EP3211645A1 - Elektromagnetische aktuatorvorrichtung - Google Patents
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- EP3211645A1 EP3211645A1 EP17165459.3A EP17165459A EP3211645A1 EP 3211645 A1 EP3211645 A1 EP 3211645A1 EP 17165459 A EP17165459 A EP 17165459A EP 3211645 A1 EP3211645 A1 EP 3211645A1
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- H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
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Definitions
- the present invention relates to an electromagnetic actuator device according to the preamble of the main claim.
- Such a device is for example from the JP 2000 170951 A is known and relates to an electromagnetic actuator device for implementing a 3-way valve, in which, in departure from the usual and beyond known as vortex actuator technologies, the coil winding does not surround the armature (or the associated working air gap), but the coil winding, in the Type of "outsourced coil” is offset laterally relative to an armature movement longitudinal axis (or an associated air gap) and a magnetic flux transfer to the armature unit or to the air gap by means of suitable flux-conducting portions of the yoke.
- JP 2000 170951 A in a very special technical context, which in particular makes a transfer to other, generic actuating tasks (or else to other valve drives) only possible to a very limited extent.
- the known from this prior art device requires a not inconsiderable space, in addition, a heat dissipation from the known device is not without problems.
- Object of the present invention is therefore to provide an electromagnetic actuator according to the preamble of the main claim, wherein a Bestrombare coil unit encloses a first yoke portion of a stationary yoke unit and relative to the yoke unit movably guided, cooperating with a control partner and drivable for performing an actuating anchor means a second yoke portion of the yoke unit to form the working air gap cooperate to improve in terms of a more compact, and in particular more flexible mechanical realization, in particular to provide the ability to separate the coil unit from the working air gap, and the ability to create an improved To realize heat dissipation or heat to be distributed locally (and thus less concentrated on one place).
- the coil unit is realized in the form of a plurality of separate, yet magnetic flux interconnected individual coils, which according to further preferred embodiments of the invention then in solution a locally distributed arrangement each (smaller to be dimensioned and thus also potentially less heat-generating) individual coils allow their respective magnetic flux then cumulatively for the common anchor (or the associated working air gap) merged and added so far.
- the working air gap or the at least one air gap provided within the scope of the first aspect of the invention is / are formed outside the first yoke section, ie is not enclosed by a coil unit (typically cylindrical or rectangular in design) but instead is laterally outsourced in the sense discussed above.
- a coil unit typically cylindrical or rectangular in design
- each of the flux circuits by the (common coil carrying) first yoke portion and via a respective one of the plurality of anchor units associated air gaps is a magnetic flux resistance of Flußleitschn of at least one of the magnetic flux control circuits in response to a flowing magnetic flux therein variable.
- the consequence of this effect is that a magnetic flux is then displaced from the relevant flux circuit into another of the flux circuits, insofar as an armature movement can then be triggered or influenced.
- presetting or predetermined influencing of the movement behavior of the plurality of anchor units is to design the air gaps differently (in each case based on a predetermined, comparable anchor position, for example a stop position of the anchor units).
- Another way to influence the switching or movement behavior of a respective armature unit of the anchor means is to associate this armature spring means or the like power storage and about further education to store one or more of the armature units against a restoring force of such a spring or lead (where in turn further education by different configurations such as the spring forces then the respective switching or movement behavior of the associated anchor units can be influenced in a predetermined manner).
- the electromagnetic actuator device according to the second aspect of the invention, according to which a plurality of individual coils (in potentially small installation space) suitably arranged adjacent to the second yoke section with the working air gap, so that the working air gap lies between the individual coils, advantageously provides that at least one of the individual coils, more preferably, all of the individual coils extend parallel to a direction of movement of the armature unit, so that, for example, when arranging the individual coils around the working air gap around, a particularly compact unit can be created, which nevertheless must have no symmetry.
- the present invention also makes it possible by the variability described to optimize one (or, in the case of several individual coils, several) effective cross-sectional areas of the first yoke section, so that, for example, the coil unit provided thereon (with regard, for example, to the copper weight of the winding) can be optimized ,
- suitable provided Flußleitstoff in the form of suitable elements can be as a specific purpose (or respective site and the applicable installation conditions) implemented low-priced construction structures:
- these flux-conducting elements are flat or planar elements, which are furthermore advantageous approximately both sides of central axes of both the plurality of coil devices, as well as the second yoke portion (with the working air gap) are provided for flux-conducting connection thereof, so again a simple and mass production manufacturable, nevertheless optimized in terms of a space utilization arrangement arises (in particular also constructive There are possibilities to make thermal optimizations).
- the space-optimized (and, for further training, approximately angled) space-saving geometry realized by means of the flat or flat flux-conducting means is also analogous can be provided for implementation forms, in which about the end of the flux guide anchor units (with a respective working air gap) are provided suitable, while in a central region, the common coil unit is provided.
