EP3185256A1 - Elektromagnet - Google Patents

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EP3185256A1
EP3185256A1 EP16204151.1A EP16204151A EP3185256A1 EP 3185256 A1 EP3185256 A1 EP 3185256A1 EP 16204151 A EP16204151 A EP 16204151A EP 3185256 A1 EP3185256 A1 EP 3185256A1
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EP
European Patent Office
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armature
yoke
end position
permanent magnet
coil
Prior art date
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EP16204151.1A
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English (en)
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EP3185256B1 (de
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Wolfgang Abler
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SVM Schultz Verwaltungs GmbH and Co KG
Original Assignee
SVM Schultz Verwaltungs GmbH and Co KG
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Publication date
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Publication of EP3185256A1 publication Critical patent/EP3185256A1/de
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Publication of EP3185256B1 publication Critical patent/EP3185256B1/de
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    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/16—Rectilinearly-movable armatures
    • H01F7/1607—Armatures entering the winding
    • H01F7/1615—Armatures or stationary parts of magnetic circuit having permanent magnet
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    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/081—Magnetic constructions
    • H01F2007/083—External yoke surrounding the coil bobbin, e.g. made of bent magnetic sheet
    • H—ELECTRICITY
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    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/081—Magnetic constructions
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    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/16—Rectilinearly-movable armatures
    • H01F2007/1669—Armatures actuated by current pulse, e.g. bistable actuators

Definitions

  • the invention relates to an electromagnet, in particular a Umledgehubmagneten.
  • Electromagnets are often used to drive equipment. Such electromagnets are designed for certain purposes so that a respective armature is held in respective end positions, so that a force up to a certain height does not move the armature out of the respective end position.
  • springs may be provided. However, these can typically only act in one direction and also involve the risk that they may become due to prolonged use from wear or breakage fail.
  • An alternative to this is to let at least one coil of the electromagnet energized to hold the anchor. However, this consumes significant amounts of energy.
  • the invention relates to an electromagnet, in particular an electromagnetic Umlosehubmagneten having a yoke and an armature.
  • the armature is movable in an armature space along an armature movement direction between a first end position and a second end position.
  • the yoke surrounds the anchor space at least partially.
  • the electromagnet has a coil with current-carrying windings which at least partially surrounds the armature space.
  • the coil In a first operating position, the coil can be supplied with current in a first current direction such that the armature is moved into the first end position. In a second operating position, the coil can be acted upon by a current flowing in a direction opposite to the first current direction, and the armature is moved into the second end position.
  • the armature has a permanent magnet. Furthermore, the armature is kept de-energized in the respective end position.
  • the electromagnet By means of the electromagnet according to the invention, it is possible to keep the armature in both end positions, without the need for this power needs to be expended or the provision of susceptible to wear mechanisms such as springs is required. Rather, up to a certain force acting on the armature, the armature automatically remains in its respective end position.
  • the permanent magnet which generates a magnetic circuit through other parts of the electromagnet and thus applies the required holding force.
  • the armature between the permanent magnet and a pointing in the direction of the first end position axial end of the armature is formed of non-permanent magnetic material.
  • the armature between the permanent magnet and an axial end of the armature pointing in the direction of the second end position is formed from non-permanent-magnetic material.
  • magnetic field lines of the permanent magnet can run in order to form a magnetic circuit.
  • the permanent magnet In each end position, the permanent magnet preferably generates a magnetic circuit which in each case generates a holding force on the armature. This allows the use of the advantageous effect of the permanent magnet to generate a holding force.
  • the yoke and the armature space seen in the axial direction of the coil axis extend beyond the end of the coil and the yoke forms a Jochtopf, and in the first end position of the magnetic circuit of the Permanent magnets on the Jochtopf takes place. This has proven to be advantageous for typical uses.
  • the yoke has a yoke collar extending radially with respect to the coil axis, and the armature space is delimited on the end remote from the yoke pot by a magnetic core.
  • the magnetic closure of the permanent magnet in the second end position preferably takes place via the yoke collar, the yoke and the magnetic core.
  • the magnetic circuit can in particular also take place around the coil.
  • the permanent magnet is preferably in the first end position between the yoke collar and the yoke bottom of the Jochtopfes. This allows a magnetic circuit adjacent to the coil and thus particularly directly.
  • the permanent magnet is preferably located in the second end position in the region of a contact surface described between the coil edge and yoke collar. This favors the formation of the magnetic closure described above via the yoke collar and the magnetic core.
  • the electromagnet has only one coil. This allows the saving of components and a more compact design.
  • the permanent magnet may in particular be disc-shaped. This advantageously allows the above-mentioned formation of magnetic circuits.
  • the permanent magnet preferably extends over less than 50%, less than 30%, less than 20%, less than 10% or less than 5% of the axial extent of the armature. Such values have proven to be advantageous in practice.
  • the permanent magnet is preferably axially magnetized parallel to the armature movement direction. This advantageously allows the formation of the magnetic circuits mentioned above.
  • the permanent magnet is preferably radially smaller than the remaining part of the armature.
  • the permanent magnet material used is sufficiently strong, which is why mass can be saved by reducing the diameter of the permanent magnet and the holding force can be set.
  • the armature is skillfully guided by means of an armature tube located in the yoke, the bottom of which is touched by the armature in the first end position being designed to prevent sticking and / or of non-magnetizable material. This facilitates the intentional detachment of the anchor from the ground, as the holding force is reduced.
  • the necessary force for moving the armature can be adjusted from the end position by the choice of the material or the thickness of the material.
  • the yoke in particular the yoke collar, is preferably formed of a material whose thickness is smaller than the stroke of the armature between the two end positions thereof.
