DE10002628A1

DE10002628A1 - Electromagnetic actuator for operating an internal combustion engine's valves has two electromagnets with two-pole yokes each with a coil causing the electromagnets to work with a lever connected to a rotor tube

Info

Publication number: DE10002628A1
Application number: DE10002628A
Authority: DE
Inventors: Heinz Leiber
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2000-01-22
Filing date: 2000-01-22
Publication date: 2001-07-26
Also published as: EP1163687A1; EP1163687B1; WO2001054146A1; DE50103445D1

Abstract

An electromagnetic actuator (1) for operating an internal combustion engine's valves has two electromagnets (2,3) with two-pole yokes (2a,3a) each with a coil (2b,3b). These electromagnets work with a lever (4) connected to a rotor tube (4a) swiveling round an axle (5). Inside the rotor tube a rotating tubular torsion spring (6) is firmly restrained at one end and linked to the rotor tube at the other. The torsion spring applies spring resistance to the lever.

Description

Die Erfindung betrifft Elektromagnete mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The invention relates to electromagnets with the features of the preamble of claim 1.

Joche von Magnetkreisen für Elektromagnete werden verschraubt oder erhalten durch Sicken in den Blechen miteinander einen Formschluß. Dies ist die übliche Technik, z. B. für Zündtrafos. Meistens werden diese Joche auch noch mit Kunststoff umspritzt. Problematisch ist die Eigen spannung dünner Bleche, die wie Tellerfedern wirken und einen dichten Verbund, bei dem jedes Blech ohne Spiel in dem Verbund liegt, die ein Verspannen mit Schrauben sehr erschweren.Yokes of magnetic circuits for electromagnets are screwed or obtained by beading in a positive connection between the sheets. This is the common technique, e.g. B. for ignition transformers. Most of these yokes are also encapsulated with plastic. The problem is own tension of thin sheets that look like disc springs and a dense bond in which each Sheet without play lies in the assembly, which makes tightening with screws very difficult.

Hinzu kommt bei einem sogenannten tiefen Magneten, d. h. einem Magneten mit schwenkbaren Anker und mit in Schwenkachsrichtung breit ausgebildeten Anker und entsprechenden Jochen, wie er in der DE 198 54 020.5 beschrieben ist, daß eine hohe Magnetkraft auftritt. Diese führt zu einer gewissen Durchbiegung des Joches. Diese wird noch verstärkt durch das Verspannen des Joches durch die außen liegenden Spannschrauben. Diese gestalten das Lamellenpaket fächer förmig, d. h. auf der den Schrauben gegenüberliegenden Seite findet eine Aufweitung statt, was sich als Jochdurchbiegung äußert. Hierdurch kommen unterschiedliche Luftspalte in der Mitte gegenüber außen des Pakets zustande. Um einen kleinen Haltestrom und eine entsprechend geringe Verlustleitung zu ermöglichen sollte jedoch ein kleiner und gleichmäßiger Luftspalt er reicht werden.In addition, with a so-called deep magnet, i. H. a magnet with swiveling Anchors and with anchors broadly designed in the swivel axis direction and corresponding yokes, as described in DE 198 54 020.5, that a high magnetic force occurs. This leads to a certain deflection of the yoke. This is reinforced by the bracing of the Yokes through the outside tensioning screws. These make the plate pack more fancy shaped, d. H. on the side opposite the screws there is an expansion, what manifests itself as a yoke deflection. This creates different air gaps in the middle towards the outside of the package. To a small holding current and a corresponding one However, a small and uniform air gap should enable small loss conduction be enough.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Jochausbildung eines Elektromagneten durchbie gungssteifer zu gestalten, um die oben erwähnten Nachteile zu vermeiden und das Auftreten von Wirbelströmen zu minimieren, um die dadurch bedingten Nachteile, nämlich verlangsamten Kraftanstieg zu verkleinern.The invention is based on the object, the yoke formation of an electromagnet stiffer to avoid the disadvantages mentioned above and the occurrence of To minimize eddy currents in order to slow down the disadvantages caused by them Decrease force increase.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Die Unteransprüche 2 bis 10 enthalten Ausgestaltungen, die die Aufgabenlösung weiter unterstützen.This object is solved by the features of claim 1. Subclaims 2 to 10 contain configurations that further support the task solution.

