Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft das Gebiet elektromagnetischer Linearaktoren, beispielsweise zum Spannen und Halten von Federn in Federspeicherantrieben.The invention relates to the field of electromagnetic linear actuators, for example for clamping and holding springs in spring-loaded actuators.
Hintergrundbackground
Die Wirkungsweise von elektromagnetischen Aktoren beruht auf der Wirkung der Lorentzkraft und der Reluktanzkraft (auch Maxwellsche Kraft).The mode of action of electromagnetic actuators is based on the effect of the Lorentz force and the reluctance force (also Maxwell's force).
Aktoren, die in der Art eines Hubmagneten aufgebaut sind können zum Betätigen von Maschinenhebeln, Ventilen, Schiebern, Schalten, etc. verwendet werden. Hubmagnete sind Elektromagnete umfassend Anker, Stator und Spule(n). Sie vermögen bei geringer Leistungsaufnahme große Haltekräfte zu erzeugen und sind von einfachem und robustem Aufbau. Bei großen Hüben ist ihre elektrische Effizienz allerdings wegen des mit dem großem Hub verbundenen großen Luftspalts gering. In einfachster Näherung (kein Streufeld, keine Sättigung) ist der zur Erzeugung einer bestimmten Kraft erforderliche Strom proportional zur Länge des Luftspalts, und die Verlustleistung steigt quadratisch mit dem Strom. Die tatsächlichen Verhältnisse sind sogar noch ungünstiger. Wegen der hohen Verlustleistung vermögen langhubige Hubmagnete in der Regel selbst dann nur geringe Anfangskräfte (im Vergleich zur Haltekraft) zu erzeugen, wenn die elektrische Effizienz für die Anwendung unerheblich ist. Die Grenze ist gegeben durch die thermische Belastbarkeit. Hubmagnete werden z. B. dann als ”langhubig” bezeichnet, wenn der maximale Hub h des Ankers (relativ zum Stator) in der Größenordnung h = sgrt(A) liegt, wobei A die Querschnittsfläche des Ankers bezeichnet. Die angegebene Definition darf jedoch nur als Richtwert verstanden werden. Im Allgemeinen ist die Realisierung einer über den gesamten Stellweg annähernd konstanten Aktor-Kraft bei größeren Stellwegen ungleich schwieriger als bei kleinen. Die hohe Haltekraft wirkt nur bei einem Luftspalt von annähernd null.Actuators, which are constructed in the manner of a solenoid can be used for operating machine levers, valves, sliders, switching, etc. Solenoids are electromagnets comprising armature, stator and coil (s). They are able to generate high holding power with low power consumption and are of simple and robust construction. At high strokes, however, their electrical efficiency is low because of the large air gap associated with the large stroke. In the simplest approximation (no stray field, no saturation) the current required to produce a certain force is proportional to the length of the air gap, and the power loss increases quadratically with the current. The actual conditions are even less favorable. Because of the high power loss long-stroke solenoids are usually able to generate even low initial forces (compared to the holding force), even if the electrical efficiency for the application is irrelevant. The limit is given by the thermal capacity. Solenoids are z. B. referred to as "long-stroke" when the maximum stroke h of the armature (relative to the stator) in the order h = sgrt (A), where A denotes the cross-sectional area of the armature. However, the specified definition should only be taken as a guide. In general, the realization of an actuator force that is approximately constant over the entire travel range is much more difficult with larger travel ranges than with small travel ranges. The high holding force acts only at an air gap of approximately zero.
Durch geeignete geometrische Auslegung von Anker und Rahmen kann die Kraft-Weg-Kennlinie eines Hubmagneten derart beeinflusst (wird als Kennlinienbeeinflussung bezeichnet) werden, dass die auf den Anker wirkende Reluktanzkraft annähernd unabhängig vom Weg wird. Derartige Aktoren werden als ”Proportionalmagneten” bezeichnet. Wenn die Magnetkraft auf den Anker gegen die Rückstellkraft einer Feder wirkt, ist kann bei geeigneter Auslegung die Position des Ankers proportional zum Ankerstrom sein. Bei langen Hüben liefern Proportionalmagnete aber nur verhältnismäßig geringe Kräfte. Außerdem können Proportionalmagneten in angezogenem Zustand nur vergleichsweise kleine Haltekräfte erzeugen (verglichen mit Hubmagneten ohne Kennlinienbeeinflussung).By appropriate geometric design of armature and frame, the force-displacement characteristic of a solenoid can be so influenced (is referred to as characteristic control) that the reluctance force acting on the armature is approximately independent of the path. Such actuators are referred to as "proportional magnets". If the magnetic force acts on the armature against the restoring force of a spring, the position of the armature can be proportional to the armature current with a suitable design. For long strokes, however, proportional solenoids provide only relatively small forces. In addition, proportional solenoids in the attracted state can only generate comparatively small holding forces (compared to solenoids without characteristic influencing).
Eine andere Art von elektromagnetischen Linearaktoren sind nach Art einer Tauchspule aufgebaut und werden auch als elektrodynamische Aktoren bezeichnet. Im Vergleich zu Hubmagneten sind Tauchspulen empfindlichere und aufwendigere Konstruktionen. Zwar können geeignet konstruierte Tauchspulen über den gesamten Hub nahezu gleich bleibend große Kräfte erzeugen, diese müssen aber von der freistehenden und vergleichsweise filigranen Spule aufgenommen werden. Die Kühlung von Tauchspulen kann eine technische Herausforderung darstellen, da die Spule beweglich aufgehängt werden muss und zum Erreichen einer hohen Dynamik möglichst leicht sein soll. (Als Beispiel sei ein elektrodynamischer Lautsprecher genannt). Sie kann daher oftmals nicht mit einer (massiven) Wärmesenke fest verbunden werden. Des Weiteren sind Tauchspulen im Gegensatz zu Hubmagneten nicht in der Lage, mit geringen Strömen große (Halte-)Kräfte zu generieren. Für Anwendungen, in denen bei möglichst geringer Leistungsaufnahme eine große (Halte-)Kraft aufrecht erhalten werden soll, sind sie weniger geeignet.Another type of electromagnetic linear actuators are constructed in the manner of a plunger coil and are also referred to as electrodynamic actuators. In comparison to solenoids, immersion coils are more sensitive and expensive designs. Although suitably designed plunger coils can generate almost constant large forces over the entire stroke, but they must be absorbed by the freestanding and comparatively filigree coil. The cooling of plunger coils can be a technical challenge, since the coil has to be suspended in a mobile manner and should be as light as possible for achieving high dynamics. (An example is an electrodynamic loudspeaker). It can therefore often not be firmly connected to a (massive) heat sink. Furthermore, immersion coils, in contrast to lifting magnets, are not able to generate large (holding) forces with low currents. For applications in which a large (holding) force is to be maintained with the lowest possible power consumption, they are less suitable.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen elektrischen Linearantrieb zu finden, der ähnlich hohe Haltekräfte erzeugen kann wie ein Hubmagnet (ohne Kennlinienbeeinflussung), jedoch auch bei langen Hüben über den gesamten Stellweg eine Kraft in der Größenordnung der Haltekraft erzeugt.The object underlying the invention is to find an electric linear drive that can produce similar high holding forces as a solenoid (without characteristic control), but also generates a force in the order of magnitude of the holding force for long strokes over the entire travel.
ZusammenfassungSummary
Die oben genannte Aufgabe wird durch einen elektromagnetischen Linearaktor gemäß Anspruch 1 gelöst. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.The above object is achieved by an electromagnetic linear actuator according to claim 1. Different embodiments of the present invention are subject of the dependent claims.
Es wird im Folgenden ein elektromagnetischer Linearaktor beschrieben. Gemäß einem Beispiel der Erfindung umfasst der Linearaktor einen Rahmen (Stator), der zumindest teilweise aus ferromagnetischem Material besteht; einen Anker, der zumindest teilweise aus ferromagnetischem Material besteht und der an dem Rahmen derart gelagert ist, dass der Anker entlang einer Längsachse relativ zum Rahmen bewegbar ist. Anker und Rahmen sind derart ausgebildet, dass entlang der Längsachse in einer offenen Position ein Spalt zwischen Anker und Rahmen vorliegt und in einer geschlossenen Position Anker und Rahmen aneinander anliegen, sodass der Spalt geschlossen ist. Eine erste Ankerspule ist mit dem Anker derart verbunden, dass eine auf die erste Ankerspule wirkende Kraft auf den Anker übertragbar ist. Der Linearaktor umfasst des Weiteren Mittel zum Erzeugen eines Erreger-Magnetfeldes, das zumindest teilweise durch Rahmen und Anker geführt und derart gerichtet ist, dass auf die erste Ankerspule, wenn sie bestromt ist, eine Kraft wirkt, die auf den Anker übertragen wird, um den Spalt zu schließen. Rahmen, Anker und Erreger-Magnetfeld sind dabei derart ausgebildet, dass bei geschlossenem Spalt zwischen Rahmen und Anker eine Haltekraft wirkt.An electromagnetic linear actuator will be described below. According to one example of the invention, the linear actuator comprises a frame (stator) which is at least partially made of ferromagnetic material; an armature which is at least partially made of ferromagnetic material and which is mounted on the frame such that the armature is movable along a longitudinal axis relative to the frame. Anchor and frame are formed such that there is a gap between anchor and frame along the longitudinal axis in an open position, and in a closed position anchor and frame abut each other so that the gap is closed. A first armature coil is connected to the armature such that a force acting on the first armature coil force on the Anchor is transferable. The linear actuator further comprises means for generating a field magnetic field at least partially guided by the frame and armature and directed such that the first armature coil, when energized, acts on a force transmitted to the armature To close the gap. Frame, armature and excitation magnetic field are designed such that when the gap between the frame and anchor a holding force acts.
