DE3005921A1

DE3005921A1 - Monostable rotary armature system - uses soft magnetic armature with inserted permanent magnet having pole which is adjacent armature pole

Info

Publication number: DE3005921A1
Application number: DE19803005921
Authority: DE
Inventors: Günther 4950 Minden Rose
Original assignee: Harting Electronics GmbH and Co KG
Current assignee: Harting Electronics GmbH and Co KG
Priority date: 1980-02-16
Filing date: 1980-02-16
Publication date: 1981-09-03

Abstract

The system is used in electromagnetic drives and has a rotatable armature between two electromagnetically excitable poles. In such systems it is desirable to hold the armature in defined rest position, while it can be moved into operational position by an electromagnetic force. After the latter has ceased to operate, the armature returns back to its rest position. The soft magnetic rotary armature (6) is fitted with at least one inserted permanent magnet (7), whose pole is arranged directly next to a soft magnetic pole (14) of the rotary armature. If the armature is of rotation symmetrical type, two permanent magnets (7,7') are used, in NS-NS polarity direction, with the interposition of a soft magnetic armature section (15). Stops (11,11') may be used to limit the armature angle of rotation.

Description

Monostabiles Drehankersystem Monostable swivel anchor system

Die Erfindung betrifft ein monostabiles Drehankersystem zur Verwendung in elektromechanischen Antrieben mit einem zwischen zwei elektromagnetisch erregbaren Polen drehend beweglichen Anker.The invention relates to a monostable rotating anchor system for use in electromechanical drives with one between two electromagnetically excitable Pole rotating movable armature.

Bei derartigen monostabilen Magnetsystemen ist es erforderlich den Anker mittels einer Haltekraft in einer definierten Ruhelage festzuhalten, während der Anker durch eine elektromagnetische Kraft in die Arbeitslage bewegbar ist. Dabei kehrt der Anker nach Fortfall der elektromagnetischen Krafteinwirkung in die Ausgangslage (Ruhelage) zurück.In such monostable magnet systems, it is necessary to Hold anchor by means of a holding force in a defined rest position while the armature can be moved into the working position by an electromagnetic force. Included the armature returns to its starting position after the electromagnetic force has ceased to exist (Rest position) back.

Es ist bekannt zur Erfüllung dieser Erfordernisse den Anker mit einer Rückstellfeder zu versehen, die ihn in einer definierten Ruhelage festhält. Dabei ist jedoch, bedingt durch die Federkennlinie, die Rückstellkraft in der Ruhelage am geringsten, während sie in der durch elektromagnetische Krafteinwirkung erzielten Arbeitslage am größten ist. Diese vergrößerte Rückstellkraft bewirkt jedoch eine Verringerung der nutzbaren Hubarbeit des Magnetsystems.It is known to meet these requirements, the anchor with a To provide return spring that holds it in a defined rest position. Included however, due to the spring characteristic, the restoring force is in the rest position lowest, while they achieved by electromagnetic force Work situation is greatest. However, this increased restoring force causes a Reduction of the usable lifting work of the magnet system.

Weiterhin sind M-agnetsysteme bekanntgeworden, die zur Erzielung der Haltekraft in der Ruhelage eine permanentmagnetische Haltekraft verwenden. Dabei sind diese Magnetsysteme so aufgebaut, daß im feststehenden Teil des Magnetsystems mindestens ein Permanentmagnet im Magnetkreis so angeordnet ist, daß seine permanentmagnetische Kraftwirkung den beweglichen Anker in einer definierten Ruhelage festhält.Furthermore, M-agnetsysteme have become known to achieve the Holding force in the rest position use a permanent magnetic holding force. Included these magnet systems are constructed in such a way that in the fixed part of the magnet system at least one permanent magnet is arranged in the magnetic circuit so that its permanent magnetic Force effect holds the movable armature in a defined rest position.

Um den Anker in die Arbeitslage zu bewegen, ist bei diesen Magnetsystemen eine elektrische Spule so angeordnet, daß diese nach ihrer Erregung eine elektromagnetische Kraft erzeugt, die der permanentmagnetischen Kraftrichtung entgegengesetzt ist und den Anker in seine Arbeitslage bewegt.To move the armature into the working position, is with these magnet systems an electrical coil arranged so that this after its excitation an electromagnetic Generates force that is opposite to the permanent magnetic force direction and moves the anchor into its working position.

