DE102014117702A1 - Electric actuator - Google Patents
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Abstract
Der Aktuator (20) der erfindungsgemäßen Aktuator-Vorrichtung umfasst zwei Elektromagneten (1a, b) und kann dennoch relativ große Massen beschleunigen, also hohe Schaltkräfte aufbringen, indem er durch Federn (9), beispielsweise durch Druckfedern (9), unterstützt wird und gegebenenfalls zusätzlich durch Permanentmagnete (6a, b).The actuator (20) of the actuator device according to the invention comprises two electromagnets (1a, b) and yet can accelerate relatively large masses, ie apply high switching forces by being supported by springs (9), for example by compression springs (9), and optionally additionally by permanent magnets (6a, b).
Description
I. Anwendungsgebiet I. Field of application
Die Erfindung betrifft einen Aktuator, auch Stellglied genannt dessen bewegliches Teil eine lineare oder gekrümmte, vorzugsweise Bogen förmige, Bewegung ausführen soll. The invention relates to an actuator, also called actuator whose moving part is to perform a linear or curved, preferably arcuate, movement.
II. Technischer Hintergrund II. Technical background
Solche Aktuatoren werden in der Technik für unterschiedlichste Zwecke benötigt, um ein bewegliches Teil zu verstellen, beispielsweise zwischen zwei Endpositionen hin und her zu verstellen. Such actuators are needed in the art for a variety of purposes to adjust a moving part, for example, between two end positions back and forth to adjust.
Ein typischer Anwendungsfall hierfür sind Auswerfer oder Ausstoßer an einem Transportband für Produkte, um einzelne, zum Beispiel als defekt erkannte, Produkte von diesem abzusondern. A typical application for this are ejector or ejector on a conveyor belt for products to secrete individual, for example, recognized as defective, products of this.
Bisher werden hierfür häufig Druckluftdüsen eingesetzt, wenn die zu entfernenden Produkte klein und leicht sind, oder mechanische Ausstoßer, wenn sie größer sind. So far compressed air nozzles are often used for this, if the products to be removed are small and light, or mechanical ejectors, if they are larger.
Dabei ist der Ausstoßer häufig mittels einer Feder vorgespannt in zum Beispiel die Ausstoßrichtung. Das Spannen der Feder zurück in die Anfangslage dauert dann jedoch meist relativ lang. The ejector is often biased by a spring in, for example, the ejection direction. However, the tensioning of the spring back into the starting position usually takes a relatively long time.
Bei dieser wie auch anderen denkbaren Anwendungen kommt es häufig darauf an, dass das bewegte Element, beispielsweise der Ausstoßer, sehr schnell agieren kann – und zwar in beide Richtungen –, was eine hohe Beschleunigung der trägen Masse des Ausstoßes aus der Ruheposition in die aktive Position erfordert In this as well as other conceivable applications it is often important that the moving element, for example the ejector, can act very fast - in both directions -, which means a high acceleration of the inertial mass of the ejection from the rest position to the active position requires
Je geringer dabei die zu bewegenden Massen sind, umso geringer ist der hierfür erforderliche Kraftaufwand bzw. umso schneller kann der Ausstoßer beschleunigt werden. The lower the masses to be moved, the lower the force required for this, or the faster the ejector can be accelerated.
Ein gegen die Kraft einer Feder, die den Aktuator zum Beispiel in der aktivierten Stellung hält, wirkende Betätigungselement wie etwa ein Aktuator, muss entsprechend stark ausgebildet sein, um die Kraft der Feder überwinden zu können. A against the force of a spring, which holds the actuator, for example, in the activated position acting actuator such as an actuator must be designed to be strong enough to overcome the force of the spring can.
In anderen Anwendungen, in denen die aufzubringende Kraft des Aktuators sehr viel geringer sein kann, wird als Aktuator häufig ein Elektromagnet verwendet, der in eine Richtung und gegen die Kraft einer entgegen gerichteten Feder oder im Wechsel zwischen zwei entgegen gerichteten Elektromagneten das zu verstellende Element beaufschlagt. In other applications in which the applied force of the actuator can be much lower, an electromagnet is often used as the actuator, which acts in a direction and against the force of an opposing spring or alternately between two opposing electromagnets to be adjusted element ,
Hier werden zwar kurze Schaltzeiten erreicht, die erreichbaren Betätigungskräfte sind jedoch gering, so dass nur zu bewegende Gegenstände mit geringer Masse bewegt werden können. Although short switching times are achieved here, the achievable actuating forces are low, so that only objects with low mass that can be moved can be moved.
Es gibt jedoch viele andere Anwendungen, bei denen ein Aktuator benötigt wird, der einerseits kurze Schaltzeiten, also eine hohe Beschleunigung, ermöglicht und andererseits eine hohe Betätigungskraft, da entweder eine hohe Beschleunigung wegen kurzer Schaltzeiten notwendig ist und/oder die zu bewegende Masse relativ groß ist. However, there are many other applications in which an actuator is needed, on the one hand short switching times, ie a high acceleration, allows and on the other hand, a high actuation force, either a high acceleration because of short switching times is necessary and / or the mass to be moved relatively large is.
Der Vorteil eines elektrisch angesteuerten Aktuators besteht unter anderem darin, dass der bauliche Aufwand relativ gering ist und wegen der elektrischen Ansteuerung jeder einzelne Aktuator separat auf einfache Art und Weise angesteuert und dessen Schaltzeitpunkt festgelegt werden kann. The advantage of an electrically actuated actuator is, inter alia, that the structural complexity is relatively low and because of the electrical control of each individual actuator separately controlled in a simple manner and its switching time can be set.
Mechanisch angetriebene Aktuatoren sind dagegen weit weniger flexibel:
Wenn beispielsweise bei einem Verbrennungsmotor versucht wird, den Öffnungs- oder Schließzeitpunkt eines Ventils in Abhängigkeit bestimmter Betriebsparameter des Verbrennungsmotors während des Betriebes zu verändern, so ist hierfür ein großer mechanischer Aufwand notwendig, wie beispielsweise Verstellung der Nocken auf der Nockenwelle oder ähnliches. Mechanically driven actuators, on the other hand, are far less flexible:
If, for example, an internal combustion engine attempts to change the opening or closing time of a valve as a function of certain operating parameters of the internal combustion engine during operation, this requires a great deal of mechanical effort, such as adjustment of the cam on the camshaft or the like.
III. Darstellung der Erfindung III. Presentation of the invention
a) Technische Aufgabe a) Technical task
Es ist daher die Aufgabe gemäß der Erfindung, eine Aktuator-Vorrichtung mit wenigstens einem Aktuator zur Verfügung zu stellen, der trotz einfachem Aufbau eine hohe Beschleunigung bietet und/oder eine hohe Betätigungskraft. It is therefore the object of the invention to provide an actuator device with at least one actuator which, despite its simple construction, offers high acceleration and / or high actuation force.
b) Lösung der Aufgabe b) Solution of the task
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 und 24 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen. This object is solved by the features of
Der Aktuator der erfindungsgemäßen Aktuator-Vorrichtung besteht aus zwei relativ zueinander bewegbaren Teilen. The actuator of the actuator device according to the invention consists of two relatively movable parts.
Der eine Teil sind die beiden vorzugsweise mechanisch fest miteinander verbundenen Elektromagnete mit je einer Spule, der andere Teil ist das relativ dazu bewegliche Joch. One part are the two electromagnets preferably mechanically fixedly connected to each other, each with a coil, the other part is the relatively movable yoke.
Das Joch besteht aus einem magnetisierbaren Material, bei dem vorzugsweise die relative Permeabilität µr mindestens 1000 beträgt. The yoke consists of a magnetizable material, in which preferably the relative permeability μr is at least 1000.
