DE102004055994B4 - Actuator for fast-switching processes - Google Patents
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Abstract
Aktor für schnell-schaltende Vorgänge mit – einem Spulensystem mit einer Spule (4) und – einem Anker (2), der durch ein mittels der Spule (4) erregtes Magnetfeld verstellbar angeordnet ist, wobei – eine Kurzschlusshülse (5), dem Spulensystem (4) benachbart angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurzschlusshülse (5) aus einem Werkstoff zum Senken einer Impedanz des Spulensystems beschaffen ist.Actuator for fast-switching processes with - a coil system with a coil (4) and - an armature (2), which is arranged to be adjustable by a magnetic field excited by the coil (4), with - a short-circuit sleeve (5), the coil system ( 4) is arranged adjacent, characterized in that the short-circuit sleeve (5) is made of a material for lowering an impedance of the coil system.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Aktor für schnell-schaltende Vorgänge mit den oberbegrifflichen Merkmalen des Patentanspruchs 1.The invention relates to an actuator for fast-switching operations with the preamble features of claim 1.
Ein solcher Aktor ist z. B. aus
Aktoren für schnell-schaltende Vorgänge werden beispielsweise dazu eingesetzt, schnelle Hubbewegungen auszuführen, wobei die Hubbewegungen auch oszillierend erfolgen können. Mit einem solchen Aktor können beispielsweise Scannereinheiten angetrieben werden oder Ventileinheiten über ein Öffnen und Schließen des Ventils derart angesteuert werden, dass deren Druckkennlinie moduliert wird.Actuators for fast-switching operations are used, for example, to perform fast strokes, the strokes can also be oscillating. With such an actuator, for example, scanner units can be driven or valve units can be controlled by opening and closing the valve such that their pressure characteristic is modulated.
Bekannte Aktoren weisen einen üblichen konstruktiven Aufbau mit einer Spule auf einem Wickelkörper auf, wobei durch eine Spulenaktivierung durch Anlegen eines elektrischen Stromes ein Anker innerhalb des Wickelkörpers bewegt wird. Über den Anker wird ein Stößel mitbewegt, wobei der Stößel beispielsweise am vorderseitigen Ende als Ventilschließer zum Öffnen und Schließen eines Ventils ausgebildet ist.Known actuators have a conventional structural design with a coil on a winding body, wherein an armature is moved within the winding body by a coil activation by applying an electric current. About the anchor a plunger is moved, wherein the plunger is formed, for example, at the front end as a valve closer for opening and closing a valve.
Zum Erzielen einer schnellen Schaltbewegung erfolgt bei einem schnell-schaltenden Aktor eine Ansteuerung mittels Übererregung. Dabei wird über eine definierte Spannungs- bzw. Stromüberhöhung in der Anfahrphase eine Verkürzung der Schaltzeit erreicht.To achieve a fast switching movement, a control by means of overexcitation takes place in the case of a fast-switching actuator. In this case, a shortening of the switching time is achieved via a defined voltage or current increase in the start-up phase.
Nachteile derartiger Antriebe bzw. schnell-schaltender Aktoren bestehen in einem erhöhten Aufwand in der Elektronik, einer Überbeanspruchung der Antriebe in der Startphase und Schwierigkeiten Schaltzeiten kleiner als 10 ms zu erreichen.Disadvantages of such drives or fast-switching actuators consist in an increased effort in the electronics, overstressing the drives in the starting phase and difficulties to achieve switching times less than 10 ms.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen alternativen konstruktiven Aufbau für einen Aktor für schnell-schaltende Vorgänge vorzuschlagen.The object of the invention is to propose an alternative structural design for an actuator for fast-switching operations.
Diese Aufgabe wird durch einen Aktor für schnell-schaltende Vorgänge mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by an actuator for fast-switching operations with the features of claim 1.
Bevorzugt wird insbesondere ein Aktor für schnell-schaltende Vorgänge mit einem Spulensystem mit einer Spule und mit einem Anker, der durch ein mittels der Spule erregtes Magnetfeld verstellbar angeordnet ist. Erfindungsgemäß wird der Aktor durch eine Kurzschlusshülse, die dem Spulensystem benachbart angeordnet ist, ausgeführt, wobei diese aus einen Werkstoff zum Senken einer Impedanz des Spulensystems geschaffen ist.Particularly preferred is an actuator for fast-switching operations with a coil system with a coil and with an armature which is arranged adjustable by a magnetic field excited by the coil. According to the invention, the actuator is implemented by a short-circuiting sleeve which is arranged adjacent to the coil system, this being made of a material for lowering an impedance of the coil system.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.Advantageous embodiments are the subject of dependent claims.
Bevorzugt wird insbesondere ein Aktor, bei dem eine solche Kurzschlusshülse innenseitig, außenseitig oder innen- und außenseitig des Spulensystems angeordnet ist. Bevorzugt wird demgemäß eine konstruktive Ausgestaltung eines schnell-schaltenden Aktors, bei dem eine oder mehrere Kurzschlusshülsen am inneren oder äußeren Spulensystem oder am entweder inneren und am äußeren Spulensystem angebracht sind.In particular, an actuator is preferred in which such a short sleeve is arranged on the inside, outside or inside and outside of the coil system. Accordingly, a structural design of a fast-switching actuator is preferred, in which one or more shorting sleeves are attached to the inner or outer coil system or to either the inner and the outer coil system.