In den Ansprüchen 11 bis 18 ist eine Anwendung der Erfindung bei einem Aktuator beschrieben, in der sich die Erfindung besonders günstig auswirkt. Claims 11 to 18 describe an application of the invention to an actuator, in which the invention has a particularly favorable effect.

In den Ansprüchen 19 und 20 ist ein Verfahren zur günstigen Herstellung des Elektromagneten, bzw. des Aktuators beschrieben.In claims 19 and 20 is a method for cheap manufacture of the electromagnet, or the actuator described.

Anhand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.Exemplary embodiments of the invention are explained with the aid of the drawing.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 den Aufbau eines Aktuators für den Antrieb eines Ventils eines Verbrennungsmotors in Schnittdar stellung, bei dessen Elektromagneten die Erfin dung eingesetzt ist. Fig. 1 shows the structure of an actuator for driving a valve of an internal combustion engine in sectional view, in whose electromagnet the inven tion is used.

Fig. 2 den Aktuator in perspektivischer Darstellung Fig. 2 shows the actuator in perspective

Fig. 3 eine teilweise alternative Ausbildung. Fig. 3 shows a partially alternative training.

In Fig. 1 und Fig. 2 ist ein elektromagnetischer Aktuator 1 für die Ventilbetätigung eines Verbren nungsmotors gezeigt. Der Aktuator 1 weist zwei Elektromagnete 2 und 3 bestehend aus zweipo ligen Jochen 2a und 3a und je einer Wicklung 2b und 3b auf. Die Elektromagnete 2 und 3 arbei ten mit einem Hebel 4 zusammen, der mit einem Ankerrohr 4a verbunden ist. Dieses Ankerrohr 4a ist um eine Achse 5 schwenkbar gelagert. Im Innern des Ankerrohrs 4a ist eine Torsionsfeder 6 in Form eines Drehrohrs angeordnet, das am einen Ende starr eingespannt ist und mit seinem andern Ende mit dem Ankerrohr 4a verbunden ist. Der Drehstab 6 erzeugt, z. B. beide auf den Hebel 4 wirkenden Federkräfte. Der Hebel 4 trägt einen Anker 7, der mit den Elektromagneten 2 und 3 zusammen arbeitet und die Schwenkbewegung erzeugt. Das rechte Ende 4b des Hebels 4 wirkt auf einen nicht gezeigten Schaft des Ventils ein.In Fig. 1 and Fig. 2, an electromagnetic actuator 1 for the valve actuation of an internal combustion engine is shown. The actuator 1 has two electromagnets 2 and 3 consisting of two-pole yokes 2 a and 3 a and one winding 2 b and 3 b. The electromagnets 2 and 3 work together with a lever 4 , which is connected to an anchor tube 4 a. This anchor tube 4 a is pivotally mounted about an axis 5 . Inside the anchor tube 4 a, a torsion spring 6 is arranged in the form of a rotary tube, which is rigidly clamped at one end and is connected at its other end to the anchor tube 4 a. The torsion bar 6 generates, for. B. both acting on the lever 4 spring forces. The lever 4 carries an armature 7 , which works together with the electromagnets 2 and 3 and generates the pivoting movement. The right end 4 b of the lever 4 acts on a shaft of the valve, not shown.