  • an outer circumferential, axially projecting collar is formed on a pointing in the direction of the first end position axial end of the armature. This prevents or reduces any adhesion of the armature to other components, in particular to the bottom of the armature tube, as the contact area is reduced. Again, the necessary force for moving the armature from the end position is adjustable.
  • the yoke is preferably formed of soft magnetic steel. This improves the magnetic field guidance and has proved to be advantageous for the formation of the mentioned magnetic circuits.
  • the yoke and the armature transversely to the armature movement direction have a respective outer cross section, wherein a surface of the outer cross section of the armature between 10% and 50%, in particular between 15% and 35%, particularly preferably 20% ⁇ 5% of the surface of Outside cross-section of the yoke makes up.
  • an interval is specified, which is described by an upper and lower limit.
  • the upper limit is the following values: 60%, 55%, 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 20%.
  • the lower limits are, for example, the following values: 5%, 10%, 15%, 20%, 25%.
  • the disclosure of this application encompasses the set of all intervals consisting of all possible, consistent combinations of the aforementioned upper and lower limits.
  • the permanent magnet preferably has an axial extent which is smaller than or equal to the thickness of the yoke material in the region of the yoke collar. In interaction with the stroke of the electromagnet It is achieved that, depending on the end position of the permanent magnet, this is either on one or the other side of the yoke collar and accordingly optimizes the magnetic closure in the respective end position.
  • the electromagnet may in particular be a bistable reversing stroke magnet. This is designed so that the armature is kept de-energized in both end positions.
  • the armature is preferably movable over a stroke, which is between 3 mm and 5 mm, in particular 4 mm.
  • the yoke is preferably formed of a material having a thickness between 2 mm and 4 mm, in particular 3 mm.
  • the yoke may be formed in particular from VA steel. It may advantageously have a round outer cross section.
  • the permanent magnet preferably has an axial extension between 2 mm and 4 mm, in particular 3 mm.
  • FIG. 1 shows an electromagnet
  • the electromagnet 10 has a yoke 20 which limits a part of the electromagnet 10 on the outside.
  • an armature 30 is arranged, which is limitedly movable along an armature movement direction 36.
  • a permanent magnet 35 is arranged, which occupies only a fraction of the extension of the armature 30 along the armature movement direction 36.
  • a first non-permanent magnetic material 33 is arranged on the left side of the permanent magnet 35.
  • a second non-permanent magnetic material 34 is arranged on the right side of the permanent magnet 35. The importance of the permanent magnet 36 and the non-permanent magnetic materials 33, 34 will be discussed in more detail below.
  • the armature 30 On the right side, the armature 30 has a circumferential projection 38, which is arranged radially on the outside. This leads to, that the armature 30 has no flat contact surface on the right side, but only the projection 38 can abut against a corresponding surface.
  • a coil 40 is arranged, which can be traversed by a coil current and thereby generates a magnetic field.
  • This magnetic field can drive the armature 30 along the armature movement direction 36.
  • the electromagnet 10 with its coil 40 is in particular designed such that through the coil 40 coil currents can flow in both directions, wherein depending on the direction of the coil current, the armature 30 is moved in opposite directions.
  • the electromagnet 10 is designed so that it only needs a coil 40 and can be dispensed with the provision of a further coil, which is common in the prior art.
  • the permanent magnet 35 is formed with a slightly smaller diameter compared to the surrounding part of the armature 30.
  • the coil 40 is formed symmetrically about a coil axis 41. This coil axis 41 is aligned parallel to the armature movement direction 36. On the right side, the coil 40 has a coil edge 42. In addition, it has an abutment surface 47 towards the armature 30.
  • the armature 30 surrounds an armature tube 50, which extends along the armature movement direction 36.
  • the anchor tube 50 has a bottom 52, which in the in FIG. 1 State shown by the armature 30 is touched.
  • the anchor tube 50 is partially within the coil 40, and further looks to the right beyond the coil 40. Slightly, the anchor tube 50 also looks to the left beyond the coil 40.
  • the anchor tube 50 is used in particular for more precise guidance of the armature 30th
  • the armature 30 moves along the armature movement direction 36 in an armature space 60, which is formed in the interior of the electromagnet 10.
  • the armature space 60 is bounded on the left side by a magnetic core 70.
  • a yoke pot 26 is formed, which has a yoke bottom 27. Adjacent to the Jochtopf 26, a yoke collar 28 is formed in the yoke 20, which adjoins the coil 40.
  • the armature 30 In the in FIG. 1 illustrated state, the armature 30 is in a first end position, where he was moved as far as possible to the right. Thus, the projection 38 of the armature 30 directly adjoins the bottom 52 of the anchor tube 50.
  • the permanent magnet 35 is located outside the coil 40 adjacent to the yoke collar 28. This allows a magnetic circuit which extends over the second non-permanent magnetic material 34, the yoke bottom 27, the Jochtopf 26, the yoke 28 and the first non-permanent magnetic material 33.
  • the permanent magnet 35 is magnetized to support the formation of such a magnetic circuit axially parallel to the armature movement direction 36.
  • the magnetic closure just described ensures that the armature 30 in the in FIG. 1 shown position, in particular even when the current flowing through the coil 40 coil current is turned off. Thus, a certain force can be exerted on the armature 10 without it moving. It should be noted that this effect is particularly supported by the fact that the magnetic circuit can be formed on the right side of the coil 40.
  • FIG. 2 shows the electromagnet 10 of FIG. 1 in another state, with the armature 30 in a second end position.
  • This second end position is directly opposite to the first end position, this means in particular that the armature 30 is as far to the left, as this is possible due to the design.