Dadurch wird die Impedanz des Spulenssystems gesenkt und es sind besonders schnelle Stromanstiege realisierbar, um dadurch eine schnelle Vorschubbewegung des Ankers zu ermöglichen. Das Spulensystem besteht üblicherweise aus der Spule und einem Wickelkörper, auf den die Spule aufgewickelt ist. Alternativ könnte jedoch auch die Kurzschlusshülse bereits den Wickelkörper ganz oder teilweise ersetzen.As a result, the impedance of the coil system is lowered and it can be realized particularly fast current increases, thereby enabling a fast feed movement of the armature. The coil system usually consists of the coil and a bobbin on which the coil is wound. Alternatively, however, the short-circuiting sleeve could already completely or partially replace the winding body.
Bevorzugt wird insbesondere ein Aktor, bei dem die Kurzschlusshülse weichmagnetische Teile des Ankers zumindest teilweise abdeckt.In particular, an actuator is preferred in which the short-circuit sleeve at least partially covers soft-magnetic parts of the armature.
Bevorzugt wird insbesondere ein Aktor, bei dem zumindest Teile des Ankers aus hartmagnetischen Werkstoffen ausgebildet sind. Bei einem entsprechenden schnell-schaltenden Aktor wird die Permeabilität des Ankers bzw. Läufers verringert. Dies wird durch den Einsatz von hartmagnetischen Werkstoffen erzielt, deren permanente Permeabilität sehr gering ist. Der dann aufgebaute Antrieb ist in der Lage nach dem Hybridprinzip zu arbeiten und kann elektrodynamische Kräfte und Grenzflächenkräfte aufbringen.In particular, an actuator is preferred in which at least parts of the armature are formed from hard magnetic materials. In a corresponding fast-switching actuator, the permeability of the armature or rotor is reduced. This is achieved by the use of hard magnetic materials whose permanent permeability is very low. The then constructed drive is able to work on the hybrid principle and can apply electrodynamic forces and interfacial forces.
Bevorzugt wird insbesondere ein Aktor, bei dem eine Permeabilität durch eine insbesondere hohe magnetische Flussdichte im weichmagnetischen Kern, insbesondere im Anker, reduziert wird, insbesondere minimiert wird. Bei einem solchen schnell-schaltenden Aktor wird die Permeabilität durch hohe magnetische Flussdichte im weichmagnetischen Kern bzw. Anker minimiert. Dadurch wird ebenfalls ein Absenken der Spulenimpedanz ermöglicht.In particular, an actuator in which a permeability is reduced, in particular minimized, by a particularly high magnetic flux density in the soft magnetic core, in particular in the armature, is preferred. In such a fast-switching actuator, the permeability is minimized by high magnetic flux density in the soft magnetic core or armature. This also enables a lowering of the coil impedance.
Ein Ausführungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:An embodiment will be explained in more detail with reference to the drawing. Show it:
Wie dies aus
Das Gehäuse
Zum Herabsetzen der Impedanz des Spulensystems und Realisieren schnellerer Stromanstiege, um dadurch eine schnelle Vorschubbewegung des Ankers
Gemäß bevorzugter Ausgestaltung wird zur weiteren Verbesserung der Schalteigenschaften das Ankersystem teilweise mit niederpermeablem Material ausgeführt. Niederpermeables Material kann vorzugsweise hartmagnetischer Werkstoff bzw. hartmagnetisches Material sein, dessen Energie dann im Zuge eines Hybridantriebes zusätzlich für die elektrodynamische Kraftentfaltung neben der Wirkung auf Grenzflächen ausgenutzt werden kann. Der derart aufgebaute Antrieb bzw. Aktor arbeitet dann nach dem Hybridprinzip und kann elektrodynamische Kräfte und Grenzflächenkräfte aufbringen.According to a preferred embodiment, the armature system is partially executed with low-permeability material to further improve the switching properties. Niederpermeables material may preferably be hard magnetic material or hard magnetic material, the energy then in the course of a hybrid drive in addition to the electrodynamic power delivery in addition to the effect on interfaces can be exploited. The actuator or actuator constructed in this way then operates on the hybrid principle and can apply electrodynamic forces and interface forces.
Vorteilhafter Weise kann bei einem solchen schnell-schaltenden Aktor die Permeabilität durch eine hohe magnetische Flussdichte im weichmagnetischen Kern reduziert, insbesondere minimiert werden. Dadurch ist ebenfalls ein Absenken der Spulenimpedanz möglich.Advantageously, in such a fast-switching actuator, the permeability can be reduced, in particular minimized, by a high magnetic flux density in the soft-magnetic core. As a result, a lowering of the coil impedance is also possible.
Eine Dimensionierung des beweglichen Ankerteiles bzw. des Ankers
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