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EP0462683A1 - Elektromechanisches Stellglied mit zwei definierten Endlagen - Google Patents

Elektromechanisches Stellglied mit zwei definierten Endlagen Download PDF

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Publication number
EP0462683A1
EP0462683A1 EP91250109A EP91250109A EP0462683A1 EP 0462683 A1 EP0462683 A1 EP 0462683A1 EP 91250109 A EP91250109 A EP 91250109A EP 91250109 A EP91250109 A EP 91250109A EP 0462683 A1 EP0462683 A1 EP 0462683A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
armature
yoke
electromechanical actuator
permanent magnet
outer yoke
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
EP91250109A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Johann Stempfle
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Vodafone GmbH
Original Assignee
Mannesmann AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mannesmann AG filed Critical Mannesmann AG
Publication of EP0462683A1 publication Critical patent/EP0462683A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H51/00—Electromagnetic relays
    • H01H51/22—Polarised relays
    • H01H51/2209—Polarised relays with rectilinearly movable armature
    • 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
    • H01F7/1646—Armatures or stationary parts of magnetic circuit having permanent magnet
    • 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
    • H01F7/121—Guiding or setting position of armatures, e.g. retaining armatures in their end position
    • H01F7/122—Guiding or setting position of armatures, e.g. retaining armatures in their end position by permanent magnets
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H51/00—Electromagnetic relays
    • H01H51/22—Polarised relays
    • H01H51/2209—Polarised relays with rectilinearly movable armature
    • H01H2051/2218—Polarised relays with rectilinearly movable armature having at least one movable permanent magnet

Definitions

  • the invention relates to an electromechanical actuator with two defined end positions, which has a reversible electromagnet.
  • Such electromechanical actuators move a component, e.g. a lever that fulfills a function in an assembly that is based on canceling counteracting forces by overcoming a defined movement path using a defined force and thereby generating only a small amount of heat loss and also achieving a high switching frequency in order to achieve after the To fulfill the function assigned to it.
  • the actuator can e.g. serve as switches for mechanical and / or electrical or electronic functions.
  • An electromechanical actuator with two defined end positions, consisting of a reversible electromagnet is known from DE-OS 35 05 169 (HOlF 7/16).
  • the disadvantage here is that neither the adjustment path can be defined precisely enough, nor that the force to be applied can be precisely determined, nor that a high switching frequency appears possible with little heating of the driven actuating element.
  • the invention is therefore based on the object of creating an electromechanical actuator with a fixed movement path of the actuating element using a defined force with high switching frequency and low heating of the actuating element.
  • the electromagnet consists of an E-shaped magnet yoke, the outer yoke legs of which are the same height or higher than the middle yoke leg and that an armature consisting of a permanent magnet can be switched back and forth between the two outer yoke legs, to which an actuator is attached.
  • This will move the Control element firmly determined, there is an almost force-free switching (ie return spring forces are avoided), the two end positions are easy to manufacture in terms of production technology and mechanically stable during operation.
  • no continuous current is required to hold the armature in an end position.
  • there is little heat generation so that the switching frequency of the actuator can be increased.
  • a particular advantage is the possibility of electronically "refreshing" the switching position at any time in order to digitally create a clear starting point.
  • the central yoke leg of the magnetic yoke stands back from the two outer yoke legs.
  • This design allows the armature to be accommodated within the contour of the magnetic yoke, so that an extremely compact design is produced. Furthermore, the design of a guide is facilitated and the manufacturing process creates a particularly precisely controllable recess for the armature, which defines the stroke of the armature with extreme precision.
  • a further improvement of the invention is that the armature carries the permanent magnet centrally and, facing the outer yoke legs, a magnetically conductive pole piece is attached to the permanent magnet. This measure allows the dimension of the permanent magnet to be advantageously dimensioned with reference to the central yoke leg.
  • the width of the permanent magnet is smaller than the width of the central yoke leg.
  • Another improvement provides that the electromagnetic coil is arranged on the middle yoke leg. This measure also serves to provide space-saving accommodation, as well as to protect the magnetic coil and the compactness of the entire actuator.
  • the movement stroke of the armature corresponds to the difference in distance between the two outer yoke legs minus the length of the armature. It is advantageous here to maintain the required tolerances for the movement stroke, which can only be done by machining.
  • the electromechanical actuator has an E-shaped magnetic yoke 1, on the central yoke leg 2 of which an electromagnetic coil 3 is arranged.
  • the outer yoke legs 4 and 5 form magnetic poles and stop surfaces 6 and 7 at the same time.
  • the armature 8 consists of a permanent magnet 9 which carries pole pieces 10 and 11 on both sides facing the stop surfaces 6 and 7.
  • the width of the permanent magnet 9 is deliberately kept smaller than the width of the central yoke leg 2, whereby an increase in the switching forces can be achieved.
  • stop surfaces 6 and 7 i.e. to form the yoke legs 2, 4 and 5 of the same height and then to arrange a lateral boundary for the armature 8 in each case.
  • This training is suitable for a movement stroke 12 of up to several millimeters.
  • the electromechanical actuator is e.g. designed for the switching movement of an actuating element 13 (e.g. element of a switch). Its functions result from the switching states of the electromagnetic coil 3.
  • the polarity of the permanent magnet 9 is unchangeable and cannot be changed by the electromagnetic coil 3 either.
  • the electromagnetic coil 3 on the middle yoke leg 2 always generates the same magnetic polarity when a direct current is applied to the contacts 14 and 15. This magnetic polarity of the middle yoke leg 2 is always directed in opposite directions to the outer yoke legs 4 and 5. The polarity is fundamentally dependent on the current direction and the winding direction of the electromagnetic coil 3.