- the electromagnetic actuator device according to the invention is indeed preferably for the realization of hydraulic or pneumatic valve solutions, especially in the vehicle sector, but is not limited to these applications.
- the present invention can be used favorably and suitably configured for virtually any field of application in which structural or spatial flexibility can be used in conjunction with flexibly configurable magnetic flux guides or flow paths within the respective flux guide circuits.
- the Fig. 1 illustrates in the schematic longitudinal sectional view of an electromagnetic actuator device for driving two anchor units 10, 12 by means of a common, centrally located (centrally) between them on a yoke section 13 coil unit 14. More specifically, as schematically with reference to the graph of Fig. 1 recognizable, the elongated armature units 10 and 12 shown axially movably guided (in a movement and drive direction perpendicular in the plane), wherein the armature units 10 and 12 cooperate with stationary yoke sections 15 and 16 and, for the realization thereof, together by the coil unit 14 extending flow control circuits, which are guided over flow-conducting connection sections 18 to 24. Accordingly arise for the anchor units 10 and 12 effective air gaps 26 and 28 respectively.
- the Fig. 2 to 4 illustrate various operating conditions in response to energization of the coil unit 14: So shows about the Fig. 3 two flow paths in the flux guide circuits running through the respective armatures 10 and 12, respectively, on the basis of the arrowheads 30 and 32, these magnetic fluxes flowing through the yoke section 13 ("first yoke section") associated with the coil unit 14, as symbolized by the arrowhead 34. Is against it, as in the Fig. 2 shown by a shortened air gap 28 an effective flow resistance in the right flux guide circuit (ie with respect to the armature unit 12) is reduced with respect to the other arm, the magnetic flux concentrates as indicated by the arrowhead 36 in FIG Fig.
- this simplest embodiment already realizes an inventive principle of the outsourced armature, namely an armature provided within a flow circle branch and laterally or adjacently arranged (including the associated air gap), so that an armature movement direction while further education parallel to an extension direction of the coil unit (or the associated first Jochabitess) can take place, but these axes are no longer coaxial.
- FIG. 5 A first variant illustrates the Fig. 5 in the perspective view: on both sides of an axially movable armature 40 and a stationary yoke portion 42 having central arrangement, a pair of individual coils 44 and 46 is provided such that armature 40 and stator 42 are framed on both sides of the individual coils 44, 46.
- a magnetic flux (resulting when the coils are energized) of the coils 44 and 46, respectively, is fed into the armature 40 or the stator 42 via common elongated plate-shaped flux conducting elements 48 and 50, the elements 48 and 50 additionally being used for a mechanical connection the overall arrangement (with an outlet opening 52 for the anchor unit) provide.
- two flux guide circuits are formed, wherein a respective one of the flux circuits runs through one of the individual coils 44 and 46 and both flux circuits then flow together through the armature-stator arrangement 40, 42 (insofar the flow path corresponds analogously of the Fig. 3 but with a provision of a central armature-stator arrangement and two external individual coils).
- This basic configuration of the Fig. 5 is, however, not limited to two individual coils, nor about the symmetrical arrangement shown; rather, by varying the geometry of the elements 48, 50, a change in distance can take place, it can also, as in the Fig. 6 to 8 clarifies, one opposite the elongated elements 48, 50 suitably kinked configuration, or there may be more than two individual coils to one (or even more) common armature-stator assembly (s) around provided: So describes about the Fig. 6 in plan view, a variation of the elements 48 and 50, such that now two legs 54, 56, angled away from each other by an angle 58 of about 135 °, extend and end, compare Fig.
- FIG. 7 A comparison arrangement of the presupposed as known, traditional type in the representation of Fig. 7 illustrates the resulting installation space or geometry advantage: namely, in order to produce a magnetic flux behavior comparable to the pair of individual coils 44, 46, a single coil of a winding cross-section 60, as in FIG Fig. 7 indicated to be present, but possibly in a limited installation space (adapted to the configuration of Fig. 6, 8 ) not possible.
- a further advantage of the solution according to the invention with a plurality of individual coils provided adjacent to an armature-stator arrangement with an adding or overlapping flow profile, such as in FIG Fig. 5 respectively. 6 and 8 shown, is that possible lateral forces are reduced (to the anchor) compared to a solution with only one adjacent the anchor unit outsourced coil (as far as a mutual compensation takes place, see for example the flowchart of Fig. 3 in analogous application to an arrangement with two external individual coils).
- a reduction of the lateral forces on the anchor has a favorable effect on wear and therefore an effective service life.
- the present invention offers numerous practical advantages: For example, arranging one (or more) armature unit (s) in a use as a valve offers significantly more flexible connection possibilities in the configuration according to the invention adjacent to the coil unit (s) Coil units), as compared to the known prior art, in which typically the elongated armature unit is surrounded by the coil unit (typically cylindrical-radial). Accordingly, the working air gap can be made more flexible (and suitable for a particular application).