Vorzugsweise sind die beiden Elektromagnete fix angeordnet, also an einem Bauteil der Umgebung befestigt, während das Joch beweglich ist. Preferably, the two electromagnets are fixedly arranged, that is attached to a component of the environment, while the yoke is movable.
Das Joch ist in dem Abstand zwischen den beiden in Längsrichtung zueinander angeordneten und gegeneinander gerichteten Elektromagneten angeordnet und kann sich axial bewegen, also an den einen oder den anderen Elektromagneten annähern, insbesondere an diesem kontaktierend anliegen, je nachdem, welcher der beiden Elektromagnete mittels Strombeaufschlagung momentan aktiviert ist und das Joch aus magnetisierbarem Material zu sich heranzieht, was insbesondere ohne einen an den Elektromagneten vorhandenen Permanentmagneten unabhängig von der Stromfluss-Richtung durch die Spule ist. The yoke is arranged in the distance between the two arranged in the longitudinal direction of each other and oppositely directed electromagnets and can move axially, so approach to one or the other electromagnets, in particular contact this contact, depending on which of the two electromagnets by means of current application currently is activated and attracts the yoke of magnetizable material to itself, which is independent of the current flow direction through the coil in particular without a permanent magnet present on the electromagnet.
Die beiden Elektromagnete sind dabei natürlich nur so weit voneinander beabstandet, dass ihre Magnetwirkung bei aktiviertem Elektromagneten ausreicht, das Joch noch zu erreichen, sodass also das Joch zumindest bei seiner Mittelstellung in der Mitte zwischen den beiden Elektromagneten noch im Wirkbereich beider Elektromagnete liegt, falls diese mit Strom beaufschlagt sind. Of course, the two electromagnets are only so far apart that their magnetic effect with activated electromagnet sufficient to reach the yoke, so that the yoke is still at least in its middle position in the middle between the two electromagnets in the effective range of both electromagnets, if this are energized.
Das Joch befindet sich in Längsrichtung betrachtet im Radialbereich der jeweiligen Spule, wobei die Radialbereiche der beiden Spule vorzugsweise zueinander fluchtend ausgerichtet sind. Das Joch ist vorzugsweise plattenförmig, insbesondere ringförmig, mit einer mit der Plattenebene in Querrichtung, insbesondere in einer lotrecht zur Längsrichtung liegenden Querrichtung, angeordnet. The yoke is viewed in the longitudinal direction in the radial region of the respective coil, wherein the radial regions of the two coil are preferably aligned with each other. The yoke is preferably plate-shaped, in particular annular, with a transverse to the plate plane, in particular in a direction perpendicular to the longitudinal direction transverse direction, arranged.
Auf diese Art und Weise kann das Joch eine sehr viel geringere Masse besitzen als die beiden Elektromagnete, und somit das Joch aus einer Ausgangslage heraus sehr schnell mittels des von einem der Elektromagneten entwickelten Magnetfeldes in axialer Richtung beschleunigt werden. In this way, the yoke can have a much lower mass than the two electromagnets, and thus the yoke can be accelerated out of a starting position very quickly by means of the magnetic field developed by one of the electromagnets in the axial direction.
Zusätzlich ist zwischen dem beweglichen Teil des Aktuators, meist dem Joch, und einem ortsfesten Gegenhalter – der auch das unbewegliche Teil des Aktuators, beispielsweise die beiden Elektromagnete, sein kann, zwei in entgegengesetzte axiale Richtungen wirkende Federn angeordnet. In addition, between the movable part of the actuator, usually the yoke, and a fixed counter-holder - which may also be the immovable part of the actuator, for example, the two electromagnets, arranged two acting in opposite axial directions springs.
Diese Federn sind vorzugsweise Druckfedern. These springs are preferably compression springs.
Die Federn sind so dimensioniert und angeordnet, dass bei einem in der maximal angenäherten, insbesondere kontaktierenden, Lage des Joches an einem der Elektromagnete und Abschalten des Stromes durch diesen Elektromagneten eine der Federn – mittels Zugkraft oder Druckkraft – das Joch von diesem Elektromagneten in axialer Richtung weg beschleunigt und insbesondere mindestens bis zur Mitte zwischen die beiden Elektromagnete bewegt und dadurch sehr schnell weit in den Wirkbereich des anderen, nunmehr mit Strom beaufschlagten und dadurch aktivierten Elektromagneten bringt, der das Joch nunmehr aktiv und mit zunehmender Kraft zu sich in die maximal angenäherte, insbesondere kontaktierende, Lage heranzieht, wobei dies durch die genetische Energie des Joch es zusätzlich unterstützt wird. The springs are dimensioned and arranged so that at one in the maximum approximated, in particular contacting, position of the yoke on one of the electromagnets and switching off the current through this electromagnet one of the springs - by means of tensile force or compressive force - the yoke of this electromagnet in the axial direction accelerated away and in particular moved at least to the middle between the two electromagnets and thereby very quickly far into the effective range of the other, now energized and thereby activated electromagnet brings the yoke now active and with increasing force to itself in the maximum approximated, especially contacting, situation, this being additionally supported by the genetic energy of the yoke.
Auf diese Art und Weise kann mit relativ schwachen Elektromagneten ein relativ großer Bewegungsweg des Joches realisiert werden. Sollte dieser Bewegungsweg für die gewünschte Anwendung immer noch nicht ausreichend sein, so kann der Bewegungsweg des Joches natürlich mittels eines damit wirkverbundenen Getriebes in einen nochmals größeren Arbeitsweg eines gewünschten Arbeitselementes, welches mit dem Getriebe gekoppelt ist, umgesetzt werden. In this way, a relatively large travel of the yoke can be realized with relatively weak electromagnets. Should this movement path still be insufficient for the desired application, then the movement path of the yoke can of course be converted by means of a transmission operatively connected thereto into an even larger working path of a desired working element, which is coupled to the transmission.
In welcher Ruhelage bei stromlosen Elektromagneten das Joch verbleibt, hängt von der Wahl der Federkräfte der beiden Federn ab:
Meistens werden die beiden Federn gleich stark und mit dem gleichen Federweg, also vorzugsweise identisch, gewählt werden. Dann wird das Joch – wenn beide Elektromagnete stromlos sind – in der Mitte zwischen den beiden Elektromagneten mittels der Kräfte der beiden gegeneinander gerichteten Federn in der Ruhelage gehalten werden, zumindest wenn die Längsrichtung des Aktuators horizontal oder im Wesentlichen horizontal verläuft. In which rest position with electroless electromagnets the yoke remains, depends on the choice of the spring forces of the two springs:
In most cases, the two springs are equally strong and with the same travel, so preferably identical, are selected. Then, when both electromagnets are de-energized, the yoke is held in the center between the two electromagnets by means of the forces of the two mutually opposing springs, at least when the longitudinal direction of the actuator is horizontal or substantially horizontal.
Steht die Längsrichtung des Aktuators aufrecht oder gar senkrecht, so wirkt zusätzlich die Schwerkraft des Joches in der Ruhestellung, so dass abhängig von dessen Masse die Ruhestellung des Joches sich etwas unterhalb der in Längsrichtung gemessenen Mitte zwischen den beiden Elektromagneten befinden wird. If the longitudinal direction of the actuator is upright or even vertical, the force of gravity of the yoke additionally acts in the rest position, so that, depending on its mass, the rest position of the yoke will be slightly below the center between the two electromagnets measured in the longitudinal direction.
