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EP3185256B1 - Elektromagnet - Google Patents

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Publication number
EP3185256B1
EP3185256B1 EP16204151.1A EP16204151A EP3185256B1 EP 3185256 B1 EP3185256 B1 EP 3185256B1 EP 16204151 A EP16204151 A EP 16204151A EP 3185256 B1 EP3185256 B1 EP 3185256B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
armature
yoke
end position
permanent magnet
coil
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.)
Active
Application number
EP16204151.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3185256A1 (de
Inventor
Wolfgang Abler
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.)
SVM Schultz Verwaltungs GmbH and Co KG
Original Assignee
SVM Schultz Verwaltungs GmbH and Co KG
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 SVM Schultz Verwaltungs GmbH and Co KG filed Critical SVM Schultz Verwaltungs GmbH and Co KG
Publication of EP3185256A1 publication Critical patent/EP3185256A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3185256B1 publication Critical patent/EP3185256B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • 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
    • H01F7/1607—Armatures entering the winding
    • H01F7/1615—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
    • H01F7/081—Magnetic constructions
    • H01F2007/083—External yoke surrounding the coil bobbin, e.g. made of bent magnetic sheet
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/081—Magnetic constructions
    • H01F2007/086—Structural details of the armature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • 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
    • H01F2007/1669—Armatures actuated by current pulse, e.g. bistable actuators

Definitions

  • the invention relates to an electromagnet, in particular a reversing lifting magnet.
  • Electromagnets are often used to drive equipment. Such electromagnets are designed for certain purposes in such a way that a respective armature is held in respective end positions, so that a force up to a certain height does not move the armature out of the respective end position. For example, springs can be provided for this. However, these can typically only act in one direction and also harbor the risk that they will result from prolonged use from wear or breakage. An alternative to this is to have at least one coil of the electromagnet energized in order to hold the armature. However, this consumes significant amounts of energy.
  • the invention relates to an electromagnet, in particular an electromagnetic reversing lifting magnet, which has a yoke and an armature.
  • the armature is movable in an armature space along an armature movement direction between a first end position and a second end position.
  • the yoke at least partially surrounds the anchor space.
  • the electromagnet has a coil with live windings which at least partially surrounds the armature space.
  • the coil In a first operating position, the coil can be supplied with current in a first current direction in such a way that the armature is moved into the first end position. In a second operating position, the coil can be acted upon by a current flowing opposite to the first current direction and the armature is moved into the second end position.
  • the armature has a permanent magnet. Furthermore, the armature is kept currentless in the respective end position.
  • the electromagnet By means of the electromagnet according to the invention it is possible to hold the armature in both end positions without the need to use electricity or the provision of mechanisms susceptible to wear such as springs. Rather, up to a certain force acting on the armature, the armature automatically remains in its respective end position.
  • the permanent magnet is used in particular, which creates a magnetic connection through other parts of the electromagnet and thus applies the required holding force.
  • the armature between the permanent magnet and an axial end of the armature pointing in the direction of the first end position is made of non-permanent magnetic material.
  • the armature between the permanent magnet and an axial end of the armature pointing in the direction of the second end position is made of non-permanent magnetic material.
  • Magnetic field lines of the permanent magnet can in particular run through the non-permanent magnetic materials in order to form a magnetic connection.
  • the permanent magnet In each end position, the permanent magnet preferably generates a magnetic connection, which in each case generates a holding force on the armature. This allows the advantageous effect of the permanent magnet to be used to generate a holding force.
  • the yoke and the armature space extend over the end of the coil and the yoke forms a yoke pot, and in the first end position the magnetic connection of the Permanent magnets are made over the yoke pot. This has proven to be advantageous for typical uses.
  • the yoke has a yoke collar that extends radially with respect to the coil axis and the armature space is delimited by a magnetic core on the end facing away from the yoke pot.
  • the permanent magnet is preferably magnetically closed in the second end position via the yoke collar, the yoke and the magnetic core.
  • the magnetic connection can in particular also take place around the coil.
  • the yoke has and / or receives the coil and the coil lies against the yoke collar in the interior of the yoke. This leads to an advantageous magnetic connection.
  • the permanent magnet is in the first end position between the yoke collar and the yoke bottom of the yoke pot. This allows a magnetic connection adjacent to the coil and thus particularly directly.
  • the permanent magnet is preferably in the second end position in the region of a contact surface described between the coil edge and the yoke collar. This favors the formation of the magnetic connection described above via the yoke collar and the magnetic core.
  • the electromagnet preferably has only one coil. This enables components to be saved and a more compact design.
