WO2014095272A1 - Wirbelstromaktuator - Google Patents

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WO2014095272A1
WO2014095272A1 PCT/EP2013/074783 EP2013074783W WO2014095272A1 WO 2014095272 A1 WO2014095272 A1 WO 2014095272A1 EP 2013074783 W EP2013074783 W EP 2013074783W WO 2014095272 A1 WO2014095272 A1 WO 2014095272A1
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WO
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armature
switching element
eddy current
designed
actuator according
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Application number
PCT/EP2013/074783
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English (en)
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Inventor
Thomas Friedrich
Stephan Loosen
Anton Paweletz
Christof BITTNER
Hermann Bamberger
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/16—Rectilinearly-movable armatures
    • H01F7/1638—Armatures not entering the winding
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/081—Magnetic constructions
    • H01F2007/086—Structural details of the armature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00—Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/22—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H3/222—Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using electrodynamic repulsion

Definitions

  • the invention relates to an eddy current actuator according to the preamble of independent claim 1.
  • Eddy current based impact actuators are used, inter alia, in the metal forming technique for plastic (thermoplastic), "explosive" machining and shaping of small metallic design elements with elaborate geometries to achieve a mechanical stress that allows the plastic deformation of metal,
  • Very high currents are impressed in the specially designed excitation coils of the actuators (the current densities reach several hundred A / mm 2 ) .
  • the rapidly changing currents in turn induce very dynamic eddy currents in the metal to be processed, which interact with the magnetic field of the excitation current together and form a very high repulsive impulse force, which is capable of deforming the small workpiece located there with a corresponding design of the tool mold.
  • the temporal courses of these excitation currents have a pulse-like character and i In comparison to their working period a very short duration.
  • the magnetic field of the excitation coil can briefly reach values above 10T.
  • DE 10 2010 002 900 A1 describes an actuator and a method for controlling an actuator for adapting a stiffness of a deformation element for adaptive crash structures in a vehicle.
  • the actuator is designed as an eddy current actuator with an eddy current drive and comprises an annular control element, which is designed as an armature of the Wrtelstromantriebs.
  • DE 10 201 1017 512 A1 describes a device with adjustable stiffness for absorbing impact energy and a method for setting a rigidity of such a device.
  • the device described comprises a Wrbelstromaktuator having a Wrbelstrom drive with a bolt-shaped actuator, which is designed as an armature of the eddy current drive. Disclosure of the invention
  • the Wrbelstromaktuator invention with the features of independent claim 1 has the advantage that an improvement in the Wrkstromstu of the Wrbelstromaktuators can be achieved.
  • the different materials can be selected purposefully depending on the function to be performed.
  • the switching element this means that the Wrbelstrom bin does not matter because this function is represented by the anchor, so that no electrically conductive material must be used.
  • the anchor this means that the rigidity or stability of the material plays only a minor role, since the switching element takes over the switching function and the corresponding mechanical stress.
  • the possible weight savings can have a positive effect on the actuation speed or the dynamics of the rbelstromaktuators.
  • the possible reduction of the actuation voltage with the same demands on the movement of the eddy current actuator can have a positive effect on the costs of the power electronics.
  • the essence of the invention consists in the division of both the functions and the components “switching element” and “armature of the Wrbelstromantriebs” on two components. This makes it possible in an advantageous manner, the moving mass of the
  • the armature can be designed, for example, as a copper component. Since the switching element does not have to be made of an electrically conductive material, lighter materials such as, for example, suitable plastics may be used for the switching element as long as the material used meets the thermal and / or mechanical requirements. Thus, the division of the function of this entire component is completed. The switching element takes over the task of the actuating element, which has the necessary dimensions and carry loads occurring
  • the armature is made of an electrically conductive material and is part of the eddy current drive but does not perform any switching function or other mechanical functions.
  • the electrically conductive anchor the eddy currents form, which allow the Aktu michs free.
  • Embodiments of the present invention provide a Wrlawstromaktua- gate with a Wrtelstromantrieb comprising an excitation coil and an armature made of an electrically conductive material, wherein a magnetic field generated in the excitation coil moves the armature based on the eddy current effect of the exciting coil.
  • the movable armature transfers a switching element from a starting position into at least one switching position, the switching element and the armature being made of different materials.
  • the switching element is meant the element which performs the function of providing various states.
  • the electrically conductive armature is part of the eddy current drive, which converts the switching element into different states. In the case play of the switch are possible in the positions “switch closed” and “switch open”.
  • Embodiments of the present invention provide an eddy current actuator with a switching element that can be used in various applications.
