DE102005011596B4

DE102005011596B4 - magnetic drive

Info

Publication number: DE102005011596B4
Application number: DE200510011596
Authority: DE
Inventors: Tilman Von Blumenthal; Hans-Ullrich Hansmann
Original assignee: Draeger Medical GmbH
Current assignee: Draegerwerk AG and Co KGaA
Priority date: 2005-03-14
Filing date: 2005-03-14
Publication date: 2008-03-27
Anticipated expiration: 2025-03-15
Also published as: DE102005011596A1

Abstract

Magnetantrieb mit
– einem zwischen einer ersten Endstellung und einer zweiten Endstellung bewegbaren Anker (2),
– einem elastischen Mittel (10), das eine Kraft auf den Anker (2) ausübt, die in Richtung auf die zweite Endstellung wirkt,
– mindestens einem Permanentmagneten (20), der so angeordnet ist, daß er in jeder Position des Ankers (2) zwischen der ersten und der zweiten Endstellung magnetisch eine Kraft auf den Anker (2) ausübt, die in Richtung auf die erste Endstellung wirkt und die Kraftwirkung des elastischen Mittels (10) zumindest teilweise kompensiert,
– einer Spule (3) zur Erzeugung eines Magnetfeldes, das eine Kraft auf den Anker (2) ausübt und dessen Stärke in einem Bereich variiert werden kann, der einer Bewegung des Ankers (2) zwischen der ersten und der zweiten Endstellung entspricht, wobei der Anker (2) innerhalb der Spule (3) angeordnet ist,
– einem magnetischen Kreis, der den Anker (2), den mindestens...Magnetic drive with
A movable armature (2) between a first end position and a second end position,
An elastic means (10) which exerts a force on the armature (2) which acts in the direction of the second end position,
- At least one permanent magnet (20) which is arranged so that in each position of the armature (2) between the first and the second end position magnetically exerts a force on the armature (2), which acts in the direction of the first end position and the force effect of the elastic means (10) at least partially compensated,
- A coil (3) for generating a magnetic field which exerts a force on the armature (2) and whose strength can be varied in a range corresponding to a movement of the armature (2) between the first and the second end position, wherein the Anchor (2) is arranged inside the coil (3),
A magnetic circuit comprising the armature (2), the at least ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Magnetantrieb, insbesondere einen Proportionalmagnetantrieb.The The present invention relates to a magnetic drive, in particular a proportional magnetic drive.

Magnetantriebe sind auf den verschiedensten Gebieten im Stand der Technik bekannt. Sie kommen in Fällen zum Einsatz, in denen durch ein Element zwei Endstellungen und gegebenenfalls Zwischenstellungen angefahren werden müssen, und werden dann auch als Proportionalmagnetantriebe bezeichnet. In Ventilantrieben dienen sie beispielsweise zur Bewegung des Ventiltellers oder Ventilstößels, um das Ventil umzuschalten oder eine Regelung einer vorgegebenen Durchflußrate zu ermöglichen.magnetic drives are known in the most diverse fields in the art. They come in cases used in which by an element two end positions and, where appropriate Intermediate positions must be approached, and will be referred to as proportional solenoid drives. Serve in valve drives For example, to move the valve disk or valve tappet to to switch the valve or to a regulation of a predetermined flow rate enable.