  • the permanent magnet can in particular be disc-shaped. This advantageously allows the formation of magnetic locks mentioned above.
  • the permanent magnet preferably extends over less than 50%, less than 30%, less than 20%, less than 10% or less than 5% of the axial extent of the armature. Such values have proven to be advantageous in practice.
  • the permanent magnet is preferably axially magnetized parallel to the armature movement direction. This advantageously allows the formation of the magnetic closures mentioned above.
  • the permanent magnet is preferably radially smaller than the rest of the armature.
  • the permanent magnet material used is sufficiently strong, which is why mass can be saved by reducing the diameter of the permanent magnet and the holding force can be adjusted.
  • the anchor is guided by means of an anchor tube located in the yoke, the bottom of which is touched by the anchor in the first end position and is made of non-magnetizable material and prevents adhesion. This facilitates the deliberate detachment of the anchor from the floor, since the holding force is reduced.
  • the necessary force for moving the armature from the end position can be set by the choice of the material or the thickness of the material.
  • the yoke in particular the yoke collar, is preferably made of a material whose thickness is smaller than the stroke of the armature between its two end positions.
  • Such a configuration basically ensures that the switching of the armature position from a first to a second end position (and back) means that the permanent magnet can move from one side to the other of the yoke collar during a switchover process.
  • An axially projecting, axially projecting collar is preferably formed on an axial end of the armature pointing in the direction of the first end position. This prevents or reduces any adhesion of the armature to other components, in particular to the bottom of the armature tube, since the contact area is reduced. The force required to move the armature from the end position can also be adjusted in this way.
  • the yoke is preferably made of soft magnetic steel. This improves the magnetic field guidance and has proven to be advantageous for the formation of the magnetic connections mentioned.
  • the yoke and the armature have a respective outer cross section transverse to the armature movement direction, an area of the outer cross section of the armature between 10% and 50%, in particular between 15% and 35%, particularly preferably 20% ⁇ 5% of the area of the Outer cross section of the yoke.
  • An interval is specified for the parameter external cross-section of the armature to external cross-section of the yoke, which is described by an upper and lower limit.
  • the following values are provided as the upper limit, for example: 60%, 55%, 50%, 45%, 40%, 35%, 30%, 25%, 20%.
  • the lower limit is, for example, the following values: 5%, 10%, 15%, 20%, 25%.
  • the disclosure of this application encompasses the set of all intervals which exist through all possible, contradictory combinations of the aforementioned upper and lower limits.
  • the permanent magnet preferably has an axial extent which is less than or equal to the thickness of the yoke material in the region of the yoke collar. In interaction with the stroke of the electromagnet it is achieved that, depending on the end position of the permanent magnet, this is either on one or the other side of the yoke collar and accordingly produces the magnetic connection in the respective end position in an optimized manner.
  • the electromagnet can in particular be a bistable reversing lifting magnet. This is designed so that the armature is kept currentless in both end positions.
  • the armature is preferably movable over a stroke which is between 3 mm and 5 mm, in particular 4 mm.
  • the yoke is preferably made of a material with a thickness between 2 mm and 4 mm, in particular 3 mm.
  • the yoke can in particular be made of VA steel. It can advantageously have a round outer cross section.
  • the permanent magnet preferably has an axial extent between 2 mm and 4 mm, in particular 3 mm.
  • Figure 1 shows an electromagnet
  • the electromagnet 10 has a yoke 20 which delimits part of the electromagnet 10 on the outside.
  • An armature 30 is arranged in the interior of the electromagnet 10 and can be moved to a limited extent along an armature movement direction 36.
  • a permanent magnet 35 is arranged inside the armature 30 and only occupies a fraction of the extent of the armature 30 along the armature movement direction 36.
  • a first non-permanent magnetic material 33 is arranged on the left side of the permanent magnet 35.
  • a second non-permanent magnetic material 34 is arranged on the right side of the permanent magnet 35. The importance of the permanent magnet 36 and the non-permanent magnetic materials 33, 34 will be discussed in more detail below.
  • the armature 30 On the right side, the armature 30 has a circumferential projection 38 which is arranged radially on the outside. This leads to, that the anchor 30 does not have a flat contact surface on the right-hand side, but only the projection 38 can rest against a corresponding surface.
  • a coil 40 is arranged around the armature 30, through which a coil current can flow and thereby generate a magnetic field.
  • This magnetic field can drive the armature 30 along the armature movement direction 36.
  • the electromagnet 10 with its coil 40 is in particular designed such that coil currents can flow through the coil 40 in both directions, the armature 30 being moved in opposite directions depending on the direction of the coil current.