Im Vergleich zu einem normalen Elektromagneten (Hubmagneten ohne Kennlinienbeeinflusung) bieten Linearaktoren gemäß der vorliegenden Erfindung den Vorteil, dass über den gesamten Stellweg eine Kraft in der Größenordnung der Haltekraft erzeugt werden kann. Dies kann gemäß dem oben erläuterten Beispiel erreicht werden, indem eine oder mehrere auf den Anker gewickelte Spule(n) zusätzlich zu der auf den Anker wirkenden Reluktanzkraft Kraft auf den Anker übertragen, diesen also gleichsam „anschieben”, wenn die Reluktanzkraft des Ankers wegen des weit geöffneten Luftspalts noch gering ist.In comparison with a normal electromagnet (lifting magnet without characteristic influencing), linear actuators according to the present invention offer the advantage that a force of the order of magnitude of the holding force can be generated over the entire travel. This can be achieved according to the above-described example by one or more of the armature wound coil (s) in addition to the force acting on the armature reluctance force on the armature, so to speak "push" when the reluctance force of the armature because of wide open air gap is still low.
Gemäß einem Beispiel der Erfindung bilden Anker und Rahmen zusammen mit dem Spalt (als sogenannter Luftspalt) einen Magnetkreis, in dem das Erreger-Magnetfeld geführt wird. Dabei kann die erste Ankerspule selbst als Mittel zum Erzeugen eines Erreger-Magnetfeldes dienen, wobei die Ankerspule derart am Anker angeordnet ist, dass sie zumindest teilweise neben dem Luftspalt liegt. Die die Ankerspule kann dabei derart am Anker angeordnet sein und Rahmen und Anker können derart ausgestaltet sein, dass in der geöffneten Position des Ankers sich das Erreger-Magnetfeld in radialer Richtung quer zur Längsachse konzentriert und die Ankerspule in radialer Richtung durchsetzt.According to one example of the invention, the armature and the frame together with the gap (as so-called air gap) form a magnetic circuit in which the exciter magnetic field is guided. In this case, the first armature coil itself serve as a means for generating a field magnetic field, wherein the armature coil is arranged on the armature such that it is at least partially adjacent to the air gap. The armature coil can in this case be arranged on the armature and frame and armature can be configured such that in the open position of the armature, the excitation magnetic field concentrates in the radial direction transversely to the longitudinal axis and the armature coil passes through in the radial direction.
Gemäß einem weiteren Beispiel der Erfindung umfassen die Mittel zum Erzeugen des Erregerfeldes neben der ersten Ankerspule eine dieser zugeordneten, mit dem Rahmen mechanisch verbundene Erregerspule, wobei die erste Ankerspule und die zugehörige Erregerspule, wenn sie bestromt sind, für sich gegensinnige Magnetfelder erzeugen. Zumindest in der geöffneten Position führt eine Überlagerung dieser Magnetfelder zu einem radialen (quer zur Längsrichtung) magnetischen Fluss (das Erregerfeld), der mit der ersten Ankerspule in Wechselwirkung treten kann. In der geöffneten Position sind die erste Ankerspule und die ihr zugeordnete Erregerspule derart benachbart angeordnet, dass bei bestromten Spulen das Erregerfeld mit der ihm zugeordneten erste Ankerspule derartin Wechselwirkung tritt, dass auf die erste Ankerspule eine den Spalt schließende Kraft in Längsrichtung wirkt.According to a further example of the invention, the means for generating the excitation field next to the first armature coil comprise an associated, mechanically connected to the frame excitation coil, wherein the first armature coil and the associated exciter coil, when energized, generate for opposing magnetic fields. At least in the open position, a superposition of these magnetic fields results in a radial (transverse to the longitudinal) magnetic flux (the exciter field) that can interact with the first armature coil. In the open position, the first armature coil and its associated exciter coil are arranged adjacent to each other such that when energized coils, the exciter field interacts with its associated first armature coil such that acts on the first armature coil, a force closing the gap in the longitudinal direction.
Die am Rahmen angeordneten Erregerspule(n) kann (können) auch durch Permanentmagnete ersetzt werden. Des weiteren können mehrere Paare (Ankerspule und zugehörige Erregerspule) in einem Aktor hintereinander geschaltet sein. Zusätzlich oder alternaiv kann eine Ankerspule vorgesehen sein, die – wie oben erwähnt – ihr Erregerfeld selbst erzeugt. Schließlich kann am Rahmen eine Haltespule angeordnet sein, die bei geschlossenem Spalt eine Haltekraft erzeugt. Auch die Haltespule kann durch Permanentmagnete ersetzt werden.The excitation coil (s) arranged on the frame can also be replaced by permanent magnets. Furthermore, a plurality of pairs (armature coil and associated exciter coil) may be connected in series in an actuator. Additionally or alternatively, an armature coil can be provided, which - as mentioned above - generates its excitation field itself. Finally, a holding coil can be arranged on the frame, which generates a holding force when the gap is closed. The holding coil can also be replaced by permanent magnets.
Da die Kraft des Aktors über den gesamten Stellweg – im Gegensatz zu gewöhnlichen Hubmagneten – in der Größenordnung der Haltekraft liegen kann, ist der Aktor insbesondere zum Spannen von Federn gut geeignet. Die Feder(n) kann (können) dann mittels eines nur geringen Haltestroms oder (bei Verwendung von Permanentmagneten) sogar stromlos im gespannten Zustand gehalten werden.Since the force of the actuator over the entire travel - in contrast to ordinary solenoids - may be on the order of the holding force, the actuator is particularly well suited for tensioning springs. The spring (s) can (then) by means of only a small holding current or (when using permanent magnets) are held even in the energized state in the tensioned state.
Kurzbeschreibung der AbbildungenBrief description of the pictures
Die folgenden Figuren und die weitere Beschreibung soll helfen, die Erfindung besser zu verstehen. Nähere Details, Varianten und Weiterentwicklungen des Erfindungsgedankens werden an Hand von Figuren erläutert, die ein spezielles ausgewähltes Beispiel betreffen. Die Elemente in den Figuren sind nicht unbedingt als Einschränkung zu verstehen, vielmehr wird Wert darauf gelegt, das Prinzip der Erfindung darzustellen. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen korrespondierende Teile.The following figures and the further description should help to better understand the invention. Further details, variants and further developments of the inventive concept will be explained with reference to figures which relate to a specific selected example. The elements in the figures are not necessarily to be construed as limiting, rather value is placed to represent the principle of the invention. In the figures, like reference numerals designate corresponding parts.
1 zeigt einen magnetischen Linearaktor gemäß einem Beispiel der Erfindung in einer geöffneten Endposition (a) und in einer geschlossenen Endposition (b); 1 shows a magnetic linear actuator according to an example of the invention in an open end position (a) and in a closed end position (b);
2 zeigt einen magnetischen Linearaktor gemäß einem weiteren Beispiel der Erfindung in einer geöffneten Endposition (a) und in einer Position während des Stellvorganges (b); 2 shows a magnetic linear actuator according to another example of the invention in an open end position (a) and in a position during the adjusting operation (b);
3 zeigt einen magnetischen Linearaktor, der ähnlich aufgebaut ist wie das Beispiel aus 2, wobei der Aktor in der geschlossenen Endposition (b) gehalten werden kann; 3 shows a linear magnetic actuator constructed similarly to the example 2 wherein the actuator can be held in the closed end position (b);
4 zeigt einen magnetischen Linearaktor gemäß einem weiteren Beispiel der Erfindung in einer geöffneten Endposition (a) und in einer geschlossenen Endposition (b); der Aufbau ähnelt dem Aktor aus 3; 4 shows a magnetic linear actuator according to another example of the invention in an open end position (a) and in a closed end position (b); the structure is similar to the actuator 3 ;
5 zeigt einen magnetischen Linearaktor zum Spannen eines Federspeichers gemäß einem weiteren Beispiel der Erfindung in einer geöffneten Endposition (a) und in einer geschlossenen Endposition (b); der Aufbau ähnelt dem Aktor aus 4, wobei jedoch die Erreger-Magnetfelder durch Permanentmagneten erzeugtwerden; 5 shows a magnetic linear actuator for tensioning a spring accumulator according to another example of the invention in an open end position (a) and in a closed end position (b); the structure is similar to the actuator 4 . however, the excitation magnetic fields are generated by permanent magnets;
6 zeigt einen magnetischen Linearaktor gemäß einem weiteren Beispiel der Erfindung; der Aktor kann als Kombination der Beispiele aus 1 und 2 angesehen werden; und 6 shows a magnetic linear actuator according to another example of the invention; The actor may look like a combination of the examples 1 and 2 be considered; and
7 zeigt einen magnetischen Linearaktor gemäß einem weiteren Beispiel der Erfindung; der Aktor kann als Kombination der Beispiele aus 1 und 3 angesehen werden. 7 shows a magnetic linear actuator according to another example of the invention; The actor may look like a combination of the examples 1 and 3 be considered.
Detaillierte BeschreibungDetailed description
1 ist eine Darstellung eines einfachen Beispiels eines erfindungsgemäßen Linearaktors (1a: offene Position, 1b: geschlossene Position). Die in 1 dargestellte Anordnung ist rotationssymmetrisch (Längsachse 1 als Symmetrieachse). Ein rotationssymmetrischer Aufbau des Aktors ist jedoch nicht zwingend. 1 is a representation of a simple example of a linear actuator according to the invention ( 1a : open position, 1b : closed position). In the 1 The arrangement shown is rotationally symmetrical (longitudinal axis 1 as symmetry axis). However, a rotationally symmetrical structure of the actuator is not mandatory.