In ihrer einfachsten Form bestehen bekannte Proportionalmagnetantriebe aus einem Eisenkreis, der einen bewegbaren Anker, eine Spule und einen Arbeitsluftspalt enthält, der bei Bewegung des Ankers vergrößert bzw. verkleinert wird. Die Spule dient dabei zur elektromagnetischen Erzeugung eines magnetischen Feldes, dessen magnetischer Fluß den Anker und den Arbeitsluftspalt durchsetzt. Auf diese Weise wird eine magnetische Kraft auf den Anker ausgeübt, die in Richtung einer Verkleinerung des Arbeitsluftspaltes wirkt. Die Nettokraft hängt von der Änderung des magnetischen Flusses mit dem Ankerhub bzw. mit der Größe des Arbeitsluftspaltes ab. Da bei einem solchen Aufbau elektrisch nur in einer Richtung eine Kraft auf den Anker ausgeübt werden kann, ist regelmäßig eine Feder vorgesehen, die mit einer der Magnetkraft entgegengerichteten Kraft auf den Anker einwirkt. Der Anker wird dann bei einer Variation des Spulenstromes in eine Richtung durch die Magnetkraft und in die andere Richtung durch die Federkraft bewegt.In their simplest form are known proportional solenoid drives from an iron circle, which has a movable armature, a coil and contains a working air gap, which is increased or decreased during movement of the armature. The coil serves for the electromagnetic generation of a magnetic Feldes, whose magnetic flux is the anchor and enforced the working air gap. In this way becomes a magnetic Force on the anchor, which acts in the direction of a reduction of the working air gap. The net force hangs from the change the magnetic flux with the armature stroke or with the size of the working air gap from. Since in such a structure electrically only in one direction a force is exerted on the anchor is regularly one Provided spring, which with one of the magnetic force opposing Force acts on the anchor. The anchor will then be at a variation of the coil current in one direction by the magnetic force and in the other direction is moved by the spring force.

Um stabile Arbeitspunkte zu erhalten, müssen sich in jedem Arbeitspunkt Federkraft und Magnetkraft kompensieren. Die Feder muß dabei so ausgelegt sein, daß in jedem möglichen Arbeitspunkt ∂F_Feder/∂x > ∂F_Magnet/∂x (x ist der Ankerhub) ist, d.h. für jeden Spulenstrom die Federkennlinie steiler als die Magnetkennlinie ist.In order to obtain stable operating points, spring force and magnetic force must be compensated at each operating point. The spring must be designed so that in each possible operating point ∂F _spring / ∂x> ∂F _magnet / ∂x (x is the armature stroke), ie for each coil current, the spring characteristic is steeper than the magnetic characteristic.

Da im stromlosen Zustand des Magnetantriebs kein magnetisches Spulenfeld existiert und nur die Feder eine Kraft auf den Anker ausübt, weisen Antriebe dieses Aufbaus u.a. den Nachteil auf, daß sie ohne komplizierte weitere Maßnahmen wie z.B. mechanische Verriegelungen im stromlosen Zustand nicht bistabil sind, d.h. nur eine stabile Endlage aufweisen. Dabei muß regelmäßig eine große Federkraft vorgesehen werden, um etwa eine sichere Abdichtung eines Ventils im stromlosen Zustand oder ein schnelles Öffnen oder Schließen eines Ventils zu gewährleisten. Diese große Federkraft muß jedoch im statischen Betrieb, wenn das Ventil entgegen der Federkraft vollständig geöffnet oder vollständig geschlossen gehalten wird, elektromagnetisch kompensiert werden, wodurch sich der Antrieb erwärmt. Daher wird die Leistungsfähigkeit des Antriebs durch die thermische Belastbarkeit begrenzt. Aus diesen Gründen sind Magnetantriebe bekannt, die in dem magnetischen Kreis einen Permanentmagneten aufweisen, der auch im stromlosen Zustand eine Magnetkraft auf den Anker ausüben kann, wenn sich dieser in einer Endstellung befindet. In bekannten Magnetantrieben für Ventile wird die durch den Permanentmagneten bewirkte magnetische Kraft eingesetzt, um das Ventil stromlos in seinem vollständig geöffneten und/oder geschlossenen Zustand zu halten.There in the de-energized state of the magnetic drive no magnetic coil field exists and only the spring exerts a force on the anchor point, drives this structure u.a. the disadvantage that they without complicated more activities such as. mechanical locks in de-energized state not bistable, i. only have a stable end position. It must regularly a size Spring force can be provided to about a secure seal of a Valve in a de-energized state or a quick opening or Shut down to ensure a valve. This size However, spring force must be in static operation when the valve against the spring force fully open or Completely kept closed, be electromagnetically compensated, whereby the drive heats up. Therefore, the performance becomes of the drive limited by the thermal capacity. From these establish Magnetic drives are known in the magnetic circuit a Have permanent magnet, which also in the de-energized state Apply magnetic force to the armature can, if this is in an end position. In known Magnetic drives for Valves becomes the magnetic force caused by the permanent magnet Force used to de-energize the valve in its fully opened and / or closed state.