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Abstract

Ein elektromechanisches Stellglied mit zwei definierten Endlagen, das einen umpolbaren Elektromagneten aufweist. Um Unsicherheiten bei der Bestimmung des genauen Bewegungsweges des Stellelementes auszuräumen und eine definierte Kraft bei hoher Schalthäufigkeit und geringer Erwärmung des Stellelements zu erzeugen, wird vorgeschlagen, daß der Elektromagnet aus einem E-förmigen Magnetjoch (1) besteht, dessen äußere Jochschenkel (4, 5) gleich hoch oder höher als der mittlere Jochschenkel (2) sind und daß zwischen den beiden äußeren Jochschenkeln (4, 5) ein einen Dauermagneten (9) aufweisender Anker (8) hin- und herschaltbar ist, an dem ein Stellelement (13) befestigt ist. <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft ein elektromechanisches Stellglied mit zwei definierten Endlagen, das einen umpolbaren Elektromagneten aufweist.
  • Derartige elektromechanische Stellglieder bewegen einen Bauteil, wie z.B. einen Hebel, der in einer Baugruppe eine Funktion erfüllt, die darauf aufbaut, durch Überwindung eines festgelegten Bewegungsweges unter Einsatz einer definierten Kraft entgegenwirkende Kräfte aufzuheben und dabei selbst nur eine geringe Verlustwärme zu erzeugen und außerdem trotzdem eine hohe Schalthäufigkeit zu erzielen, um nach Erreichen des Bewegungszieles die ihm zugeordnete Funktion zu erfüllen. Das Stellglied kann also z.B. als Schalter für mechanische und/oder elektrische bzw. elektronische Funktionen dienen.
  • Ein elektromechanisches Stellglied mit zwei definierten Endlagen, bestehend aus einem umpolbaren Elektromagneten ist aus der DE-OS 35 05 169 (HOlF 7/16) bekannt. Hier ist jedoch nachteilig, daß weder der Stellweg ausreichend genau definiert werden kann noch daß die aufzuwendende Kraft genau bestimmbar ist, noch daß eine hohe Schalthäufigkeit bei geringer Erwärmung des angetriebenen Stellelementes möglich erscheint.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein elektromechanisches Stellglied zu schaffen mit einem fest bestimmten Bewegungsweg des Stellelements unter Einsatz einer definierten Kraft bei hoher Schalthäufigkeit und geringer Erwärmung des Stellelements.
  • Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Elektromagnet aus einem E-förmigen Magnetjoch besteht, dessen äußere Jochschenkel gleich hoch oder höher als der mittlere Jochschenkel sind und daß zwischen den beiden äußeren Jochschenkeln ein aus einem Dauermagneten bestehender Anker hin- und herschaltbar ist, an dem ein Stellelement befestigt ist. Hierdurch wird der Bewegungsweg des Stellelementes fest bestimmt, es findet ein nahezu kraftfreies Schalten statt (d.h. es werden Rückstellfederkräfte vermieden), die beiden Endlagen sind fertigungstechnisch leicht herstellbar und im Betrieb mechanisch stabil. Es ist ferner kein Dauerstrom zum Halten des Ankers in einer Endlage erforderlich. Außerdem findet eine geringe Wärmeentwicklung statt, so daß die Schalthäufigkeit des Stellgliedes erhöht werden kann. Einen besonderen Vorteil bildet jedoch noch die Möglichkeit, elektronisch die Schaltposition zu jedem beliebigen Zeitpunkt "aufzufrischen", um digital eine eindeutige Ausgangslage zu schaffen.
  • In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß der mittlere Jochschenkel des Magnetjochs gegenüber den beiden äußeren Jochschenkeln zurücksteht. Diese Gestaltung gestattet die Unterbringung des Ankers innerhalb der Kontur des Magnetjochs, so daß eine äußerst kompakte Bauweise entsteht. Ferner wird die Gestaltung einer Führung erleichtert und durch das Herstellverfahren eine besonders genau kontrollierbare Ausnehmung für den Anker geschaffen, die den Hubweg des Ankers mit äußerster Präzision festlegt.
  • Eine weitere Verbesserung der Erfindung besteht darin, daß der Anker den Dauermagneten zentral trägt und den äußeren Jochschenkeln zugewendet jeweils ein magnetisch leitendes Polstück an dem Dauermagneten befestigt ist. Diese Maßnahme gestattet, die Dimension des Dauermagneten mit Bezug auf den mittleren Jochschenkel vorteilhaft zu dimensionieren.
  • In diesem Sinne ist vorteilhaft, daß die Breite des Dauermagneten kleiner ist als die Breite des mittleren Jochschenkels. Mit dieser Maßnahme wird erreicht, Streuflüsse zu vermeiden und damit die magnetischen Flußlinien zu konzentrieren und somit die Magnetkraft zu erhöhen.