Ein Anliegen des Joch es an dem tieferliegenden Elektromagneten kann nur erreicht werden, wenn beim Anliegen die Kraft des Elektromagneten größer ist als die entgegen gerichtete Kraft der Feder. A concern of the yoke on the underlying electromagnet can only be achieved if the concern of the force of the electromagnet is greater than the opposing force of the spring.
Die Kraft der Federn, insbesondere der bei aufrecht stehender Längsrichtung des Aktuators unteren Feder, ist jedoch bevorzugt sogar so gewählt, dass die Feder in der Lage ist, das Joch in einer von dem unteren, aktivierten Elektromagneten abgehobenen Stellung zu halten. Denn wenn dies nicht der Fall wäre, könnte die untere Feder bei Abschalten des heranziehenden Magnetfeldes des unteren Elektromagneten diesen auch nur schwach nach oben abstoßen. However, the force of the springs, in particular the lower spring when the longitudinal direction of the actuator is upright, is preferably even selected so that the spring is able to hold the yoke in a position raised from the lower, activated electromagnet. Because if this were not the case, could the lower spring when switching off the approaching magnetic field of the lower electromagnet repel this only slightly upwards.
Zusätzlich besteht der Sinn der Erfindung gerade darin, das Joch mit möglichst geringer Masse auszustatten, um es schnell von der einen Endstellung in die andere Endstellung beschleunigen und damit bewegen zu können. In addition, the purpose of the invention is precisely to equip the yoke with the least possible mass in order to accelerate it quickly from one end position to the other end position and thus to be able to move it.
Durch einen solchen Aktuator können also auch relativ große Massen, die an dem Joch befestigt sind, schnell beschleunigt werden und mit kurzen Schaltzeiten das Joch und eine daran befestigte Masse, beispielsweise ein Arbeitselement, schnell hin und her bewegt werden. By means of such an actuator, therefore, relatively large masses which are fastened to the yoke can be accelerated rapidly and, with short switching times, the yoke and an attached mass, for example a working element, can be moved rapidly back and forth.
In Längsrichtung betrachtet ist die Spule selbstverständlich ein in Umfangsrichtung geschlossener Ring, dessen Form aber in Längsrichtung betrachtet nur vorzugsweise, aber keineswegs zwingend, kreisförmig sein muss. Auch in Form eines Rechtecks oder eines anderen Polygons gewickelte Spulen sind möglich, jedoch aufwändiger in der Herstellung. Viewed in the longitudinal direction, the coil is of course a ring closed in the circumferential direction, but its shape, viewed in the longitudinal direction, must be circular only preferably, but by no means compelling. Also in the form of a rectangle or other polygon wound coils are possible, but more expensive to manufacture.
Gleiches gilt für einen ggf. die Spule auf der radialen Außenseite und/oder der radialen Innenseite umgebenden Flussleitkörper, mit dessen Hilfe das durch eine solche Spule erzeugte torroidale Magnetfeld in radialer Richtung eng an der Spule gehalten und konzentriert werden kann. The same applies to a possibly the coil on the radially outer side and / or the radially inner surrounding Flußleitkörper, with the aid of which the torroidal magnetic field generated by such a coil can be kept close to the coil and concentrated in the radial direction.
Vorzugsweise ist die Spule auch auf der von der gegenüberliegenden Spule abgewandten, also rückseitigen, Stirnseite ebenfalls von einem Flussleitkörper umgeben, der vorzugsweise die radial umgebenden Flussleitkörper kontaktiert und insbesondere einstückig zusammen mit diesem ausgebildet ist. Preferably, the coil is also on the side facing away from the opposite coil, ie back, front side also surrounded by a Flussleitkörper, which preferably contacts the radially surrounding Flußleitkörper and in particular integrally formed therewith.
Zur Führung des Joches kann von dem Joch von jeder seiner Stirnseiten wenigstens ein in axialer Richtung verlaufender Jochschaft abragen, der dann in einem ortsfesten Teil des Aktuators geführt ist über z. B. Gleitlager. To guide the yoke can protrude from the yoke of each of its end faces at least one extending in the axial direction Jochschaft, which is then guided in a stationary part of the actuator via z. B. plain bearings.
Eine Lösung besteht darin, dass in dem in Längsrichtung betrachteten Zentrum jeder Elektromagnet eine Durchgangsöffnung besitzt und die beiden Durchgangsöffnungen auf der Längsrichtung liegen und somit hinsichtlich der beiden Elektromagnete zu einander fluchten. A solution is that in the longitudinally viewed center each electromagnet has a through hole and the two through holes lie in the longitudinal direction and thus are aligned with respect to the two electromagnets to each other.
Das Joch kann nun ebenfalls im Zentrum von jeder Stirnseite einen abragenden Jochschaft besitzen, der sich durch die zentrale Durchgangsöffnung in je einen der beiden Elektromagneten hindurcherstreckt und darin oder in einem umgebenden ortsfesten Gehäuse geführt sein kann. In diesem Fall muss natürlich auch der stirnseitig an dem Elektromagneten eventuell angeordnete Flussleitkörper ebenfalls eine ausreichend große Durchgangsöffnung besitzen. The yoke can now also in the center of each end face have a projecting Jochschaft which extends through the central passage opening in each one of the two electromagnets and can be guided therein or in a surrounding stationary housing. In this case, of course, the flux-conducting body possibly arranged on the front side of the electromagnet must likewise have a sufficiently large passage opening.
Eine andere Lösung besteht darin, dass in Längsrichtung betrachtet abseits vom Querschnittsbereich des Elektromagneten das Joch ein oder mehrere solche in Axialrichtung abragende Jochschäfte auf seinen Stirnseiten aufweist, und der oder die Jochschäfte dann nicht in dem Elektromagneten, sondern in einem außerhalb der Elektromagnete liegenden ortsfesten Bauteil, beispielsweise einem Gehäuse des Aktuators, geführt sind. Another solution is that viewed in the longitudinal direction away from the cross-sectional area of the electromagnet, the yoke has one or more such axially projecting Jochschäfte on its end faces, and the or the Jochschäfte then not in the electromagnet, but in a stationary outside of the electromagnet stationary component , For example, a housing of the actuator, are guided.
Die Führung des Joches kann jedoch auch auf andere Art und Weise erfolgen, beispielsweise indem das Joch in radialer Richtung über den Querschnittsbereich der Elektromagnete vorsteht und dort mit seinem Umfang in einem ortsfesten Gehäuse geführt wird, was jedoch eine relativ große Querschnittsfläche des Joches bewirkt. However, the guide of the yoke can also be done in other ways, for example by the yoke protrudes in the radial direction over the cross-sectional area of the electromagnets and is guided there with its circumference in a stationary housing, but this causes a relatively large cross-sectional area of the yoke.
Eine andere Möglichkeit besteht darin, von dem Joch einen oder mehrere in radialer Richtung abstrebenden Jochfortsatz vorzusehen, und diesen Jochfortsatz in einem ortsfesten Bauteil, beispielsweise einem Gehäuse des Aktuators, zu führen. Another possibility is to provide from the yoke one or more in the radial direction abstrebenden Jochfortsatz, and to guide this Jochfortsatz in a stationary component, such as a housing of the actuator.