  • the term eddy current actuator comprises both the components switching element and armature made of an electrically conductive material, as well as other parts such as exciter coil, capacitor, electrical circuit, housing, guides, etc. as well as other parts that are required to illustrate the function.
  • the measures and refinements recited in the dependent claims advantageous improvements of the independent claim 1 sensor unit for a vehicle are possible.
  • the armature can be in loose contact with the switching element.
  • This embodiment of the invention is not limited to the functional separation of the switching element and armature, ie actuator and drive element, but also refers to the structural separation of these two components of the eddy current actuator. Because if you carry out the components so that they are not connected to each other, but in loose contact with each other, then the efficiency can be further increased. Experiments have shown that with the same dimensions and boundary conditions, an increase in the efficiency can result in a tenfold value, which positively influences the dynamics of the invention Wrbelstromaktuators.
  • the anchor can be firmly connected to the switching element.
  • a hybrid component is used, which consists of the light switching element, to which the electrically conductive anchor is adhered.
  • the armature can be designed, for example, as a ring or as a membrane or as a disk.
  • the corresponding switching element can be designed, for example, as a ring or as a bolt or as a disk.
  • a spring element can be provided, which converts the switching element into the starting position when the Wrbelstrom drive is deactivated.
  • the exciter coil can be designed, for example, as a flat coil or microcoil in order to be able to optimally utilize an existing installation space.
  • FIG. 1 is a schematic block diagram of one embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a schematic sectional illustration of a first exemplary embodiment of a heat-current actuator according to the invention.
  • FIG. 3 shows a schematic sectional illustration of a second exemplary embodiment of an eddy current actuator according to the invention.
  • Fig. 4 shows a schematic sectional view of a third amongsbe game of a Wirbelstromaktuators invention.
  • an actuator arrangement 1 comprises an evaluation and control unit 3, at least one sensor unit 5 and a vibration current actuator 10 according to the invention.
  • the evaluation generates depending on physical quantities which the at least one sensor unit 5 detects and control unit 3 corresponding activation signals for activating the Wrbelstromaktuators 10 according to the invention
  • the evaluation and control unit 3 for example, uses a speaking dimensioned capacitor, not shown, whose electrical energy is converted into electromagnetic energy of the eddy current actuator.
  • the eddy current actuator 10, 10a, 10b, 10c comprises an eddy current drive 20, which has an exciter coil 22, 22a, 22b, 22c and an armature 24, 24a, 24b, 24c made of an electric current includes conductive material.
  • the excitation coil 22 generates a corresponding magnetic field in response to a drive signal of the evaluation and control unit 3, which moves the armature 24, 24 a, 24 b, 24 c away from the exciter coil 22, 22 a, 22 b, 22 c based on the Wrbel current effect.
  • the movable armature 24, 24a, 24b, 24c transfers a switching element 12, 12a, 12b, 12c from a starting position into at least one switching position, the switching element 12, 12a, 12b, 12c and the armature 24, 24a, 24b, 24c consist of different materials.
  • the switching element 12, 12a, 12b, 12c are each designed as a plastic component, and the armature 24, 24a, 24b, 24c is designed as a copper component.
  • the switching element 12, 12a, 12b, 12c can also be made of a different material, as long as the thermal and mechanical requirements are met.
  • Other suitable electrically conductive materials can also be used to produce the armature 24, 24a, 24b, 24c.
  • an unrepresented spring element can be provided, which transfers the switching element 12, 12a, 12b, 12c to the starting position when the eddy current drive 20 is deactivated.
  • the excitation coil 22, 22a, 22b, 22c designed as a flat coil or microcoil.
  • the switching element 12a and the armature 24a in the illustrated first embodiment are each designed as a ring. To reduce the moving mass and from the consideration that only a small anchor thickness for the Wrbelstrom bin is required because the
  • the switching element 12a is designed as a plastic ring, which is firmly connected to the designed as a copper ring armature 24a.
  • the executed as a copper ring armature 24a for example, be glued to the ring designed as a plastic switching element 12a.
  • the designed as a plastic ring switching element 12a has the required dimensions and can carry loads occurring, but is not part of the eddy current drive 20.
  • the executed as a copper ring armature 24a is part of the Wrbelstrom drive 20 of the Wrbelstromaktuators 10a and exercises no switching function or other mechanical function. In the armature 24a designed as a copper ring, the eddy currents are pronounced, which cause the
  • the switching element 12b, 12c is in each case designed as a pin protruding from a disk, and the armature 24b, 24c is in each case designed as a diaphragm or disk.