  • a magnetic circuit is formed, which passes through the second non-permanent magnetic material 34, the yoke collar 28, the yoke 20, the magnetic core 70 and the first non-permanent magnetic material 33.
  • the magnetic circuit is therefore in this case around the coil 40 around.
  • This magnetic closure also causes the armature 30 in its second end position, which in FIG. 2 is shown, is held so that a force does not move the armature 30 up to a certain height.
  • the bottom 52 of the anchor tube 50 is coated such that adhesion of the anchor 30 to the bottom 52 is prevented.
  • it is formed in particular of non-magnetic material. This facilitates the operation of the electromagnet 10.
  • the above-mentioned electromagnet wherein the yoke (20) has a yoke collar (28) extending radially relative to the coil axis (41), and the armature space (60) is disposed on the end remote from the yoke pot (26) by a magnetic core (70). is limited and the magnetic closure of the permanent magnet (35) in the second end position via the yoke collar (28), the yoke (20) and the magnetic core (70).
  • the yoke (20), in particular the yoke collar (28) is formed of a material whose thickness is smaller than the stroke of the armature (30) between the two end positions thereof.
  • the aforesaid electromagnet wherein the yoke (20) and the armature (30) have a respective one transverse to the armature movement direction (36) Have outer cross section, wherein a surface of the outer cross section of the armature (30) between 15% and 25%, in particular 20%, the area of the outer cross section of the yoke (20).

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Elektromagneten, insbesondere einen Umkehrhubmagneten, welcher dazu ausgebildet ist, einen Anker des Elektromagneten in seinen Endstellungen stromlos zu halten.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Elektromagneten, insbesondere einen Umkehrhubmagneten.
  • Elektromagnete werden häufig eingesetzt um Apparaturen anzutreiben. Derartige Elektromagnete sind für gewisse Einsatzzwecke so ausgeführt, dass ein jeweiliger Anker in jeweiligen Endstellungen gehalten wird, so dass eine Kraft bis zu einer gewissen Höhe den Anker nicht aus der jeweiligen Endstellung herausbewegt. Hierfür können beispielsweise Federn vorgesehen sein. Diese können jedoch typischerweise nur in einer Richtung wirken und bergen außerdem die Gefahr, dass sie im Laufe einer längeren Benutzung aufgrund von Verschleiß oder Bruch ausfallen. Eine Alternative hierzu ist es, zumindest eine Spule des Elektromagneten bestromt zu lassen, um den Anker zu halten. Dies verbraucht jedoch erhebliche Mengen an Energie.
  • Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, einen Elektromagneten vorzusehen, welcher dazu ausgebildet ist, den Anker auf alternative Art in einer Endstellung zu halten.
  • Dies wird erfindungsgemäß durch einen Elektromagneten gemäß Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den Unteransprüchen entnommen werden.
  • Die Erfindung betrifft einen Elektromagneten, insbesondere einen elektromagnetischen Umkehrhubmagneten, welcher ein Joch und einen Anker aufweist. Der Anker ist in einem Ankerraum entlang einer Ankerbewegungsrichtung zwischen einer ersten Endstellung und einer zweiten Endstellung beweglich. Das Joch umgibt den Ankerraum zumindest teilweise.
  • Der Elektromagnet weist eine Spule mit stromführenden Windungen auf, die den Ankerraum zumindest teilweise umgibt.
  • Die Spule ist in einer ersten Betriebsstellung so mit Strom in einer ersten Stromrichtung beaufschlagbar, dass der Anker in die erste Endstellung bewegt wird. Die Spule ist in einer zweiten Betriebsstellung mit einem, zur ersten Stromrichtung entgegengesetzten zweiten Stromrichtung fließenden Strom beaufschlagbar und der Anker wird in die zweite Endstellung bewegt.
  • Der Anker weist einen Permanentmagneten auf. Des Weiteren ist der Anker in der jeweiligen Endstellung stromlos gehalten.
  • Mittels des erfindungsgemäßen Elektromagneten ist es möglich, den Anker in beiden Endstellungen zu halten, ohne dass hierfür Strom aufgewendet zu werden braucht oder das Vorsehen verschleißanfälliger Mechanismen wie beispielsweise Federn erforderlich ist. Bis zu einer gewissen auf den Anker einwirkenden Kraft verbleibt der Anker vielmehr selbsttätig in seiner jeweiligen Endstellung. Hierfür dient insbesondere der Permanentmagnet, welcher einen Magnetschluss durch andere Teile des Elektromagneten erzeugt und somit die erforderliche Haltekraft aufbringt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführung ist der Anker zwischen dem Permanentmagneten und einem in Richtung der ersten Endstellung weisenden axialen Ende des Ankers aus nicht permanentmagnetischem Material ausgebildet.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung ist der Anker zwischen dem Permanentmagneten und einem in Richtung der zweiten Endstellung weisenden axialen Ende des Ankers aus nicht permanentmagnetischem Material ausgebildet.
  • Durch die nicht permanentmagnetischen Materialien können insbesondere Magnetfeldlinien des Permanentmagneten verlaufen, um einen Magnetschluss zu bilden.
  • Bevorzugt generiert der Permanentmagnet in jeder Endstellung einen Magnetschluss, welcher jeweils eine haltende Kraft auf den Anker erzeugt. Dies erlaubt die Nutzung der vorteilhaften Wirkung des Permanentmagneten zur Erzeugung einer Haltekraft.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführung ist vorgesehen, dass sich das Joch und der Ankerraum in axialer Richtung der Spulenachse gesehen, über das Ende der Spule erstrecken und das Joch einen Jochtopf bildet, und in der ersten Endstellung der Magnetschluss des Permanentmagneten über den Jochtopf erfolgt. Dies hat sich für typische Verwendungen als vorteilhaft erwiesen.