  • the electromagnet 10 is designed such that it only needs one coil 40 and the provision of a further coil, which is common in the prior art, can be dispensed with.
  • the permanent magnet 35 is formed with a somewhat smaller diameter compared to the surrounding part of the armature 30.
  • the coil 40 is formed symmetrically about a coil axis 41. This coil axis 41 is aligned parallel to the armature movement direction 36. On the right side, the coil 40 has a coil edge 42. In addition, it has a contact surface 47 toward the anchor 30.
  • the armature 30 is surrounded by an armature tube 50 which extends along the armature movement direction 36.
  • the anchor tube 50 has a bottom 52, which in the in Figure 1 shown state is touched by the anchor 30.
  • the armature tube 50 is located partially within the coil 40 and further looks to the right beyond the coil 40.
  • the anchor tube 50 also looks slightly to the left beyond the coil 40.
  • the anchor tube 50 is used in particular to guide the anchor 30 more precisely.
  • the armature 30 moves along the armature movement direction 36 in an armature space 60, which is formed in the interior of the electromagnet 10.
  • the armature space 60 is delimited on the left side by a magnetic core 70.
  • a yoke pot 26 is formed in the yoke 20 and has a yoke base 27. Adjacent to the yoke pot 26, a yoke collar 28 is formed in the yoke 20, which adjoins the coil 40.
  • the armature 30 In the in Figure 1 shown state, the armature 30 is in a first end position, being moved to the right as far as possible.
  • the projection 38 of the armature 30 thus directly adjoins the bottom 52 of the armature tube 50.
  • the permanent magnet 35 is located outside the coil 40 adjacent to the yoke collar 28. This allows a magnetic connection which runs over the second non-permanent magnetic material 34, the yoke base 27, the yoke pot 26, the yoke collar 28 and the first non-permanent magnetic material 33.
  • the permanent magnet 35 is magnetized axially parallel to the armature movement direction 36 to support the formation of such a magnetic connection.
  • the magnetic connection just described ensures that the armature 30 in the in Figure 1 Position shown is held, especially when the coil current flowing through the coil 40 is switched off. A certain amount of force can therefore be exerted on the armature 10 without it moving. It should be pointed out that this effect is supported in particular by the fact that the magnetic connection can be formed on the right side of the coil 40.
  • Figure 2 shows the electromagnet 10 of Figure 1 in another state, the armature 30 being in a second end position.
  • This second end position is directly opposite the first end position, this means in particular that the armature 30 is located as far to the left as is possible due to the design.
  • a magnetic connection is formed, which runs through the second non-permanent magnetic material 34, the yoke collar 28, the yoke 20, the magnetic core 70 and the first non-permanent magnetic material 33.
  • the magnetic connection goes around the coil 40.
  • This magnetic connection also causes the armature 30 in its second end position, which in FIG Figure 2 is shown, is held so that a force up to a certain height does not move the armature 30.
  • the bottom 52 of the anchor tube 50 is coated or designed such that adhesion of the anchor 30 to the bottom 52 is prevented.
  • it is in particular made of non-magnetic material. This facilitates the operation of the electromagnet 10.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnets (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Elektromagneten, insbesondere einen Umkehrhubmagneten.
  • Elektromagnete werden häufig eingesetzt um Apparaturen anzutreiben. Derartige Elektromagnete sind für gewisse Einsatzzwecke so ausgeführt, dass ein jeweiliger Anker in jeweiligen Endstellungen gehalten wird, so dass eine Kraft bis zu einer gewissen Höhe den Anker nicht aus der jeweiligen Endstellung herausbewegt. Hierfür können beispielsweise Federn vorgesehen sein. Diese können jedoch typischerweise nur in einer Richtung wirken und bergen außerdem die Gefahr, dass sie im Laufe einer längeren Benutzung aufgrund von Verschleiß oder Bruch ausfallen. Eine Alternative hierzu ist es, zumindest eine Spule des Elektromagneten bestromt zu lassen, um den Anker zu halten. Dies verbraucht jedoch erhebliche Mengen an Energie.
  • Aus dem Dokument US 2002/0158727 A1 ist ein bistabiler Aktuator bekannt, der die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 aufweist.
  • Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, einen Elektromagneten vorzusehen, welcher dazu ausgebildet ist, den Anker auf alternative Art in einer Endstellung zu halten.
  • Dies wird erfindungsgemäß durch einen Elektromagneten gemäß Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Ausgestaltungen können beispielsweise den Unteransprüchen entnommen werden.