DE 38 14 765 A1 beschreibt ein Magnetventil, bei dem der in den Eisenkreis integrierte Permanentmagnet eine zusätzliche Magnetkraft bereitstellt, um eine untere und eine obere stromlos stabile Endlage des bewegbaren Ankers zu erreichen. Dazu ist oberhalb und unterhalb des Ankers jeweils ein Arbeitsluftspalt vorgesehen, und die Feder übt eine Kraft auf den Anker aus, die von den beiden Endlagen weg in Richtung auf eine Zwischenlage wirkt. In beiden Endlagen wirkt die Magnetkraft des Permanentmagneten jeweils über den entsprechenden Arbeitsluftspalt und hält den Anker entgegen der Federkraft in der Endlage. Da die Feder einen Teil der Magnetkraft des Permanentmagneten speichert, kann das Ventil mittels der Federkraft mit einem relativ geringen Spulenstrom umgeschaltet werden. Durch das entsprechende Spulenfeld wird die Kraftwirkung des Permanentmagneten unter die Federkraft herabgesetzt, so daß die Feder den Anker aus der einen Endlage in Richtung auf die andere Endlage bewegt. In diese wird der Anker schließlich durch die dann über den entsprechenden Arbeitsluftspalt wirkende Kraft des Permanentmagneten gezogen und dort gehalten. Die Feder und der Permanentmagnet sind demnach zur Umschaltung des Ventils in die jeweils andere Endlage ausgelegt. Dagegen ist es nicht möglich, in einfacher Weise stabile Zwischenpositionen mittels der Spule bei geringer Leistungsaufnahme und mit hoher Regeldynamik anzufahren und zu halten. DE 38 14 765 A1 describes a solenoid valve in which the permanent magnet integrated into the iron circuit provides an additional magnetic force to reach a lower and an upper currentless stable end position of the movable armature. For this purpose, a working air gap is provided above and below the armature in each case, and the spring exerts a force on the armature, which acts away from the two end positions in the direction of an intermediate layer. In both end positions, the magnetic force of the permanent magnet acts on the respective working air gap and holds the armature against the spring force in the end position. Since the spring stores a part of the magnetic force of the permanent magnet, the valve can be switched by means of the spring force with a relatively small coil current. By the corresponding coil field, the force of the permanent magnet is reduced by the spring force, so that the spring moves the armature from the one end position in the direction of the other end position. In this, the anchor is finally pulled by the then acting on the corresponding working air gap force of the permanent magnet and held there. The spring and the permanent magnet are therefore designed to switch the valve in the other end position. By contrast, it is not possible to easily approach stable intermediate positions by means of the coil with low power consumption and high control dynamics and hold.

