EP1063660B1 - Längsgeblechter Jochkörper für einen Elektromagneten - Google Patents

Längsgeblechter Jochkörper für einen Elektromagneten Download PDF

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EP1063660B1
EP1063660B1 EP00107534A EP00107534A EP1063660B1 EP 1063660 B1 EP1063660 B1 EP 1063660B1 EP 00107534 A EP00107534 A EP 00107534A EP 00107534 A EP00107534 A EP 00107534A EP 1063660 B1 EP1063660 B1 EP 1063660B1
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electromagnet
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Lutz Dipl.Ing. Fischer
Markus Dipl.-Ing. Duesmann
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    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/081—Magnetic constructions
    • H—ELECTRICITY
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    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F3/00—Cores, Yokes, or armatures
    • H01F3/02—Cores, Yokes, or armatures made from sheets

Definitions

  • the yoke body one Have an E cross section.
  • the associated coil is then as a rectangular toroid in the two parallel ones Grooves inserted, the free ends of the yoke body form the pole face of the electromagnet.
  • Fig. 3d is a laminated yoke body known with E-cross section, the two parallel, together connected partial bodies, each having a U-cross section have and which are each formed by a plurality of U-shaped bent packet-like nested strip strips.
  • the protruding faces of the free ends of the sheet metal strip forming the cross section are not designed as pole faces in this embodiment and therefore cannot be used as a contact surface for an anchor serve an electromagnetic actuator.
  • the invention has for its object the above To avoid disadvantages.
  • the two partial bodies thus get a shell shape running in the longitudinal direction with a U-cross section, so that by the parallel arrangement of two partial bodies the desired yoke body with E-cross section can be manufactured.
  • the shell shape of the innermost sheet also results in smooth wall surfaces for the grooves for receiving of the magnetic coils, which are optimally guided in the innermost shell are.
  • Another advantage of the bowl shape is that ideally transfer the bending moments that occur during operation become. As with magnetization, the magnetic lines always run along a sheet, thereby the optimized magnetic properties of the electromagnet. The The desired minimization of the eddy currents is retained.
  • the U-shaped bent sheet metal strips of the partial body by gluing are firmly connected.
  • the plates by soldering, by welding on the end faces or by means of a positive connection To connect punching together.
  • the two sub-bodies together by a housing of the electromagnet are connected. This can be done with an appropriately designed Housing done by a pure form fit.
  • the two partial bodies are bent by at least one U-shaped overlapping retaining plate are interconnected.
  • the two Partial body encompassed and held together on the outer circumference, here, too, the connection via gluing or soldering or welding is also possible.
  • the yoke body shown in Fig. 2 in the invention Embodiment is essentially made up of two parallel, interconnected partial bodies 6 and 7 are formed, which each have a U cross section. Every body part 6, 7 is by a plurality of U-shaped sheet metal strips 8 formed, which are arranged in a packet-like manner. The individual U-shaped sheet metal strips are glued, Welding or firmly connected to each other by soldering.
  • the two partial bodies 6, 7 can also form one solid body connected by gluing or soldering be or held together positively by a housing become.
  • the embodiment shown in Fig. 3 corresponds in its Basic structure of the embodiment according to FIG. 2.
  • the two partial bodies 6 and 7 are the embodiment by a U-shaped bracket 9, the two part body includes and that can have a larger sheet thickness, firmly connected.
  • the holding plate 9th to be provided in several layers.
  • the holding plate 9 can, like the connection of the individual metal strips with each other, by gluing be connected over the entire surface.
  • This electromagnetic actuator consists of essentially of two electromagnets 13, 14, each one Yoke body 15, 16, which according to the basis 2 and 3 described embodiments laminated is. There is a coil in each of the two yoke bodies 17, 18 arranged, each with one not closer here illustrated controllable power supply in connection stands. In the led through the yoke body 15, 16 Bores 11 each have a guide sleeve 19 attached.
  • the two electromagnets 13, 14 are spaced apart arranged so that their pole faces 21.1 and 21.2 each other are turned.
  • a plate-shaped one Anchor 22 arranged with a guide pin 23 is firmly connected.
  • the guide pin 23 is in the guide sleeve 20 of the electromagnet 14 out.
  • the electromagnet 13 a separate guide pin 24 is provided, the one end on the anchor-side guide pin 23 supports and with its other end via a spring plate 25 is supported on a return spring 26.
  • the free end 27 of the guide bolt connected to the armature 22 23 is based on an actuator 28, for example the stem of a gas exchange valve, which has a return spring 29 is assigned.
  • the two return springs 26 and 28 are designed so that when the electromagnet is de-energized 13, 14 the anchor 22 in the middle position between the two pole faces 21 is located.
  • the two Yoke bodies 15 and 16 are each open to the side Housing 13.1 and 14.1 arranged, but each end, encompassing the face of the yoke body and the coil, closed is.
  • the two housing parts 13.1 and 14.1 are connected to each other via a spacer frame 30, on the the continuous longitudinal edges of the two yoke bodies 15 and support 16 continuously. In connection with the support on the front ends of the spacer frame 30 results the hollow beam-like profile shape has a high level of dimensional stability.