Gemäß dem Beispiel aus 1 umfasst der Linearaktor einen Rahmen 10 (im Folgenden auch als ”Stator” bezeichnet) sowie einen Anker 20. Sowohl Anker 20 als auch Stator 10 bestehen zumindest teilweise aus ferromagnetischem, insbesondere weichmagnetischem Material, um magnetische Felder führen zu können. Der Anker 20 ist an dem Stator 10 derart gelagert, dass der Anker 20 entlang der Längsachse 1 relativ zum Stator 10 bewegbar ist. Anker 20 und Stator 10 sind des Weiteren derart ausgebildet, dass entlang der Längsachse 1 zwischen Anker 20 und Stator 10 in einer offenen Position ein Spalt LA zwischen Anker 20 und Stator 10 vorliegt und in einer geschlossenen Position Anker 20 und Stator 10 aneinander anliegen, sodass der Spalt LA geschlossen ist. Mit dem Anker 20 verbunden ist eine erste Ankerspule A. Die Verbindung zwischen Ankerspule A und Anker 20 ist derart, dass die auf die erste Ankerspule A wirkende Kraft auf den Anker 20 übertragbar ist. Eine durch Wechselwirkung zwischen einem Magnetfeld und einem Spulenstrom wirkende Kraft auf die Ankerspule A wirkt folglich auch auf den Anker 20 selbst. Der Linearaktor gemäß dem Beispiel aus 1 umfasst schließlich Mittel zum Erzeugen eines Erreger-Magnetfeldes, das zumindest teilweise durch Stator und Anker geführt und derart gerichtet ist, dass auf die erste Ankerspule 20, wenn sie bestromt ist, eine Kraft FM wirkt, die auf den Anker 20 übertragen wird, um den Spalt LA zu schließen (siehe 1b). Stator 10, Anker 20 und Erreger-Magnetfeld sind dabei derart ausgebildet, dass bei geschlossenem Spalt LA zwischen Stator 20 und Anker 10 eine Haltekraft FH wirkt.According to the example 1 The linear actuator includes a frame 10 (hereinafter also referred to as "stator") and an anchor 20 , Both anchor 20 as well as stator 10 consist at least partially of ferromagnetic, especially soft magnetic material to cause magnetic fields. The anchor 20 is on the stator 10 stored in such a way that the anchor 20 along the longitudinal axis 1 relative to the stator 10 is movable. anchor 20 and stator 10 are further formed such that along the longitudinal axis 1 between anchors 20 and stator 10 in an open position, a gap L A between anchor 20 and stator 10 is present and anchor in a closed position 20 and stator 10 abut each other, so that the gap L A is closed. With the anchor 20 connected to a first armature coil A. The connection between armature coil A and anchor 20 is such that the force acting on the first armature coil A force on the armature 20 is transferable. Consequently, a force acting on the armature coil A by interaction between a magnetic field and a coil current also acts on the armature 20 itself. The linear actuator according to the example 1 Finally, it comprises means for generating a field magnetic field, which is at least partially guided by the stator and armature and directed such that on the first armature coil 20 when energized, a force F M acting on the anchor 20 is transmitted to close the gap L A (see 1b ). stator 10 , Anchor 20 and excitation magnetic field are designed such that when the gap L A between the stator 20 and anchor 10 a holding force F H acts.
Bei der in 1 gezeigten selbsterregten Variante dient die Ankerspule A selbst als Mittel zum Erzeugen des Erreger-Magnetfeldes. Anker 20 und Stator 10 bilden zusammen mit dem Spalt LA (als ”Luftspalt”) einen Magnetkreis, in dem das Erreger-Magnetfeld geführt wird. Die Ankerspule A ist dabei zumindest teilweise neben dem Spalt LA angeordnet. Insbesondere kann die Ankerspule A in einer umlaufenden Nut des Anker angeordnet sein. Die Ankerspule A verläuft in diesem Fall symmetrisch um die Längsachse 1. Im vorliegenden Beispiel wird die Länge d2 des Spalts LA durch den Abstand zwischen einem Absatz 21 des Ankers 20 und einer dem Absatz gegenüberliegenden Stirnfläche des Stators 10 bestimmt.At the in 1 shown self-excited variant, the armature coil A itself serves as a means for generating the exciter magnetic field. anchor 20 and stator 10 form together with the gap L A (as "air gap") a magnetic circuit in which the excitation magnetic field is guided. The armature coil A is at least partially disposed next to the gap L A. In particular, the armature coil A can be arranged in a circumferential groove of the armature. The armature coil A runs in this case symmetrically about the longitudinal axis 1 , In the present example, the length d 2 of the gap L A is the distance between a paragraph 21 of the anchor 20 and an opposite end of the shoulder of the stator 10 certainly.
Gemäß den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung umfasst ein elektromagnetischer Linearaktor einen langgestreckten, an einem Rahmen gelagerten und in axialer Richtung (Längsrichtung 1) bewegbaren Anker sowie eine Erregerspule zur Erzeugung eines magnetischen Flusses (Erreger-Magnetfeld) derart, dass Anker und Rahmen sich nach Art eines Hubmagneten anziehen. Diese anziehende Kraft ist wie bei ”normalen” Hubmagneten die sogenannte Reluktanzkraft, deren axiale Komponente bei konstantem Spulenstrom in Hubmagneten ohne Kennlinienbeeinflussung mit der Luftspaltlänge zumindest quadratisch abnimmt (Bei der Berücksichtigung des Streufeldes ist die Abnahme noch stärker). Praktisch können bei größeren Luftspalten aus diesem Grund mit einem gewöhnlichen Elektromagnet keine großen Kräfte erzeugt werden, bei geschlossenen Luftspalten jedoch wirken große Haltekräfte zwischen dem beweglichen Teil und dem Rahmen. Um über den gesamten Stellweg des beweglichen Ankers eine nennenswerte Kraft in der Größenordnung der Haltekraft des Elektromagneten erzielen zu können, ist mit dem beweglichen Anker eine Ankerspule verbunden, die von dem Erreger-Magnetfeld derart durchsetzt wird bzw. mit diesem derart wechselwirkt, dass – zumindest bei offenem (axialen) Luftspalt LA – auf die Ankerspule eine zusätzliche Kraft (u. a. Lorentzkraft) wirkt, die in die gleiche Richtung wirkt wie die Reluktanzkraft. Anders ausgedrückt, bei offenem (axialen) Luftspalt LA schließt sich das Erregermagnetfeld der Ankerspule A zumindest teilweise über den radialen Luftspalt LB, was dazu führt, dass die Ankerspule A derart mit dem Erregermagnetfeld durchsetzt wird, dass auf diese eine zusätzliche (Lorentz-)Kraft wirkt. Bei geeignetem Design von Rahmen, Anker und Ankerspule erzeugt die Ankerspule ein Erreger-Magnetfeld, das sowohl die zur Erzeugung einer Reluktanzkraft nach Art eines Hubmagneten geeignet ist (d. h. zum Halten des Ankers bei geschlossenem Spalt), als auch zur Beschleunigung des Ankers aufgrund der erwähnten zusätzlichen Kraftwirkung bei offenem Luftspalt. Ein Beispiel dafür ist der bereits weiter oben beschriebene Linearaktor gemäß 1.According to the embodiments of the present invention described herein, an electromagnetic linear actuator comprises an elongated frame mounted and in the axial direction (longitudinal direction 1 ) movable armature and an excitation coil for generating a magnetic flux (excitation magnetic field) such that the armature and frame tighten in the manner of a solenoid. As with "normal" lifting magnets, this attractive force is the so-called reluctance force, whose axial component decreases at least quadratically at constant coil current in solenoids without characteristic influencing with the air gap length (taking into account the stray field, the decrease is even stronger). In practical terms, large air gaps do not generate large forces with a conventional solenoid, but with closed air gaps, large holding forces act between the movable part and the frame. In order to achieve an appreciable force in the order of the holding force of the electromagnet over the entire travel of the movable armature, an armature coil is connected to the movable armature, which is penetrated by the excitation magnetic field or interacts with it such that - at least with open (axial) air gap L A - on the armature coil an additional force (among other things Lorentz force) acts, which acts in the same direction as the reluctance force. In other words, with an open (axial) air gap L A , the excitation magnetic field of the armature coil A at least partially closes over the radial air gap L B , which results in the armature coil A being penetrated by the field magnet field in such a way that an additional (Lorentz) ) Power acts. With proper frame, armature, and armature coil design, the armature coil generates a field magnetic field suitable both for generating reluctance force in the manner of a solenoid (ie, for holding the armature when the gap is closed) and for accelerating the armature due to the aforementioned additional force effect with open air gap. An example of this is the linear actuator described above 1 ,
Vereinfacht ausgedrückt umfasst ein Linearaktor gemäß einem Beispiel der Erfindung einen (Elektro-)Hubmagneten, dessen Anker zusätzlich von der auf die Ankerspule wirkenden Kraft angetrieben (verschoben) wird. Hierdurch wird die Bereitstellung großer Kräfte am bereits am Anfang des Stellweges in einfacher Weise ermöglicht. Bei adäquater Bemessung und Bestromung können, verglichen mit Hubmagneten, hohe elektrische Wirkungsgrade und sehr kurze Stellzeiten realisiert werden.In simple terms, a linear actuator according to one example of the invention comprises an (electric) solenoid, whose armature is additionally driven (shifted) by the force acting on the armature coil. As a result, the provision of large forces is made possible already at the beginning of the travel in a simple manner. With adequate dimensioning and energization, high electrical efficiencies and very short positioning times can be achieved compared to solenoids.