Die Fig. 2 zeigt, daß das Joch 2a aus Lamellen 2a' aus magnetischem Material zusammengesetzt ist. Es ist zur Verbesserung der Anschaulichkeit nur ein Teil des Lamellenpakets 2a gezeigt. In der Praxis ist der gesamte Raum zwischen den Lagerplatten 8 mit Lamellen 2a' ausgefüllt. In den Lagerplatten 8 ist die Lagerung des Hebels 4 und damit des Ankers 7 über dessen Lagerrohr 4a untergebracht. Die beiden Lagerplatten 8 sind durch zwei Seitenplatten 9 und 10 miteinander verbunden, wobei die Seitenplatten 9 und 10 in die Lagerplatten 8 eingeschweißt sind. Die La mellen 2a' weisen kleine Ausbuchtungen 2a" auf, über die sie in die Seitenplatten 8, 9 einge hängt sind. Die Seitenplatten 9 und 10 können aus nicht magnetischem Material ausgeführt sein und sie sind durch eine Isolierung 11 von den Lamellen 2a' elektrisch isoliert. Diese Isolierung kann auch durch einen Luftspalt geschehen. Die Seitenplatte 10 ist als Profil ausgebildet, so daß sie die Wicklung 2b umgreifen kann. Das Profil erhöht die Biegesteifigkeit der Seitenplatte 10 zusätzlich in Querrichtung. Die beiden Seitenplatten 9 und 10 sind am oberen Ende des Jochs angebracht, deren Ausbuchtung wenig Magnetfluß aufweist und damit auch geringe Wirbelströ me erzeugt. FIG. 2 shows that the yoke 2 a of lamellae 2 a 'is composed of magnetic material. For the sake of clarity, only part of the disk pack 2 a is shown. In practice, the entire space between the bearing plates 8 is filled with fins 2 a '. In the bearing plates 8 , the bearing of the lever 4 and thus the armature 7 is accommodated via its bearing tube 4 a. The two bearing plates 8 are connected to one another by two side plates 9 and 10 , the side plates 9 and 10 being welded into the bearing plates 8 . The La mellen 2 a 'have small bulges 2 a ", over which they are suspended in the side plates 8 , 9. The side plates 9 and 10 can be made of non-magnetic material and they are by insulation 11 from the slats 2 a 'electrically insulated. This insulation can also be provided by an air gap. The side plate 10 is designed as a profile so that it can grip around the winding 2 b. The profile additionally increases the bending rigidity of the side plate 10 in the transverse direction. The two side plates 9 and 10 are attached to the upper end of the yoke, the bulge has little magnetic flux and thus also generates low eddy currents me.

Der Zusammenbau des Elektromagneten 2 geht in folgender Weise vor sich: Zuerst sind die Seitenbleche 9, 10 nur lose mit den Lagerplatten 8 verbunden. Die Lamellen 2a' werden in die Seitenbleche 9, 10 eingehängt. Der Anker wird in die in Fig. 1 gezeigte Endstellung gebracht und die Lamellen oder das Lamellenpaket mit den Seitenblechen so verschoben, daß die Lamellen auf dem Anker 7 direkt aufliegen oder mit einem vorgegebenen kleinen Luftspalt zu dem Anker 7 liegen. Nun wird das Joch, z. B. durch Magnetkraft auf den Anker gedrückt und zusätzlich werden die beiden Lagerplatten auf das Lamellenpaket gepreßt und danach die Seitenplatten 9, 10 mit den Endplatten bei 12 verbunden, z. B. verschweißt, verlötet oder verstemmt. Gegebenenfalls kann durch Zugkraft auf die Seitenplatten eine zusätzliche Vorspannung erzeugt werden.The electromagnet 2 is assembled in the following way: First, the side plates 9 , 10 are only loosely connected to the bearing plates 8 . The slats 2 a 'are hung in the side plates 9 , 10 . The armature is brought into the end position shown in FIG. 1 and the slats or the plate pack with the side plates are moved so that the slats rest directly on the armature 7 or lie with a predetermined small air gap to the armature 7 . Now the yoke, e.g. B. pressed by magnetic force on the armature and in addition the two bearing plates are pressed onto the plate pack and then the side plates 9 , 10 connected to the end plates at 12, z. B. welded, soldered or caulked. If necessary, an additional pre-tension can be generated by tensile force on the side plates.