  • Die Erfindung betrifft einen Elektromagneten, insbesondere einen elektromagnetischen Umkehrhubmagneten, welcher ein Joch und einen Anker aufweist. Der Anker ist in einem Ankerraum entlang einer Ankerbewegungsrichtung zwischen einer ersten Endstellung und einer zweiten Endstellung beweglich. Das Joch umgibt den Ankerraum zumindest teilweise.
  • Der Elektromagnet weist eine Spule mit stromführenden Windungen auf, die den Ankerraum zumindest teilweise umgibt.
  • Die Spule ist in einer ersten Betriebsstellung so mit Strom in einer ersten Stromrichtung beaufschlagbar, dass der Anker in die erste Endstellung bewegt wird. Die Spule ist in einer zweiten Betriebsstellung mit einem, zur ersten Stromrichtung entgegengesetzten zweiten Stromrichtung fließenden Strom beaufschlagbar und der Anker wird in die zweite Endstellung bewegt.
  • Der Anker weist einen Permanentmagneten auf. Des Weiteren ist der Anker in der jeweiligen Endstellung stromlos gehalten.
  • Mittels des erfindungsgemäßen Elektromagneten ist es möglich, den Anker in beiden Endstellungen zu halten, ohne dass hierfür Strom aufgewendet zu werden braucht oder das Vorsehen verschleißanfälliger Mechanismen wie beispielsweise Federn erforderlich ist. Bis zu einer gewissen auf den Anker einwirkenden Kraft verbleibt der Anker vielmehr selbsttätig in seiner jeweiligen Endstellung. Hierfür dient insbesondere der Permanentmagnet, welcher einen Magnetschluss durch andere Teile des Elektromagneten erzeugt und somit die erforderliche Haltekraft aufbringt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführung ist der Anker zwischen dem Permanentmagneten und einem in Richtung der ersten Endstellung weisenden axialen Ende des Ankers aus nicht permanentmagnetischem Material ausgebildet.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführung ist der Anker zwischen dem Permanentmagneten und einem in Richtung der zweiten Endstellung weisenden axialen Ende des Ankers aus nicht permanentmagnetischem Material ausgebildet.
  • Durch die nicht permanentmagnetischen Materialien können insbesondere Magnetfeldlinien des Permanentmagneten verlaufen, um einen Magnetschluss zu bilden.
  • Bevorzugt generiert der Permanentmagnet in jeder Endstellung einen Magnetschluss, welcher jeweils eine haltende Kraft auf den Anker erzeugt. Dies erlaubt die Nutzung der vorteilhaften Wirkung des Permanentmagneten zur Erzeugung einer Haltekraft.
  • Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass sich das Joch und der Ankerraum in axialer Richtung der Spulenachse gesehen, über das Ende der Spule erstrecken und das Joch einen Jochtopf bildet, und in der ersten Endstellung der Magnetschluss des Permanentmagneten über den Jochtopf erfolgt. Dies hat sich für typische Verwendungen als vorteilhaft erwiesen.
  • Geschickter Weise weist das Joch einen sich bezogen auf die Spulenachse radial erstreckenden Jochbund auf und der Ankerraum ist auf dem, dem Jochtopf abgewandten Ende durch einen Magnetkern begrenzt. Der Magnetschluss des Permanentmagneten in der zweiten Endstellung erfolgt vorzugsweise über den Jochbund, das Joch und den Magnetkern. Dabei kann der Magnetschluss insbesondere auch um die Spule herum erfolgen. Durch eine solche Ausführung wird eine sinnvolle Leitung von Magnetfeldlinien erreicht, welche zu einer magnetischen Kraft führt, die den Anker vorteilhaft in einer Endstellung hält.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführung weist das Joch die Spule auf und/oder nimmt sie auf und die Spule liegt im Inneren des Jochs am Jochbund an. Dies führt zu einem vorteilhaften Magnetschluss.
  • Der Permanentmagnet befindet sich erfindungsgemäß in der ersten Endstellung zwischen dem Jochbund und dem Jochboden des Jochtopfes. Dies erlaubt einen Magnetschluss benachbart zur Spule und somit besonders direkt.
  • Der Permanentmagnet befindet sich bevorzugt in der zweiten Endstellung im Bereich einer zwischen Spulenrand und Jochbund beschriebenen Anlagefläche. Dies begünstigt die Ausbildung des oben beschriebenen Magnetschlusses über den Jochbund und den Magnetkern.
  • Bevorzugt weist der Elektromagnet nur eine Spule auf. Dies erlaubt die Einsparung von Komponenten und eine kompaktere Bauform.