2 betrifft ein weiteres Beispiel der vorliegenden Erfindung, bei dem das Erreger-Magnetfeld zur Beschleunigung der Ankerspule A nicht von der Ankerspule allein erzeugt wird (so wie bei dem Beispiel aus 1) sondern zusätzlich mit Hilfe einer mit dem Rahmen mechanisch verbundenen Erregerspule B. Der Linearaktor gemäß dem in 2 dargestellten Beispiel umfasst also ein Paar aus Erregerspule B und Ankerspule A. Der in 2 dargestellte Aktor kann mit dem Aktor aus 1 kombiniert (vgl. 5) oder eigenständig verwendet werden. 2 concerns another example of the present invention in which the excitation magnetic field for accelerating the armature coil A is not generated by the armature coil alone (as in the example of FIG 1 ) but additionally by means of an exciter coil B mechanically connected to the frame. The linear actuator according to the 2 Thus, the example illustrated comprises a pair of exciter coil B and armature coil A. The in 2 shown actuator can with the actuator 1 combined (cf. 5 ) or used independently.
Gemäß dem Beispiel aus 2 umfasst der Linearaktor einen Rahmen 10 (Stator) und einen an dem Rahmen gelagerten und axial (d. h. entlang der Längsachs 1) bewegbaren Anker 20. Mit dem Anker 20 fest verbunden ist eine Ankerspule A. Die Ankerspule A kann dabei symmetrisch um die Längsachse 1 des Ankers 20 gewickelt sein. Mit dem Rahmen 10 fest verbunden ist eine der Ankerspule A zugeordnete Erregerspule B. Diese kann koaxial zu der Ankerspule A gewickelt sein. Im Betrieb werden Ankerspule A und Erregerspule B derart bestromt, dass die Spulen A, B gegensinnige Magnetfelder erzeugen. Die Spulen A, B sind in einer offenen (End-)Position des Aktors (siehe 2a) nebeneinander (mit möglichst geringem axialen Abstand zueinander) angeordnet, sodass bei elektrisch in Serie (oder auch parallel) geschalteten Spulen die Gesamtinduktivität vergleichsweise gering (theoretisch annähernd null) ist, da sich die axialen (d. h. in Bewegungsrichtung) Komponenten der Magnetfelder der Spulen näherungsweise destruktiv überlagern. Die Spulen A, B können auch teilweise ineinander angeordnet sein (vgl. z. B. 4). Die radialen Komponenten der Magnetfelder überlagern sich und verursachen einen radialen magnetischen Fluss, der in der Ankerspule A zu einer Kraftwirkung führt. Für eine möglichst gute Überlagerung der Magnetfelder müssen die beiden Spulen A, B betragsmäßig die gleiche magnetische Durchflutung erzeugen, was am einfachsten erreicht werden kann, indem zwei Spulen gleicher Windungszahl elektrisch in Serie geschaltet werden. Ganz allgemein wird unter ”radial” eine Richtung verstanden, die einen rechten Winkel zur Längsachse des Aktors aufweist (d. h. rechtwinklig zur Bewegungsrichtung liegt), unabhängig davon, ob der Aktor rotationssymmetrisch aufgebaut ist oder nicht. Radial bedeutet also ”quer zur axial liegenden Längsachse” unabhängig von der Form des Querschnittes des Aktors.According to the example 2 The linear actuator includes a frame 10 (Stator) and one mounted on the frame and axially (ie along the Längsachs 1 ) movable anchor 20 , With the anchor 20 firmly connected is an armature coil A. The armature coil A can be symmetrical about the longitudinal axis 1 of the anchor 20 be wrapped. With the frame 10 is fixedly connected to the armature coil A associated exciter coil B. This may be wound coaxially with the armature coil A. In operation, the armature coil A and excitation coil B are energized such that the coils A, B generate opposing magnetic fields. The coils A, B are in an open (end) position of the actuator (see 2a ) arranged side by side (with the smallest possible axial distance to each other) so that when electrically in series (or parallel) connected coils, the total inductance is comparatively small (theoretically approximately zero), since the axial (ie in the direction of movement) components of the magnetic fields of the coils approximately destructively overlay. The coils A, B can also be partially arranged inside one another (cf. 4 ). The radial components of the magnetic fields are superimposed and cause a radial magnetic flux, which leads to a force effect in the armature coil A. For the best possible superimposition of the magnetic fields, the two coils A, B must generate the same amount of magnetic flux in terms of amount, which can be achieved most easily by connecting two coils of the same number of turns electrically in series. In general, "radial" is understood to mean a direction which has a right angle to the longitudinal axis of the actuator (ie lies at right angles to the direction of movement), regardless of whether or not the actuator is rotationally symmetrical. Radial thus means "transverse to the axial longitudinal axis" regardless of the shape of the cross section of the actuator.
Der axiale ”Spalt” LA ist im vorliegenden Beispiel als Abstand zwischen einer Stirnseite des Ankers 20 und einer korrespondierenden Stirnseite des Rahmens 10 und stellt in dem vorliegenden Beispiel keinen Luftspalt des Magnetkreises dar. Bei der vorliegenden Konstruktion des Aktors liegt bei geschlossenem Spalt (LA = 0) der Anker 20 nicht an dem Rahmen 10 an, und Folglich wirkt keine Haltekraft FH zwischen Anker 20 und Rahmen 10 in der geschlossenen (End-)Position. Genau genommen handelt es sich bei dem Luftspalt LA nicht um einen Luftspalt eines Magnetkreises, da der Rahmen stirnseitig offen ist. Bei stirnseitig geschlossenem Rahmen ist der Spalt LA auch Luftspalt eines Magnetkreises und es kann eine entsprechende Haltekraft erzeugt und der Anker in der geschlossenen Endposition gehalten werden. Ein derartiges Beispiel ist z. B. in den 3 und 4 gezeigt. 2b zeigt den gleichen Aktor wie in 2a jedoch mit kleinerem axialem ”Spalt” LA und einem radialen Luftspalt LB mit größerer Querschnittsfläche zwischen den Spulen A, B als in 2a.The axial "gap" L A is in the present example as a distance between an end face of the armature 20 and a corresponding end face of the frame 10 and in the present example, does not constitute an air gap of the magnetic circuit. In the present design of the actuator, when the gap is closed (L A = 0), the armature is located 20 not on the frame 10 Consequently, no holding force F H between the armature 20 and frame 10 in the closed (end) position. Strictly speaking, the air gap L A is not an air gap of a magnetic circuit, since the frame is open at the front. When the frame is closed on the front side, the gap L A is also the air gap of a magnetic circuit and a corresponding holding force can be generated and the armature held in the closed end position. Such an example is z. Tie 3 and 4 shown. 2 B shows the same actuator as in 2a however, with a smaller axial "gap" L A and a radial air gap L B of greater cross-sectional area between the coils A, B than in FIG 2a ,
Bei dem Beispiel aus 2 bleibt nämlich entlang der Längsachse 1 zwischen den Spulen A, B ein radialer Luftspalt LB (d. h. quer zur Längsachse 1). Bei bestromten Spulen A, B wirkt zwischen Erregerspule B und Ankerspule A eine repulsive Reluktanzkraft, da bei einer Vergrößerung des axialen Abstands der Spulen A, B der effektive Querschnitt des radialen Luftspalts LB ebenfalls größer wird und folglich die Gesamtinduktivität der Aktoranordnung zunimmt. Zusätzlich ”spürt” aufgrund der von der Erregerspule B (im Zusammenwirken mit dem von der Ankerspule A erzeugten Magnetfeld) erzeugten radialen Magnetfeldkomponente die Ankerspule A eine Lorentzkraft, die in die gleiche Richtung wirkt wie die oben erwähnte Reluktanzkraft auf den Anker. Wie bereits weiter oben angemerkt entsteht die radiale Magnetfeldkomponente durch Überlagerung der Felder von Erreger- und Ankerspule A, B.In the example off 2 namely remains along the longitudinal axis 1 between the coils A, B a radial air gap L B (ie transversely to the longitudinal axis 1 ). When energized coils A, B acts between excitation coil B and armature coil A, a repulsive reluctance force, as at an increase in the axial distance of the coils A, B, the effective cross-section of the radial air gap L B is also larger and thus increases the Gesamtinduktivität the actuator assembly. In addition, due to the radial magnetic field component generated by the excitation coil B (in cooperation with the magnetic field generated by the armature coil A), the armature coil A "senses" a Lorentz force acting in the same direction as the aforementioned reluctance force on the armature. As already noted above, the radial magnetic field component is created by superposition of the fields of excitation and armature coil A, B.
Eine intuitivere Betrachtung geht vom magnetischen Druck aus, womit eine grobe Analogie zum Kolbenmotor hergestellt werden kann: Man betrachte die Ankerspule A als Kolben und das Magnetfeld B, welches sich zwischen den Spulen A, B im radialen Luftspalt befindet, als Arbeitsgas mit dem (magnetischen) Druck B2/(2 μ0), das entspannt wird und dabei Arbeit verrichtet. In einfacher Näherung und bei nicht zu großen Strömen gilt: Bei konstantem Spulenströmen durch Ankerspule A und Erregerspule B führt eine Verdoppelung des effektiven radialen Luftspalt-Querschnitts durch Verschieben der Ankerspule A zu einer Halbierung der Flussdichte im radialen Luftspalt. Die Energie des Magnetfeldes ändert sich aber proportional zu B2, sodass nach der Verschiebung das Magnetfeld zwischen den Spulen nur mehr die Hälfte seiner ursprünglichen Feldenergie enthält (doppeltes Volumen, ein Viertel Energiedichte). Die Energiedifferenz kann als Arbeit verrichtet werden. In diesem Bild ist unmittelbar klar, dass für einen effizienten Antrieb der Abstand zwischen Erreger- und Ankerspule B, A am Anfang des Stellweges möglichst gering sein muss – bei höherer Kompression werden auch Kolbenmotoren effizienter.A more intuitive approach is based on the magnetic pressure, with which a rough analogy to the piston engine can be made: Consider the armature coil A as a piston and the magnetic field B, which is located between the coils A, B in the radial air gap, as working gas with the (magnetic ) Pressure B 2 / (2 μ 0 ), which relaxes while doing work. In a simple approximation and with currents that are not too high, with constant coil currents through armature coil A and excitation coil B, doubling the effective radial air-gap cross-section by shifting the armature coil A halves the flux density in the radial air gap. However, the energy of the magnetic field changes proportionally to B 2 , so that after the shift the magnetic field between the coils contains only half of its original field energy (double volume, one fourth energy density). The Energy difference can be done as work. In this picture it is immediately clear that for an efficient drive, the distance between excitation and armature coil B, A at the beginning of the travel must be as low as possible - with higher compression, piston engines become more efficient.