  • the armature 24b, 24c for reducing the moving mass and out of the consideration that only a small armature thickness for the Wrbelstrom bin is required because the penetration depth of the Wrbelströme is low, each exemplified as a copper membrane or copper disc.
  • the switching element 12b, 12c is carried out by way of example as a plastic bolt.
  • the armature 24b designed as a copper diaphragm or copper disc is firmly connected in the illustrated second exemplary embodiment to the switching element 12b designed as a plastic bolt.
  • the armature 24c designed as a copper diaphragm or copper disk can be glued onto the switching element 12b designed as a plastic bolt.
  • the armature 24c designed as a copper diaphragm or copper disk and the switching element 12c designed as a plastic bolt. Due to the loose contact between the armature 24c and the switching element 12c, the degree of rotation of the Wrebelstromaktuators 10c can be further increased.
  • the switching element 12b, 12c designed as a plastic bolt has the required dimensions and can carry any loads occurring, but is not part of the current drive 20.
  • the designed as a copper membrane or copper disc anchor 24b, 24c is part the eddy current drive 20 of the eddy current actuator 10b, 10c and performs no switching function or other mechanical function.
  • the armature 24b, 24c designed as a copper diaphragm or copper disk, the eddy currents form, which make possible the actuation effect.
  • Embodiments of the present invention provide a heat flow actuator which advantageously has improved efficiency through the functional and component isolation of the switching element and armature.
  • the improved efficiency has a positive effect on the Aktuleiters foi or the dynamics and by the possible reduction of the Aktu michsmiss with the same requirements for the movement on the cost of power electronics.
  • Embodiments of the inventive heat flow actuator can be used, for example, in devices with adjustable stiffness for absorbing impact energy.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wirbelstromaktuator (10) mit einem Wirbelstromantrieb (20), welcher eine Erregerspule (22) und einen Anker (24) aus einem ferromagnetischen Material umfasst, wobei ein in der Erregerspule (22) erzeugtes Magnetfeld den Anker (24) basierend auf dem Wirbelstromeffekt von der Erregerspule (22) wegbewegt. Erfindungsgemäß überführt der bewegbare Anker (24) ein Schaltelement (12) von einer Ausgangsposition in mindestens eine Schaltposition, wobei das Schaltelement (12, 12a, 12b, 12c) und der Anker (24, 24a, 24b, 24c) aus verschiedenen Materialien bestehen.

Description

Beschreibung Titel
Wirbelstromaktuator Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Wirbelstromaktuator nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1.
Stoßaktuatoren, die auf dem Wirbelstromprinzip basieren, werden unter anderem in der Metallverformungstechnik für plastische (thermoplastische),„explosionsartige" Bearbeitung und Formgebung von kleinen metallischen Konstruktionselementen mit aufwendigen Geometrien angewendet. Um eine mechanische Spannung zu erreichen, welche die plastische Verformung von Metall ermöglicht, werden in die speziell konstruierten Erregerspulen der Aktuatoren, kurzeitig sehr hohe Ströme einprägt (die Stromdichten erreichen dabei mehrere Hundert A/mm2). Die schnell veränderlichen Ströme induzieren wiederum in dem zu verarbeitenden Metall sehr dynamische Wirbelströme. Diese wirken mit dem magnetischen Feld des Erregerstroms zusammen und bilden eine sehr hohe abstoßende Impulskraft, die bei einer entsprechenden Konstruktion der Werkzeugform in der Lage ist das dort befindliche kleine Werkstück zu verformen. Die zeitlichen Verläufe dieser Erregungsströme haben einen impulsartigen Charakter und im Vergleich zu ihrer Arbeitsperiode eine sehr kurze Dauer. Das magnetische Feld der Erregerspule kann dabei kurzzeitig Werte über 10T erreichen.
Zur Erzeugung von derartigen Stromimpulsen werden üblicherweise Schaltungen verwendet, bei denen durch einen extrem schnellen Entladevorgang eines entsprechend dimensionierten Kondensators (oder Kondensatorbatterien), elektrische Energie in elektromagnetische Energie des Aktuators umgewandelt wird. In der DE 10 2010 002 900 A1 werden ein Aktuator und ein Verfahren zur An- steuerung eines Aktuators zur Adaption einer Steifigkeit eines Deformationselements für adaptive Crashstrukturen in einem Fahrzeug beschrieben. Der Aktuator ist als Wirbelstromaktuator mit einem Wirbelstromantrieb ausgeführt und um- fasst ein ringförmiges Stellelement, das als Anker des Wrbelstromantriebs ausgeführt ist.