Zur Erhöhung des Verbunds des Lamellenpakets können die Lamellen ineinander passende Ver zahnungen aufweisen und/oder es können z. B. in Polnähe, z. B. bei 13 Verschweißungen der Lamellen 2a' miteinander, und/oder eine Umspritzung des Lamellenpakets vorgesehen sein. Der Elektromagnet 3 kann dann in äquivalenter Weise zusammengebaut werden.To increase the bond of the plate pack, the plates can have interlocking teeth and / or z. B. near the poles, e.g. B. with 13 welds of the slats 2 a 'to each other, and / or an overmolding of the plate pack can be provided. The electromagnet 3 can then be assembled in an equivalent manner.

Die Fig. 1 und 2 zeigen, daß der gesamte Aktuator auf gemeinsamen Lagerplatten 8 angeordnet ist. Man kann die Lagerplatten 8 aber auch nach rechts erweitern und in diesen Erweiterungen der Lagerplatten 8 einen weiteren Aktuator in gleicher Weise, jedoch um 180° gedreht anordnen, wobei man darauf achten muß, die Hebelenden 4b und die von ihnen angetriebenen Ventile in Richtung in die Papierebene hinein gegeneinander zu versetzen. Figs. 1 and 2 show that the entire actuator is arranged in common bearing plates 8. You can also extend the bearing plates 8 to the right and arrange a further actuator in these extensions of the bearing plates 8 in the same way, but rotated by 180 °, taking care to ensure that the lever ends 4 b and the valves driven by them in the direction of to put the paper plane in against each other.

Die Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel bei dem die linke Seitenplatte 10 wie in Fig. 1 und 2 aus gebildet ist. Dagegen bedeckt die rechte Seitenplatte 19 im Vergleich zur Seitenplatte 9 der Fig. 1 und 2 in viel stärkerem Maße die Seitenfläche des Jochs 2a. Diese Seitenplatte 19 ist entlang ihren Kanten 20 wenigstens mit einem Teil der Lamellen 2a' verschweißt. Diese Seitenplatte kann aus unmagnetischem Material bestehen; sie kann gegenüber den Lamellen 2a' mit Aus nahme der geschweißten Kanten 20 elektrisch isoliert sein. Auch hier weisen die Lamellen 2a' die Ausbuchtung 2a" auf, um die Lamellen einzuhängen. Alternativ dazu kann die Seitenplatte ma gnetisch leitend sein und ohne Isolierung am Joch anliegen, wodurch der Magnetfluß unterstützt wird. An den Enden ist auch diese Seitenplatte 19 mit den Lagerplatten 8 verbunden. Fig. 3 shows an embodiment in which the left side plate 10 is formed as in Figs. 1 and 2. In contrast, the right side plate 19 covers in comparison to the side plate 9 of FIGS. 1 and 2 to a much greater extent the side surface of the yoke 2 a. This side plate 19 is welded along its edges 20 with at least a part of the lamellae 2 a '. This side plate can be made of non-magnetic material; it can be electrically insulated from the fins 2 a 'with the exception of the welded edges 20 . Here too, the lamellae 2 a ', the bulge 2a' to the slats mount. Alternatively, the side plate ma be gnetisch conducting and close to the yoke, without isolation, whereby the magnetic flux is supported. At the ends is this side plate 19 connected to the bearing plates 8 .

Claims

1. Electromagnet ( 2 , 3 ) with a yoke ( 2 a, 3 a) having an electrical winding ( 2 b, 3 b) and an armature ( 7 ) opposite the poles of the yoke ( 2 a, 3 a), wherein, the yoke ( 2 a, 3 a) is composed of lamellae ( 2 a ') and means ( 8 , 9 , 10 ) for holding together the disk pack ( 2 a) are provided, characterized in that the disk pack ( 2 a) between End plates ( 8 ) is arranged so that these are connected to each other by longitudinal plate plates ( 2 a), rigid side plates ( 9 , 10 ), at least connecting one end of the side plates ( 9 , 10 ) to the corresponding end plate ( 8 ) while pressing together the plate pack ( 2 a ') and the end plates ( 8 ).