DE 32 37 532 C2 beschreibt ebenfalls ein Magnetventil mit einem Permanentmagneten. Bei diesem Ventil ist nur eine sehr schwache Federkraft vorgesehen, die lediglich dazu dient, im geschlossenen Zustand des Ventils Schwankungen des Ankers auszugleichen und so auch bei einer Schräglage für eine zuverlässige Abdichtung zu sorgen. Zur Öffnung des Ventils wird das unter Druck stehende, zu regelnde Medium ausgenutzt, das auf den Anker einwirkt und ihn von einem Ventilsitz weg nach außen in Richtung niedrigen Druckes drückt. Zum Einstellen und Halten einer bestimmten Ankerposition und zum Schließen des Ventils dient eine Spule, die in nachteiliger Weise die Druckkraft des Mediums kompensieren muß. Der Permanentmagnet dient lediglich dazu, den Anker im stromlosen Zustand in der vollständig geschlossenen Stellung zu halten. DE 32 37 532 C2 also describes a solenoid valve with a permanent magnet. In this valve, only a very weak spring force is provided, which only serves to compensate for fluctuations in the anchor in the closed state of the valve and thus to ensure a reliable seal even in an inclined position. To open the valve, the pressurized medium to be controlled is utilized, which acts on the armature and urges it away from a valve seat in the direction of low pressure. To set and hold a certain anchor position and to close the valve is a coil that in after part way must compensate for the pressure force of the medium. The permanent magnet serves only to keep the armature in the de-energized state in the fully closed position.

Die DE 27 39 085 A1 offenbart ein Magnetventil, bei dem der Anker bei maximaler Größe des Arbeitsluftspaltes durch eine Feder in der geschlossenen Position gehalten wird. Es ist ein Element vorgesehen, das durch kurzes Einschalten des Spulenstromes magnetisiert und wieder entmagnetisiert werden kann. Im magnetisierten Zustand übertrifft die durch das entsprechende Magnetfeld auf den Anker ausgeübte Kraft die Federkraft, so daß der Anker bei dem kurzen Einschalten des Spulenstromes unter Verkleinerung des Arbeitsluftspaltes in eine stabile geöffnete Position bewegt und von dem dann magnetisierten Element dort gehalten wird. Ein einfaches Anfahren und Halten von Zwischenpositionen ist nicht möglich.The DE 27 39 085 A1 discloses a solenoid valve in which the armature is held in the closed position by a spring at the maximum size of the working air gap. An element is provided which can be magnetized and demagnetized by briefly switching on the coil current. In the magnetized state, the force exerted by the corresponding magnetic field on the armature force exceeds the spring force, so that the armature is moved with the short turn on the coil current with reduction of the working air gap in a stable open position and held by the then magnetized element there. It is not possible to start and hold intermediate positions easily.

Aus der DE 695 16 804 T2 ist ein Magnetantrieb bekannt, der einen zwischen zwei Endstellungen bewegbaren Anker, einen Permanentmagneten, der eine magnetische Kraft auf den Anker ausübt und eine Spule zur Erzeugung eines Magnetfeldes aufweist.From the DE 695 16 804 T2 For example, a magnetic drive is known which has an armature movable between two end positions, a permanent magnet which exerts a magnetic force on the armature and a coil for generating a magnetic field.

Der Magnetantrieb besitzt einen in Form eines Bohrloches ausgeführten zylindrischen Arbeitsluftspalt, wobei ein Tel des magnetischen Flusses im Bereich des Permanentmagneten durch einen Messinghalter kurzgeschlossen wird.Of the Magnetic drive has a running in the form of a borehole cylindrical Working air gap, being a tel of the magnetic flux in the area of the permanent magnet shorted by a brass holder becomes.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Magnetantrieb so auszugestalten, daß die genannten Nachteile beseitigt werden und über den gesamten Bewegungsbereich des Antriebs ein bidirektionaler Betrieb mit hoher Regeldynamik möglich ist, wobei alle Zwischenpositionen bei geringer Leistungsaufnahme stabil sind.It The object of the present invention is to design a magnetic drive in such a way that that the mentioned disadvantages are eliminated and over the entire range of motion the drive a bidirectional operation with high control dynamics possible is, with all intermediate positions at low power consumption are stable.

Zur Lösung dieser Aufgabe dienen die Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen des Magnetantriebs sind Gegenstand der zugehörigen Unteransprüche.to solution serve this object, the features of claim 1. Advantageous embodiments the magnetic drive are the subject of the associated dependent claims.