In der DE 10 201 1 017 512 A1 werden eine Vorrichtung mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen von Aufprallenergie und ein Verfahren zum Einstellen einer Steifigkeit einer derartigen Vorrichtung beschrieben. Die beschriebene Vorrichtung umfasst einen Wrbelstromaktuator, welcher einen Wrbelstromantrieb mit einem bolzenförmigen Stellelement aufweist, das als Anker des Wirbelstromantriebs ausgeführt ist. Offenbarung der Erfindung
Der erfindungsgemäße Wrbelstromaktuator mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass eine Verbesserung des Wrkungsgrads des Wrbelstromaktuators erzielt werden kann. Des Weiteren können die verschiedenen Materialien zielgerichtet in Abhängigkeit der auszuführenden Funktion ausgewählt werden. Für das Schaltelement bedeutet dies, dass der Wrbelstromeffekt keine Rolle spielt, da diese Funktion durch den Anker dargestellt wird, so dass kein elektrisch leitendes Material verwendet werden muss. Für den Anker bedeutet dies, dass die Steifigkeit bzw. Stabilität des Materials nur eine untergeordnete Rolle spielt, da das Schaltelement die Schaltfunktion und die korrespondierende mechanische Beanspruchung übernimmt. Die mögliche Gewichtsersparnis kann sich positiv auf die Aktuierungsgeschwindigkeit bzw. die Dynamik des rbelstromaktuators auswirken. Zudem kann sich die mögliche Herabsetzung der Aktuierungsspannung bei gleichen Anforderungen an die Be- wegung des Wirbelstromaktuators positiv auf die Kosten der Leistungselektronik auswirken.
Der Kern der Erfindung besteht in der Aufteilung sowohl der Funktionen als auch der Bauelemente„Schaltelement" und„Anker des Wrbelstromantriebs" auf zwei Bauteile. Dadurch lässt sich in vorteilhafter Weise die bewegte Masse aus der
Überlegung heraus reduzieren, dass lediglich eine geringe Schichtdicke des elektrisch leitenden Materials für die Ausnutzung des Wirbelstromeffekts im Anker erforderlich ist, da die Eindringtiefe der Wirbelströme gering ist. Da für die Umsetzung des Wirbelstromeffekts vorzugsweise ein Metall als elektrisch leitendes Material verwendet wird, welches ein höheres Gewicht als elektrisch nicht 5 leitende Materialien, wie beispielsweise Kunststoffe aufweist, ermöglicht die Reduzierung der Schichtdicke des elektrisch leitenden Materials auch eine Reduzierung des Gesamtgewichts der bewegten Teile. Der Anker kann beispielsweise als Kupferbauteil ausgeführt werden. Da das Schaltelement nicht aus einem elektrisch leitenden Material bestehen muss, können leichtere Materialien, wie o beispielsweise geeignete Kunststoffe für das Schaltelement verwendet werden, so lange das verwendete Material die thermischen und/oder mechanischen Anforderungen erfüllt. Damit ist die Aufteilung der Funktion dieses Gesamtbauteils vollzogen. Das Schaltelement übernimmt die Aufgabe des Stellelements, welches die notwendigen Dimensionen aufweist und auftretende Lasten tragen
5 kann, aber nicht Teil des Wrbelstromantriebs ist. Der Anker besteht aus einem elektrisch leitenden Material und ist Teil des Wirbelstromantriebs übt aber keine Schaltfunktion oder sonstige mechanische Funktionen aus. Im elektrisch leitenden Anker prägen sich die Wirbelströme aus, welche den Aktuierungseffekt ermöglichen. Damit ist der Vorteil einer Massenreduzierung gelungen, welcher sich o positiv hinsichtlich der Dynamik des Wrbelstromaktuators und der Gesamtmasse des Wrbelstromaktuators niederschlägt. Zudem können damit Vorteile bei Materialkosten sowie Bearbeitungszeit und Bearbeitungskosten erzielt werden.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen einen Wrbelstromaktua- 5 tor mit einem Wrbelstromantrieb zur Verfügung, welcher eine Erregerspule und einen Anker aus einem elektrisch leitenden Material umfasst, wobei ein in der Erregerspule erzeugtes Magnetfeld den Anker basierend auf dem Wirbelstromeffekt von der Erregerspule wegbewegt. Erfindungsgemäß überführt der bewegbare Anker ein Schaltelement von einer Ausgangsposition in mindestens eine o Schaltposition, wobei das Schaltelement und der Anker aus verschiedenen Materialien bestehen.