  • Eine andere Verbesserung sieht vor, daß die Elektromagnetspule auf dem mittleren Jochschenkel angeordnet ist. Diese Maßnahme dient ebenfalls der räumlich günstigen Unterbringung, sowie dem Schutz der Magnetspule und der Kompaktheit des gesamten Stellgliedes.
  • Weitere Merkmale der Erfindung bestehen darin, daß der Bewegungshub des Ankers der Abstandsdifferenz der beiden äußeren Jochschenkel abzüglich der Länge des Ankers entspricht. Hier ist vorteilhaft, verlangte Toleranzen für den Bewegungshub einzuhalten, was ausschließlich durch maschinelle Bearbeitung erfolgen kann.
  • Schließlich ist vorteilhaft, daß der Bewegungshub des Ankers in die beiden äußeren Jochschenkel eingearbeitet ist. Auch diese Lösung ist fertigungstechnisch günstig und gewärleistet sowohl mechanisch als auch magnetisch vorteilhafte Verhältnisse.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
    • Figur 1 einen Querschnitt durch das Stellglied in einer ersten Ausführungsform und
    • Figur 2 denselben Querschnitt durch das Stellglied in einer zweiten Ausführungsform.
  • Das elektromechanische Stellglied weist ein E-förmiges Magnetjoch 1 auf, auf dessen mittlerem Jochschenkel 2 eine Elektromagnetspule 3 angeordnet ist. Die äußeren Jochschenkel 4 und 5 bilden Magnetpole und Anschlagflächen 6 und 7 zugleich. Zwischen diesen Anschlagflächen 6 und 7 befindet sich ein Anker 8. Der Anker 8 besteht aus einem Dauermagneten 9, der beidseitig den Anschlagflächen 6 und 7 zugewendet Polstücke 10 und 11 trägt. Die Breite des Dauermagneten 9 ist bewußt kleiner gehalten als die Breite des mittleren Jochschenkels 2, wodurch sich eine Erhöhung der Schaltkräfte erzielen läßt.
  • Es ist auch möglich, die Anschlagflächen 6 und 7 besonders auszubilden, d.h. die Jochschenkel 2, 4 und 5 gleich hoch auszubilden und dann jeweils eine seitliche Begrenzung für den Anker 8 anzuordnen. Diese Ausbildung eignet sich für einen Bewegungshub 12 von bis zu mehreren Millimetern.
  • Das elektromechanische Stellglied ist z.B. für die Schaltbewegung eines Stellelementes 13 (z.B. Element eines Schalters) ausgebildet. Seine Funktionen ergeben sich aus den Schaltzuständen der Elektromagnetspule 3. Die Polung des Dauermagneten 9 ist unveränderlich und kann auch durch die Elektromagnetspule 3 nicht verändert werden.
  • Die Elektromagnetspule 3 auf dem mittleren Jochschenkel 2 erzeugt beim Anlegen eines Gleichstroms an die Kontakte 14 und 15 immer dieselbe magnetische Polung. Diese magnetische Polung des mittleren Jochschenkels 2 ist den äußeren Jochschenkeln 4 und 5 stets entgegengesetzt gerichtet. Dabei ist die Polung grundsätzlich abhängig von der Stromrichtung und dem Wicklungssinn der Elektromagnetspule 3.
  • In den einzelnen Schaltzuständen ergeben sich folgende Funktionen:
    • A) Die Elektromagnetspule 3 ist nicht bestromt:
      Dann wird durch den Dauermagneten 9 der Anker 8 auf den am nächsten liegenden Pol eines Jochschenkels 4 oder 5 gezogen. Der Anker 8 wird durch die magnetischen Kräfte auf dem betreffenden Pol gehalten und der betreffende Magnetkreis äußerer Jochschenkel 4 / Figur 1 / mittlerer Jochschenkel 2 / Dauermagnet 9 ist geschlossen. Gegenüberliegend entsteht ein Luftspalt entsprechend dem Bewegungshub 12.
    • B) Die Elektromagnetspule 3 wird (kurzzeitig) bestromt:
      Die Bestromungspolarität kann der Art sein, daß an dem geschlossenen Pol SN (Figur 1) angezogen wird. In diesem Fall findet keine Verschiebung des Ankers 8 statt. Jedoch wird hierbei die Anker-Position elektronisch bestätigt.
      Bei entgegengesetzter Bestromung schließt sich der Bewegungshub 12 und der Pol SN öffnet sich um den Bewegungshub 12. Bei allen Vorgängen bildet die Stirnseite 16 des mittleren Jochschenkels 2 eine gewisse Führung, die durch eine seitliche Führung 17 (Figur 2) ergänzt werden kann.
      Bei entgegengesetzter Bestromung bewegt sich der Anker 8 außerdem in Richtung des Jochschenkels 5 und wird an diesem durch die Kräfte des Dauermagneten 9 festgehalten. Die Umkehr der Stromrichtung setzt den Anker 8 selbstverständlich wieder in Gegenrichtung in Bewegung. Die Bestromungszeit ist hierbei geringer als die Bewegungszeit anzusetzen. Nach der Bestromung hält der Dauermagnet 9 den Anker 8 in der jeweiligen Endlage fest.