Die bei Erreichen des Endes des Stellweges noch verbliebene magnetische Feldenergie könnte nach bekannten elektrischen Schaltungen verwendet werden, um beispielsweise einen Kondensator zu laden oder direkt eine oder mehrere weitere Spulen, insbesondere Zugspulen, zu versorgen (im Bild der Wärmekraftmaschine entspricht eine solche Beschaltung etwa der Restenergienutzung durch einen Turbolader).The remaining when reaching the end of the travel still magnetic field energy could be used by known electrical circuits to load, for example, a capacitor or directly one or more other coils, in particular train coils to supply (in the image of the heat engine corresponds such a circuit as the use of residual energy through a turbocharger).
Weniger bildlich als die oben beschriebene Analogie zu einer Kolbenmaschine aber physikalisch exakter ist die Betrachtung des magnetischen Druckgradienten (”magnetic tension force”), welcher die Gestalt (B·∇)B/μ0 besitzt und die Dimension Nm–3 aufweist (B: magnetischer Flussdichtevektor, ∇: Nabla-Operator, μ0: magnetische Permeabilität des Vakuums). Durch diesen Druckgradienten wirkt, neben der Lorentzkraft, eine Kraft zwischen den Spulen A, B derart, dass der Druckgradient kleiner wird – was einer ”Begradigung”, und damit Verkürzung, der magnetischen Feldlinien entspricht. Die von dieser Kraft verrichtete Arbeit entstammt dem Magnetfeld selbst – im Gegensatz zur Lorentzkraft, die über das Magnetfeld lediglich vermittelt wird. Im Unterschied zur Reluktanzkraft in Elektromagneten wirkt die „magnetic tension force” nicht parallel sondern antiradial (die Feldlinien ”gerade ziehend”) zu den Feldlinien.Less illustrative than the analogy to a piston machine described above but physically more accurate is the consideration of the magnetic tension force, which has the shape (B ·∇) B / μ 0 and has the dimension Nm -3 (B: magnetic flux density vector, ∇: Nabla operator, μ 0 : magnetic permeability of the vacuum). By virtue of this pressure gradient, in addition to the Lorentz force, a force acts between the coils A, B in such a way that the pressure gradient becomes smaller, which corresponds to a "straightening", and thus shortening, of the magnetic field lines. The work performed by this force comes from the magnetic field itself - in contrast to the Lorentz force, which is only mediated through the magnetic field. In contrast to the reluctance force in electromagnets, the "magnetic tension force" does not act parallel but antiradial (the field lines "straight") to the field lines.
3 zeigt eine zu dem Beispiel aus 2 sehr ähnliches Ausführungsbeispiel, bei dem bei geschlossenem axialen Spalt LA (siehe 3b) der Anker 20 an dem Rahmen 10 nach Art eines Hubmagneten mit Hilfe einer magnetischen Haltekraft FH gehalten wird. Dazu weist der Rahmen 10 stirnseitig einen Anschlag auf, an den eine korrespondierende Stirnseite des Ankers bei geschlossenem Spalt LA anliegt. Im einfachsten Fall (d. h. ohne Kennlinienbeeinflussung) hat der Rahmen 10 die Form eines auf einer Seite stirnseitig geschlossenen Hohlzylinders und der Anker 20 die Form eines in den Hohlzylinder des Rahmen 12 eingepassten Zylinders. Es sind jedoch auch andere als runde Querschnitte (quer zur Längsachse 1) möglich. 3 shows one to the example 2 very similar embodiment, wherein at the closed axial gap L A (see 3b ) the anchor 20 on the frame 10 is held in the manner of a solenoid by means of a magnetic holding force F H. This is indicated by the frame 10 a stop on the front side, against which a corresponding end face of the armature with a closed gap L A. In the simplest case (ie without characteristic influencing) the frame has 10 the shape of a front side closed on one side of the hollow cylinder and the anchor 20 the shape of one in the hollow cylinder of the frame 12 fitted cylinder. However, there are other than round cross sections (transverse to the longitudinal axis 1 ) possible.
Anders als in dem Beispiel aus 2 sind Ankerspule A und Erregerspule B in Nuten angeordnet, die jeweils in der Oberfläche des Ankers 20 bzw. des Rahmens 10 angeordnet sind. Die Nuten verlaufen dabei beispielsweise in Umfangsrichtung normal zur Längsachse 1. Die Nut, in der die Ankerspule A verläuft kann dabei breiter sein als die Ankerspule A selbst, sodass daneben ein tragfähiger Isolator 30 Platz finden kann, der das Gleitverhalten zwischen Anker 20 und Rahmen 10 verbessert. Beispielsweise ist der Isolator 30 ein selbstschmierender Kunststoff. Alternativ, kann die Nut im Anker 20 vollständig mit der Ankerspule A ausgefüllt sein. Ausgehend von der offenen Endposition des Linearaktors (siehe 3a) ist die Nut im Anker 20 so breit, dass bei einer Verschiebung des Ankers ein radialer ”Luftspalt” zwischen Ankerspule A und Erregerspule B bleibt in ähnlicher Weise wie bei dem Beispiel aus 2. Der Begriff Luftspalt ist dabei nicht so zu verstehen, dass sich im Spalt tatsächlich Luft befindet, wesentlich ist vielmehr, dass das Material im Luftspalt nicht ferromagnetisch ist. Am Hubende (bzw. kurz davor) kann (so wie im Beispiel der 3) auch der radiale Luftspalt LB geschlossen werden und folglich bleibt nur mehr ein (am Hubende geringer) axialer Luftspalt LA der dann (nach dem Schließen des radialen Luftspaltes) aufgrund der Reluktanzkraftwirkung (verursacht durch das Magnetfeld der Ankerspule A und der Haltespule C) geschlossen und im geschlossenen Zustand gehalten wird.Other than in the example 2 Armature coil A and excitation coil B are arranged in grooves, each in the surface of the armature 20 or of the frame 10 are arranged. The grooves run, for example, in the circumferential direction normal to the longitudinal axis 1 , The groove in which the armature coil A extends may be wider than the armature coil A itself, so that next to a viable insulator 30 Can find space, the sliding behavior between anchor 20 and frame 10 improved. For example, the insulator 30 a self-lubricating plastic. Alternatively, the groove may be in the anchor 20 completely filled with the armature coil A. Starting from the open end position of the linear actuator (see 3a ) is the groove in the anchor 20 so wide that, with a displacement of the armature, a radial "air gap" between armature coil A and excitation coil B remains in a similar manner as in the example 2 , The term air gap is not to be understood as meaning that there is actually air in the gap, it is much more important that the material in the air gap is not ferromagnetic. At the end of the stroke (or shortly before) (as in the example of 3 ) also the radial air gap L B are closed and consequently only one more (at the stroke end) axial air gap L A remains (after closing the radial air gap) due to the reluctance force action (caused by the magnetic field of the armature coil A and the holding coil C) closed and kept closed.
Um am Ende des Stellwegs die Kraft auf den Anker 20 zu erhöhen und um bei geschlossenem axialen Spalt LA eine hohe Haltekraft FH bei möglichst geringer Leistungsaufnahme zu gewährleisten kann im oder am Rahmen 10 eine weitere Erregerspule C (im Folgenden als Haltespule oder Zugspule bezeichnet, da mit Hilfe des von der Spule C erzeugten Feldes, der Anker in die geschlossene Endposition ”gezogen” wird) angeordnet sein. Im vorliegenden Beispiel ist die Haltespule C ebenfalls in einer Nut des Rahmens 10 angeordnet in gleicher Weise wie die Erregerspule B. Für die Funktion des Aktors ist die Haltespule C nicht zwingend notwendig. Bei geeigneter Auslegung, kann das für die Erzeugung der Haltekraft FH notwendige Erregerfeld auch von der Ankerspule A erzeugt werden, in diesem Fall sollte der Steg zwischen der Nut, in der die Ankerspule A angeordnet ist und der Stirnseite des Ankers 20 deutlich kleiner (als die in der korrespondierenden 2a dargestellte Länge r/2) sein (oder auch null). Alternativ kann das für die Haltekraft FH notwendige Erregerfeld auch durch im Rahmen 10 angeordnete Permanentmagneten erzeugt werden (vgl. Beispiel aus 5). Die Haltespule C für sich betrachtet wirkt im Wesentlichen wie ein gewöhnlicher Elektro-Hubmagnet.At the end of the travel the force on the anchor 20 To increase and to ensure a high holding force F H at the lowest possible power consumption with closed axial gap L A in or on the frame 10 another exciting coil C (hereinafter referred to as holding coil or pulling coil, since with the help of the field generated by the coil C, the armature is "pulled" into the closed end position) may be arranged. In the present example, the holding coil C is also in a groove of the frame 10 arranged in the same manner as the exciter coil B. For the function of the actuator, the holding coil C is not absolutely necessary. With a suitable design, the exciting field necessary for the generation of the holding force F H can also be generated by the armature coil A, in this case, the web between the groove, in which the armature coil A is arranged and the front side of the armature 20 significantly smaller (than in the corresponding 2a shown length r / 2) (or zero). Alternatively, the excitation field necessary for the holding force F H can also be achieved in the frame 10 arranged permanent magnets are generated (see Example 5 ). The holding coil C considered by itself acts much like an ordinary electric solenoid.