Nach der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, daß ein Magnetantrieb einen Anker aufweist, der zwischen einer ersten Endstellung und einer zweiten Endstellung bewegbar ist. Ein elastisches Mittel übt – vorteilhaft über den gesamten Bewegungsbereich des Ankers – eine Kraft auf den Anker aus, die von der ersten Endstellung weggerichtet ist und den Anker in Richtung der zweiten Endstellung zu treiben sucht. Mindestens ein Permanentmagnet ist so angeordnet, daß er in jeder Position des Ankers zwischen dessen erster und zweiter Endstellung eine magnetische Kraft auf den Anker ausüben kann. Diese magnetische Kraft ist der Kraftwirkung des elastischen Mittels entgegengerichtet, wirkt also in Richtung auf die erste Endstellung, und kompensiert die Kraftwirkung des elastischen Mittels teilweise oder vollständig.To The present invention provides that a magnetic drive an armature having, between a first end position and a second End position is movable. An elastic means exercises - advantageous over the entire range of motion of the anchor - a force on the anchor, which is directed away from the first end position and the anchor in Seeking to drive towards the second end position. At least one Permanent magnet is arranged so that it is in any position of Ankers between the first and second end position of a magnetic Apply force to the anchor can. This magnetic force is the force of the elastic By means of opposite, thus acts in the direction of the first End position, and compensates for the force of the elastic means partially or completely.

Bei einem erfindungsgemäßen Magnetantrieb ist der Permanentmagnet (d.h. bei einem Permanentmagneten der Permanentmagnet bzw. bei mehreren Permanentmagneten jeder von ihnen) in der Weise in Reihe mit einer Spule, dem Anker und dem Arbeitsluftspalt in dem magnetischen Kreis angeordnet ist, daß in jeder Ankerposition der gesamte magnetische Fluß des mindestens einen Permanentmagneten, der den Arbeitsluftspalt durchfließt, auch die Spule durchfließt. So wird erreicht, daß ein Großteil des magnetischen Gesamtflusses von Spule und Permanentmagneten und möglichst das gesamte Feld die Spule und den mindestens einen Permanentmagnet durchfließt, also in Bezug auf jeden der Permanentmagnete eine echte Reihenschaltung vorliegt. Der magnetische Gesamtwiderstand und die Positionsabhängigkeit ist dann für beide Felder gleich. Ist mehr als ein Permanentmagnet vorgesehen, so ist es möglich, daß alle Permanentmagnete untereinander parallel angeordnet sind. Betrachtet wird dann der resultierende magnetische Widerstand durch das System von Permanentmagneten.at a magnetic drive according to the invention is the permanent magnet (i.e., the permanent magnet in a permanent magnet or with multiple permanent magnets each of them) in the way in series with a coil, the armature and the working air gap in the magnetic circuit is arranged that in each anchor position of entire magnetic flux of the at least one permanent magnet, which flows through the working air gap, also the Coil flows through. This ensures that a large part the total magnetic flux of coil and permanent magnets and preferably the entire field the coil and the at least one permanent magnet flows through So in relation to each of the permanent magnets a real series circuit is present. The total magnetic resistance and the position dependency is then for both fields the same. Is more than one permanent magnet provided, so it is possible that all Permanent magnets are arranged parallel to each other. Is looked at then the resulting magnetic resistance through the system of Permanent magnets.

In der erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der Luftspalt konusförmig ausgebildet. Zwangsluftspalt und parasitäre Luftspalte sorgen für eine Linearisierung der Kennlinie, kosten aber mechanische Kraft. Ein konusförmiger Luftspalt reduziert zwar die Maximalkraft bei geschlossenem Arbeitsluftspalt, erhöht sie aber in einem gewissen Wegbereich x > 0, dient also ebenfalls der Linearisierung aber mit weniger Leistungsverlust als ein Zwangsluftspalt.In the embodiment of the invention the air gap is cone-shaped educated. Forced air gap and parasitic air gaps ensure a linearization the characteristic, but cost mechanical power. A cone-shaped air gap reduces the maximum force when the working air gap is closed, elevated but in a certain path range x> 0, it also serves for linearization but with less power loss than a forced air gap.