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Abstract
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektromagnetische Aktuatorvorrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
- Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus der
JP 2000 170951 A - Allerdings erfolgt die Offenbarung gemäß
JP 2000 170951 A - Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine elektromagnetische Aktuatorvorrichtung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs zu schaffen, bei welcher eine bestrombare Spuleneinheit einen ersten Jochabschnitt einer stationären Jocheinheit umschließt und relativ zur Jocheinheit bewegbar geführte, mit einem Stellpartner zusammenwirkende und zum Ausführen einer Stellbewegung antreibbare Ankermittel mit einem zweiten Jochabschnitt der Jocheinheit unter Ausbildung des Arbeitsluftspaltes zusammenwirken, im Hinblick auf eine kompaktere, insbesondere auch flexiblere mechanische Realisierung zu verbessern, dabei insbesondere die Möglichkeit zu schaffen, die Spuleneinheit vom Arbeitsluftspalt zu separieren, und die Möglichkeit zu schaffen, eine verbesserte Wärmeabfuhr zu realisieren bzw. Wärme lokal verteilt (und damit weniger auf einen Ort konzentriert) entstehen zu lassen.
- Die Aufgabe wird durch die elektromagnetische Aktuatorvorrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst; vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
- In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise ist es einerseits vorgesehen, bei lokal separiertem Anker von der Spuleneinheit (d.h. die Spuleneinheit umschließt nicht den Arbeitsluftspalt) der Spuleneinheit mindestens einen, bevorzugt mehrere Arbeitsluftspalt/e zuzuordnen, welche(r) entsprechend mit einer bzw. mehreren Ankereinheit(en) zusammenwirken. Insoweit kann der von der Spuleneinheit erzeugte Magnetfluss für die Mehrzahl der Ankereinheiten, entsprechend einer weiterbildungsgemäß zu beschreibenden Flussaufteilung, verwendet werden.
- So ist es im Rahmen der Erfindung bereits möglich, die Aufgabe auch durch eine gattungsgemäße elektromagnetische Aktuatorvorrichtung zu lösen, bei welcher lediglich eine (mindestens eine) Ankereinheit vorgesehen ist und, zum Verwirklichen des erfindungsgemäßen Prinzips, von der Spuleneinheit bzw. dem ersten Jochabschnitt seitlich beabstandet und/oder benachbart vorgesehen ist.
- Gleichermaßen von der Erfindung umfasst ist das unabhängig beanspruchte Lösungsprinzip, dass die Spuleneinheit in Form einer Mehrzahl von voneinander getrennt, gleichwohl magnetflussmäßig miteinander verbundenen Einzelspulen realisiert ist, welche gemäß weiterer bevorzugter Ausgestaltungen der Erfindung dann lösungsgemäß eine lokal verteilte Anordnung jeweils (kleiner zu dimensionierender und damit auch potentiell geringer wärmeerzeugender) Einzelspulen ermöglichen, deren jeweiliger Magnetfluss dann kumuliert für den gemeinsamen Anker (bzw. den zugehörigen Arbeitsluftspalt) zusammengeführt und insoweit addiert wird.
- Allen Aspekten der Erfindung ist gemein, dass der Arbeitsluftspalt (bzw. der im Rahmen des ersten Erfindungsaspekts vorgesehene mindestens eine Luftspalt außerhalb des ersten Jochabschnitts gebildet ist/sind, mithin also nicht von einer (weiterbildungsgemäß typischerweise zylindrisch oder rechteckförmig ausgebildeten) Spuleneinheit umschlossen ist, sondern im vorstehend diskutierten Sinne lateral ausgelagert ist.
- In besonders bevorzugter Ausgestaltung des ersten Aspekts der Erfindung, nämlich der Ausbildung eines einzelnen oder einer Mehrzahl von magnetischen Flussleitkreisen in der Jocheinheit, wobei jeder der Flussleitkreise durch den (die gemeinsame Spule tragenden) ersten Jochabschnitt sowie über einen jeweiligen einer der Mehrzahl der Ankereinheiten zugeordneten Luftspalte verläuft, ist ein magnetischer Flusswiderstand von Flussleitmitteln mindestens eines der magnetischen Flussleitkreise in Abhängigkeit von einem darin fließenden magnetischen Fluss veränderlich. Dies geschieht insbesondere dadurch, dass durch geeignete Ausgestaltung eines wirksamen Flussleitquerschnittes dieser Flussleitmittel ab einer vorbestimmten magnetischen Flussdichte eine Sättigung auftritt, mithin ab dieser Schwelle der magnetische Flusswiderstand erhöht ist. Konsequenz dieses Effektes ist, dass dann ein Magnetfluss vom betreffenden Flussleitkreis in einen anderen der Flussleitkreise verdrängt wird, insoweit dann eine Ankerbewegung ausgelöst oder beeinflusst werden kann.