Das Beispiel in 4 ist im Wesentlichen gleich aufgebaut wie das Beispiel aus 3. Beim vorliegenden Beispiel sind Ankerspule A und Erregerspule B koaxial und in der offenen (End-)Position zumindest teilweise ineinander angeordnet, sodass sich die Spulen A, B in axialer Richtung teilweise überlappen. Eine derartige Anordnung kann eine sehr niedrige Anfangsinduktivität aufweisen, wobei die Spulen A und B in Serie oder parallel geschaltet sein können. Im vorliegenden Fall ist die Ankerspule A ebenfalls in einer den Anker 20 umlaufenden Nut angeordnet. Anders als im Beispiel gemäß 3 ist die Ankerspule jedoch über den ganzen Nutquerschnitt verteilt und es ist keine separate Kunststoffeinlage 30 (vgl. 3) als Gleitfläche vorgesehen. Wie in 4a (offene Endposition des Aktors) zu sehen ist, ”sieht” die Erregerspule B während der Bewegung einen radialen Luftspalt LB solange sich die Erregerspule B und die Ankerspule sich (in axialer Richtung) überlappen. Bei zunehmender Verschiebung des Ankers 20 (siehe 4b) bewegt sich auch die Nut der Ankerspule A weiter. Sobald sich die Nuten von Ankerspule A und Erregerspule B nicht mehr (in axialer Richtung) überlappen, ”sieht” die Erregerspule B keinen radialen LB Luftspalt mehr und das Feld der Erregerspule B wird über Anker 20 und Rahmen 10 kurzgeschlossen (vgl. 4b). Dieses Kurzschließen des radialen Luftspalt geschieht bei genauerer Betrachtung kontinuierlich wegen der lokalen Sättigung des Eisens. Erst wenn Anker-Eisen und Stator-Eisen sich hinreichend überlappen (ca. r/2), ist der magnetische Kurzschluss (nahezu) perfekt). Stattdessen kommt die Ankerspule A in den Einflussbereich der weiteren Erregerspule C (Haltespule), deren Erreger-Magnetfeld gleichsinnig zu dem Feld der Ankerspule A ist und die den Anker 20 bis zur Endposition des Ankers (Stirnseite des Ankers berührt innere Stirnfläche des Rahmens) ”zieht”. In dieser Endposition wird der Anker 20 dann aufgrund des Feldes der Spulen A und C gehalten (Haltekraft FH).The example in 4 is essentially the same as the example 3 , In the present example, the armature coil A and excitation coil B are coaxial and in the open (end) position at least partially arranged in each other, so that the coils A, B partially overlap in the axial direction. Such an arrangement may have a very low initial inductance, wherein the coils A and B may be connected in series or in parallel. In the present case, the armature coil A is also in an anchor 20 encircling Grooved arranged. Unlike in the example according to 3 However, the armature coil is distributed over the entire groove cross-section and it is not a separate plastic insert 30 (see. 3 ) provided as a sliding surface. As in 4a (open end position of the actuator) can be seen, the excitation coil B "sees" during the movement of a radial air gap L B as long as the excitation coil B and the armature coil overlap (in the axial direction). With increasing displacement of the anchor 20 (please refer 4b ), the groove of the armature coil A moves on. As soon as the slots of armature coil A and excitation coil B no longer overlap (in the axial direction), the excitation coil B no longer "sees" a radial L B air gap and the field of the excitation coil B becomes "armature" 20 and frame 10 short-circuited (cf. 4b ). This shorting of the radial air gap is on closer inspection continuously due to the local saturation of the iron. Only when anchor iron and stator iron overlap sufficiently (approximately r / 2), the magnetic short circuit is (almost) perfect). Instead, the armature coil A comes into the sphere of influence of the further excitation coil C (holding coil), whose exciting magnetic field is in the same direction as the field of the armature coil A and the armature 20 to the end position of the armature (front side of the armature touches the inner end face of the frame) "pulls". In this end position becomes the anchor 20 then held due to the field of the coils A and C (holding force F H ).
Wie bereits erwähnt können Ankerspule A und Erregerspule B derart gewickelt sein, dass sich im geöffneten Ausgangszustand (siehe z. B. 3a oder 4a) deren Induktivitäten (aufgrund einer destruktiven Überlagerung der jeweiligen Magnetfelder) weitgehend kompensieren, sodass die Gesamtanordnung (mit parallel oder in Serie geschalteten Spulen A, B) eine sehr niedrige Anfangsinduktivität besitzt, was den Vorteil mit sich bringt, dass auch bei moderaten Betriebsspannungen eine sehr hohe Dynamik (also kurze absolute Stellzeiten) erreicht werden können.As already mentioned, armature coil A and excitation coil B can be wound in such a way that in the opened initial state (see, for example, FIG. 3a or 4a ) whose inductances (due to a destructive superposition of the respective magnetic fields) largely compensate, so that the overall arrangement (with parallel or series connected coils A, B) has a very low initial inductance, which has the advantage that even at moderate operating voltages a very high dynamics (ie short absolute positioning times) can be achieved.
5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, das ähnlich aufgebaut ist, wie das Beispiel aus 4. Anders als bei dem Aktor gemäß 4 sind die Erregerspulen (Erregerspule B und Haltespule C) durch entsprechende Permanentmagnete B' bzw. C' ersetzt. Die Permanentmagnete B', C' sind derart am oder im Rahmen 10 angeordnet, dass sie ein ähnliches Magnetfeld erzeugen, wie die bestromten Erregerspulen B bzw. C bei dem Beispiel in 4. Im vorliegenden Fall sind die Permanentmagnete B' und C' als Teil des Rahmens 10 ausgeführt. Die Permanentmagnete, könnten jedoch auch – wie in dem Beispiel aus 3 – in Nuten angeordnet sein, welche die Innenseite des Rahmens 10 in Umfangsrichtung umlaufen. Des weiteren können die Permanentmagnete auch an der Innenseite des Rahmens (analog zur Erregerspule B aus 2) befestigt sein. Die Permanentmagenten B', C' haben in dem dargestellten Beispiel die Form eines Hohlzylinders. Die Permanentmagnete können jedoch auch aus mehreren Einzelmagneten zusammengesetzt sein. Zusätzlich zu den vorhergehenden Linearaktoren ist im vorliegenden Beispiel eine Variante gezeigt, bei der durch die Bewegung des Linearaktors eine Feder 50 gespannt und in gespanntem Zustand gehalten wird. Auch wenn nicht in jedem Beispiel dargestellt, kann jedes der gezeigten Ausführungsbeispiele verwendet werden, um eine Feder zu spannen. Des Weiteren kann jeder der dargestellten Aktoren (ggf. mit geringer Adaption der Konstruktion) die Feder in gespanntem Zustand halten. Bei allen Ausführungsformen außer dem Beispiel aus 2 ist dies mit sehr geringer elektrischer Leistungsaufnahme oder sogar leistungslos (vgl. 5) möglich. Auf diese Art lassen sich sehr einfach aufgebaute ”Federspeicher” realisieren. 5 shows another embodiment, which is similarly constructed, as the example of 4 , Unlike the actor according to 4 the excitation coils (exciter coil B and holding coil C) are replaced by corresponding permanent magnets B 'and C'. The permanent magnets B ', C' are so on or in the frame 10 arranged to generate a similar magnetic field as the energized excitation coils B and C in the example in 4 , In the present case, the permanent magnets B 'and C' are part of the frame 10 executed. The permanent magnets, however, could also - as in the example of 3 - Be arranged in grooves, which are the inside of the frame 10 rotate in the circumferential direction. Furthermore, the permanent magnets can also on the inside of the frame (analogous to the exciter coil B off 2 ) be attached. The permanent magazines B ', C' have the shape of a hollow cylinder in the illustrated example. However, the permanent magnets can also be composed of a plurality of individual magnets. In addition to the previous linear actuators a variant is shown in the present example, in which by the movement of the linear actuator, a spring 50 stretched and held in a stretched state. Although not shown in each example, each of the illustrated embodiments may be used to tension a spring. Furthermore, each of the actuators shown (possibly with little adaptation of the construction) hold the spring in a tensioned state. In all embodiments except the example 2 this is with very low electrical power consumption or even powerless (cf. 5 ) possible. In this way, very simply constructed "spring storage" can be realized.