  • Geschickter Weise weist das Joch einen sich bezogen auf die Spulenachse radial erstreckenden Jochbund auf und der Ankerraum ist auf dem, dem Jochtopf abgewandten Ende durch einen Magnetkern begrenzt. Der Magnetschluss des Permanentmagneten in der zweiten Endstellung erfolgt vorzugsweise über den Jochbund, das Joch und den Magnetkern. Dabei kann der Magnetschluss insbesondere auch um die Spule herum erfolgen. Durch eine solche Ausführung wird eine sinnvolle Leitung von Magnetfeldlinien erreicht, welche zu einer magnetischen Kraft führt, die den Anker vorteilhaft in einer Endstellung hält.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführung weist das Joch die Spule auf und/oder nimmt sie auf und die Spule liegt im Inneren des Jochs am Jochbund an. Dies führt zu einem vorteilhaften Magnetschluss.
  • Der Permanentmagnet befindet sich bevorzugt in der ersten Endstellung zwischen dem Jochbund und dem Jochboden des Jochtopfes. Dies erlaubt einen Magnetschluss benachbart zur Spule und somit besonders direkt.
  • Der Permanentmagnet befindet sich bevorzugt in der zweiten Endstellung im Bereich einer zwischen Spulenrand und Jochbund beschriebenen Anlagefläche. Dies begünstigt die Ausbildung des oben beschriebenen Magnetschlusses über den Jochbund und den Magnetkern.
  • Bevorzugt weist der Elektromagnet nur eine Spule auf. Dies erlaubt die Einsparung von Komponenten und eine kompaktere Bauform.
  • Der Permanentmagnet kann insbesondere scheibenförmig ausgebildet sein. Dies erlaubt vorteilhaft die weiter oben erwähnte Ausbildung von Magnetschlüssen.
  • Der Permanentmagnet erstreckt sich bevorzugt über weniger als 50 %, weniger als 30 %, weniger als 20 %, weniger als 10 % oder weniger als 5 % der axialen Erstreckung des Ankers. Derartige Werte haben sich in der Praxis als vorteilhaft erwiesen.
  • Der Permanentmagnet ist bevorzugt parallel zur Ankerbewegungsrichtung axial magnetisiert. Dies erlaubt vorteilhaft die Ausbildung der weiter oben erwähnten Magnetschlüsse.
  • Der Permanentmagnet ist bevorzugt radial kleiner als der restliche Teil des Ankers. Das eingesetzte Permanentmagnetmaterial ist ausreichend stark, weshalb durch die Reduzierung des Durchmessers des Permanentmagneten Masse gespart und die Haltekraft eingestellt werden kann.
  • Geschickter Weise wird der Anker mittels eines in dem Joch befindlichen Ankerrohrs geführt, dessen vom Anker in der ersten Endstellung berührter Boden klebeverhindernd und/oder aus nicht magnetisierbarem Material ausgebildet ist. Dies erleichtert das gewollte Ablösen des Ankers von dem Boden, da die Haltekraft reduziert wird. Natürlich kann durch die Wahl des Materials bzw. der Dicke des Materials die notwendige Kraft zum Bewegen des Ankers aus der Endstellung eingestellt werden.
  • Das Joch, insbesondere der Jochbund, ist vorzugsweise aus einem Material ausgebildet, dessen Dicke kleiner ist als der Hub des Ankers zwischen dessen beiden Endstellungen. Durch eine solche Ausgestaltung wird grundsätzlich erreicht, dass bei einem Umschaltvorgang, also einem Wechsel der Ankerlage von einer ersten zu einer zweiten Endstellung (und zurück), der Permanentmagnet von der einen auf die andere Seite des Jochbundes gelangen kann.
  • Bevorzugt ist an einem in Richtung der ersten Endstellung weisenden axialen Ende des Ankers ein außen umlaufender, axial abstehender Bund ausgebildet. Dies verhindert bzw. verringert eine etwaige Haftung des Ankers an anderen Komponenten, insbesondere am Boden des Ankerrohrs, da die Kontaktfläche verringert wird. Auch hierüber ist die notwendige Kraft zum Bewegen des Ankers aus der Endstellung einstellbar.
  • Das Joch ist bevorzugt aus weichmagnetischem Stahl ausgebildet. Dies verbessert die Magnetfeldführung und hat sich für die Ausbildung der erwähnten Magnetschlüsse als vorteilhaft erwiesen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführung weisen das Joch und der Anker quer zur Ankerbewegungsrichtung einen jeweiligen Außenquerschnitt auf, wobei eine Fläche des Außenquerschnitts des Ankers zwischen 10 % und 50 %, insbesondere zwischen 15 % und 35 %, insbesondere bevorzugt 20 % ± 5 % der Fläche des Außenquerschnitts des Jochs ausmacht.
  • Für den Parameter Außenquerschnitt des Ankers zu Außenquerschnitt des Jochs wird ein Intervall angegeben, das durch eine obere und untere Grenze beschrieben ist. Als Obergrenze sind zum Beispiel dabei folgende Werte vorgesehen: 60 %, 55 %, 50 %, 45 %, 40 %, 35 %, 30 %, 25 %, 20 %.
  • Als Untergrenze gelten zum Beispiel folgende Werte: 5 %, 10 %, 15 %, 20 %, 25 %. Die Offenbarung dieser Anmeldung umfasst die Menge von allen Intervallen, die durch alle möglichen, widerspruchsfreien Kombinationen der vorgenannten Ober- und Untergrenzen bestehen.