  • Der Permanentmagnet kann insbesondere scheibenförmig ausgebildet sein. Dies erlaubt vorteilhaft die weiter oben erwähnte Ausbildung von Magnetschlüssen.
  • Der Permanentmagnet erstreckt sich bevorzugt über weniger als 50 %, weniger als 30 %, weniger als 20 %, weniger als 10 % oder weniger als 5 % der axialen Erstreckung des Ankers. Derartige Werte haben sich in der Praxis als vorteilhaft erwiesen.
  • Der Permanentmagnet ist bevorzugt parallel zur Ankerbewegungsrichtung axial magnetisiert. Dies erlaubt vorteilhaft die Ausbildung der weiter oben erwähnten Magnetschlüsse.
  • Der Permanentmagnet ist bevorzugt radial kleiner als der restliche Teil des Ankers. Das eingesetzte Permanentmagnetmaterial ist ausreichend stark, weshalb durch die Reduzierung des Durchmessers des Permanentmagneten Masse gespart und die Haltekraft eingestellt werden kann.
  • Geschickter Weise wird der Anker mittels eines in dem Joch befindlichen Ankerrohrs geführt, dessen vom Anker in der ersten Endstellung berührter Boden klebeverhindernd und/oder aus nicht magnetisierbarem Material ausgebildet ist. Dies erleichtert das gewollte Ablösen des Ankers von dem Boden, da die Haltekraft reduziert wird. Natürlich kann durch die Wahl des Materials bzw. der Dicke des Materials die notwendige Kraft zum Bewegen des Ankers aus der Endstellung eingestellt werden.
  • Das Joch, insbesondere der Jochbund, ist vorzugsweise aus einem Material ausgebildet, dessen Dicke kleiner ist als der Hub des Ankers zwischen dessen beiden Endstellungen. Durch eine solche Ausgestaltung wird grundsätzlich erreicht, dass bei einem Umschaltvorgang, also einem Wechsel der Ankerlage von einer ersten zu einer zweiten Endstellung (und zurück), der Permanentmagnet von der einen auf die andere Seite des Jochbundes gelangen kann. Bevorzugt ist an einem in Richtung der ersten Endstellung weisenden axialen Ende des Ankers ein außen umlaufender, axial abstehender Bund ausgebildet. Dies verhindert bzw. verringert eine etwaige Haftung des Ankers an anderen Komponenten, insbesondere am Boden des Ankerrohrs, da die Kontaktfläche verringert wird. Auch hierüber ist die notwendige Kraft zum Bewegen des Ankers aus der Endstellung einstellbar.
  • Das Joch ist bevorzugt aus weichmagnetischem Stahl ausgebildet. Dies verbessert die Magnetfeldführung und hat sich für die Ausbildung der erwähnten Magnetschlüsse als vorteilhaft erwiesen.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführung weisen das Joch und der Anker quer zur Ankerbewegungsrichtung einen jeweiligen Außenquerschnitt auf, wobei eine Fläche des Außenquerschnitts des Ankers zwischen 10 % und 50 %, insbesondere zwischen 15 % und 35 %, insbesondere bevorzugt 20 % ± 5 % der Fläche des Außenquerschnitts des Jochs ausmacht.
  • Für den Parameter Außenquerschnitt des Ankers zu Außenquerschnitt des Jochs wird ein Intervall angegeben, das durch eine obere und untere Grenze beschrieben ist. Als Obergrenze sind zum Beispiel dabei folgende Werte vorgesehen: 60 %, 55 %, 50 %, 45 %, 40 %, 35 %, 30 %, 25 %, 20 %.
  • Als Untergrenze gelten zum Beispiel folgende Werte: 5 %, 10 %, 15 %, 20 %, 25 %. Die Offenbarung dieser Anmeldung umfasst die Menge von allen Intervallen, die durch alle möglichen, widerspruchsfreien Kombinationen der vorgenannten Ober- und Untergrenzen bestehen.
  • Der Permanentmagnet weist bevorzugt eine axiale Ausdehnung auf, welche kleiner ist als oder gleich ist der Dicke des Jochmaterials im Bereich des Jochbundes. Im Zusammenspiel mit dem Hub des Elektromagneten wird erreicht, dass je nach Endstellung des Permanentmagneten dieser entweder auf der einen oder anderen Seite des Jochbundes ist und dementsprechend optimiert in der jeweiligen Endstellung den Magnetschluss herstellt.
  • Der Elektromagnet kann insbesondere ein bistabiler Umkehrhubmagnet sein. Dieser ist dazu ausgebildet, dass der Anker in beiden Endstellungen stromlos gehalten wird.