Die Ankerspule A wird derart (gegensinnig) mit Strom gespeist, dass (würde man die Felder der Spulen jeweils für sich betrachten) das resultierende Magnetfeld der Ankerspule entgegengesetzt gerichtet ist zu dem Erreger-Magnetfeld des Permanentmagneten B'. Wie bereits beschreiben führt die Überlagerung der Magnetfelder der beiden Spulen A, B' zu einer radialen Feldkomponente, die in der Ankerspule eine Kraftwirkung zur Folge hat, welche die beiden Spulen A, B' auseinander treibt. Folglich wirkt in der geöffneten Endposition (siehe 5a) eine Kraft auf die Ankerspule A, die zusammen mit der auf den Anker wirkenden Reluktanzkraft über den gesamten Stellweg groß genug ist, um die Feder 50 zu spannen und den Anker gegen die Federkraft in die geschlossene Endposition zu bewegen (siehe 5b). In der geschlossenen Endposition wirkt aufgrund des Erregerfeldes des Haltemegneten C' sowie aufgrund des Magnetfeldes der Ankerspule A eine Haltekraft FH, welche den Anker in der geschlossenen Endposition und somit die Feder gespannt hält. Bei geeigneter Dimensionierung kann der Anker auch stromlos gehalten werden allein aufgrund des Erregerfeldes des Haltemagneten C'. Bei umgekehrter Bestromung der Ankerspule A wird das Magnetfeld des Haltemagneten C' durch das Feld der Ankerspule A kompensiert und die Haltekraft FH auf den Anker 20 verschwindet (bzw. wird kleiner als die Federkraft). Die Feder 50 kann sich entspannen, wodurch der Aktor wieder in die Ausgangsposition (siehe 5a) bewegt wird. Zusätzlich wirkt eine Lorentzkraft auf die Ankerspule A, jedoch in entgegengesetzter Richtung als beim Spannen der Feder, also zur Öffnung des axialen Luftspalts hin, was den Anker 20 zusätzlich beschleunigt.The armature coil A is energized in such a manner that (if one looks at the fields of the coils individually) the resulting magnetic field of the armature coil is directed opposite to the exciting magnetic field of the permanent magnet B '. As already described, the superimposition of the magnetic fields of the two coils A, B 'leads to a radial field component which results in a force action in the armature coil, which forces the two coils A, B' apart. Consequently, in the open end position (see 5a ) a force on the armature coil A, which, together with the force acting on the armature reluctance force over the entire travel is large enough to the spring 50 to tension and to move the armature against the spring force in the closed end position (see 5b ). In the closed end position acts due to the excitation field of the holding E 'C and due to the magnetic field of the armature coil A, a holding force F H , which holds the armature in the closed end position and thus the spring tensioned. With suitable dimensioning, the armature can also be kept de-energized solely on the basis of the exciting field of the holding magnet C '. With reverse energization of the armature coil A, the magnetic field of the holding magnet C 'is compensated by the field of the armature coil A and the holding force F H on the armature 20 disappears (or becomes smaller than the spring force). The feather 50 can relax, causing the actuator to return to the starting position (see 5a ) is moved. In addition, a Lorentz force acts on the armature coil A, but in the opposite direction as when tensioning the spring, so the opening of the axial air gap out what the anchor 20 additionally accelerated.
In 6 ist als weiteres Ausführungsbeispiel ein Linearaktor dargestellt, der im Wesentlichen als Kombination (mechanische Hintereinanderschaltung) der den in den 1 und 2 dargestellten Aktoren angesehen werden kann. Demnach hat der Aktor aus 6 zwei Ankerspulen A1 und A2 und eine Erregerspule B1, wobei das Spulenpaar A1 und B1 Paar aus Ankerspule A bzw. Erregerspule B aus dem Beispiel aus 2 entspricht und die (selbsterregte) Ankerspule A2 der Ankerspule A aus dem Beispiel aus 1. In einer geschlossenen Endposition wirkt eine Haltekraft FH zwischen Anker 20 und Rahmen 10 in gleicher Weise wie bei dem Beispiel aus 1. Während des linearen Stellvorganges sorgt – verglichen mit dem Beispiel aus 1 – das zusätzliche Spulenpaar (Erregerspule B1, Ankerspule A1) für eine zusätzliche elektromagnetische Kraftwirkung auf die Ankerspule A1 und somit auf den Anker 20.In 6 is shown as a further embodiment, a linear actuator, which essentially as a combination (mechanical series connection) of the in the 1 and 2 shown Actuators can be viewed. Accordingly, the actor has off 6 two armature coils A1 and A2 and an excitation coil B1, wherein the coil pair A1 and B1 pair of armature coil A and excitation coil B from the example of 2 corresponds and the (self-excited) armature coil A2 of the armature coil A from the example 1 , In a closed end position, a holding force F H acts between anchors 20 and frame 10 in the same way as in the example 1 , During the linear positioning process provides - compared to the example 1 - The additional coil pair (excitation coil B1, armature coil A1) for an additional electromagnetic force on the armature coil A1 and thus on the armature 20 ,
Als Kombination der Ausführungsbeispiele aus den 1 und 3 kann der magnetische Linearaktor gemäß 7 angesehen werden, welcher eine besonders hohe magnetische Kraft über den gesamten Stellweg zur Verfügung stellen und, wegen der hohen volumenspezifischen Kraft, eine kurze Stellzeit aufweisen kann. Die Ankerspule A2 hat die gleiche Funktion wie in den vorhergehenden Beispielen aus 1 oder 6. Die Haltespule C hat die gleiche Funktion wie in dem Beispiel aus 3. Die Spulenpaare A1, B1 sowie A3, B3 haben ebenso jeweils die gleiche Funktion wie die Spulen A bzw. B in dem Beispiel aus 3. Der elektromagnetische Linearaktor gemäß 7 kann also als mechanische Reihenschaltung des Aktors gemäß 1 und des Aktors gemäß 3 gesehen werden, wobei im Vergleich zum Aktor aus 3 das Paar aus Erregerspule B und Ankerspule A bei dem Aktor gemäß 7 zweimal vorgesehen ist. Um die elektromagnetischen Kräfte bei gleich bleibender Aktorquerschnittsfläche weiter zu erhöhen, können theoretisch beliebig viele Paare aus Ankerspule und korrespondierender Erregerspule vorgesehen sein. Wie bei dem Beispiel aus 3 füllen die Ankerspulen A1 und A3 nicht den gesamten Querschnitt der zugehörigen Nuten im Anker 20. In den Nuten ist neben der jeweiligen Ankerspule A1, A3 und unter der zugehörigen Erregerspule B1, B2 ein Isolator angeordnet. Dieser dient einerseits zum Füllen der Nut, was Einfluss auf den Kraftverlauf (abhängig vom Stellweg) hat, und andererseits kann der Kunststoff als Teil des Gleitlagers dienen, das Anker 20 und Rahmen 10 bilden.As a combination of the embodiments of the 1 and 3 can the magnetic linear actuator according to 7 be viewed, which provide a particularly high magnetic force over the entire travel available and, because of the high volume-specific force, can have a short positioning time. The armature coil A2 has the same function as in the previous examples 1 or 6 , The holding coil C has the same function as in the example 3 , The coil pairs A1, B1 and A3, B3 also each have the same function as the coils A and B in the example 3 , The electromagnetic linear actuator according to 7 can therefore as a mechanical series connection of the actuator according to 1 and the actuator according to 3 be seen, being compared to the actuator off 3 the pair of exciting coil B and armature coil A in the actuator according to 7 is provided twice. In order to further increase the electromagnetic forces while maintaining the Aktorquerschnittsfläche, theoretically any number of pairs of armature coil and corresponding exciter coil can be provided. As with the example 3 The armature coils A1 and A3 do not fill the entire cross-section of the associated slots in the armature 20 , In the grooves, an insulator is arranged next to the respective armature coil A1, A3 and under the associated exciter coil B1, B2. This one hand serves to fill the groove, which has an influence on the force curve (depending on the travel), and on the other hand, the plastic can serve as part of the sliding bearing, the anchor 20 and frame 10 form.
Die Ankerspule A1 und die Haltespule C sind im Betrieb derart bestromt, dass die resultierenden Magnetfelder gleich gerichtet sind. Die Ankerspule A3 ist so bestromt, dass deren Magnetfeld umgekehrt orientiert ist zu dem Feld der Ankerspule A1. Schließlich sind die Erregerspulen B1 und B3 so bestromt, dass deren Magnetfelder in der geöffneten Ausgangsposition des Aktors die Magnetfelder der zugehörigen Ankerspulen A1 und A3 annähernd kompensieren, sodass eine niedrige Gesamtinduktivität erzielt werden kann. Elektrisch sind die Spulen B1, A1 und B3, A3 beispielsweise in Serie geschaltet und bilden niederinduktive Teilschaltungen. Parallel dazu (oder separat versorgt) sind die Spulen A2 und C geschaltet. Diesbezüglich gilt das zu den 2 bis 4 Gesagte entsprechend. Der axiale Abstand der Ankerspulen A1 und A3 ist so bemessen, dass in der geschlossenen Endposition des Ankers 20 die Ankerspule A3 in und unmittelbar neben der Erregerspule B1 zu liegen kommt. In gleicher Weise ist der Abstand zwischen der Erregerspule B1 und der Haltespule C so bemessen, dass in der geschlossenen Endposition des Ankers 20 die Ankerspule A1 in oder nahe der Haltespule C zu liegen kommt. In der geschlossenen Endposition sorgen die Erreger-Magnetfelder der Haltespule C sowie der Ankerspule A2 für eine ausreichende Ankerkraft, um den Anker 20 gegen eine eventuelle Rückstellkraft (z. B. Federkraft) an dem Rahmen 10 zu halten.The armature coil A1 and the holding coil C are energized in operation so that the resulting magnetic fields are the same direction. The armature coil A3 is energized so that its magnetic field is reversely oriented to the field of the armature coil A1. Finally, the excitation coils B1 and B3 are energized so that their magnetic fields in the open starting position of the actuator, the magnetic fields of the associated armature coils A1 and A3 approximately compensate, so that a low Gesamtinduktivität can be achieved. Electrically, the coils B1, A1 and B3, A3, for example, connected in series and form low-inductance subcircuits. Parallel to this (or separately supplied), the coils A2 and C are connected. In this regard, this applies to the 2 to 4 Said accordingly. The axial distance of the armature coils A1 and A3 is dimensioned such that in the closed end position of the armature 20 the armature coil A3 comes to lie in and immediately next to the exciter coil B1. In the same way, the distance between the excitation coil B1 and the holding coil C is dimensioned such that in the closed end position of the armature 20 the armature coil A1 comes to rest in or near the holding coil C. In the closed end position, the excitation magnetic fields of the holding coil C and the armature coil A2 provide sufficient armature force to the armature 20 against a possible restoring force (eg spring force) on the frame 10 to keep.