Um das Joch ausgehend von seiner Ruhelage, also wenn beide Elektromagnete stromlos waren, sehr schnell durch Strombeaufschlagung einer der Spulen an diese heran zu ziehen und dann in der Folge auch eine sehr schnelle Hin- und Herbewegung des Joches zwischen den beiden Elektromagneten durch entsprechende abwechselnde Strombeaufschlagung Der Spulen zu erreichen, wird beim in Gang setzen des Aktuators die eine Spule, an die das Joch herangezogen werden soll, mit einem Stromstoß sehr hoher Spannung beaufschlagt, insbesondere sehr kurz ist, zum Beispiel wesentlich höher als die Dauer-Belastbarkeit der entsprechenden Spule beträgt, der aber nur maximal 50 ms andauert. To the yoke starting from its rest position, so if both electromagnets were de-energized, very quickly by energizing one of the coils to pull up to this and then in the result also a very fast back and forth movement of the yoke between the two electromagnets by appropriate alternating current application To achieve the coils, when put into motion of the actuator which is a coil to which the yoke is to be used, subjected to a surge of very high voltage, in particular is very short, for example, much higher than the continuous load capacity of the corresponding coil , but only a maximum of 50 ms lasts.
Dies kann beispielsweise mit einer Schaltung erreicht werden, bei der jede der einzelnen Spulen über einen Transistor mit Masse verbunden ist, während das andere Ende beider Spulen über eine Diode mit der Versorgungsspannung und gleichzeitig mit einem Kondensator verbunden ist, der mit der beim Abschalten der Spulen auftretenden Induktionsspannung über die Betriebsspannung hinaus aufgeladen werden kann. Zu diesem Zweck sind entsprechende Freilaufdioden vorzusehen, die jeweils mit ihren Anoden an den transistorseitigen Ende einer jeden Spule angeschlossen sind und mit beiden Kathoden an dem Plus-Seitigen Anschluss des Kondensators. Sodann verbindet noch eine weitere Freilaufdiode die betriebsspannungsseitigen Anschlüsse der Spulen mit Masse. Auf diese Weise kann über die Freilaufdiodenbrücke die Induktionsspannung der Spulen beim Abschalten genutzt werden, um den Kondensator über die Betriebsspannung UC hinaus aufzuladen. Ein Abfließen der Ladung des Kondensators nach UC wird durch die am Eingang der Schaltung vorgesehene Diode verhindert. This can for example be achieved with a circuit in which each of the individual coils is connected via a transistor to ground, while the other end of both coils is connected via a diode to the supply voltage and at the same time to a capacitor which is connected to that when the coils are switched off occurring induction voltage beyond the operating voltage can be charged. For this purpose, corresponding freewheeling diodes are provided, which are each connected with their anodes to the transistor-side end of each coil and with two cathodes on the plus-side terminal of the capacitor. Then connects another freewheeling diode, the operating voltage side terminals of the coil to ground. In this way, the induction voltage of the coils can be used when switching off via the freewheeling diode bridge to charge the capacitor beyond the operating voltage UC addition. A discharge of the charge of the capacitor to UC is prevented by the diode provided at the input of the circuit.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist an der vorderen, dem jeweils anderen Elektromagneten zugewandten, vorderen Stirnseite eines, insbesondere beider, Elektromagnete wenigstens ein Permanentmagnet im Wirkbereich des Elektromagneten angeordnet, wobei dieser Permanentmagnet mindestens eine, vorzugsweise ausschließlich, radiale magnetische Polachsen aufweist, die bei Vorhandensein eines Permanentmagneten an jedem der beiden Elektromagnete bei beiden Permanentmagneten gleich entweder radial nach innen oder radial nach außen gerichtet ist. In a preferred embodiment, at least one permanent magnet in the active region of the electromagnet is arranged on the front, facing the other electromagnet, front end of one, in particular both, electromagnets, said permanent magnet having at least one, preferably exclusively, radial magnetic pole axes in the presence of a Permanent magnets on each of the two electromagnets in both permanent magnets is directed either radially inward or radially outward.
Vorzugsweise ist der Elektromagnet deshalb ringförmig ausgebildet. Der Permanentmagnet, insbesondere wenn er ringförmig gestaltet ist, liegt – in axialer Richtung betrachtet – im Radialbereich der Spule, und/oder auch im Radialbereich des gegebenenfalls vorhandenen, die Spule radial innen und/oder außen umgebenden, Flussleitkörpers. Dabei ist der Permanentmagnet nicht relativ zum Elektromagneten beweglich, sondern fest zu diesem angeordnet. Preferably, therefore, the electromagnet is annular. The permanent magnet, in particular if it is of annular design, lies-in the axial direction-in the radial region of the coil, and / or also in the radial region of the possibly present flux guide body radially surrounding the coil inside and / or outside. In this case, the permanent magnet is not movable relative to the electromagnet, but arranged fixed thereto.
Bevorzugt sind die beiden Permanentmagnete gleich stark, besitzen gegenüber dem gleichen magnetisierbaren Gegenstand eine gleich große Haftkraft. Preferably, the two permanent magnets are equally strong, have over the same magnetizable object an equal adhesive force.
Die beiden Permanentmagnete können auch magnetisch unterschiedlich stark sein, nämlich insbesondere dann, wenn auch die beiden Federn unterschiedlich stark sind, also eine unterschiedlich große Federkraft besitzen, was insbesondere bei einem aufrecht stehenden Aktuator sinnvoll sein kann, indem dann der obere Permanentmagnet stärker sein kann als der untere, oder wenn die Kraft des Aktuators in eine der beiden axialen Richtungen größer sein soll als in der anderen. The two permanent magnets can also be magnetically different in strength, namely in particular when the two springs are of different strengths, that is, have different degrees of spring force, which may be useful in particular for an upright actuator, in that case the upper permanent magnet can be stronger than the lower, or when the force of the actuator should be greater in one of the two axial directions than in the other.
Die Durchflussrichtung des Stromes kann dadurch so gewählt werden, dass sich die magnetische Anziehungskraft des Elektromagneten mit derjenigen des Permanentmagneten addieren, sodass der Elektromagnet und der Permanentmagnet gemeinsam und damit besonders stark das Joch heranziehen The flow direction of the current can be chosen so that add the magnetic attraction of the electromagnet with that of the permanent magnet, so that the electromagnet and the permanent magnet together and thus particularly strong draw the yoke
Durch diese Permanentmagnete wird erreicht, dass besonders hohe Schaltkräfte des Aktuators erzielbar sind, da sich z. B. zur Zugkraft oder Haftkraft eines aktivierten Elektromagneten die magnetische Kraft des Permanentmagneten hinzuaddiert oder von ihr abgezogen wird, je nachdem, in welcher Richtung die Spule des Elektromagneten vom Strom durchflossen wird. Zum heranziehen des Joches wird die Richtung des Stromflusses im entsprechenden Elektromagneten natürlich so gewählt, dass sie sich zu der Kraft des Permanentmagneten hinzu addiert. Die umgekehrte Flussrichtung des Stromes in der Spule wird gewählt, damit die Kraft des Permanentmagneten reduziert oder gar aufgehoben wird, damit die zugeordnete Feder das Joch von diesem Elektromagneten weg beschleunigen kann in den Wirkbereich des anderen Elektromagneten hinein, der dann aktiviert wird. By means of these permanent magnets is achieved that particularly high switching forces of the actuator can be achieved because z. As the tensile force or adhesive force of an activated electromagnet, the magnetic force of the permanent magnet is added or subtracted from it, depending on the direction in which the coil of the electromagnet is traversed by the current. For drawing the yoke, of course, the direction of current flow in the corresponding electromagnet is chosen so that it adds to the force of the permanent magnet. The reverse flow direction of the current in the coil is chosen so that the force of the permanent magnet is reduced or even canceled, so that the associated spring can accelerate the yoke away from this electromagnet into the effective range of the other electromagnet, which is then activated.