Mit dem Schaltelement ist das Element gemeint, welches die Funktion der Bereitstellung von verschiedenen Zuständen ausführt. Als abstraktes Beispiel sei5 ein Schalter genannt. Der elektrisch leitende Anker ist Teil des Wirbelstromantriebs, welcher das Schaltelement in verschiedene Zustände überführt. Im Bei- spiel des Schalters sind in die Stellungen„Schalter geschlossen" und„Schalter offen" möglich. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen einen Wirbelstromaktuator mit einem Schaltelement zur Verfügung, welcher in verschiedenen Anwendungen zum Einsatz kommen kann. Der Begriff Wirbelstrom- aktuator umfasst sowohl die Bauteile Schaltelement und Anker aus einem elektrisch leitenden Material, als auch weitere Teile wie Erregerspule, Kondensator, elektrische Schaltung, Gehäuse, Führungen usw. sowie auch weitere Teile, welche zur Darstellung der Funktion erforderlich sind. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen der im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Sensoreinheit für ein Fahrzeug möglich.
In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wrbelstromaktuators kann der Anker in losem Kontakt mit dem Schaltelement stehen. Diese Ausgestaltung der Erfindung beschränkt sich nicht nur auf die funktionale Trennung von Schaltelement und Anker, also von Stellelement und Antriebselement, sondern bezieht sich auch auf die bauliche Trennung dieser beiden Bestandteile des Wir- belstromaktuators. Denn führt man die Bauteile derart aus, dass diese nicht miteinander verbunden sind, sondern in losem Kontakt zueinanderstehen, dann kann der Wirkungsgrad weiter gesteigert werden. Versuche haben gezeigt, dass sich bei gleichen Dimensionen und Randbedingungen eine Steigerung des Wirkungsgrades auf einen zehnfachen Wert ergeben kann, was die Dynamik des erfindungsgemäßen Wrbelstromaktuators positiv beeinflusst.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wirbelstromak- tuators kann der Anker fest mit dem Schaltelement verbunden werden. Zur Reduzierung der bewegten Masse wird beispielsweise ein Hybridbauteil verwendet, welches aus dem leichten Schaltelement besteht, auf welches der elektrisch leitende Anker aufgeklebt wird.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wi rbe Istrom ak- tuators kann der Anker beispielsweise als Ring oder als Membran oder als Scheibe ausgeführt werden. Das korrespondierende Schaltelement kann bei- spielsweise als Ring oder als Bolzen oder als Scheibe ausgeführt werden. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Wirbelstromaktuators kann ein Federelement vorgesehen werden, welches das Schaltelement in die Ausgangsposition überführt, wenn der Wrbelstromantrieb deaktiviert ist. Die Erregerspule kann beispielsweise als Flachspule oder Mikrospule ausgeführt werden, um einen vorhandenen Bauraum optimal ausnutzen zu können.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Fig. 1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Ausführungsbeispiels einer
Aktuatoranordnung mit einem erfindungsgemäßen Wrbelstromaktuator.
Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wrbelstromaktuators.
Fig. 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Wirbelstromaktuators.
Fig. 4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines dritten Ausführungsbe spiels eines erfindungsgemäßen Wirbelstromaktuators.
Ausführungsformen der Erfindung
Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, umfasst das dargestellte Ausführungsbeispiel einer Aktuatoranordnung 1 eine Auswerte- und Steuereinheit 3, mindestens eine Sensoreinheit 5 und einen erfindungsgemäßen Wrbelstromaktuator 10. In Abhängigkeit von physikalischen Größen, welche die mindestens eine Sensoreinheit 5 er- fasst erzeugt die Auswerte- und Steuereinheit 3 entsprechende Ansteuersignale zur Aktivierung des erfindungsgemäßen Wrbelstromaktuators 10. Zur Erzeugung von Stromimpulsen zur Ansteuerung des erfindungsgemäßen Wrbelstromaktuators 10 verwendet die Auswerte- und Steuereinheit 3 beispielsweise einen ent- sprechend dimensionierten nicht dargestellten Kondensator dessen elektrische Energie in elektromagnetische Energie des Wirbelstromaktuators umgewandelt wird.