- Weitere Möglichkeiten zur Voreinstellung bzw. vorbestimmten Beeinflussung des Bewegungsverhaltens der Mehrzahl der Ankereinheiten (in den jeweiligen Jochzweigen) besteht darin, die Luftspalte unterschiedlich auszugestalten (jeweils bezogen auf eine vorbestimmte, vergleichbare Ankerposition, etwa eine Anschlagposition der Ankereinheiten). Dabei ist es insbesondere weiterbildungsgemäß bevorzugt, den wirksamen Luftspalt in einem jeweiligen Jochzweig zu variieren bzw., entsprechend einem beabsichtigten Bewegungsverhalten (etwa einer beabsichtigten Reihenfolge einer Aktivierung), unterschiedlich einzurichten.
- Eine weitere Möglichkeit, das Schalt- bzw. Bewegungsverhalten einer jeweiligen Ankereinheit der Ankermittel zu beeinflussen, liegt darin, dieser Ankereinheit Federmittel oder dergleichen Kraftspeicher zuzuordnen und etwa weiterbildungsgemäß eine oder mehrere der Ankereinheiten gegen eine Rückstellkraft einer derartigen Feder zu lagern bzw. zu führen (wobei wiederum weiterbildungsgemäß durch unterschiedliche Ausgestaltungen etwa der Federkräfte dann das jeweilige Schalt- bzw. Bewegungsverhalten der zugeordneten Ankereinheiten vorbestimmt beeinflusst werden kann).
- Die elektromagnetische Aktuatorvorrichtung gemäß dem zweiten Erfindungsaspekt, wonach eine Mehrzahl von Einzelspulen (in potentiell kleinem Bauraum) geeignet benachbart dem zweiten Jochabschnitt mit dem Arbeitsluftspalt so angeordnet sind, dass der Arbeitsluftspalt zwischen den Einzelspulen liegt, sieht weiterbildungsgemäß vorteilhaft vor, dass mindestens eine der Einzelspulen, weiter bevorzugt sämtliche der Einzelspulen, sich parallel zu einer Bewegungsrichtung der Ankereinheit erstrecken, sodass, etwa bei Anordnung der Einzelspulen um den Arbeitsluftspalt herum, hier eine besonders kompakte Einheit geschaffen werden kann, welche gleichwohl keine Symmetrie aufweisen muss.
- Insbesondere ermöglicht es auch die vorliegende Erfindung durch die beschriebene Variabilität eine (bzw., bei mehreren Einzelspulen, mehrere) wirksame Querschnittsflächen des ersten Jochabschnitts zu optimieren, so dass etwa die darauf vorgesehene Spuleneinheit (im Hinblick z.B. auf das Kupfergewicht der Wicklung) optimiert werden kann.
- Durch weiterbildungsgemäß geeignet vorgesehene Flussleitmittel in Form von geeigneten Elementen (welche weiter bevorzugt etwa als herstellungstechnisch günstig zu stanzende Bleche bzw. Blechstapel realisiert sein können) lassen sich so einem jeweiligen Einsatzzweck (bzw. jeweiligem Einsatzort und den dort geltenden Einbaubedingungen) günstig angepasste Aufbaustrukturen realisieren: So ist es beispielsweise weiterbildungsgemäß bevorzugt, diese Flussleitelemente als flache bzw. plane Elemente zu realisieren, welche weiter vorteilhaft etwa beidseits von Mittelachsen sowohl der Mehrzahl der Spulenvorrichtungen, als auch des zweiten Jochabschnitts (mit dem Arbeitsluftspalt) zum flussleitenden Verbinden derselben vorgesehen sind, sodass wiederum eine einfach und großserientauglich fertigbare, gleichwohl im Hinblick auf eine Raumausnutzung optimierte Anordnung entsteht (wobei hier insbesondere auch konstruktive Möglichkeiten existieren, thermische Optimierungen vorzunehmen).
- Damit ist es vorteilhaft und weiterbildungsgemäß insbesondere auch ermöglicht, unsymmetrische Anordnungen der Mehrzahl der Spuleneinheiten in Verbindung mit dem zweiten Jochabschnitt zu realisieren, wobei etwa zu diesem Zweck und bei einer Ausgestaltung der beschriebenen planen, plattenförmigen Flussleitmittel diese eine abgewinkelte (bzw. mit zueinander in einem Winkel etwa zwischen 90° und 180° in einer Ebene einer Flachseite zueinander stehenden Schenkeln realisierte) Struktur sein kann.
- Im Rahmen weiterer bevorzugter Realisierungsformen des zweiten Erfindungsaspekts ist es dabei auch möglich und bevorzugt, etwa die für den ersten Erfindungsaspekt (gemäß Hauptanspruch bzw. unabhängigen Anspruch 15) weiterbildungsgemäß vorgesehene Querschnittsbeeinflussung und/oder Flusswiderstandsbeeinflussung innerhalb eines jeweiligen Flussleitkreises geeignet analog vorzusehen, ebenso wie etwa die Ankermittel gegen eine geeignete Rückstellkraft anbietende Federmittel gelagert oder geführt sein können.