Eine weitere erfindungsgemäße Lösung besteht darin, dass Joch als Permanentmagnet auszubilden oder in dem Joch einen Permanentmagneten unterzubringen, hinsichtlich der Polrichtung dieses Permanentmagneten wie an der Ausführungsform zuvor beschrieben. A further solution according to the invention is that of forming the yoke as a permanent magnet or of accommodating a permanent magnet in the yoke with respect to the polar direction of this permanent magnet as described above in the embodiment.
Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass hier durch Wahl der entsprechenden Flussrichtung des Stromes durch die Spule das Joch aktiv von dem aktivierten Elektromagneten abgestoßen werden kann, während es anschließend oder gleichzeitig durch gezielte Wahl der Flussrichtung des Stromes in der anderen Spule von dieser angezogen werden kann. The advantage of this embodiment is that here by choosing the appropriate flow direction of the current through the coil, the yoke can be actively repelled by the activated electromagnet, while subsequently or simultaneously attracted by targeted choice of the flow direction of the current in the other coil of this can.
Durch dieses aktive Abstoßen – vorzugsweise zusätzlich durch die Kraft einer der beiden gegebenenfalls vorhandenen Federn – können besonders kurze Schaltzeiten des erfindungsgemäßen Aktuators erreicht werden. By this active repelling - preferably in addition by the force of one of the two optionally present springs - particularly short switching times of the actuator according to the invention can be achieved.
Für die Steuerung des – meist abwechselnden – Stromflusses durch die Spulen der beiden Elektromagnete in den beiden vorgeschriebenen Lösungen wird deshalb eine elektrische Steuerung verwendet, die auch die Durchflussrichtung des Stromes durch die jeweilige Spule steuert. For the control of - usually alternating - current flow through the coils of the two electromagnets in the two prescribed solutions therefore an electrical control is used, which also controls the flow direction of the current through the respective coil.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltung besteht darin, dass bei jedem Schaltvorgang die Ladung eines Kondensators in der Schaltung zur Verfügung steht, um in der Spule beim nächsten Schaltvorgang besonders schnell die nötige Spannung in der Spule aufzubauen und damit die Schaltzeit des Aktuators zu verringern. The advantage of the circuit according to the invention is that with each switching operation, the charge of a capacitor is available in the circuit to build up in the coil at the next switching operation particularly quickly the necessary voltage in the coil and thus to reduce the switching time of the actuator.
Zu diesem Zweck umfasst die Schaltung vier Transistoren und zwei Freilaufdioden, sowie einen Kondensator und eine Zusatzdiode. Diese sind so verschaltet, dass die Spule durch Einschalten eines ersten Paares dieser Transistoren in der einen Stromrichtung und durch Einschalten des anderen Paares dieser Transistoren in der anderen Stromrichtung durchflossen wird, und beim Ausschalten die Spule über die Freilaufdioden den Kondensator auf Induktionsspannung auflädt. Die Zusatzdiode dient dazu, dass der Strom aus der Spule nach deren Abschaltung nur in den Kondensator und nicht in die Spannungsquelle der Schaltung fließen kann. For this purpose, the circuit comprises four transistors and two freewheeling diodes, as well as a capacitor and an additional diode. These are connected so that the coil is traversed by turning on a first pair of these transistors in one direction and by turning on the other pair of these transistors in the other direction, and when turned off, the coil via the freewheeling diodes charges the capacitor to induction voltage. The additional diode is used so that the current from the coil after their shutdown can only flow into the capacitor and not into the voltage source of the circuit.
Eine Aktuatorvorrichtung kann einen oder auch mehrere zusammenwirkende oder auch einzeln wirkende Aktuatoren umfassen. An actuator device may comprise one or more interacting or single acting actuators.
Der bewegliche Teil des Aktuators, in der Regel das Joch, ist ja – in der Regel mechanisch – mit einem Arbeitselement verbunden, welches von dem Aktuator bewegt werden soll, beispielsweise einem Auswerfer oder Ausstoßer. The movable part of the actuator, usually the yoke, yes - usually mechanically - connected to a working element, which is to be moved by the actuator, such as an ejector or ejector.
In der Regel soll das Arbeitselement linear hin- und her bewegt werden, und kann dann direkt mit dem Aktuator, also dem beweglichen Teil des Aktuators, verbunden werden, wenn der Arbeitsweg des Arbeitselementes nicht größer sein soll als der Bewegungsweg des Aktuators. Ansonsten muss ein den Arbeitsweg vergrößerndes Getriebe zwischengeschaltet werden. As a rule, the working element is to be moved linearly back and forth, and can then be directly connected to the actuator, ie the movable part of the actuator, when the working path of the working element should not be greater than the path of movement of the actuator. Otherwise, a gear increasing the working distance must be interposed.
Andersherum kann der Arbeitsweg verkleinert werden gegenüber dem Bewegungsweg des Aktuators, und dadurch die durch das Arbeitselement aufbringbare Kraft vergrößert werden, wenn mittels des Arbeitselementes besonders hohe Kräfte bewirkt werden sollen. On the other hand, the working distance can be reduced in relation to the movement path of the actuator, and thereby the force which can be applied by the working element can be increased if particularly high forces are to be effected by means of the working element.
Wenn dagegen beispielsweise eine Drehbewegung eines Arbeitselementes bewirkt werden soll, kann der bewegliche Teil des Aktuators mittels eines Pleuels die Drehbewegung eines Drehelementes bewirken, indem das Pleuel einerseits mit dem Drehelement abseits von dessen Drehachse gelenkig verbunden ist und andererseits mit dem beweglichen Teil des Aktuators. If, however, for example, a rotational movement of a working element to be effected, the movable part of the actuator by means of a connecting rod can cause the rotational movement of a rotary element by the connecting rod is articulated on the one hand with the rotary member away from the axis of rotation and on the other hand with the movable part of the actuator.
Auf diese Art und Weise ist es auch möglich, mehrere solche Drehelemente mit zueinander fluchtenden Drehachsen in Richtung der Drehachse hintereinander kurz beabstandet anzuordnen, und jedes der Drehelemente einerseits mit einem Aktuator und andererseits natürlich mit einem Arbeitselement zu verbinden. In this way, it is also possible to arrange a plurality of such rotary elements with mutually aligned axes of rotation in the direction of the axis of rotation one behind the other short distance, and to connect each of the rotary elements on the one hand with an actuator and on the other hand, of course, with a working element.
Die Drehelemente können dabei in einem so geringen Abstand zueinander angeordnet werden, der deutlich geringer ist als die Erstreckung der in der Drehebene des jeweiligen Drehelementes liegenden Aktuators gemessen in Richtung der Drehachse des Drehelementes. The rotary elements can be arranged at such a small distance from each other, which is significantly smaller than the extension of lying in the plane of rotation of the respective rotary member actuator measured in the direction of the axis of rotation of the rotary member.
Dies kann erreicht werden, indem die Aktuatoren für die einzelnen Drehelemente sowohl in Umfangsrichtung bezüglich des Drehelementes als auch in Richtung der Drehachse der Drehelemente zueinander versetzt angeordnet sind, so dass sie nicht kollidieren. Dadurch können in Richtung der Drehachse sehr kurz bauende Aktuator-Vorrichtungen aufgebaut werden, so dass am Einsatzort des jeweiligen Arbeitselementes vorherrschende beengte Platzverhältnisse gemeistert werden können. This can be achieved by the actuators for the individual rotary elements are arranged offset from each other both in the circumferential direction with respect to the rotary member and in the direction of the axis of rotation of the rotary elements, so that they do not collide. As a result, actuator devices which are very short in construction can be constructed in the direction of the axis of rotation, so that prevailing cramped space conditions prevailing at the place of use of the respective working element can be mastered.