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Description

Insbesondere zur Betätigung von Gaswechselventilen werden elektromagnetische Aktuatoren verwendet, deren Jochkörper einen E-Querschnitt aufweisen. Die zugehörige Spule ist dann als rechteckförmige Ringspule in die beiden parallel verlaufenden Nuten eingelegt, wobei die freien Enden des Jochkörpers die Polfläche des Elektromagneten bilden.
Da zur Vermeidung von Wirbelströmen derartige Jochkörper aus einer Vielzahl übereinander liegender Kernbleche aufgebaut sind, war es bisher üblich, für einen Jochkörper mit E-Querschnitt eine Vielzahl E-förmig gestanzter Kernbleche zu einem Paket zusammenzufassen. Der Jochkörper wird hierbei an seinen beiden Enden, d. h. auf der Fläche des vorderen und des hinteren E-förmigen Bleches zusammengehalten. Durch die im Betrieb auftretenden Magnetkräfte, die über das Joch übertragen werden, entstehen im Jochkörper selbst Biegemomente. Da die einzelnen E-förmig gestanzten Bleche im wesentlichen nur über randseitige Schweißnähte miteinander verbunden sind, treten im Dauerbetrieb Verschiebungen der einzelnen Bleche relativ zueinander auf, die zu Beschädigungen der Isolierung der eingelegten Spule und damit zu Masseschlüssen führen können.
Aus US-A- 3,815,067, Fig. 3d, ist ein geblechter Jochkörper mit E-Querschnitt bekannt, der aus zwei parallelen, miteinander verbundenen Teilkörpern besteht, die jeweils einen U-Querschnitt aufweisen und die jeweils durch eine Mehrzahl U-Förming gebogenen paketartig ineinander gesteckter Bleckstreifen gebildet sind. Die die Stirnflächen der vorspringenden freien Enden des Querschnitts bildenden Blechstreifen sind bei dieser Ausführungsform nicht als Polflächen ausgebildet und können daher nicht als Anlagefläche für einen Anker eines elektromagnetischen Aktuators dienen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend geschilderten Nachteile zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Anspruch 1 angegebenen Mitteln gelöst. Die beiden Teilkörper erhalten damit eine in Längsrichtung verlaufende Schalenform mit U-Querschnitt, so daß durch die Parallelanordnung von zwei Teilkörpern der gewünschte Jochkörper mit E-Querschnitt hergestellt werden kann. Die Schalenform des innersten Blechs ergibt zugleich glatte Wandflächen für die Nuten zur Aufnahme der Magnetspulen, die in der innersten Schale optimal geführt sind. Ein weiterer Vorteil der Schalenform besteht darin, daß die im Betrieb auftretenden Biegemomente ideal übertragen werden. Da bei einer Magnetisierung die Magnetlinien immer entlang eines Bleches verlaufen, werden hierdurch ferner die magnetischen Eigenschaften des Elektromagneten optimiert. Die gewünschte Minimierung der Wirbelströme bleibt hierbei erhalten.
In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die U-förmig gebogenen Blechstreifen der Teilkörper durch Verklebung fest miteinander verbunden sind. Alternativ ist es aber auch möglich, die Bleche durch Verlötung, durch Verschweißen an den Stirnseiten oder auch durch einen Formschluß mittels Stanzen fest miteinander zu verbinden.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die beiden Teilkörper durch ein Gehäuse des Elektromagneten miteinander verbunden sind. Dies kann bei einem entsprechend gestalteten Gehäuse durch einen reinen Formschluß erfolgen.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die beiden Teilkörper durch wenigstens ein U-förmig gebogenes übergreifendes Halteblech miteinander verbunden sind. Durch dieses U-förmig gebogene Halteblech werden die beiden Teilkörper auf dem Außenumfang umfaßt und zusammengehalten, wobei auch hier die Verbindung über Verklebung oder Lötung oder auch Verschweißen möglich ist.
Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen naher erläutert: Es zeigen:
Fig. 1
einen Jochkörper nach dem Stand der Technik,
Fig. 2
eine erste Ausführungsform für einen Jochkörper gemäß der Erfindung,
Fig. 3
eine zweite Ausführungsform für einen Jochkörper gemäß der Erfindung,
Fig. 4
als Ausführungsbeispiel einen Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils.
Wie aus Fig. 1 zu erkennen ist, wird nach dem bisherigen Stand der Technik für einen elektromagnetischen Aktuator ein Jochkörper 1 mit E-Querschnitt durch ein Paket aus einer Vielzahl übereinandergelegter, E-förmig gestanzter Einzelbleche gebildet. Die vorspringenden freien Enden 3.1, 3.2 und 3.3 des Jochkörpers bilden hierbei die Polflächen. In die beiden parallel zueinander verlaufenden Nuten 4 ist eine hier nur angedeutete Ringspule in Rechteckform eingelegt. Das mittlere Ende 3.2 weist einen Bohrung 11 auf, durch die ein sogenannter Ankerbolzen hindurchgeführt werden kann.