- Entsprechend analog ist es im Rahmen weiterer bevorzugter Ausführungsformen des ersten Erfindungsaspekts vorgesehen, die Jocheinheit mittels geeigneter blechförmiger, weiter bevorzugt durch Stanzen hergestellter Flussleitelemente, ggf. geeignet gestapelt, zu realisieren, um auch hier, neben Vorteilen in der Herstellung, Wirbelströme zu reduzieren.
- Auch gilt es als von der vorliegenden Erfindung erfasst und offenbart, dass etwa die mittels der planen bzw. flachen Flussleitmittel realisierte raumoptimierte (und weiterbildungsgemäß etwa abgewinkelte) Aufbaugeometrie analog auch für Realisierungsformen vorgesehen sein kann, bei welchen etwa endseitig der Flussleitmittel Ankereinheiten (mit einem jeweiligen Arbeitsluftspalt) geeignet vorgesehen sind, während in einem mittleren Bereich die gemeinsame Spuleneinheit vorgesehen ist.
- Im Rahmen bevorzugter Weiterbildungen der Erfindung liegt es ferner, die Einzelspulen im Rahmen der Erfindung mit beliebigen Umfangskonturen bzw. Querschnitten zu versehen, um insoweit wiederum die baulich-konstruktiven Optimierungsmöglichkeiten zu nutzen; neben zylindrischen Außenkonturen ist es dabei insbesondere vorteilhaft und weiterbildungsgemäß beansprucht, eine oder mehrere der Einzelspulen querschnittlich rechteckig auszugestalten.
- Im Ergebnis eignet sich die erfindungsgemäße elektromagnetische Aktuatorvorrichtung zwar bevorzugt zur Realisierung von Hydraulik- oder Pneumatikventillösungen, insbesondere im Fahrzeugbereich, ist jedoch nicht auf diese Anwendungsgebiete beschränkt. Vielmehr lässt sich die vorliegende Erfindung günstig für nahezu beliebige Anwendungsgebiete nutzen und geeignet konfigurieren, bei welchen bauliche bzw. räumliche Flexibilität in Verbindung mit flexibel gestaltbaren magnetischen Flussführungen bzw. Flussverläufen innerhalb der jeweiligen Flussleitkreise genutzt werden können.
- Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen; diese zeigen in:
- Fig. 1:
- eine Prinzipdarstellung einer elektromagnetischen Aktuatorvorrichtung gemäß dem ersten Erfindungsaspekt und gemäß einer ersten Ausführungsform dieser Erfindung zum Verdeutlichen des prinzipiellen Zusammenwirkens der verschiedenen Funktionskomponenten;
- Fig. 2-Fig. 4:
- verschiedene Betriebs- bzw. Magnetfluss- und Schaltzustände der Vorrichtung gemäß
Fig. 1 , verdeutlicht durch einen jeweiligen Magnetfluss symbolisierende Pfeilschaaren; - Fig. 5:
- eine Perspektivansicht einer Ausführungsform der elektromagnetischen Aktuatorvorrichtung des zweiten Aspekts der Erfindung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
- Fig. 6 - Fig. 8:
- konstruktive Varianten der Ausgestaltung eines Flussleitelements in weiteren Ausführungsbeispielen gegenüber dem Ausführungsbeispiel der
Fig. 5 . - Die
Fig. 1 verdeutlicht in der schematischen Längsschnittansicht eine elektromagnetische Aktuatorvorrichtung zum Antreiben zweier Ankereinheiten 10, 12 mittels einer gemeinsamen, zentral (mittig) zwischen diesen auf einem Jochabschnitt 13 vorgesehenen Spuleneinheit 14. Genauer gesagt sind, wie schematisch anhand des Schaubilds derFig. 1 erkennbar, die langgestreckt dargestellten Ankereinheiten 10 bzw. 12 axial beweglich geführt (in einer Bewegungs- und Antriebsrichtung senkrecht in der Zeichnungsebene), wobei die Ankereinheiten 10 und 12 zusammenwirken mit stationären Jochabschnitten 15 bzw. 16 und, zur Realisierung entsprechender, gemeinsam durch die Spuleneinheit 14 verlaufender Flussleitkreise, die über flussleitende Verbindungsabschnitte 18 bis 24 geführt sind. Entsprechend entstehen für die Ankereinheiten 10 bzw. 12 wirksame Luftspalte 26 bzw. 28. - Die