Dabei muss in der jeweils gleichen Funktionsstellung der Aktivatoren Aktuatoren, also z. B. in Richtung der Drehachse maximal angenäherter Lage des beweglichen Teiles des Aktuators, z. B. des Joches,
- – jeweils das mit diesem Aktuator wirkverbundene Pleuel an seinem Befestigungspunkt am Drehelement unter dem gleichen Winkel zur durch die Drehachse verlaufenden radialen Richtung stehen,
- – jeweils das Pleuel unter dem gleichen Winkel zu dem beweglichen, ihn antreibenden Teil des Aktuators, in der Regel dem Joch, stehen
- In each case the connecting rods operatively connected to this actuator are at the same angle to the radial direction passing through the axis of rotation at its point of attachment to the rotary element,
- - Each of the connecting rod at the same angle to the movable, driving part of the actuator, usually the yoke, stand
Hinsichtlich der Vorgehensweise zum Betrieb eines erfindungsgemäßen Aktuators wird die Aufgabe auf unterschiedliche Art und Weise gelöst, abhängig davon, ob an keinem, nur einem oder beiden Elektromagneten des Aktuators ein Permanentmagnet vorhanden ist:
Wenn an keinem der beiden Elektromagnete ein Permanentmagnet vorhanden ist, verbleibt das Joch in der Ruhestellung, also bei stromlosen Elektromagneten, etwa in der Mitte des Abstandes in axialer Richtung zwischen den Elektromagneten, gehalten und vorzugsweise auch zentriert durch die beiden gegeneinander wirkenden Federn. Ob dies die genaue Mitte des Abstandes ist, hängt von der mehr oder weniger aufrechten Lage der Längsrichtung des Aktuators und damit der zusätzlichen Einwirkung der Gewichtskraft des Joches ab. With regard to the procedure for operating an actuator according to the invention, the object is achieved in different ways, depending on whether at no, only one or both electromagnets of the actuator, a permanent magnet is present:
If a permanent magnet is not present on either of the two electromagnets, the yoke remains in the rest position, ie in the case of electroless electromagnets, approximately in the middle of the distance in the axial direction between the electromagnets, and preferably also centered by the two counteracting springs. Whether this is the exact center of the distance, depends on the more or less upright position of the longitudinal direction of the actuator and thus the additional effect of the weight of the yoke.
Von dieser Ruhelage aus wird zunächst derjenige Elektromagnet, dessen vordere, dem anderen Elektromagneten zugewandte, Stirnseite tiefer liegt (bei horizontaler Längsrichtung des Aktuators also einer der beiden Elektromagnete nach freier Wahl) mit Strom beaufschlagt, und zwar am Beginn mit einem sehr kurzen Stromstoß mit sehr hoher Spannung bereitgestellt von dem Kondensator der Schaltung des Aktuators und dem darin gespeicherten Strom beaufschlagt, dass das Joch von diesem Elektromagneten angezogen wird. From this position of rest, first that electromagnet whose front, the other electromagnet facing, face is deeper (in the horizontal direction of the actuator so one of the two electromagnets of your choice) energized, at the beginning with a very short surge with very high voltage supplied from the capacitor of the circuit of the actuator and the current stored therein, the yoke is attracted by this electromagnet.
Damit erreicht das Joch erstmals die an diesen zuerst aktivierten Elektromagneten maximal angenäherte Stellung, und das Joch kann nun zwischen den beiden Endstellungen hin und her bewegt werden, indem im Wechsel die beiden Elektromagnete mit Strom beaufschlagt werden abhängig von der gewünschten Bewegungsrichtung des Joches, so dass also immer einer der Elektro-Magnete, zu dem sich das Joch hinbewegen soll, mit Strom beaufschlagt wird. Thus, for the first time, the yoke reaches the maximum position approximated to this first activated electromagnet, and the yoke can now be moved back and forth between the two end positions by alternately energizing the two electromagnets depending on the desired direction of movement of the yoke, so that So always one of the electric magnets to which the yoke is to move, is energized.
Wenn dagegen nur an einem der Elektromagnete ein Permanentmagnet angeordnet ist, befindet sich bei stromlosen Elektromagneten das Joch maximal angenähert an dem den Permanentmagneten aufweisenden Elektromagneten, gehalten durch die magnetische Kraft des Permanentmagneten, sofern diese magnetische Haltekraft bezüglich des Joches größer ist als die Kraft der entgegen gerichteten mindestens einen Feder. If, on the other hand, a permanent magnet is arranged only on one of the electromagnets, the electromagnet is normally close to the yoke at the magnet having the permanent magnets, held by the magnetic force of the permanent magnet, if this magnetic holding force with respect to the yoke is greater than the force of the opposite directed at least one spring.
Wenn letzteres nicht der Fall ist, ist durch die Kraft des Permanentmagneten das Joch zumindest gegen die Kraft der Feder etwas an den den Permanentmagneten aufweisenden Elektromagneten angenähert. If the latter is not the case, the yoke is approximated by the force of the permanent magnet, at least against the force of the spring slightly to the permanent magnets having electromagnet.
Nun wird zuerst der näher zum Joch liegende Elektromagnet in einer solchen Durchflussrichtung mit Strom beaufschlagt, dass er das Joch zunächst maximal zu sich heranzieht. Now, first of all, the electromagnet lying closer to the yoke is supplied with current in such a flow direction that it first draws the yoke a maximum towards itself.
Anschließend wird die Durchflussrichtung des Stromes in diesem Elektromagneten umgedreht, so dass die Haltekraft des Permanentmagneten an diesem Elektromagneten reduziert wird, gegebenenfalls aufgehoben wird, und dadurch die zugeordnete Feder in der Lage ist, das Joch von diesem Elektromagneten weg zu beschleunigen. Gleichzeitig oder spätestens anschließend wird der gegenüberliegende Elektromagnet mit Strom beaufschlagt, das Joch zu sich heranzuziehen Subsequently, the flow direction of the current in this electromagnet is reversed, so that the holding force of the permanent magnet is reduced to this electromagnet, if necessary, is canceled, and thereby the associated spring is able to accelerate the yoke away from this electromagnet. At the same time or at the latest thereafter, the opposite electromagnet is energized to draw the yoke towards itself
Anschließend werden dann die beiden Elektromagnete wiederum abwechselnd so geschaltet, dass die gewünschte Hin- und Herbewegung des Joches bewirkt wird. Subsequently, the two electromagnets are then alternately switched so that the desired reciprocating motion of the yoke is effected.
Die Vorgehensweise, wenn beide Elektromagnete jeweils einen Permanentmagneten aufweisen, unterscheidet sich dadurch, dass die Ausgangslage, also die Ruhelage des Joches, wenn beide Elektromagnete stromlos geschaltet sind, nicht vorhergesagt werden kann, denn nach dem Stromlosschalten wird das Joch von demjenigen Permanentmagneten, an dem es im Moment der Stromlosschaltung beider Elektromagnete näher angenähert war, herangezogen und bleibt dort durch die Kraft des Permanentmagneten so lange angenähert, insbesondere haften, bis die erneute Inbetriebnahme des Aktuators erfolgt. The procedure, when both electromagnets each have a permanent magnet, differs in that the initial position, ie the rest position of the yoke, when both electromagnets are de-energized, can not be predicted, because after the current is disconnected, the yoke of that permanent magnet on the At the moment it was closer to the electroless circuit of both electromagnets, used and remains there by the force of the permanent magnet so long approximated, in particular adhere until the re-commissioning of the actuator.