2. Electromagnet according to claim 1, characterized in that the lamellae (2a ') made of concavities (2a "), which a suspension of the lamellae (2a' plates) between the sides (9, 10) allow.

3. Electromagnet according to claim 1 or 2, characterized in that the bulges (2a ") in the area (2a) end of the yoke (2 a) facing away from the poles are provided of the yoke.

4. Electromagnet according to one of claims 1 to 3, characterized in that the width of the side plates ( 9 , 10 ) is small compared to the yoke height.

5. Electromagnet according to one of claims 1 to 4, characterized in that the tenplatten Be ( 8 , 9 ) are made of non-magnetic material.

6. Electromagnet according to one of claims 1 to 5, characterized in that the Be tenplatten ( 9 , 10 ) with respect to the plate pack ( 2 a) are electrically isolated ( 11 ).

7. Electromagnet according to one of claims 1 to 6, characterized in that little least one side plate ( 10 ) has a profile.

8. Electromagnet according to one of claims 1 to 7, characterized in that the be neighboring slats are connected by a toothing.

9. Electromagnet according to one of claims 1 to 8, characterized in that the La mellen ( 2 a), in particular in the vicinity of the pole at least partially additionally by welding or soldering (at 13) are interconnected and thus a lamella package (composite) form.

10. Electromagnet according to one of claims 1 to 9, characterized in that the United connection of the side plates ( 9 , 10 ) with the bearing plates ( 8 ) by welding, soldering or caulking takes place and that this connection is preferably carried out with bias of the side plates.

11. Electromagnet according to one of claims 1 to 10, characterized by its application as part of an electromagnetic actuator ( 1 ), in which the armature ( 7 ) by magnetic force ( 2 , 3 ) in conjunction with two oppositely directed spring forces ( 6 ) is brought into two end positions and in which the armature movements in the two end positions is used to drive a valve of an internal combustion engine (via extension 4 b).

12. The actuator of claim 11, characterized in that plates with the use of bearings (8) on which the actuator (1) mounted and maintained, these bearing plates (8) are used as end plates.

13. Actuator according to claim 12, characterized in that between the bearing plates ( 9 , 10 ) and the plate pack ( 2 a, 3 a) an insulation ( 11 ), in particular a plastic film, is introduced.

14. Actuator according to claim 11, 12 or 13, characterized in that the armature ( 7 ) in the bearing plates ( 8 ) is pivotally mounted and a connected to the armature Drefe ( 5 ) provides at least part of the spring forces.

15. Actuator according to one of claims 11 to 14, characterized in that together with a further actuator ( 40 ) it forms a unit which has common bearing plates ( 42 ) for both actuators ( 40 , 41 ), the actuators ( 40 , 41 ) opposite.

16. Actuator according to claim 15, characterized in that the bearing play is eliminated in the adjustment in that the bearing ( 4 a) is preferably pressed towards the magnet ( 2 ).

17. Actuator arrangement according to claim 15 or 16, characterized in that the ge opposite actuators are arranged rotated by 180 ° to each other.

18. Actuator arrangement according to claim 15, 16 or 17, characterized in that the common bearing plates ( 8 ) are attached to an actuator carrier.

19. A method for producing an electromagnet according to claims 1 to 10, characterized in that
that the anchor is brought into the end position near the pole,
that the plate pack is adjusted to the minimum air gap to the anchor,
that the plate pack is then pressed together over the end plates
and that the connections between the end plates and the side plates are then made.

20. The method according to claim 19 for producing the actuators according to claim 11 to 18, characterized by its application to both plate packs and the common one Anchor.