  • Der Permanentmagnet weist bevorzugt eine axiale Ausdehnung auf, welche kleiner ist als oder gleich ist der Dicke des Jochmaterials im Bereich des Jochbundes. Im Zusammenspiel mit dem Hub des Elektromagneten wird erreicht, dass je nach Endstellung des Permanentmagneten dieser entweder auf der einen oder anderen Seite des Jochbundes ist und dementsprechend optimiert in der jeweiligen Endstellung den Magnetschluss herstellt.
  • Der Elektromagnet kann insbesondere ein bistabiler Umkehrhubmagnet sein. Dieser ist dazu ausgebildet, dass der Anker in beiden Endstellungen stromlos gehalten wird.
  • Der Anker ist bevorzugt über einen Hub bewegbar, welcher zwischen 3 mm und 5 mm, insbesondere 4 mm, beträgt.
  • Das Joch ist bevorzugt aus einem Material mit einer Dicke zwischen 2 mm und 4 mm, insbesondere 3 mm, ausgebildet.
  • Das Joch kann insbesondere aus VA-Stahl ausgebildet sein. Es kann vorteilhaft einen runden Außenquerschnitt aufweisen.
  • Der Permanentmagnet weist bevorzugt eine axiale Ausdehnung zwischen 2 mm und 4 mm, insbesondere 3 mm, auf.
  • Derartige Werte bzw. Ausführungen haben sich in der Praxis als vorteilhaft erwiesen.
  • In der Zeichnung ist die Erfindung insbesondere in einem Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt. Es zeigen:
    • Fig. 1
    einen Elektromagneten gemäß der Erfindung mit Anker in einer ersten Endstellung, und
    Fig. 2
    den Elektromagneten< gemäß der Erfindung mit Anker in einer zweiten Endstellung.
  • In den Figuren sind gleiche oder einander entsprechende Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden daher, sofern nicht zweckmäßig, nicht erneut beschrieben. Die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sind sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragbar. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen. Weiterhin können auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen.
  • Figur 1 zeigt einen Elektromagneten 10.
  • Der Elektromagnet 10 weist ein Joch 20 auf, welches einen Teil des Elektromagneten 10 außenseitig begrenzt.
  • Im Inneren des Elektromagneten 10 ist ein Anker 30 angeordnet, welcher entlang einer Ankerbewegungsrichtung 36 begrenzt bewegbar ist. Innerhalb des Ankers 30 ist ein Permanentmagnet 35 angeordnet, welcher nur einen Bruchteil der Erstreckung des Ankers 30 entlang der Ankerbewegungsrichtung 36 einnimmt. Linksseitig von dem Permanentmagneten 35 ist ein erstes nicht permanentmagnetisches Material 33 angeordnet. Rechtsseitig von dem Permanentmagneten 35 ist ein zweites nicht permanentmagnetisches Material 34 angeordnet. Auf die Bedeutung des Permanentmagneten 36 und der nicht permanentmagnetischen Materialien 33, 34 wird weiter unten näher eingegangen werden.
  • Rechtsseitig weist der Anker 30 einen umlaufenden Vorsprung 38 auf, welcher radial außenliegend angeordnet ist. Dies führt dazu, dass der Anker 30 rechtsseitig keine ebene Anlagefläche hat, sondern nur der Vorsprung 38 an einer entsprechenden Fläche anliegen kann.
  • Um den Anker 30 herum ist eine Spule 40 angeordnet, welche von einem Spulenstrom durchflossen werden kann und dadurch ein Magnetfeld erzeugt. Dieses Magnetfeld kann den Anker 30 entlang der Ankerbewegungsrichtung 36 antreiben. Der Elektromagnet 10 mit seiner Spule 40 ist dabei insbesondere so ausgebildet, dass durch die Spule 40 Spulenströme in beiden Richtungen fließen können, wobei abhängig von der Richtung des Spulenstroms der Anker 30 in entgegengesetzte Richtungen bewegt wird. Der Elektromagnet 10 ist anders ausgedrückt so ausgebildet, dass er lediglich mit einer Spule 40 auskommt und auf das Vorsehen einer weiteren Spule, welches im Stand der Technik gängig ist, verzichtet werden kann.
  • Der Permanentmagnet 35 ist im Vergleich zum umgebenden Teil des Ankers 30 mit einem etwas geringeren Durchmesser ausgebildet.
  • Die Spule 40 ist symmetrisch um eine Spulenachse 41 ausgebildet. Diese Spulenachse 41 ist parallel zur Ankerbewegungsrichtung 36 ausgerichtet. Rechtsseitig weist die Spule 40 einen Spulenrand 42 auf. Außerdem weist sie zum Anker 30 hin eine Anlagefläche 47 auf.
  • Den Anker 30 umgibt ein Ankerrohr 50, welches sich entlang der Ankerbewegungsrichtung 36 erstreckt. Das Ankerrohr 50 weist einen Boden 52 auf, welcher in dem in Figur 1 dargestellten Zustand vom Anker 30 berührt wird. Das Ankerrohr 50 befindet sich teilweise innerhalb der Spule 40, und schaut des Weiteren nach rechts über die Spule 40 hinaus. Geringfügig schaut das Ankerrohr 50 auch nach links über die Spule 40 hinaus. Das Ankerrohr 50 dient insbesondere zur exakteren Führung des Ankers 30.
  • Der Anker 30 bewegt sich entlang der Ankerbewegungsrichtung 36 in einem Ankerraum 60, welcher im Inneren des Elektromagneten 10 ausgebildet ist. Der Ankerraum 60 wird linksseitig von einem Magnetkern 70 begrenzt.