  • Der Anker ist bevorzugt über einen Hub bewegbar, welcher zwischen 3 mm und 5 mm, insbesondere 4 mm, beträgt.
  • Das Joch ist bevorzugt aus einem Material mit einer Dicke zwischen 2 mm und 4 mm, insbesondere 3 mm, ausgebildet.
  • Das Joch kann insbesondere aus VA-Stahl ausgebildet sein. Es kann vorteilhaft einen runden Außenquerschnitt aufweisen.
  • Der Permanentmagnet weist bevorzugt eine axiale Ausdehnung zwischen 2 mm und 4 mm, insbesondere 3 mm, auf.
  • Derartige Werte bzw. Ausführungen haben sich in der Praxis als vorteilhaft erwiesen.
  • In der Zeichnung ist die Erfindung insbesondere in einem Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt. Es zeigen:
    • Fig. 1
    einen Elektromagneten gemäß der Erfindung mit Anker in einer ersten Endstellung, und
    Fig. 2
    den Elektromagneten< gemäß der Erfindung mit Anker in einer zweiten Endstellung.
  • In den Figuren sind gleiche oder einander entsprechende Elemente jeweils mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und werden daher, sofern nicht zweckmäßig, nicht erneut beschrieben. Die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sind sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragbar. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen. Weiterhin können auch Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen für sich eigenständige, erfinderische oder erfindungsgemäße Lösungen darstellen.
  • Figur 1 zeigt einen Elektromagneten 10.
  • Der Elektromagnet 10 weist ein Joch 20 auf, welches einen Teil des Elektromagneten 10 außenseitig begrenzt.
  • Im Inneren des Elektromagneten 10 ist ein Anker 30 angeordnet, welcher entlang einer Ankerbewegungsrichtung 36 begrenzt bewegbar ist. Innerhalb des Ankers 30 ist ein Permanentmagnet 35 angeordnet, welcher nur einen Bruchteil der Erstreckung des Ankers 30 entlang der Ankerbewegungsrichtung 36 einnimmt. Linksseitig von dem Permanentmagneten 35 ist ein erstes nicht permanentmagnetisches Material 33 angeordnet. Rechtsseitig von dem Permanentmagneten 35 ist ein zweites nicht permanentmagnetisches Material 34 angeordnet. Auf die Bedeutung des Permanentmagneten 36 und der nicht permanentmagnetischen Materialien 33, 34 wird weiter unten näher eingegangen werden.
  • Rechtsseitig weist der Anker 30 einen umlaufenden Vorsprung 38 auf, welcher radial außenliegend angeordnet ist. Dies führt dazu, dass der Anker 30 rechtsseitig keine ebene Anlagefläche hat, sondern nur der Vorsprung 38 an einer entsprechenden Fläche anliegen kann.
  • Um den Anker 30 herum ist eine Spule 40 angeordnet, welche von einem Spulenstrom durchflossen werden kann und dadurch ein Magnetfeld erzeugt. Dieses Magnetfeld kann den Anker 30 entlang der Ankerbewegungsrichtung 36 antreiben. Der Elektromagnet 10 mit seiner Spule 40 ist dabei insbesondere so ausgebildet, dass durch die Spule 40 Spulenströme in beiden Richtungen fließen können, wobei abhängig von der Richtung des Spulenstroms der Anker 30 in entgegengesetzte Richtungen bewegt wird. Der Elektromagnet 10 ist anders ausgedrückt so ausgebildet, dass er lediglich mit einer Spule 40 auskommt und auf das Vorsehen einer weiteren Spule, welches im Stand der Technik gängig ist, verzichtet werden kann.
  • Der Permanentmagnet 35 ist im Vergleich zum umgebenden Teil des Ankers 30 mit einem etwas geringeren Durchmesser ausgebildet.
  • Die Spule 40 ist symmetrisch um eine Spulenachse 41 ausgebildet. Diese Spulenachse 41 ist parallel zur Ankerbewegungsrichtung 36 ausgerichtet. Rechtsseitig weist die Spule 40 einen Spulenrand 42 auf. Außerdem weist sie zum Anker 30 hin eine Anlagefläche 47 auf.
  • Den Anker 30 umgibt ein Ankerrohr 50, welches sich entlang der Ankerbewegungsrichtung 36 erstreckt. Das Ankerrohr 50 weist einen Boden 52 auf, welcher in dem in Figur 1 dargestellten Zustand vom Anker 30 berührt wird. Das Ankerrohr 50 befindet sich teilweise innerhalb der Spule 40, und schaut des Weiteren nach rechts über die Spule 40 hinaus. Geringfügig schaut das Ankerrohr 50 auch nach links über die Spule 40 hinaus. Das Ankerrohr 50 dient insbesondere zur exakteren Führung des Ankers 30.