Allen Ausführungsbeispielen gemeinsam ist, dass der Anker 20 ein entlang einer Längsachse 1 ausgedehnter und in dem Rahmen 10 axial geführter weichmagnetischer Bauteil sein kann. Die Ankerspulen A, A1, A2, A3 können entweder in einer in umfangrichtung den Anker umlaufenden Nut versenkt (vgl. 1, 3–5 und 7) sein oder entlang des Umfangs des Ankers aufgewickelt (vgl. 2 und 6) sein. Die Spulen können dabei aus elektrisch isoliertem Profildraht (mit z. B. rechteckigem Profil) gewickelt sein. Die Ankerspulen können gemäß bekannten Verfahren mit einem Gießharz vergossen sein, wobei das Gießharz ein Pulver umfassen kann. Das Pulver kann dabei aus Keramikmaterial bestehen, beispielsweise aus einem Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit, oder aus einem anderen Material mit entsprechend hoher thermischer Leitfähigkeit.All embodiments have in common is that the anchor 20 one along a longitudinal axis 1 broader and in the frame 10 can be axially guided soft magnetic component. The armature coils A, A1, A2, A3 can be sunk either in a circumferentially circumferential groove (see. 1 . 3 - 5 and 7 ) or wound along the circumference of the anchor (see. 2 and 6 ) be. The coils can be wound from electrically insulated profile wire (with, for example, a rectangular profile). The armature coils may be cast in accordance with known methods with a casting resin, wherein the casting resin may comprise a powder. The powder may consist of ceramic material, for example of a material with high thermal conductivity, or of another material with a correspondingly high thermal conductivity.
Ganz allgemein kann festgehalten werden, dass Anker 20 und Rahmen 10 sowie die Erregerspulen B, B1, B3 (sowie Spule A im selbsterregten Fall) derart ausgestaltet sein sollen, dass das resultierende Erreger-Magnetfeld (bzw. die resultierenden Erreger-Magnetfelder), mit dem (bzw. den) die Ankerspule A, A1, A3 in Wechselwirkung tritt, durch eine entsprechende geometrische Ausgestaltung des Magnetkreises auf die Ankerspule(n) konzentriert wird, wobei in der offenen Endposition des Aktors das Erregerfeld die Ankerspulen annähernd in radialer Richtung durchsetzen, um eine axiale Kraftwirkung zu erzielen (da die Spulenströme in Umfangsrichtung fließen).In general, it can be stated that anchor 20 and frame 10 as well as the exciter coils B, B1, B3 (as well as coil A in the self-excited case) should be designed such that the resulting excitation magnetic field (or the resulting excitation magnetic fields), with the (or the) the armature coil A, A1, A3 interacts, is concentrated by a corresponding geometric configuration of the magnetic circuit on the armature coil (s), wherein in the open end position of the actuator, the exciter field, the armature coils approximately in the radial direction to achieve an axial force effect to achieve (since the coil currents in the circumferential direction flow).
Wie bereits erwähnt, kann das Magnetfeld, mit dem die Ankerspule A in Wechselwirkung tritt, durch die Ankerspule A selbst erzeugt werden (vgl. 1). Alternativ kommen als Mittel zum Erzeugen des Erreger-Magnetfeldes am Rahmen befestigte Erregerspulen B, B1, B3 (vgl. 3) oder entsprechende Permanentmagnete B (vgl. 5) in betracht.As already mentioned, the magnetic field with which the armature coil A interacts can be generated by the armature coil A itself (cf. 1 ). Alternatively, excitation coils B, B1, B3 (cf. FIG. 2) which are attached to the frame as means for generating the exciter magnetic field. 3 ) or corresponding permanent magnets B (see. 5 ).
Die Erregerspulen B, B1, B3, können in radialer Richtung größer sein (z. B. größerer Durchmesser) als die korrespondierenden Ankerspulen A, A1, A3, sodass Anker- und Erregerspulen zumindest teilweise ineinander schiebbar sind. Anker 20 und Rahmen 10 können dabei so übereinander gleiten, dass radiale Luftspalte abhängig von der Ankerposition geschlossen werden (vgl. 3 und 4). Alternativ können Ankerspule A und Erregerspule B auch annähernd gleich groß sein (vgl. 2 und 6). In diesem Fall können in der geöffneten Endposition des Aktors Ankerspule und zugehörige Erregerspule unmittelbar nebeneinander angeordnet sein.The exciter coils B, B1, B3 may be larger in the radial direction (eg larger diameter) than the corresponding armature coils A, A1, A3, so that armature and excitation coils can be pushed into one another at least partially. anchor 20 and frame 10 can thereby slide over each other so that radial air gaps are closed depending on the anchor position (see. 3 and 4 ). Alternatively, armature coil A and exciter coil B can also be approximately the same size (cf. 2 and 6 ). In this case, in the open end position of the actuator armature coil and associated excitation coil can be arranged directly next to each other.
Für den Anker und/oder den Rahmen sollten weichmagnetische Materialien mit möglichst hoher Sättigungspolarisation und möglichst hoher relativer Permeabilität verwendet werden. Die elektrische Leitfähigkeit von Anker und Rahmen sollte – um Wirbelstromverluste gering zu halten – möglichst gering sein. Zu diesem Zweck können – ähnlich wie bei Transformatoren – die Werkstoff(e) für den Anker und/oder den Rahmen zur Unterdrückung von Wirbelströmen laminiert werden (”Elektroblech”) oder aus einem Pulververbundwerkstoff bestehen. Die Stromzuführung (d. h. das Kabel) für die Ankerspule(n) kann durch eine axiale Bohrung aus dem Anker 20 herausgeführt sein. Die Stromzuführung kann dabei durch verdrillten Drähten oder eine Litze gewährleistet werden. Als Material hierfür kommt z. B. Beryllium-Bronze in Frage.For the armature and / or the frame soft magnetic materials with the highest possible saturation polarization and the highest possible relative permeability should be used. The electrical conductivity of the armature and frame should - to keep eddy current losses low - be as low as possible. For this purpose - similar to transformers - the material (s) for the armature and / or the frame to suppress eddy currents are laminated ("electrical sheet") or consist of a powder composite material. The power supply (ie, the cable) for the armature coil (s) may pass through an axial bore from the armature 20 be led out. The power supply can be ensured by twisted wires or a stranded wire. As a material for this z. B. beryllium bronze in question.
Wie bereits erwähnt sollten Ankerspulen und die korrespondierenden Erregerspulen in Serie oder parallel geschaltet und derart ausgelegt und angeordnet sein, dass am Anfang des Stellwegs sich die jeweiligen Magnetfelder weitgehend kompensieren, sodass die Induktivität der Anordnung am Anfang des Stellwegs entsprechend gering ist. Ein geringer axialer Versatz muss zwischen korrespondierenden jedoch bleiben.As already mentioned, armature coils and the corresponding excitation coils should be connected in series or in parallel and arranged and arranged such that at the beginning of the travel the respective magnetic fields largely compensate, so that the inductance of the arrangement at the beginning of the travel is correspondingly low. However, a small axial offset must remain between corresponding ones.
Die auf den Anker 20 wirkende magnetische Kraft kann über einen Stab 21 (Stange) aus dem Rahmen 10 herausgeführt werden, um eine mechanische Ankopplung an weitere Maschinenelemente zu ermöglichen. Der Aktor kann derart mit einer Feder 50 (siehe 5) kombiniert werden, dass er diese nach spannen kann und in gespanntem Zustand gegen die Wirkung der Federkraft in einer Endposition (d. h. am Ende des Stellweges) halten kann. Durch ein Abschalten oder eine Reduktion des für das Halten des Ankers 20 in der Endposition verantwortlichen Magnetfeldes kann der Federspeicher bedarfsweise auslöst werden, was ein Zurückschnellen des Aktors in die geöffnete Ausgangsposition zur Folge hat. Bei der Verwendung eines Permanentmagneten kann die Feder leistungslos in der gespannten Position gehalten werden. Zum Auslösen des Federspeichers wird das Feld des Permanentmagneten (vgl. Magnet C' in 5) durch ein entgegengesetzt orientiertes Feld einer Spule zumindest teilweise kompensiert, sodass die Haltekraft FH kleiner wird als die Federkraft und die Feder in die Ausgangsposition zurückschnellt. Außerdem kann der Anker 20 beim Zurückschnellen zusätzlich über die auf die Ankerspule(n) wirkende(n) elektromagnetischen Kräfte beschleunigt werden, was noch kürzere Stellzeiten ermöglicht.The on the anchor 20 acting magnetic force can be via a rod 21 (Rod) out of the frame 10 be led out to allow a mechanical coupling to other machine elements. The actuator can thus with a spring 50 (please refer 5 ) can be combined so that it can tension them and hold in a tensioned state against the action of the spring force in an end position (ie at the end of the travel). By switching off or reducing the hold of the anchor 20 in the end position responsible magnetic field of the spring accumulator can be triggered if necessary, which has a snap back of the actuator in the open starting position result. When using a permanent magnet, the spring can be held without power in the cocked position. To trigger the spring accumulator, the field of the permanent magnet (see Magnet C 'in 5 ) is at least partially compensated by an oppositely oriented field of a coil, so that the holding force F H is smaller than the spring force and the spring recoils to the starting position. Besides, the anchor can 20 In addition, when accelerating, they are accelerated by the electromagnetic forces acting on the armature coil (s), which allows even shorter positioning times.
In Kombination mit einer Feder 50 eignen sich die dargestellten Linearaktoren gut als Federspeicherantriebe zum Einsatz in Hochspannungsleistungsschalter.In combination with a spring 50 The illustrated linear actuators are well suited as spring-loaded actuators for use in high-voltage circuit breakers.