  • In dem Joch 20 ist ein Jochtopf 26 ausgebildet, welcher einen Jochboden 27 aufweist. Angrenzend an den Jochtopf 26 ist in dem Joch 20 ein Jochbund 28 ausgebildet, welcher an die Spule 40 angrenzt.
  • In dem in Figur 1 dargestellten Zustand befindet sich der Anker 30 in einer ersten Endstellung, wobei er soweit möglich nach rechts verschoben wurde. Somit grenzt der Vorsprung 38 des Ankers 30 unmittelbar an dem Boden 52 des Ankerrohrs 50 an.
  • Der Permanentmagnet 35 befindet sich außerhalb der Spule 40 benachbart zum Jochbund 28. Dies erlaubt einen Magnetschluss, welcher über das zweite nicht permanentmagnetische Material 34, den Jochboden 27, den Jochtopf 26, den Jochbund 28 und das erste nicht permanentmagnetische Material 33 verläuft. Der Permanentmagnet 35 ist zur Unterstützung der Ausbildung eines solchen Magnetschlusses axial parallel zur Ankerbewegungsrichtung 36 magnetisiert.
  • Der eben beschriebene Magnetschluss sorgt dafür, dass der Anker 30 in der in Figur 1 gezeigten Stellung gehalten wird, und zwar insbesondere auch dann, wenn der durch die Spule 40 fließende Spulenstrom abgeschaltet wird. Es kann also eine gewisse Kraft auf den Anker 10 ausgeübt werden, ohne dass dieser sich bewegt. Es sei darauf hingewiesen, dass dieser Effekt insbesondere dadurch unterstützt wird, dass der Magnetschluss rechtsseitig von der Spule 40 ausgebildet werden kann.
  • Figur 2 zeigt den Elektromagneten 10 von Figur 1 in einem anderen Zustand, wobei sich der Anker 30 in einer zweiten Endstellung befindet. Diese zweite Endstellung ist unmittelbar gegenüberliegend zur ersten Endstellung, dies bedeutet insbesondere dass sich der Anker 30 so weit links befindet, wie dies bauartbedingt möglich ist.
  • In diesem Fall bildet sich ein Magnetschluss aus, welcher durch das zweite nicht permanentmagnetische Material 34, den Jochbund 28, das Joch 20, den Magnetkern 70 und das erste nicht permanentmagnetische Material 33 verläuft. Der Magnetschluss geht also in diesem Fall um die Spule 40 herum. Auch dieser Magnetschluss führt dazu, dass der Anker 30 in seiner zweiten Endstellung, welche in Figur 2 dargestellt ist, gehalten wird, so dass eine Kraft bis zu einer gewissen Höhe den Anker 30 nicht bewegt.
  • Durch eine Bestromung der Spule 40 in geeigneter Richtung kann eine Kraft auf den Anker 30 ausgeübt werden, welche dazu ausreichend ist, um den Anker 30 aus der jeweiligen Endstellung heraus in Richtung auf die andere Endstellung zu bewegen. Wenn der Anker 30 jedoch in seiner Endstellung verbleiben soll kann der Spulenstrom typischerweise abgeschaltet werden, so dass Energie eingespart wird. Auf das Vorsehen von anderen gängigen Maßnahmen, welche einen Anker 30 in einer Endstellung halten, beispielsweise eine Feder, kann verzichtet werden.
  • Es sei noch erwähnt, dass der Boden 52 des Ankerrohrs 50 derart beschichtet bzw. ausgebildet ist, dass eine Haftung des Ankers 30 an dem Boden 52 verhindert wird. Hierzu ist er insbesondere aus nichtmagnetischem Material ausgebildet. Dies erleichtert den Betrieb des Elektromagneten 10.
  • Nachfolgend werden mögliche Merkmale des Vorschlages strukturiert wiedergegeben. Die nachfolgenden strukturiert wiedergegebenen Merkmale können beliebig untereinander kombiniert werden und können in beliebiger Kombination in die Ansprüche der Anmeldung aufgenommen werden. Dem Fachmann ist klar, dass sich die Erfindung bereits aus dem Gegenstand mit den wenigsten Merkmalen ergibt. Insbesondere sind nachfolgend vorteilhafte oder mögliche Ausgestaltungen, nicht jedoch die einzig möglichen Ausgestaltungen der Erfindung wiedergegeben.
  • Die Erfindung umfasst:
    • Ein Elektromagnet, insbesondere elektromagnetischer Umkehrhubmagnet, welcher ein Joch (20) und einen Anker (30) aufweist, der Anker (30) in einem Ankerraum (60) entlang einer Ankerbewegungsrichtung (36) zwischen einer ersten Endstellung und einer zweiten Endstellung beweglich ist, das Joch (20) den Ankerraum (60) zumindest teilweise umgibt und der Elektromagnet (10) eine Spule (40) mit stromführenden Windungen aufweist, die den Ankerraum (60) zumindest teilweise umgibt und die Spule (40) in einer ersten Betriebsstellung so mit Strom in einer ersten Stromrichtung beaufschlagbar ist, dass der Anker (30) in die erste Endstellung bewegt wird und die Spule (40) in einer zweiten Betriebsstellung mit einem, zur ersten Stromrichtung entgegengesetzten zweiten Stromrichtung fließenden Strom beaufschlagbar ist und der Anker (30) in die zweite Endstellung bewegt wird, der Anker (30) einen Permanentmagneten (35) aufweist und der Anker (30) in der jeweiligen Endstellung stromlos gehalten ist.
  • Der vorstehend genannte Elektromagnet, wobei der Anker (30) zwischen dem Permanentmagneten (35) und einem in Richtung der ersten Endstellung weisenden axialen Ende des Ankers (30) aus nicht permanentmagnetischem Material (34) ausgebildet ist.