Der in Fig. 2 dargestellte Jochkörper in der erfindungsgemäßen Ausführungsform wird im wesentlichen aus zwei parallelen, miteinander verbundenen Teilkörpern 6 und 7 gebildet, die jeweils einen U-Querschnitt aufweisen. Jeder Teilkörper 6, 7 ist durch eine Mehrzahl U-förmig gebogener Blechstreifen 8 gebildet, die paketartig ineinander angeordnet sind. Die einzelnen U-förmig gebogenen Blechstreifen sind durch Verklebung, Schweißung oder auch durch Lötung fest miteinander verbunden. Die beiden Teilkörper 6, 7 können ebenfalls zu einem festen Körper durch Verkleben oder Löten miteinander verbunden sein oder aber durch ein Gehäuse formschlüssig zusammengehalten werden.
Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform entspricht in ihrem Grundaufbau der Ausführungsform gemäß Fig. 2. Bei dieser Ausführungsform sind jedoch die beiden Teilkörper 6 und 7 durch ein U-förmig gebogenes Halteblech 9, das beide Teilkörper umfaßt und daß eine größere Blechstärke aufweisen kann, fest miteinander verbunden. Je nach der verwendeten Blechstärke kann es zweckmäßig sein, auch das Halteblech 9 mehrlagig vorzusehen. Das Halteblech 9 kann, wie die Verbindung der einzelnen Blechstreifen untereinander, durch Verklebung über die Gesamtoberfläche verbunden sein.
Bei der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist die Verbindung der Einzelbleche 8 ebenso wie die Verbindung der beiden Teilkörper 6 und 7 und die Verbindung mit dem Halteblech 9 über stirnseitig angebrachte Schweißnähte 10 vorgenommen.
Auch bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 2 und 3 ist ebenfalls die Bohrung 11 zur Führung des Ankerbolzens im mittleren Teil 3.2 des Jochkörpers 1 vorgesehen. In die Bohrung 11 ist eine Führungshülse fest eingesetzt.
In Fig. 4 ist als praktisches Ausührungsbeispiel ein elektromagnetischer Aktuator zur Betätigung eines Gaswechselventils dargestellt. Dieser elektromagnetische Aktuator besteht im wesentlichen aus zwei Elektromagneten 13, 14, die jeweils einen Jochkörper 15, 16 aufweisen, der entsprechend der anhand von Fig. 2 bzw. Fig. 3 beschriebenen Ausführungsformen geblecht ist. In den beiden Jochkörpern ist jeweils eine Spule 17, 18 angeordnet, die jeweils mit einer hier nicht näher dargestellten steuerbaren Stromversorgung in Verbindung steht. In den durch die Jochkörper 15, 16 hindurchgeführten Bohrungen 11 ist jeweils eine Führungshülse 19 befestigt.
Die beiden Elektromagneten 13, 14 sind im Abstand zueinander angeordnet, so daß ihre Polflächen 21.1 und 21.2 jeweils einander zugekehrt sind. Im Zwischenraum zwischen den beiden Polflächen 21 der beiden Elektromagneten 13, 14 ist ein plattenförmiger Anker 22 angeordnet, der mit einem Führungsbolzen 23 fest verbunden ist. Der Führungsbolzen 23 ist in der Führungshülse 20 des Elektromagneten 14 geführt. Dem Elektromagneten 13 ist ein gesonderter Führungsbolzen 24 vorgesehen, der sich mit einem Ende auf dem ankerseitigen Führungsbolzen 23 abstützt und mit seinem anderen Ende über einen Federteller 25 auf einer Rückstellfeder 26 abgestützt ist.
Das freie Ende 27 des mit dem Anker 22 verbundenen Führungsbolzens 23 stützt sich auf einem Stellglied 28, beispielsweise dem Schaft eines Gaswechselventils, dem eine Rückstellfeder 29 zugeordnet ist. Die beiden Rückstellfedern 26 und 28 sind so ausgelegt, daß sich bei stromlos gesetztem Elektromagneten 13, 14 der Anker 22 in der Mittellage zwischen den beiden Polflächen 21 befindet.
Aus Fig. 4 in Verbindung mit Fig. 2 oder 3 ist zu erkennen, daß ein derartiger längsgeblechter Jochkörper eine wesentlich höhere Biegesteifigkeit aufweist gegenüber den bei der Betätigung des Aktuators auftretenden mechanischen Kräften, aber auch den Reaktionskräften aus den Magnetkräften. Die beiden Jochkörper 15 und 16 sind jeweils in einem seitlich offenen Gehäuse 13.1 und 14.1 angeordnet, das jedoch jeweils endseitig, die Stirnseite des Jochkörpers und der Spule umgreifend, geschlossen ist. Die beiden Gehäuseteile 13.1 und 14.1 sind über einen Distanzrahmen 30 miteinander verbunden, auf dem sich die durchlaufenden Längsränder der beiden Jochkörper 15 und 16 durchgehend abstützen. In Verbindung mit der Abstützung auf den stirnseitigen Enden des Distanzrahmens 30 ergibt die hohlträgerartige Profilform eine hohe Formsteifigkeit.