Wie aus Fig. 1 bis 4 ersichtlich ist, umfasst der erfindungsgemäße Wirbelstrom- aktuator 10, 10a, 10b, 10c einen Wirbelstromantrieb 20, welcher eine Erregerspule 22, 22a, 22b, 22c und einen Anker 24, 24a, 24b, 24c aus einem elektrisch leitenden Material umfasst. Die Erregerspule 22 erzeugt in Reaktion auf ein An- steuersignal der Auswerte- und Steuereinheit 3 ein korrespondierendes Magnetfeld, welches den Anker 24, 24a, 24b, 24c basierend auf dem Wrbelstromeffekt von der Erregerspule 22, 22a, 22b, 22c wegbewegt. Erfindungsgemäß überführt der bewegbare Anker 24, 24a, 24b, 24c ein Schaltelement 12, 12a, 12b, 12c von einer Ausgangsposition in mindestens eine Schaltposition, wobei das Schaltelement 12, 12a, 12b, 12c und der Anker 24, 24a, 24b, 24c aus verschiedenen Materialien bestehen. In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist das Schaltelement 12, 12a, 12b, 12c jeweils als Kunststoffbauteil ausgeführt, und der Anker 24, 24a, 24b, 24c ist als Kupferbauteil ausgeführt. Selbstverständlich kann das Schaltelement 12, 12a, 12b, 12c auch aus einem anderen Material hergestellt werden, so lange die thermischen und mechanischen Anforderungen erfüllt werden. Auch zur Herstellung des Ankers 24, 24a, 24b, 24c können andere geeignete elektrisch leitende Materialien verwendet werden. Des Weiteren kann ein nicht dargestelltes Federelement vorgesehen werden, welches das Schaltelement 12, 12a, 12b, 12c in die Ausgangsposition überführt, wenn der Wirbelstromantrieb 20 deaktiviert ist. In den dargestellten Ausführungsbeispielen ist die Erregerspule 22, 22a, 22b, 22c als Flachspule oder Mikrospule ausgeführt.
Wie aus Fig. 2 weiter ersichtlich ist, sind das Schaltelement 12a und der Anker 24a im dargestellten ersten Ausführungsbeispiel jeweils als Ring ausgeführt. Zur Reduzierung der bewegten Masse und aus der Überlegung heraus, dass ledig- lieh eine geringe Ankerdicke für den Wrbelstromeffekt erforderlich ist, da die
Eindringtiefe der Wrbelströme gering ist, ist das Schaltelement 12a als Kunststoffring ausgeführt, welcher fest mit dem als Kupferring ausgeführten Anker 24a verbunden ist. So kann der als Kupferring ausgeführte Anker 24a beispielsweise auf das als Kunststoff ring ausgeführte Schaltelement 12a aufgeklebt werden. Zur Erhöhung des Wirkungsgrads kann zwischen dem als Kupferring ausgeführten
Anker 24a und dem als Kunststoff ring ausgeführten Schaltelement 12a ein loser Kontakt bestehen. Das als Kunststoff ring ausgeführte Schaltelement 12a weist die erforderlichen Dimensionen auf und kann auftretende Lasten tragen, ist aber nicht Teil des Wirbelstromantriebs 20. Der als Kupferring ausgeführte Anker 24a ist Teil des Wrbelstromantriebs 20 des Wrbelstromaktuators 10a und übt keine Schaltfunktion oder sonstige mechanische Funktion aus. Im als Kupferring ausgeführten Anker 24a prägen sich die Wirbelströme aus, welche den
Aktuierungseffekt ermöglichen.
Wie aus Fig. 3 und 4 weiter ersichtlich ist, ist in den dargestellten Ausführungs- beispielen das Schaltelement 12b, 12c jeweils als von einer Scheibe abstehender Bolzen und der Anker 24b, 24c ist jeweils als Membran oder Scheibe ausgeführt. Analog zum ersten Ausführungsbeispiel ist der Anker 24b, 24c zur Reduzierung der bewegten Masse und aus der Überlegung heraus, dass lediglich eine geringe Ankerdicke für den Wrbelstromeffekt erforderlich ist, da die Eindringtiefe der Wrbelströme gering ist, jeweils beispielhaft als Kupfermembran bzw. Kupferscheibe ausgeführt. Das Schaltelement 12b, 12c ist jeweils beispielhaft als Kunststoffbolzen ausgeführt.
Wie aus Fig. 3 weiter ersichtlich ist, ist der als Kupfermembran bzw. Kupfer- scheibe ausgeführte Anker 24b im dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel fest mit dem als Kunststoffbolzen ausgeführten Schaltelement 12b verbunden. So kann der als Kupfermembran bzw. Kupferscheibe ausgeführte Anker 24c beispielsweise auf das als Kunststoffbolzen ausgeführte Schaltelement 12b aufgeklebt werden.