  • Der vorstehend genannte Elektromagnet, wobei der Anker (30) zwischen dem Permanentmagneten (35) und einem in Richtung der zweiten Endstellung weisenden axialen Ende des Ankers (30) aus nicht permanentmagnetischem Material (33) ausgebildet ist.
  • Der vorstehend genannte Elektromagnet, wobei der Permanentmagnet (35) in jeder Endstellung einen Magnetschluss generiert, welcher jeweils eine haltende Kraft auf den Anker (30) erzeugt.
  • Der vorstehend genannte Elektromagnet, wobei sich das Joch (20) und der Ankerraum (60) in axialer Richtung der Spulenachse (41) gesehen, über das Ende der Spule (40) erstrecken und das Joch (20) einen Jochtopf (26) bildet, und in der ersten Endstellung der Magnetschluss des Permanentmagneten (35) über den Jochtopf (26) erfolgt.
  • Der vorstehend genannte Elektromagnet, wobei das Joch (20) einen sich, bezogen auf die Spulenachse (41) radial erstreckenden Jochbund (28) aufweist und der Ankerraum (60) auf der, dem Jochtopf (26) abgewandten Ende durch einen Magnetkern (70) begrenzt ist und der Magnetschluss des Permanentmagneten (35) in der zweiten Endstellung über den Jochbund (28), das Joch (20) und den Magnetkern (70) erfolgt.
  • Der vorstehend genannte Elektromagnet, wobei das Joch (20) die Spule (40) aufweist/aufnimmt und die Spule (40) im Inneren des Jochs (20) am Jochbund (28) anliegt.
  • Der vorstehend genannte Elektromagnet, wobei sich der Permanentmagnet (35) in der ersten Endstellung zwischen dem Jochbund (28) und dem Jochboden (27) des Jochtopfes (26) befindet.
  • Der vorstehend genannte Elektromagnet, wobei sich der Permanentmagnet (35) in der zweiten Endstellung im Bereich der, zwischen Spulenrand (42) und Jochbund (28) beschriebenen Anlagefläche (47) befindet.
  • Der vorstehend genannte Elektromagnet, wobei der Elektromagnet (10) nur eine Spule (40) aufweist.
  • Der vorstehend genannte Elektromagnet, wobei der Permanentmagnet (35) scheibenförmig ausgebildet ist.
  • Der vorstehend genannte Elektromagnet, wobei der Permanentmagnet (35) sich über weniger als 50 %, weniger als 30 %, weniger als 20 %, weniger als 10 % oder weniger als 5 % der axialen Erstreckung des Ankers (30) erstreckt.
  • Der vorstehend genannte Elektromagnet, wobei der Permanentmagnet (35) parallel zur Ankerbewegungsrichtung (36) axial magnetisiert ist.
  • Der vorstehend genannte Elektromagnet, wobei der Permanentmagnet (35) radial kleiner ist als der restliche Teil des Ankers (30).
  • Der vorstehend genannte Elektromagnet, wobei der Anker (30) mittels eines in dem Joch (20) befindlichen Ankerrohrs (50) geführt wird, dessen vom Anker (30) in der ersten Endstellung berührter Boden (52) klebeverhindernd und/oder aus nicht magnetisierbarem Material ausgebildet ist.
  • Der vorstehend genannte Elektromagnet, wobei das Joch (20), insbesondere der Jochbund (28) aus einem Material ausgebildet ist, dessen Dicke kleiner ist als der Hub des Ankers (30) zwischen dessen beiden Endstellungen.
  • Der vorstehend genannte Elektromagnet, wobei an einem in Richtung der ersten Endstellung weisenden axialen Ende des Ankers (30) ein außen umlaufender, axial abstehender Bund (38) ausgebildet ist.
  • Der vorstehend genannte Elektromagnet, wobei das Joch (20) aus weichmagnetischem Stahl ausgebildet ist.
  • Der vorstehend genannte Elektromagnet, wobei das Joch (20) und der Anker (30) quer zur Ankerbewegungsrichtung (36) einen jeweiligen Außenquerschnitt aufweisen, wobei eine Fläche des Außenquerschnitts des Ankers (30) zwischen 15 % und 25 %, insbesondere 20 %, der Fläche des Außenquerschnitts des Jochs (20) ausmacht.
  • Der vorstehend genannte Elektromagnet, wobei der Permanentmagnet (35) eine axiale Ausdehnung aufweist, welche kleiner ist als oder gleich ist der Dicke des Jochmaterials im Bereich des Jochbundes (28).
  • Die jetzt mit der Anmeldung und später eingereichten Ansprüche sind ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Schutzes.
  • Sollte sich hier bei näherer Prüfung, insbesondere auch des einschlägigen Standes der Technik, ergeben, dass das eine oder andere Merkmal für das Ziel der Erfindung zwar günstig, nicht aber entscheidend wichtig ist, so wird selbstverständlich schon jetzt eine Formulierung angestrebt, die ein solches Merkmal, insbesondere im Hauptanspruch, nicht mehr aufweist. Auch eine solche Unterkombination ist von der Offenbarung dieser Anmeldung abgedeckt.
  • Es ist weiter zu beachten, dass die in den verschiedenen Ausführungsformen beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausgestaltungen und Varianten der Erfindung beliebig untereinander kombinierbar sind. Dabei sind einzelne oder mehrere Merkmale beliebig gegeneinander austauschbar. Diese Merkmalskombinationen sind ebenso mit offenbart.