Claims (4)

  1. Geblechter Jochkörper mit E-Querschnitt für einen Elektromagneten an einem elektromagnetischen Aktuator mit Anker und einem damit verbundenen, ein Gaswechselventil betätigenden Ankerbolzen, wobei der Jochkörper aus zwei parallelen, miteinander verbundenen Teilkörpern (6, 7) besteht, die jeweils einen U-Querschnitt aufweisen und die jeweils durch eine Mehrzahl U-förmig gebogener paketartig ineinander gesteckter Blechstreifen (8) gebildet sind, wobei die durch die freien Enden der Blechstreifen gebildeten Stirnflächen der vorspringenden freien Enden (3.1, 3.2, 3.3) des E-Querschnittes als Polflächen (21) für den Anker dienen und bei dem der mittlere Teil (3.2) des E-Querschnitts eine mit einer Führungshülse versehene Bohrung (11) zur Führung des Ankerbolzens aufweist.
  2. Jochkörper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die U-förmig gebogenen Blechstreifen (8) der Teilkörper (6, 7) durch Verklebung oder Lötung oder Schweißung oder Formschlußtechnik miteinander verbunden sind.
  3. Jochkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teilkörper (6, 7) durch ein Gehäuse miteinander verbunden sind.
  4. Jochkörper nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teilkörper (6, 7) durch wenigstens ein U-förmig gebogenes übergreifendes Halteblech (9) miteinander verbunden sind.
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