Wie aus Fig. 4 weiter ersichtlich ist, besteht im dargestellten dritten Ausführungsbeispiel zwischen dem als Kupfermembran bzw. Kupferscheibe ausgeführten Anker 24c und dem als Kunststoffbolzen ausgeführten Schaltelement 12c ein loser Kontakt. Durch den losen Kontakt zwischen dem Anker 24c und dem Schalt- element 12c kann der Wrkungsgrad des Wrbelstromaktuators 10c weiter gesteigert werden.
Analog zum ersten Ausführungsbeispiel weist das als Kunststoffbolzen ausgeführte Schaltelement 12b, 12c jeweils die erforderlichen Dimensionen auf und kann auftretende Lasten tragen, ist aber nicht Teil des Wrbelstromantriebs 20.
Der als Kupfermembran bzw. Kupferscheibe ausgeführte Anker 24b, 24c ist Teil des Wirbelstromantriebs 20 des Wirbelstromaktuators 10b, 10c und übt keine Schaltfunktion oder sonstige mechanische Funktion aus. Im als Kupfermembran bzw. Kupferscheibe ausgeführten Anker 24b, 24c prägen sich die Wirbelströme aus, welche den Aktuierungseffekt ermöglichen.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen einen Wrbelstromaktua- tor zur Verfügung, welcher durch die funktionale und bauteilmäßige Trennung von Schaltelement und Anker in vorteilhafter Weise einen verbesserten Wirkungsgrad aufweist. Der verbesserte Wirkungsgrad wirkt sich positiv auf die Aktuierungsgeschwindigkeit bzw. die Dynamik und durch die mögliche Herabsetzung der Aktuierungsspannung bei gleichen Anforderungen an die Bewegung auf die Kosten der Leistungselektronik aus. Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Wrbelstromaktuators können beispielsweise in Vorrichtungen mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen von Aufprallenergie eingesetzt werden.

Claims

Ansprüche
Wirbelstromaktuator mit einem Wirbelstromantrieb (20), welcher eine Erregerspule (22, 22a, 22b, 22c) und einen Anker (24, 24a, 24b, 24c) aus einem elektrisch leitenden Material umfasst, wobei ein in der Erregerspule (22, 22a, 22b, 22c) erzeugtes Magnetfeld den Anker (24, 24a, 24b, 24c) basierend auf dem Wirbelstromeffekt von der Erregerspule (22, 22a, 22b, 22c) wegbewegt, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegbare Anker (24, 24a, 24b, 24c) ein Schaltelement (12, 12a, 12b, 12c) von einer Ausgangsposition in mindestens eine Schaltposition überführt, wobei das Schaltelement (12, 12a, 12b, 12c) und der Anker (24, 24a, 24b, 24c) aus verschiedenen Materialien bestehen.
Wrbelstromaktuator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (24c) in losem Kontakt mit dem Schaltelement (12c) steht.
Wrbelstromaktuator nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (24a, 24b) fest mit dem Schaltelement (12a, 12b) verbunden ist.
Wrbelstromaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (12, 12a, 12b, 12c) als Kunststoff bauteil ausgeführt ist.
Wrbelstromaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (24, 24a, 24b, 24c) als Kupferbauteil ausgeführt ist.
Wrbelstromaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (24, 24a, 24b, 24c) als Ring oder als Membran oder als Scheibe ausgeführt ist.
7. Wirbelstromaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltelement (12, 12a, 12b, 12c) als Ring oder als Bolzen oder als Scheibe ausgeführt ist.
8. Wirbelstromaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Federelement das Schaltelement (12, 12a, 12b, 12c) in die Ausgangsposition überführt, wenn der Wirbelstromantrieb (20) deaktiviert ist.
9. Wrbelstromaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Erregerspule (22, 22a, 22b, 22c) als Flachspule oder Mik- rospule ausgeführt ist.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10224742B2 (en) 2015-01-18 2019-03-05 Powerpath Technologies Incorporated High efficiency uninterruptible power supply with near loss-less ultrafast electromechanical switching

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11348751B2 (en) 2018-12-18 2022-05-31 Eaton Intelligent Power Limited Electrical switching apparatus, and Thomson coil actuator and disc member therefor

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0024995A1 (de) * 1979-09-04 1981-03-11 The Bendix Corporation Elektromagnetische Antriebsvorrichtung mit Solenoid
US4272661A (en) * 1978-03-09 1981-06-09 Gould Inc. High speed vacuum interrupter
DE3343060A1 (de) * 1983-11-29 1985-06-05 Wabco Westinghouse Fahrzeugbremsen GmbH, 3000 Hannover Anker fuer ein magnetventil
US5546063A (en) * 1994-06-17 1996-08-13 United States Defense Research, Inc. Magnetic field solenoid
DE19722013A1 (de) * 1997-05-27 1998-12-03 Steingroever Magnet Physik Magneto-mechanisches Kraftsystem
DE20114466U1 (de) * 2001-09-01 2002-01-03 Eto Magnetic Kg Elektromagnetische Stellvorrichtung
DE10260668A1 (de) * 2002-12-23 2004-07-01 Fev Motorentechnik Gmbh Ankerelement für einen elektromagnetischen Aktuator mit wirbelstromarmer Ankerplatte
US20050230649A1 (en) * 2004-04-19 2005-10-20 Burkert Werke Gmbh & Co. Kg Magnetic drive for a valve
WO2008139250A1 (en) * 2007-05-16 2008-11-20 Kulygin, Viktor Ivanovych Combined electrically-controlled actuator
DE102008063689A1 (de) * 2008-12-19 2010-07-01 Kendrion Magnettechnik Gmbh Elektromagnet mit Permanentmagnet
WO2011003547A1 (de) * 2009-07-05 2011-01-13 Kendrion Magnettechnik Gmbh Elektrodynamischer aktor
WO2011128516A1 (fr) * 2010-04-15 2011-10-20 Schneider Elect4Ic Industries Sas Dispositif de commutation electrique a mecanisme d'actionnement ultra-rapide et interrupteur hybride comprenant un tel dispositif
DE102010032688A1 (de) * 2010-07-29 2012-02-02 Kendrion Magnettechnik Gmbh Elektromagnet mit Permanentmagnet

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102010002900A1 (de) 2010-03-16 2011-09-22 Robert Bosch Gmbh Aktuator und Verfahren zur Ansteuerung eines Aktuators zur Adaption einer Steifigkeit eines Deformationselements
DE102011017512A1 (de) 2011-04-26 2012-10-31 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung mit einstellbarer Steifigkeit zum Aufnehmen von Aufprallenergie und Verfahren zum Einstellen einer Steifigkeit einer derartigen Vorrichtung

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4272661A (en) * 1978-03-09 1981-06-09 Gould Inc. High speed vacuum interrupter
EP0024995A1 (de) * 1979-09-04 1981-03-11 The Bendix Corporation Elektromagnetische Antriebsvorrichtung mit Solenoid
DE3343060A1 (de) * 1983-11-29 1985-06-05 Wabco Westinghouse Fahrzeugbremsen GmbH, 3000 Hannover Anker fuer ein magnetventil
US5546063A (en) * 1994-06-17 1996-08-13 United States Defense Research, Inc. Magnetic field solenoid
DE19722013A1 (de) * 1997-05-27 1998-12-03 Steingroever Magnet Physik Magneto-mechanisches Kraftsystem
DE20114466U1 (de) * 2001-09-01 2002-01-03 Eto Magnetic Kg Elektromagnetische Stellvorrichtung
DE10260668A1 (de) * 2002-12-23 2004-07-01 Fev Motorentechnik Gmbh Ankerelement für einen elektromagnetischen Aktuator mit wirbelstromarmer Ankerplatte
US20050230649A1 (en) * 2004-04-19 2005-10-20 Burkert Werke Gmbh & Co. Kg Magnetic drive for a valve
WO2008139250A1 (en) * 2007-05-16 2008-11-20 Kulygin, Viktor Ivanovych Combined electrically-controlled actuator
DE102008063689A1 (de) * 2008-12-19 2010-07-01 Kendrion Magnettechnik Gmbh Elektromagnet mit Permanentmagnet
WO2011003547A1 (de) * 2009-07-05 2011-01-13 Kendrion Magnettechnik Gmbh Elektrodynamischer aktor
WO2011128516A1 (fr) * 2010-04-15 2011-10-20 Schneider Elect4Ic Industries Sas Dispositif de commutation electrique a mecanisme d'actionnement ultra-rapide et interrupteur hybride comprenant un tel dispositif
DE102010032688A1 (de) * 2010-07-29 2012-02-02 Kendrion Magnettechnik Gmbh Elektromagnet mit Permanentmagnet

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10224742B2 (en) 2015-01-18 2019-03-05 Powerpath Technologies Incorporated High efficiency uninterruptible power supply with near loss-less ultrafast electromechanical switching

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