  • Die in den abhängigen Ansprüchen angeführten Rückbeziehungen weisen auf die weitere Ausbildung des Gegenstandes des Hauptanspruches durch die Merkmale des jeweiligen Unteranspruches hin. Jedoch sind diese nicht als ein Verzicht auf die Erzielung eines selbständigen, gegenständlichen Schutzes für die Merkmale der rückbezogenen Unteransprüche zu verstehen.
  • Merkmale, die nur in der Beschreibung offenbart wurden oder auch Einzelmerkmale aus Ansprüchen, die eine Mehrzahl von Merkmalen umfassen, können jederzeit als von erfindungswesentlicher Bedeutung zur Abgrenzung vom Stande der Technik in den oder die unabhängigen Anspruch/Ansprüche übernommen werden, und zwar auch dann, wenn solche Merkmale im Zusammenhang mit anderen Merkmalen erwähnt wurden beziehungsweise im Zusammenhang mit anderen Merkmalen besonders günstige Ergebnisse erreichen.

Claims (15)

  1. Elektromagnet, insbesondere elektromagnetischer Umkehrhubmagnet, welcher ein Joch (20) und einen Anker (30) aufweist, der Anker (30) in einem Ankerraum (60) entlang einer Ankerbewegungsrichtung (36) zwischen einer ersten Endstellung und einer zweiten Endstellung beweglich ist, das Joch (20) den Ankerraum (60) zumindest teilweise umgibt und der Elektromagnet (10) eine Spule (40) mit stromführenden Windungen aufweist, die den Ankerraum (60) zumindest teilweise umgibt und die Spule (40) in einer ersten Betriebsstellung so mit Strom in einer ersten Stromrichtung beaufschlagbar ist, dass der Anker (30) in die erste Endstellung bewegt wird und die Spule (40) in einer zweiten Betriebsstellung mit einem, zur ersten Stromrichtung entgegengesetzten zweiten Stromrichtung fließenden Strom beaufschlagbar ist und der Anker (30) in die zweite Endstellung bewegt wird, der Anker (30) einen Permanentmagneten (35) aufweist und der Anker (30) in der jeweiligen Endstellung stromlos gehalten ist.
  2. Elektromagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (30) zwischen dem Permanentmagneten (35) und einem in Richtung der ersten Endstellung weisenden axialen Ende des Ankers (30) aus nicht permanentmagnetischem Material (34) ausgebildet ist und/oder der Anker (30) zwischen dem Permanentmagneten (35) und einem in Richtung der zweiten Endstellung weisenden axialen Ende des Ankers (30) aus nicht permanentmagnetischem Material (33) ausgebildet ist.
  3. Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (35) in jeder Endstellung einen Magnetschluss generiert, welcher jeweils eine haltende Kraft auf den Anker (30) erzeugt.
  4. Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Joch (20) und der Ankerraum (60) in axialer Richtung der Spulenachse (41) gesehen, über das Ende der Spule (40) erstrecken und das Joch (20) einen Jochtopf (26) bildet, und in der ersten Endstellung der Magnetschluss des Permanentmagneten (35) über den Jochtopf (26) erfolgt und/oder das Joch (20) einen sich, bezogen auf die Spulenachse (41) radial erstreckenden Jochbund (28) aufweist und der Ankerraum (60) auf der, dem Jochtopf (26) abgewandten Ende durch einen Magnetkern (70) begrenzt ist und der Magnetschluss des Permanentmagneten (35) in der zweiten Endstellung über den Jochbund (28), das Joch (20) und den Magnetkern (70) erfolgt.
  5. Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch (20) die Spule (40) aufweist/aufnimmt und die Spule (40) im Inneren des Jochs (20) am Jochbund (28) anliegt.
  6. Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Permanentmagnet (35) in der ersten Endstellung zwischen dem Jochbund (28) und dem Jochboden (27) des Jochtopfes (26) befindet und/oder sich der Permanentmagnet (35) in der zweiten Endstellung im Bereich der, zwischen Spulenrand (42) und Jochbund (28) beschriebenen Anlagefläche (47) befindet.
  7. Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (10) nur eine Spule (40) aufweist.
  8. Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (35) scheibenförmig ausgebildet ist und/oder der Permanentmagnet (35) sich über weniger als 50 %, weniger als 30 %, weniger als 20 %, weniger als 10 % oder weniger als 5 % der axialen Erstreckung des Ankers (30) erstreckt.
  9. Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (35) parallel zur Ankerbewegungsrichtung (36) axial magnetisiert ist.
  10. Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (35) radial kleiner ist als der restliche Teil des Ankers (30).
  11. Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (30) mittels eines in dem Joch (20) befindlichen Ankerrohrs (50) geführt wird, dessen vom Anker (30) in der ersten Endstellung berührter Boden (52) klebeverhindernd und/oder aus einem nicht magnetisierbaren Material ausgebildet ist.
  12. Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch (20), insbesondere der Jochbund (28) aus einem Material ausgebildet ist, dessen Dicke kleiner ist als der Hub des Ankers (30) zwischen dessen beiden Endstellungen.
  13. Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem in Richtung der ersten Endstellung weisenden axialen Ende des Ankers (30) ein außen umlaufender, axial abstehender Bund (38) ausgebildet ist.
  14. Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch (20) aus weichmagnetischem Stahl ausgebildet ist.
  15. Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch (20) und der Anker (30) quer zur Ankerbewegungsrichtung (36) einen jeweiligen Außenquerschnitt aufweisen, wobei eine Fläche des Außenquerschnitts des Ankers (30) zwischen 15 % und 25 %, insbesondere 20 %, der Fläche des Außenquerschnitts des Jochs (20) ausmacht und/oder der Permanentmagnet (35) eine axiale Ausdehnung aufweist, welche kleiner ist als oder gleich ist der Dicke des Jochmaterials im Bereich des Jochbundes (28).
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