Fig. 2 bis 4 verdeutlichen verschiedene Betriebszustände als Reaktion auf eine Bestromung der Spuleneinheit 14: So zeigt etwa dieFig. 3 zwei Flussverläufe in den durch die jeweiligen Anker 10 bzw. 12 verlaufenden Flussleitkreise anhand der Pfeilschaaren 30 bzw. 32, wobei diese Magnetflüsse durch den der Spuleneinheit 14 zugeordneten Jochabschnitt 13 ("ersten Jochabschnitt") fließen, wie durch die Pfeilschaar 34 symbolisiert. Ist dagegen, wie in derFig. 2 gezeigt, durch einen verkürzten Luftspalt 28 ein wirksamer Flusswiderstand im rechten Flussleitkreis (d.h. bezogen auf die Ankereinheit 12) gegenüber dem anderen Zweig vermindert, konzentriert sich der Magnetfluss, wie durch die Pfeilschaar 36 inFig. 2 gezeigt, auf diesen rechten Bereich, mit der Wirkung, dass primär eine Antriebswirkung auf die Ankereinheit 12 in Richtung auf das statische Element 16 entsteht, entsprechend dieser Luftspalt dann geschlossen wird (Darstellung derFig. 4 ). Durch diese Wirkung und eine entsprechende (Querschnitt-) Dimensionierung im rechtseitigen Flussleitkreis (z.B. der flussleitenden Komponenten 16, 20, 24 bzw. 12) tritt dann jedoch eine Sättigung in diesem Flussleitkreis auf, mit der Wirkung, dass durch den dadurch wiederum erhöhten Flusswiderstand ein Teil des Magnetflusses in den linken Flussleitkreis, wirksam für die Ankereinheit 10, verdrängt wird. Entsprechend kommt es durch diesen verdrängten Fluss 38 zu einer Kraftbeaufschlagung der Ankereinheit 10, welche darauffolgend den Luftspalt 30 schließt. Mithin verdeutlicht die gezeigte asymmetrische Konfiguration (ausgehend von derFig. 2 ), wie etwa ein unterschiedliches, hier zeitlich aufeinanderfolgendes, Bewegungs- bzw. Schaltverhalten der Ankereinheiten provoziert werden kann. - Alternativ kann eine derartige Wirkung auch durch geeignet an den Ankereinheiten vorzusehende Federmittel (mit entsprechend verschiedenen Federkräften) realisiert werden, wiederum ergänzend oder alternativ mittels vorbestimmt eingestellter und dann entsprechend eine Sättigung erreichender wirksamer magnetischer Flussquerschnitte der beteiligten flussleitenden Komponenten.
- Mechanisch befinden sich bei dem Ausführungsbeispiel der
Fig. 1 bis 4 beide Ankereinheiten 10 bzw. 12 unmittelbar am Spulenumfang bzw. diesem benachbart, sodass in potentiell einen Spulenwirkungsgrad erhöhender Weise eine optimierte Feldlinienbündelung über beide Anker und damit beidseits der Spuleneinheit erfolgt, vergleiche dieFig. 3 . Eine geometrisch-mechanische Unsymmetrie, etwa durch Variation der jeweiligen Ankerabstände von der mittleren Spule, gestattet dann hier wiederum das Einrichten geeigneter abweichender Flussverläufe bzw. davon bestimmter Ankerbewegungen. Auch ist im Rahmen des ersten Erfindungsaspekts eine Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, welche in in den Figuren nicht gezeigter Weise lediglich eine Ankereinheit mit einem zugehörigen zweiten Jochabschnitt, erfindungsgemäß bevorzugt seitlich beabstandet bzw. benachbart zur Spuleneinheit, vorsieht. Auch diese einfachste Ausführungsform realisiert bereits ein Erfindungsprinzip des ausgelagerten Ankers, nämlich eines im Rahmen eines Flusskreiszweiges vorgesehenen und seitlich bzw. benachbart angeordneten Ankers (samt zugehörigem Luftspalt), so dass eine Ankerbewegungsrichtung zwar weiterbildungsgemäß achsparallel zu einer Erstreckungsrichtung der Spuleneinheit (bzw. des zugehörigen ersten Jochabschnitts) erfolgen kann, diese Achsen jedoch nicht mehr koaxial verlaufen. - Anhand der
Fig. 5 bis 8 wird nachfolgend der zweite Erfindungsaspekt anhand eines weiteren Ausführungsbeispiels beschrieben. Eine erste Variante verdeutlicht dieFig. 5 in der perspektivischen Ansicht: Beidseits einer einen axial beweglichen Anker 40 sowie einen stationären Jochabschnitt 42 aufweisenden mittleren Anordnung ist ein Paar von Einzelspulen 44 bzw. 46 vorgesehen, dergestalt, dass Anker 40 bzw. Stator 42 beidseits von den Einzelspulen 44, 46 umrahmt sind. Ein (bei Bestromung der Spulen entstehender) Magnetfluss der Spulen 44 bzw. 46 wird über gemeinsame, langgestreckt-plattenförmige Flussleitelemente 48 bzw. 50 in den Anker 40 bzw. den Stator 42 eingetragen, wobei die Elemente 48 bzw. 50 zusätzlich für eine mechanische Verbindung der Gesamtanordnung (mit einer Austrittsöffnung 52 für die Ankereinheit) sorgen. - Im Hinblick auf eine Flussführung in dieser Vorrichtung sind wiederum zwei Flussleitkreise ausgebildet, wobei ein jeweiliger der Flussleitkreise durch eine der Einzelspulen 44 bzw. 46 verläuft und beide Flussleitkreise dann gemeinsam durch die Anker-Stator-Anordnung 40, 42 fließen (insoweit entspricht der Flussverlauf analog der