Derartige Magnetsysteme sind üblicherweise so aufgebaut, daß der elektromagnetische Fluß durch den im Magnetkreis angeordneten Permanentmagneten verläuft. Dabei sind die einzelnen Teile des Magnetsystems miteinander durch Klebung verbunden.Such magnet systems are usually constructed so that the electromagnetic Flux runs through the permanent magnet arranged in the magnetic circuit. Are there the individual parts of the magnet system are connected to one another by gluing.

Aufgrund der geringen Permeabilität des Permanentmagnetwerkstoffes sind bei dieser Anordnung jedoch hohe elektrische Magnetisierungsströme erforderlich. Da die Permanentmagnete mit relativ großen Maßtoleranzen gefertigt werden, ist es weiterhin erforderlich, das derart aufgebaute Magnetsystem nach dem Einbringen des Permanentmagneten in aufwendigen Arbeitsgängen zu justieren, um die vorhandenen Fertigungstoleranzen auszugleichen.Due to the low permeability of the permanent magnet material However, high electrical magnetizing currents are required in this arrangement. Since the permanent magnets are manufactured with relatively large dimensional tolerances, it is still required, the magnet system constructed in this way after the introduction of the To adjust permanent magnets in complex operations to the existing Compensate for manufacturing tolerances.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, den permanentmagnetischen Teil des Magnetsystems so in das System zu integrieren, daß dieser ohne aufwendige Montage- und Justierarbeiten eingefügt werden kann. Weiterhin wird die Forderung nach geringer Ansprechleistung bei dennoch möglichst hoher permanentmagnetischer Haltekraft gestellt, ferner soll das Magnetsystem im Betrieb möglichst unempfindlich gegen Streueinflüsse benachbarter ferromagnetischer Bauteile sein.The invention is based on the object of creating a possibility to integrate the permanent magnetic part of the magnet system into the system, that this can be inserted without complex assembly and adjustment work. Farther the demand for a low response power with the highest possible permanent magnetic power Holding force provided, furthermore, the magnet system should be as insensitive as possible during operation be against stray influences of neighboring ferromagnetic components.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß. der Drehanker aus weichmagnetischem Werkstoff mit mindestens einem eingesetzten Permanentmagneten versehen ist, wobei der permanentmagnetische Pol unmittelbar neben einem weichmagnetischen Pol des Drehankers angeordnet ist.This object is achieved according to the invention in that. the swivel anchor Made of soft magnetic material with at least one permanent magnet inserted is provided, the permanent magnetic pole immediately next to a soft magnetic pole Pole of the rotating armature is arranged.

Zur weiteren Erhöhung der permanentmagnetischen Haltekraft, sowie der elektromagnetischen Anzugskraft sieht eine weitere Ausbildung der Erfindung vor, daß in einem rotationssymmetrischen Drehanker zwei Permanentmagnete mit der Polaritätsrichtung NS-NS unter Zwischenschaltung eines Abschnittes des weichmagnetischen Ankerteils angeordnet sind.To further increase the permanent magnetic holding force, as well the electromagnetic attraction force provides a further embodiment of the invention before that in a rotationally symmetrical rotating armature two permanent magnets with the Polarity direction NS-NS with the interposition of a section of the soft magnetic armature part are arranged.

Um das Magnetsystem an den Kennlinienverlauf des mechanischen Antriebes anzupassen, sind nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung die äußeren Polflächen der Permanentmagnete in der Nähe des Bewegungsradius der weichmagnetischen Ankerpole durch Neigung und/oder Veränderung des Abstandes der Polflächen zu diesem Bewegungsradius an den Verlauf der Drehmomentkennlinien anpaßbar.To the magnet system to the characteristic curve of the mechanical drive adapt, are according to a further embodiment of the invention, the outer pole faces the permanent magnets in the vicinity of the radius of movement of the soft magnetic armature poles by inclination and / or changing the distance between the pole faces and this radius of motion adaptable to the course of the torque characteristics.

Zur Erzielung von exakt vorbestimmten Drehwinkeln des Drehankers sind nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung zur Begrenzung des Drehwinkels des Ankers Anschläge vorgesehen.To achieve exactly predetermined angles of rotation of the rotating armature are according to a further embodiment of the invention to limit the angle of rotation of the Anchor stops provided.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.An embodiment of the invention is shown in the drawing and is described in more detail below.