Dann wird die Inbetriebnahme mit Strombeaufschlagung desjenigen Elektromagneten, an den maximal angenähert sich das Joch befindet, begonnen und von diesem eine Abstoßung des Joches bewirkt, wie anhand des Beispiels bei nur einem mit Permanentmagnet ausgestatteten Elektromagneten beschrieben. Then, the commissioning with current application of that electromagnet to which the maximum approximates the yoke is started, and this causes a repulsion of the yoke, as described by way of example with only one equipped with permanent magnet electromagnet.
Befindet sich dagegen wenigstens ein Permanentmagnet anstatt an den Elektromagneten angeordnet in oder an dem Joch, wie zuvor beschrieben, so kann auch bei dieser Bauform nicht vorhergesagt werden, in welcher Ausgangslage, also Ruhelage, das Joch sich befindet, wenn beide Elektromagnete stromlos geschaltet sind. Denn in der Regel verbleibt das magnetische Joch dann angenähert an denjenigen Elektromagneten, an dem es sich bei Stromlosschalten weiter angenähert war. If, on the other hand, at least one permanent magnet is arranged in or on the yoke instead of the electromagnet, as described above, it can not be predicted in this starting position, in which initial position, that is to say rest position, the yoke is when both electromagnets are de-energized. For as a rule, the magnetic yoke then remains approximately at those electromagnets on which it was further approximated in Stromlosschalten.
Dann wird die Inbetriebnahme mit Strombeaufschlagung desjenigen Elektromagneten, an den maximal angenähert sich das magnetische Joch befindet, begonnen und von diesem eine Abstoßung des Joches bewirkt durch entsprechende Wahl der Flussrichtung des Stromes durch die Spule. Then, the commissioning with current application of that electromagnet, to which the maximum approximates the magnetic yoke is started, and this causes a repulsion of the yoke by appropriate selection of the flow direction of the current through the coil.
Anschließend wird in dieser Spule die Richtung des Stromflusses geändert, wodurch das magnetische Joch abgestoßen wird, und anschließend oder gleichzeitig wird in der anderen Spule ein Stromfluss in einer solchen Flussrichtung auf geschaltet, dass das magnetische Joch an diesen anderen Elektromagneten herangezogen wird. Subsequently, in this coil, the direction of the current flow is changed, whereby the magnetic yoke is repelled, and subsequently or simultaneously, in the other coil, a current flow in such a flow direction is switched on, that the magnetic yoke is used on this other electromagnet.
c) Ausführungsbeispiele c) embodiments
Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im Folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen: Embodiments according to the invention are described in more detail below by way of example. Show it:
Die erste grundsätzliche Bauform des erfindungsgemäßen Aktuators
Der Stromfluss durch diese beiden Spulen
Die beiden Spulen
Im axialen Abstand
Das plattenförmige Joch
Von dem Joch
Beide Jochschäfte
Das plattenförmige Joch
Das Gehäuse
In
Der untere Elektromagnet
In
Auch bei umgekehrter Stromflussrichtung in der Spule
In
In dieser Ruhelage wird – vor allem wenn sich der Aktuator
In dieser Ruhelage besitzen die beiden Anschläge
Es liegt im Wesen einer elektrischen Spule
Ob die gesamte Anordnung jedoch in Längsrichtung
In
In
Auch die Spule
Auf der Außenseite wird dieser gesamte Elektromagnet
Bei der rechteckigen Bauform gemäß
Die
Dadurch überlagert sich beim Aktivieren einer der Spulen
Durch Wahl der Flussrichtung des Stromes in der jeweiligen Spule
In den
Dadurch addieren sich die Magnetfelder des aktivierten Elektromagneten
Der obere Elektromagnet
Den jeweiligen Elektromagneten
Für das Betreiben dieser Bauform ist aus den genannten Gründen aber dennoch eine elektrische Schaltung zur Steuerung des Stromflusses durch die Spulen
Eine Möglichkeit einer solchen Schaltung zeigt
Zusätzlich, also neben dem anderen Aufbau der Elektromagnete
So besitzen in
So own in
In dem Längsschnitt der
Dabei darf jedoch nicht vergessen werden, dass das Ziel darin besteht, die zu bewegende Masse des Joches
Das Joch
Über den Umfang des Aktuators
Die ebenfalls über den Umfang mehrfach, vorzugsweise drei- oder vierfach, vorhandenen Druckfedern
Die nicht dargestellte Ruhestellung des Joches
Der in
Die Polrichtung dieses einen oder der mehreren Permanentmagnete des Joch ist
Im vorliegenden Fall ist also am Außenumfang jeweils der Südpol S und am Innenumfang oder im Zentrum der Nordpol N angeordnet. Falls es sich um mehrere, zum Beispiel radial über den Umfang verteilt angeordnete, Stabmagnete handelt, gilt dies für die einzelnen Stabmagnete. In the present case, therefore, the south pole S and the inner circumference or the center of the north pole N are arranged on the outer circumference. If it is around several, for example, distributed radially distributed over the circumference, bar magnets, this is true for the individual bar magnets.
Diese Ausgestaltung ermöglicht es, durch entsprechende Wahl der Flussrichtung des Stromes durch die Spule
In dem in
Durch diese Durchflussrichtung des Stromes durch die Spule
Durch Umkehrung der Flussrichtung des Stromes in dieser Spule
Wenn für die Ansteuerung und Strombeaufschlaung der Elektromagnete
In den
In diesem Fall sollen mittels jeweils eines Aktuators je einer von drei Auswerfern
Der Abstand der Auswerfer
In Blickrichtung der Drehachse
Dies kann erreicht werden, indem der jeweilige Aktuator
Um nun diese hintereinander liegenden Auswerfer
Dabei ist es wesentlich, dass diese Anordnung so erfolgt, dass in derselben Ausgangslage, also in diesem Fall bei vollständig ausgefahrenem Jochschaft
- – zum einen der Winkel α1, in
dem der Jochschaft 14b zum Pleuel 21 steht – betrachtet inRichtung der Drehachse 22 – wenn sich auchdas Drehelement 23 und damit der Auswerfer24 in seiner einen Endlage befindet,bei allen Aktuatoren 20 gleich ist und - – andererseits muss der Pleuel
21 in dieser Lage in einem Winkel α2 zur axialen Richtung durch den Befestigungspunkt des Pleuels21 am Drehelement 23 angeordnet sein, und für die analoge Stellung auch dieser Winkel α2 für alle drei Einheiten, also Aktuatoren20 mit Pleuel 21 und Drehelement23 , übereinstimmen.
- - On the one hand, the angle α1, in which the
yoke shaft 14b to the connectingrod 21 stands - considered in the direction of the axis of rotation22 - If also therotating element 23 and thus theejector 24 in its one end position, with allactuators 20 is the same and - - On the other hand, the connecting
rod 21 in this position at an angle α2 to the axial direction through the attachment point of the connectingrod 21 on therotary element 23 be arranged, and for the analog position also this angle α2 for all three units, ie actuators20 with connectingrod 21 androtary element 23 , to match.
Ziel ist es, dass durch einen Hub eines Aktuators immer der gleiche Schwenkwinkel des damit wirkverbundenen Auswerfers bewirkt wird. The goal is that by a stroke of an actuator always the same pivot angle of the effector associated with it is effected.