Fig. 3 , jedoch bei einem Vorsehen einer mittleren Anker-Stator-Anordnung und zwei außenliegenden Einzelspulen). - Diese prinzipielle Konfiguration der
Fig. 5 ist gleichwohl weder auf zwei Einzelspulen, noch etwa die gezeigte symmetrische Anordnung beschränkt; vielmehr kann, etwa durch Variation der Geometrie der Elemente 48, 50, eine Abstandsänderung erfolgen, es kann auch, wie in denFig. 6 bis 8 verdeutlicht, eine gegenüber den langgestreckten Elementen 48, 50 geeignet abgeknickte Konfiguration vorliegen, oder aber es können mehr als zwei Einzelspulen um eine (oder aber auch um mehrere) gemeinsame Anker-Stator-Anordnung(en) herum vorgesehen sein: So beschreibt etwa dieFig. 6 in der Draufsicht eine Variation der Elemente 48 bzw. 50, dergestalt, dass nunmehr zwei Schenkel 54, 56, voneinander um einen Winkel 58 von ca. 135° abgewinkelt, sich erstrecken und endseitig, vergleicheFig. 8 , mit den Einzelspulen 44 bzw. 46 flussleitend verbunden sind. Eine Vergleichsanordnung der als bekannt vorausgesetzten, traditionellen Art in der Darstellung derFig. 7 verdeutlicht den dadurch realisierten Einbauraum- bzw. Geometrievorteil: Um nämlich ein dem Paar von Einzelspulen 44, 46 vergleichbares magnetisches Flussverhalten zu erzeugen, müsste eine Einzelspule eines Wicklungsquerschnitts 60, wie inFig. 7 angedeutet, vorhanden sein, was aber möglicherweise in einem beschränkten Einbauraum (angepasst an die Konfiguration derFig. 6, 8 ) nicht möglich ist. - Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung mit einer Mehrzahl von benachbart einer Anker-Stator-Anordnung vorgesehener Einzelspulen mit sich addierendem bzw. überlagerndem Flussverlauf, etwa der in
Fig. 5 bzw.Fig. 6 und 8 gezeigten Art, liegt darin, dass mögliche Querkräfte (auf den Anker) im Vergleich zu einer Lösung mit lediglich einer benachbart der Ankereinheit ausgelagerten Spule verringert sind (da insoweit eine gegenseitige Kompensation stattfindet, vergleiche etwa das Flussdiagramm derFig. 3 bei analoger Anwendung auf eine Anordnung mit zwei außenliegenden Einzelspulen). Gerade bei Produkten mit hohen Lebensdaueranforderungen, wie etwa im Ventilbereich, wirkt sich eine derartige Verringerung der Querkräfte auf den Anker günstig auf einen Verschleiß und mithin eine wirksame Nutzungsdauer aus. - Die vorliegende Erfindung, unabhängig von den gezeigten oder weiteren möglichen Ausführungsformen, ermöglicht zahlreiche praktische Vorteile: So bietet etwa das Anordnen einer (oder mehrerer) Ankereinheit(en) in einer Verwendung als Ventil deutlich flexiblere Anschlussmöglichkeiten in der erfindungsgemäßen Konfiguration benachbart der Spuleneinheit (oder mehrerer Spuleneinheiten), etwa gegenüber dem bekannten Stand der Technik, bei welchem typischerweise die langgestreckte Ankereinheit von der Spuleneinheit (typischerweise zylindrisch-radial) umgeben ist. Entsprechend kann der Arbeitsluftspalt flexibler (und geeignet für einen jeweiligen Anwendungsfall) ausgestaltet werden.
- Zusätzlich weiterbildungsgemäß vorteilhaft ist vorgesehen, angepasst an jeweilige Einbau- und Raumbedingungen, eine jeweilige Spule (bzw. die Mehrzahl von Einzelspulen) nicht mit zylindrischen Wicklungen zu versehen, sondern etwa rechteckige oder andere Spulenquerschnitte vorzusehen. Dies gilt insbesondere im Zusammenwirken mit flussleitenden Elementen, welche mithilfe von (typischerweise durch Stanzen hergestellten) Blechen realisiert sind und weiter vorteilhaft in geeigneten Stapelkonfigurationen vorliegen.
- Damit lässt sich auch für die vorliegende Erfindung der Vorteil einer Wirbelstromreduktion (gerade für höhere Frequenzen) geblechter Flussleitelemente nutzen.