  • Der Anker 30 bewegt sich entlang der Ankerbewegungsrichtung 36 in einem Ankerraum 60, welcher im Inneren des Elektromagneten 10 ausgebildet ist. Der Ankerraum 60 wird linksseitig von einem Magnetkern 70 begrenzt.
  • In dem Joch 20 ist ein Jochtopf 26 ausgebildet, welcher einen Jochboden 27 aufweist. Angrenzend an den Jochtopf 26 ist in dem Joch 20 ein Jochbund 28 ausgebildet, welcher an die Spule 40 angrenzt.
  • In dem in Figur 1 dargestellten Zustand befindet sich der Anker 30 in einer ersten Endstellung, wobei er soweit möglich nach rechts verschoben wurde. Somit grenzt der Vorsprung 38 des Ankers 30 unmittelbar an dem Boden 52 des Ankerrohrs 50 an.
  • Der Permanentmagnet 35 befindet sich außerhalb der Spule 40 benachbart zum Jochbund 28. Dies erlaubt einen Magnetschluss, welcher über das zweite nicht permanentmagnetische Material 34, den Jochboden 27, den Jochtopf 26, den Jochbund 28 und das erste nicht permanentmagnetische Material 33 verläuft. Der Permanentmagnet 35 ist zur Unterstützung der Ausbildung eines solchen Magnetschlusses axial parallel zur Ankerbewegungsrichtung 36 magnetisiert.
  • Der eben beschriebene Magnetschluss sorgt dafür, dass der Anker 30 in der in Figur 1 gezeigten Stellung gehalten wird, und zwar insbesondere auch dann, wenn der durch die Spule 40 fließende Spulenstrom abgeschaltet wird. Es kann also eine gewisse Kraft auf den Anker 10 ausgeübt werden, ohne dass dieser sich bewegt. Es sei darauf hingewiesen, dass dieser Effekt insbesondere dadurch unterstützt wird, dass der Magnetschluss rechtsseitig von der Spule 40 ausgebildet werden kann.
  • Figur 2 zeigt den Elektromagneten 10 von Figur 1 in einem anderen Zustand, wobei sich der Anker 30 in einer zweiten Endstellung befindet. Diese zweite Endstellung ist unmittelbar gegenüberliegend zur ersten Endstellung, dies bedeutet insbesondere dass sich der Anker 30 so weit links befindet, wie dies bauartbedingt möglich ist.
  • In diesem Fall bildet sich ein Magnetschluss aus, welcher durch das zweite nicht permanentmagnetische Material 34, den Jochbund 28, das Joch 20, den Magnetkern 70 und das erste nicht permanentmagnetische Material 33 verläuft. Der Magnetschluss geht also in diesem Fall um die Spule 40 herum. Auch dieser Magnetschluss führt dazu, dass der Anker 30 in seiner zweiten Endstellung, welche in Figur 2 dargestellt ist, gehalten wird, so dass eine Kraft bis zu einer gewissen Höhe den Anker 30 nicht bewegt.
  • Durch eine Bestromung der Spule 40 in geeigneter Richtung kann eine Kraft auf den Anker 30 ausgeübt werden, welche dazu ausreichend ist, um den Anker 30 aus der jeweiligen Endstellung heraus in Richtung auf die andere Endstellung zu bewegen. Wenn der Anker 30 jedoch in seiner Endstellung verbleiben soll kann der Spulenstrom typischerweise abgeschaltet werden, so dass Energie eingespart wird. Auf das Vorsehen von anderen gängigen Maßnahmen, welche einen Anker 30 in einer Endstellung halten, beispielsweise eine Feder, kann verzichtet werden.
  • Es sei noch erwähnt, dass der Boden 52 des Ankerrohrs 50 derart beschichtet bzw. ausgebildet ist, dass eine Haftung des Ankers 30 an dem Boden 52 verhindert wird. Hierzu ist er insbesondere aus nichtmagnetischem Material ausgebildet. Dies erleichtert den Betrieb des Elektromagneten 10.
  • Die Erfindung ist nachfolgend durch die Ansprüche definiert.

