current flow through adjacent windings is opposite in each case. The direction of current flow and the magnetic fields generated by windings 3a and 3b are shown in FIG. 3 indicated By alternately feeding the windings 3a and 3b , a lifting movement of the armature 5 in FIG. 3 to the left or to the right can be achieved. The dimensioning of the air space 10 and the thickness S of the disk-shaped anchor 5 is to be selected in accordance with the above explanation. The supply of the windings 3a via the connections 8 and 9 causes the armature 5 made of magnetically conductive material to be attracted in the direction of the further stationary part 2, while the supply of the windings 3b via the connections 11 and 12 attracts the armature 5 in the direction of the stationary part 1. The width or size of the air space 10 in the direction of the axis of the actuator 6 also serves to define or limit the stroke movements of the armature 5. The annular member 4 preferably has the same outer diameter as the stationary Parts 1 and 2 and serves as a spacer element to determine the width of the air space between the stationary parts 1 and 2. Preferably, the stationary parts 1 and 2 can circumferentially on the surface facing the armature 5 with a thickness c'is ring-shaped member 4 corresponding, circumferential recess 13 provided

Claims

Patent claims:

1. Electromagnetic actuator, consisting of a cylindrical stationary part made of magnetically conductive material with windings embedded therein on one end face and made of a centrally arranged and axially displaceable actuator guided in the one stationary part with a disc-shaped armature axially opposite the windings, characterized in that that another cylindrical stationary part (2) made of magnetically conductive material over an annular, the armature (5) circumferentially surrounding intermediate member (4) made of electrically and magnetically non-conductive material with the one stationary part (1) is connected, the armature (5) between the stationary parts (1,2) is arranged and the actuator (6) is also centrally and axially displaceable in the further stationary part (2) is led

2. Electromagnetic actuating device according to claim 1, characterized in that windings {3b) are also embedded in the further stationary part (2) on its end face facing the armature (5).