Unter Umständen kann dies auch ohne die vorstehenden Bedingungen erreicht werden, indem die Winkel und die Längen z.B. der Pleuel
In
Sofern keine Permanentmagnete Verwendung finden, ist es nicht erforderlich, die Stromrichtung in den Spulen umzukehren. Vielmehr ist es erforderlich, jede der Spulen
Trotzdem soll erfindungsgemäß erreicht werden, dass die beim Abschalten der Spulen
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel der
Mit den bisher beschriebenen Elementen kann jeweils eine der Spulen
Die Spulen
Des Weiteren ist noch eine weitere Freilaufdiode D2 vorzusehen, die mit ihrer Kathode mit dem anderen Anschluss der Spulen
In
Die gezeigte Schaltung ist an eine Spannungsquelle angeschlossen, die die Schaltung mit einer Gleichspannung UC versorgt. Die Spannungsversorgung der Schaltung weist vorzugsweise eine Versorgungsspannung von 24 Volt auf. In
The circuit shown is connected to a voltage source which supplies the circuit with a DC voltage UC. The power supply of the circuit preferably has a supply voltage of 24 volts.
Die Schaltung weist vier Transistoren T1 bis T4 in einer Brückenschaltung auf, bei denen es sich um Bipolar-Transistoren, Feldeffekt-Transistoren oder Metalloxidhalbleiter-Feldeffekt-Transistoren handeln kann. Dabei bilden die Transistoren T1 und T3 eine erste Halbbrücke und die Transistoren T2 und T4 eine zweite Halbbrücke. The circuit has four transistors T1 to T4 in a bridge circuit, which may be bipolar transistors, field-effect transistors or metal-oxide-semiconductor field-effect transistors. In this case, the transistors T1 and T3 form a first half-bridge and the transistors T2 and T4 form a second half-bridge.
Die Schaltung weist weiterhin die Spule
Die Spule
Die Spule
Die Schaltung weist außerdem drei Dioden D1, D2 und ZD auf. Die Zusatzdiode ZD befindet sich dabei am Anschluss der Schaltung an der Spannungsversorgung, wobei ihre Anode an die Spannungsversorgung angeschlossen ist und ihre Kathode an der Leitung, die zu den weiteren Bauelementen der Schaltung führt. The circuit also has three diodes D1, D2 and ZD. The additional diode ZD is located at the connection of the circuit to the power supply, with its anode is connected to the power supply and its cathode to the line leading to the other components of the circuit.
Die Diode D1 ist anti-parallel zum Transistor T1 geschaltet. Die Diode D2 ist anti-parallel zum Transistor T2 geschaltet. Die Dioden D1 und D2 dienen dabei als Freilauf-Dioden für die Transistoren T1 und T2, also mit einer Durchgangsrichtung entgegen der Durchgangsrichtung der zugeordneten Transistoren, wobei jeweils deren Anoden entsprechend mit der elektrischen Leitung zwischen den Transistoren T1 und T3 der ersten Halbbrücke und der elektrischen Leitung zwischen den Transistoren T2 und T4 der zweiten Halbbrücke verbunden sind. The diode D1 is connected in anti-parallel to the transistor T1. The diode D2 is connected in anti-parallel to the transistor T2. The diodes D1 and D2 serve as freewheeling diodes for the transistors T1 and T2, ie with a passage direction opposite to the passage direction of the associated transistors, wherein in each case their anodes corresponding to the electrical line between the transistors T1 and T3 of the first half-bridge and the electrical Line between the transistors T2 and T4 of the second half-bridge are connected.
Die Dioden D1 und D2 können eine Schleusenspannung, d. h. eine Schwellspannung US von 0,3 V aufweisen und eine Sperrspannung UR von 400 V. Die Diode ZD kann eine Schleusenspannung US von 0,3 V aufweisen und eine Sperrspannung UR von 400 V. The diodes D1 and D2 may have a slip voltage, ie a threshold voltage U S of 0.3 V and a blocking voltage U R of 400 V. The diode Z D may have a slip voltage U S of 0.3 V and a reverse voltage U R of 400 V.
Schließlich weist die Schaltung noch einen Kondensator K auf. Dieser ist parallel zur ersten Halbbrücke mit den Transistoren T1 und T3 und parallel zur zweiten Halbbrücke mit den Transistoren T2 und T4 geschaltet. Der Kondensator ist vorzugsweise entsprechend der Induktivität der Spule
Im Folgenden wird das Funktionsprinzip der gezeigten Schaltung erläutert:
Durch Einschalten der Transistoren T1 und T4 wird bei Vorliegen der Versorgungsspannung UC die Wicklung der Spule
By turning on the transistors T1 and T4 is in the presence of the supply voltage UC, the winding of the
Bei Einschalten der Transistoren T2 und T3, wenn die Transistoren T1 und T4 ausgeschaltet sind, werden dagegen die Wicklungen der Spulen
Beim Ausschalten des Stromes durch die Wicklung der Spule
Dieser Effekt ist auf die Induktivität der Spule
Die Diode ZD verhindert dabei, dass dieser Strom über die Spannungsversorgung der Schaltung fließen kann und diese eventuell beschädigen könnte. Diode ZD prevents this current from flowing through the power supply of the circuit and possibly damaging it.
Durch die Aufladung des Kondensators K steht für einen erneuten Schaltvorgang eine wesentlich höhere Spannung, beispielsweise von mehr als 150 V, als die der normalen Spannungsversorgung, d. h. der Spannung UC, zur Verfügung. By charging the capacitor K is for a renewed switching operation, a much higher voltage, for example, more than 150 V, than that of the normal power supply, d. H. the voltage UC, available.
Somit kann der Stromfluss durch die Spulen
Beispielsweise ist der Aktuator und vorzugsweise seine Schaltung so ausgelegt, dass er innerhalb von 2–3ms umgeschaltet hat. For example, the actuator, and preferably its circuitry, is designed to switch within 2-3ms.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1 1
- Elektromagnet electromagnet
- 2a, b 2a, b
- Spule Kitchen sink
- 3 3
- Schaltung circuit
- 4 4
- Joch yoke
- 5a, b 5a, b
- Stirnseite front
- 6a, b 6a, b
- Permanentmagnet permanent magnet
- 7 7
- Pol-Achse Pol-axis
- 8 8th
- Radialbereich radial area
- 9 9
- Druckfeder compression spring
- 10 10
- Längsrichtung, axiale Richtung, BewegungsrichtungLongitudinal direction, axial direction, direction of movement
- 10‘ 10 '
- Spulenebene coil plane
- 11 11
- Querebene transverse plane
- 12 12
- Abstand distance
- 13 13
- Anschlag attack
- 14a, b 14a, b
- Jochschaft yoke shaft
- 15 15
- Gegenhalter backstop
- 16 16
- Flussleitkörper flux conductors
- 17 17
- Durchgangsöffnung Through opening
- 18 18
- Gehäuse casing
- 19 19
- Joch-Fortsatz Yoke extension
- 20 20
- Aktuator actuator
- 21 21
- Pleuel pleuel
- 22 22
- Drehachse axis of rotation
- 23 23
- Drehelement rotating member
- 23‘ 23 '
- Drehebene plane of rotation
- 24 24
- Auswerfer ejector
- 25 25
- Befestigungspunkt attachment point
- 26 26
- Schlitz slot
- α α
- Winkel angle
- b b
- Breite width
- B B
- Breite width
- T1–T4 T1-T4
- Transistor transistor
- D1–D4 D1-D4
- Freilaufdiode Freewheeling diode
- K K
- Kondensator capacitor
- ZD ZD
- Zusatzdiode additional diode
Claims (26)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102014117702.9A DE102014117702A1 (en) | 2014-12-02 | 2014-12-02 | Electric actuator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102014117702.9A DE102014117702A1 (en) | 2014-12-02 | 2014-12-02 | Electric actuator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102014117702A1 true DE102014117702A1 (en) | 2016-06-02 |
Family
ID=55967700
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102014117702.9A Withdrawn DE102014117702A1 (en) | 2014-12-02 | 2014-12-02 | Electric actuator |
Country Status (1)
Country | Link |
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