Claims (15)

  1. Elektromagnet, insbesondere elektromagnetischer Umkehrhubmagnet, welcher ein Joch (20) und einen Anker (30) aufweist, der Anker (30) in einem Ankerraum (60) entlang einer Ankerbewegungsrichtung (36) zwischen einer ersten Endstellung und einer zweiten Endstellung beweglich ist, das Joch (20) den Ankerraum (60) zumindest teilweise umgibt und der Elektromagnet (10) eine Spule (40) mit stromführenden Windungen aufweist, die den Ankerraum (60) zumindest teilweise umgibt und die Spule (40) in einer ersten Betriebsstellung so mit Strom in einer ersten Stromrichtung beaufschlagbar ist, dass der Anker (30) in die erste Endstellung bewegt wird und die Spule (40) in einer zweiten Betriebsstellung mit einem, zur ersten Stromrichtung entgegengesetzten zweiten Stromrichtung fließenden Strom beaufschlagbar ist und der Anker (30) in die zweite Endstellung bewegt wird, der Anker (30) einen Permanentmagneten (35) aufweist und der Anker (30) in der jeweiligen Endstellung stromlos gehalten ist, wobei sich das Joch (20) und der Ankerraum (60) in axialer Richtung einer Spulenachse (41) gesehen, über das Ende der Spule (40) erstrecken und das Joch (20) einen Jochtopf (26) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Permanentmagnet in der ersten Endstellung zwischen einem angrenzend an den Jochtopf ausgebildeten Jochbund, welcher an die Spule (40) angrenzt, und einem Jochboden des Jochtopfes befindet und in der ersten Endstellung der Magnetschluss des Permanentmagneten (35) über den Jochtopf (26) erfolgt.
  2. Elektromagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (30) zwischen dem Permanentmagneten (35) und einem in Richtung der ersten Endstellung weisenden axialen Ende des Ankers (30) aus nicht permanentmagnetischem Material (34) ausgebildet ist und/oder der Anker (30) zwischen dem Permanentmagneten (35) und einem in Richtung der zweiten Endstellung weisenden axialen Ende des Ankers (30) aus nicht permanentmagnetischem Material (33) ausgebildet ist.
  3. Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (35) in jeder Endstellung einen Magnetschluss generiert, welcher jeweils eine haltende Kraft auf den Anker (30) erzeugt.
  4. Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Jochbund (28) bezogen auf die Spulenachse (41) radial erstreckt und der Ankerraum (60) auf dem dem Jochtopf (26) abgewandten Ende durch einen Magnetkern (70) begrenzt ist und der Magnetschluss des Permanentmagneten (35) in der zweiten Endstellung über den Jochbund (28), das Joch (20) und den Magnetkern (70) erfolgt.
  5. Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch (20) die Spule (40) aufweist/aufnimmt und die Spule (40) im Inneren des Jochs (20) am Jochbund (28) anliegt.
  6. Elektromagnet nach dem vorhergehenden Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass sich der Permanentmagnet (35) in der zweiten Endstellung im Bereich der zwischen Spulenrand (42) und Jochbund (28) beschriebenen Anlagefläche (47) befindet.
  7. Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (10) nur eine Spule (40) aufweist.
  8. Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (35) scheibenförmig ausgebildet ist und/oder der Permanentmagnet (35) sich über weniger als 50 %, weniger als 30 %, weniger als 20 %, weniger als 10 % oder weniger als 5 % der axialen Erstreckung des Ankers (30) erstreckt.
  9. Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (35) parallel zur Ankerbewegungsrichtung (36) axial magnetisiert ist.
  10. Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Permanentmagnet (35) radial kleiner ist als der restliche Teil des Ankers (30).
  11. Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (30) mittels eines in dem Joch (20) befindlichen Ankerrohrs (50) geführt wird, dessen vom Anker (30) in der ersten Endstellung berührter Boden (52) klebeverhindernd und/oder aus einem nicht magnetisierbaren Material ausgebildet ist.
  12. Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch (20), insbesondere der Jochbund (28) aus einem Material ausgebildet ist, dessen Dicke kleiner ist als der Hub des Ankers (30) zwischen dessen beiden Endstellungen.
  13. Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem in Richtung der ersten Endstellung weisenden axialen Ende des Ankers (30) ein außen umlaufender, axial abstehender Bund (38) ausgebildet ist.
  14. Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch (20) aus weichmagnetischem Stahl ausgebildet ist.
  15. Elektromagnet nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch (20) und der Anker (30) quer zur Ankerbewegungsrichtung (36) einen jeweiligen Außenquerschnitt aufweisen, wobei eine Fläche des Außenquerschnitts des Ankers (30) zwischen 15 % und 25 %, insbesondere 20 %, der Fläche des Außenquerschnitts des Jochs (20) ausmacht und/oder der Permanentmagnet (35) eine axiale Ausdehnung aufweist, welche kleiner ist als oder gleich ist der Dicke des Jochmaterials im Bereich des Jochbundes (28).
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