Claims (8)
- Elektromagnetische Aktuatorvorrichtung mit
einer einen ersten Jochabschnitt einer stationären Jocheinheit umschließenden und durch Bestromung aktivierbaren Spuleneinheit (44, 46) und relativ zur Jocheinheit bewegbar geführten, mit einem abtriebsseitigen Stellpartner zusammenwirkenden und zum Ausführen einer Stellbewegung antreibbaren Ankermittel (40), die mit einem zweiten Jochabschnitt (42) der Jocheinheit unter Ausbildung eines außerhalb des ersten Jochabschnitts liegenden Luftspalts für einen durch die aktivierte Spuleneinheit erzeugten Magnetfluss zusammenwirken,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Spuleneinheit eine Mehrzahl von Einzelspulen (44, 46) aufweist, denen Ankermittel in Form einer gemeinsamen Ankereinheit (40) so benachbart zugeordnet sind, dass unter Ausbildung einer Mehrzahl von Flussleitkreisen, von denen jeder durch eine betreffende Einzelspule und die gemeinsame Ankereinheit verläuft, ein sich bei Bestromung der Spuleneinheit bildender Magnetfluss der jeweiligen Einzelspulen im zweiten Jochabschnitt addiert und/oder gleichgerichtet überlagert,
wobei der Arbeitsluftspalt zwischen den mantelseitig benachbart des zweiten Jochabschnitts (42) und mantelseitig benachbart zueinander vorgesehenen Einzelspulen liegt. - Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der Einzelspulen eine axiale Erstreckung aufweist, die parallel zu einer Bewegungsrichtung der Ankereinheit verläuft oder gegenüber der Bewegungsrichtung einen Winkel < 10°, bevorzugt < 5°, ausbildet.
- Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Mehrzahl von Einzelspulen mantelseitig benachbart der zweite Jochabschnitt (42) vorgesehen ist und/oder die Einzelspulen über endseitig an die Mehrzahl der Einzelspulen angreifende, sich in einer Ebene senkrecht zu einer Spulenlängsachse und/oder der Bewegungsrichtung der Ankereinheit erstreckende Flussleitmittel (48, 50) miteinander sowie mit dem zweiten Jochabschnitt flussleitend verbunden sind.
- Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Flussleitmittel als flache und/oder eine plane Oberfläche aufweisende Elemente und/oder Abschnitte der Jocheinheit realisiert sind, die jeweils endseitig den ersten Jochabschnitt einer jeweiligen Einzelspule flussleitend kontaktieren und sich bevorzugt beidends und zueinander parallel zwischen der Mehrzahl der Einzelspulen und dem zweiten Jochabschnitt erstrecken.
- Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die planen Flussleitmittel, bezogen auf einen Kontaktbereich für den zweiten Jochabschnitt, zwei Schenkel (54, 56) ausbilden, die sich diametral erstrecken oder zwischen sich einen Winkel (58) < 180° aufspannen.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelspulen eine zylindrische oder eine vieleckförmige, insbesondere rechteckförmige, Außen- und/oder Querschnittskontur aufweisen.
- Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet dass die Jocheinheit und/oder der erste Jochabschnitt und/oder der zweite Jochabschnitt und/oder ein Flussleitabschnitt zwischen dem ersten und dem zweiten Jochabschnitt als Blechelement, insbesondere stapelfähiges Blechelement, und/oder als Schichtanordnung aus einer Mehrzahl von Blechelementen realisiert ist.
- Verwendung der elektromagnetischen Aktuatorvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Realisierung eines Pneumatik- oder Hydraulikventils, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.
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Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR |
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RIN1 | Information on inventor provided before grant (corrected) |
Inventor name: HAERTER, DANIELA Inventor name: SCHIEPP, THOMAS Inventor name: BORY, RAPHAEL Inventor name: LAUFENBERG, MARKUS Inventor name: BOLL, JONAS Inventor name: TERHORST, PHILIPP Inventor name: STEYER, ROBERT Inventor name: RAFF, VIKTOR Inventor name: THODE, OLIVER |
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RIN1 | Information on inventor provided before grant (corrected) |
Inventor name: HAERTER, DANIELA Inventor name: BORY, RAPHAEL Inventor name: THODE, OLIVER Inventor name: BOLL, JONAS Inventor name: TERHORST, PHILIPP Inventor name: RAFF, VIKTOR Inventor name: STEYER, ROBERT Inventor name: LAUFENBERG, MARKUS Inventor name: SCHIEPP, THOMAS |
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17P | Request for examination filed |
Effective date: 20180215 |
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RBV | Designated contracting states (corrected) |
Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR |
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GRAP | Despatch of communication of intention to grant a patent |
Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1 |
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INTG | Intention to grant announced |
Effective date: 20180525 |
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STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN |
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18D | Application deemed to be withdrawn |
Effective date: 20181005 |