Es zeigen Fig. 1 die Ansicht des Drehankersystems im Teilschnitt mit abgenommener Gehäuseschale und Fig. 2 die Seitenansicht des Drehankersystems im Schnitt.1 shows the view of the swivel anchor system in partial section removed housing shell and FIG. 2 shows the side view of the rotating armature system in Cut.

Das in der Zeichnung dargestellte Drehankersystem besteht aus den Gehäuseschalen 1,2, der Magnetspule 3, dem Magnetkern 4, den Flußleitstücken 5,5' und dem Drehanker 6.The rotating anchor system shown in the drawing consists of the Housing shells 1,2, the magnet coil 3, the magnet core 4, the flux guide pieces 5,5 ' and the swivel anchor 6.

Der im vorliegenden Ausführungsbeispiel rotationssymmetrische Drehanker ist aus weichmagnetischem Material hergestellt und mit in Ausnehmungen angeordneten Permanentmagneten 7,7' versehen. Die Lagerung des Drehankers erfolgt über die Zapfen 8 in entsprechenden Bohrungen der Gehäuseschalen. Weiterhin ist der Drehanker mit einem vorzugsweise angeformten unmagnetischen Kraft-Abgriffsteil 9 versehen, welches durch die Ausnehmung 10 der Gehäuseschalen nach außen ragt. Dabei bilden die seitlichen Begrenzungsflächen dieser Ausnehmungen die Anschlagflächen 11,11' für die Drehwinkelbegrenzung des Drehankers.The rotating armature, which is rotationally symmetrical in the present exemplary embodiment is made of soft magnetic material and arranged in recesses Permanent magnets 7.7 'provided. The pivot armature is supported by the pin 8 in corresponding holes in the housing shells. Furthermore, the swivel anchor is with a preferably molded non-magnetic force pick-off part 9, which protrudes through the recess 10 of the housing shells to the outside. The lateral Boundary surfaces of these recesses, the stop surfaces 11, 11 ' for the rotation angle limitation of the swivel armature.

Bei der Herstellung eines derartigen Magnetsystemes wird der elektromagnetische Teil, bestehend aus Magnetspule 3, Magnetkern 4 und vorteilhafterweise angenieteten Flußleiterstücken 5,5" in die mit entsprechenden Konturen versehene Gehäuseschale 1 eingelegt. Dabei werden die oberen Endbereiche der Flußleitstücke hinter im Inneren der Gehäuseschale angeordnete Vorsprünge 12,12' geschoben. Durch den konstruktiv vorgegebenen Abstand dieser Vorsprünge wird ein genau definierter Abstand der Flußleitstücke im Bereich des Drehankers erzielt.In the manufacture of such a magnet system, the electromagnetic Part consisting of magnetic coil 3, magnetic core 4 and advantageously riveted Flux conductor pieces 5.5 "in the housing shell provided with the corresponding contours 1 inserted. The upper end areas of the flux guide pieces are behind in the interior the housing shell arranged projections 12,12 'pushed. Through the constructive predetermined distance between these projections is a precisely defined distance between the flux guide pieces achieved in the area of the swivel anchor.

Die Herstellung der Gehäuseschalen als Kunststoff-Formspritzteil ermöglicht eine hohe reproduzierbare Maßgenauigkeit.The production of the housing shells as a plastic injection-molded part makes it possible high reproducible dimensional accuracy.