Claims (7)

  1. Elektromechanisches Stellglied mit zwei definierten Endlagen, das einen umpolbaren Elektromagneten aufweist,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Elektromagnet aus einem E-förmigen Magnetjoch (1) besteht, dessen äußere Jochschenkel (4, 5) gleich hoch oder höher als der mittlere Jochschenkel (2) sind und daß zwischen den beiden äußeren Jochschenkeln (4, 5) ein einen Dauermagneten (9) aufweisender Anker (8) hin- und herschaltbar ist, an dem ein Stellelement (13) befestigt ist.
  2. Elektromechanisches Stellglied nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der mittlere Jochschenkel (2) des Magnetjochs (1) gegenüber den beiden äußeren Jochschenkeln (4, 5) zurücksteht.
  3. Elektromechanisches Stellglied nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 und 2,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Anker (8) den Dauermagneten (9) zentral trägt und den äußeren Jochschenkeln (4, 5) zugewendet jeweils ein magnetisch leitendes Polstück (10, 11) an dem Dauermagneten (9) befestigt ist.
  4. Elektromechanisches Stellglied nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Breite des Dauermagneten (9) kleiner ist als die Breite des mittleren Jochschenkels (2).
  5. Elektromechanisches Stellglied nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4,
    dadurch gekennzeichnet,
    daS die Elektromagnetspule (3) auf dem mittleren Jochschenkel (2) angeordnet ist.
  6. Elektromechanisches Stellglied nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet,
    daS der Bewegungshub (12) des Ankers (8) der Abstandsdifferenz der beiden äußeren Jochschenkel (4, 5) abzüglich der Länge des Ankers (8) entspricht.
  7. Elektromechanisches Stellglied nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß der Bewegungshub (12) des Ankers (8) in die beiden äußeren Jochschenkel (4, 5) eingearbeitet ist.
EP91250109A 1990-06-21 1991-04-24 Elektromechanisches Stellglied mit zwei definierten Endlagen Ceased EP0462683A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE4020011 1990-06-21
DE19904020011 DE4020011A1 (de) 1990-06-21 1990-06-21 Elektromechanisches stellglied mit zwei definierten endlagen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP0462683A1 true EP0462683A1 (de) 1991-12-27

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ID=6408917

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EP91250109A Ceased EP0462683A1 (de) 1990-06-21 1991-04-24 Elektromechanisches Stellglied mit zwei definierten Endlagen

Country Status (3)

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EP (1) EP0462683A1 (de)
JP (1) JPH04230007A (de)
DE (1) DE4020011A1 (de)

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Publication number Publication date
JPH04230007A (ja) 1992-08-19
DE4020011A1 (de) 1992-01-09

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