Der in der Fig. 1 dargestellte Drehanker 6 ist mit zwei Permanentmagneten 7,7', deren Magnetisierungsachsen auf einer gemeinsamen Achse liegen, versehen und die in ihrer Größe entsprechenden Ausnehmungen des weichmagnetischen Drehankers eingeklebt sind. Dabei wird die Dicke der Permanentmagneten quer zur Magnetisierungsrichtung zur Erzielung eines maximalen Energieinhaltes vorzugsweise entsprechend der Dicke des weichmagnetischen Teils des Drehankers gewählt. Durch die Anordnung der Permanentmagnete in NS-NS-Richtung , wie in der Fig. 1 dargestellt, verläuft in der Ruhelage des Magnetsystems der magnetische Fluß ausgehend vom Nordpol "N" des Permanentmagneten 7 über den Luftspalt 13, das Flußleitstück 5, den Magnetkern 4, das Flußleitstück 5' und den Luftspalt 13' zum Südpol S" des Permanentmagneten 7'. Innerhalb des Magnetankers 6 erfolgt der Flußverlauf entsprechend vom Nordpol "N" des Permanentmagneten 7' über das weichmagnetische Mittelteil 15 des Drehankers zum Südpol 5" des Permanentmagneten 7.The rotating armature 6 shown in FIG. 1 has two permanent magnets 7,7 ', the magnetization axes of which lie on a common axis, and the corresponding size of the recesses of the soft magnetic rotating armature are glued in. The thickness of the permanent magnets is perpendicular to the direction of magnetization to achieve a maximum energy content, preferably according to the thickness of the soft magnetic part of the armature selected. Due to the arrangement of the permanent magnets in NS-NS direction, as shown in Fig. 1, runs in the rest position of the Magnet system the magnetic flux starting from the north pole "N" of the permanent magnet 7 over the air gap 13, the flux guide 5, the magnetic core 4, the flux guide 5 'and the air gap 13' to the south pole S "of the permanent magnet 7 '. Inside the magnet armature 6 the course of the flux takes place accordingly from the north pole "N" of the permanent magnet 7 ' Via the soft magnetic middle part 15 of the rotating armature to the south pole 5 ″ of the permanent magnet 7th

Durch die permanentmagnetische Kraftwirkung wird sich nunmehr eine Kraft ausbilden, die den wirksamen Teil des Luftspaltes zu verringern sucht und dem Drehanker eine Drehkomponente erteilt, die ihn in der gezeichneten Ruhelage festhält. Dabei wird das Abgriffsteil 9 gegen den Anschlag 11' gezogen.The permanent magnetic force now creates a Develop force that seeks to reduce the effective part of the air gap and the rotating armature is given a rotating component that puts it in the drawn rest position holds on. The pick-up part 9 is pulled against the stop 11 '.

Bei der Bestromung der Magnetspule 3 mit einem elektrischen Strom, der so gerichtet ist, daß das Flußleitstück 5' im Bereich des Drehankerpoles einen elektromagnetischen Südpol und das Flußleitstück 5 einen elektromagnetischen Nordpol bildet, verläuft der elektromagnetische Fluß ebenfalls über die Flußleitstücke 5,5', den Magnetkern 4, die Luftspalte 13,13' und über den Drehanker &.When energizing the solenoid 3 with an electric current, which is directed so that the Flußleitstück 5 'in the area of the rotating armature pole a electromagnetic south pole and the flux guide piece 5 an electromagnetic north pole forms, the electromagnetic flux also runs over the flux guide pieces 5,5 ', the magnetic core 4, the air gaps 13, 13 'and via the rotating armature &.

Durch die sich gegenüberstehenden, nunmehr gleichnamigen Magnetpole (Permanentmagnetpole und elektromagnetische Magnetpole der Flußleitstücke) erfolgt nun eine gegenseitige Abstoßung der Magnetpole und der Drehanker erhält eine Drehkomponente, die den Luftspalt zu vergrößern sucht.By the opposing, now eponymous magnetic poles (Permanent magnetic poles and electromagnetic magnetic poles of the flux guide pieces) now a mutual repulsion of the magnetic poles and the rotating armature receives a rotating component, which seeks to enlarge the air gap.

Der Drehanker wird nunmehr in die entgegengesetzte Richtung bewegt, bis sich die weichmagnetischen Polteile 14,14' unter Bildung eines möglichst geringen Luftspaltes, und die elektromagnetischen Pole der Flußleitstücke gegenüberstehen.The pivot armature is now moved in the opposite direction, until the soft magnetic pole parts 14, 14 'with the formation of as little as possible Air gap, and face the electromagnetic poles of the flux guide pieces.

Dabei kommt der Ankerabgriff 9 an der Anschlagkante 11 des Gehäusedurchbruches 10 zur Anlage und begrenzt den Drehwinkel des Drehankers Gleichzeitig wird durch diese Maßnahme ein Uberschwingen des Drehankers über den vorbestimmten Arbeitswinkel (Arbeitshub) hinaus verhindert.The anchor tap 9 comes to the stop edge 11 of the housing opening 10 to the plant and limits the angle of rotation of the rotating armature at the same time is through this measure causes the rotating armature to overshoot beyond the predetermined working angle (Working stroke) prevented.

Durch Änderung der geometrischen Anordnung der Permanentmagnete in dem Drehanker können unterschiedliche Drehmomentkennlinien des Magnetsystemes durch einfaches Auswechseln des jeweiligen Drehankers erzielt werden. Beispielsweise erhält man eine Variation der Drehmoment-Kennlinie durch Veränderung des Abstandes (Arbeitsluftspalt) der Permanentmagnetpole zu den jeweiligen Polbereichen der Flußleitstücke. Weiterhin kann durch achsparalleles Versetzen der Magnetisierungsachsen der Permanentmagnete 7,7' und/oder durch Anordnung der Magnetisierungsachsen in einem bestimmten Winkel zueinander ein an den jeweiligen Anwendungsfall angepaßter Drehmoment-Kennlinienverlauf erhalten werden.By changing the geometric arrangement of the permanent magnets in The rotating armature can achieve different torque characteristics of the magnet system easy replacement of the respective swivel anchor can be achieved. For example, receives a variation of the torque characteristic curve by changing the distance (working air gap) of the permanent magnet poles to the respective pole areas of the flux guide pieces. Farther can be achieved by offsetting the magnetization axes of the permanent magnets parallel to the axis 7.7 'and / or by arranging the magnetization axes at a certain angle to each other a torque characteristic curve adapted to the respective application can be obtained.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die magnetischen Widerstände in den einzelnen Abschnitten des Magnetkreises möglichst gleichmäßig und insgesamt gering gehalten sind.The advantages achieved with the invention exist in particular in this, that the magnetic resistances in the individual sections of the magnetic circuit are kept as uniform as possible and overall small.

Dadurch ergibt sich zusätzlich zur optimalen Ausnutzung der in das System eingebrachten elektrischen Leistung, daß das Magnetsystem im Betrieb unempfindlich gegen die Streubeeinflussung durch benachbarte ferromagnetische Teile ist.In addition to the optimal utilization of the in the System introduced electrical power that the magnet system is insensitive during operation against the influence of scattering by neighboring ferromagnetic parts.

Durch die formgebundenen funktionswichtigen Maße ist weiterhin keinerlei Justage bei der Montage eines derartigen Magnetsystems erforderlich.Due to the shape-related, functionally important dimensions, there is still no Adjustment required when assembling such a magnet system.

Durch die wenigen, unkomplizierten Einzelteile des erfindungsgemäßen Drehankersystems, die in ein Kunststoff-Schalengehäuse, welches vorzugsweise aus zwei identischen Halbschalen besteht, eingelegt werden, ergibt sich der Vorteil eines äußerst preisgünstig herzustellenden Magnetsystems.Due to the few, uncomplicated individual parts of the invention Rotary anchor system, which is in a plastic shell housing, which is preferably made of two identical half-shells are inserted, there is the advantage an extremely inexpensive to manufacture magnet system.

Alle Merkmale, die in der vorstehenden Beschreibung erwähnt und/oder in der Zeichnung dargestellt sind, sollen, sofern der bekannte Stand der Technik dies zuläßt, für sich allein oder in beliebigen Kombinationen oder Teilkombinationen als erfindungswesentlich angesehen werden, auch wenn sie in den Ansprüchen nicht enthalten sind.All features mentioned in the preceding description and / or are shown in the drawing, provided that the known state of the art this allows, on its own or in any combination or partial combination are regarded as essential to the invention, even if they are not in the claims are included.

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Claims

Monostable swivel anchor system PATENT CLAIMS Monostable swivel anchor system for use in electromagnetic drives with one between two electromagnetic excitable poles rotatably movable armature, characterized in that the rotating armature (6) made of soft magnetic material with at least one permanent magnet inserted (7) is provided, the permanent magnetic pole immediately next to a soft magnetic pole Pole (14) of the rotating armature is arranged.

2. Rotary anchor system according to claim 1, characterized in that in a rotationally symmetrical rotating armature (6) two permanent magnets (7,7 ') with the Polarity direction NS - NS with the interposition of a section (15) of the soft magnetic Armature part are arranged.

3. Rotary anchor system according to claim 1 or 2, characterized in that that the outer pole faces of the permanent magnets are close to the radius of motion the soft magnetic armature poles (14, 14 ') by inclination and / or change of the Distance of the pole faces to this radius of motion on the course of the torque characteristics are customizable.

4. Rotary anchor system according to claim 1 or the following, characterized in that that stops (11, 11 ') are provided to limit the angle of rotation of the armature.