Die Spule dient zur elektromagnetischen Erzeugung eines Magnetfeldes, das sich mit dem magnetischen Feld des mindestens einen Permanentmagneten im Arbeitsluftspalt überlagert. Dabei ist die Spule so angeordnet, daß das Spulenfeld in jeder Ankerposition eine Kraft auf den Anker ausübt. Durch Veränderung des elektrischen Stromes, der die Spule durchfließt, kann die Stärke des Spulenfeldes eingestellt und die Feldrichtung verändert werden. Der Wegbereich des Ankers zwischen der ersten und der zweiten Endstellung entspricht dabei einem bestimmten Feldstärkenbereich der Spule. Bei Durchlaufen dieses Variationsbereiches wird der Anker über Zwischenpositionen zwischen seiner ersten und seiner zweiten Endstellung bewegt. Dabei sind der Anker und der mindestens eine Permanentmagnet zusammen mit einem Arbeitsluftspalt, dessen Breite durch die Bewegung des Ankers verändert wird, in einem magnetischen Kreis angeordnet, und zwar in der Weise, daß in jeder Ankerposition zwischen der ersten und der zweiten Endstellung die von dem mindestens einen Permanentmagneten alleine auf den Anker ausgeübte Kraft mindestens 5% der durch das elastische Mittel auf den Anker ausgeübten Kraft beträgt. Mit anderen Worten beträgt die permanentmagnetische Kraft (d.h. die Kraft des Permanentmagneten bzw. bei mehreren Permanentmagneten die durch diese zusammen ausgeübte Gesamtkraft) in jeder dieser Ankerpositionen auch dann mindestens 5% der Kraft des elastischen Mittels, wenn das Spulenfeld abgeschaltet würde. Durch diese Maßnahme kann der Spulenstrom während des Betriebes und damit auch die thermische Belastung des Magnetantriebs verringert werden.The coil is used for the electromagnetic generation of a magnetic field, which is superimposed with the magnetic field of the at least one permanent magnet in the working air gap. In this case, the coil is arranged so that the coil field in each anchor position exerts a force on the armature. By changing the electric current flowing through the coil, the strength of the coil field can be adjusted and the field direction can be changed. The path range of the armature between the first and the second end position corresponds to a specific field strength range of the coil. As it passes through this range of variation, the armature is moved via intermediate positions between its first and second end positions. In this case, the armature and the at least one permanent magnet together with a working air gap whose width is changed by the movement of the armature, arranged in a magnetic circuit, in such a way that in each anchor position between the first and the second end position of the at least one permanent magnet alone on the on ker force is at least 5% of the force exerted by the elastic means on the armature force. In other words, the permanent magnetic force (ie, the force of the permanent magnet or, in the case of several permanent magnets, the total force exerted by them together) in each of these anchor positions will be at least 5% of the force of the elastic means even if the coil field were turned off. By this measure, the coil current during operation and thus the thermal load of the magnetic drive can be reduced.

Die erste und die zweite Endstellung können dabei jeweils durch geeignete Mittel (mechanisch) festgelegte Ankerpositionen, die nicht überschritten werden können, oder maximale im normalen Betrieb vorkommende Stellungen sein. Wenn der Magnetantrieb in einem Ventil eingesetzt wird, legen die Endstellungen demnach den mechanisch maximal möglichen oder den im Betrieb tatsächlich vorkommenden maximalen Regelbereich fest.The first and the second end position can each be by appropriate Mean (mechanically) fixed anchor positions that are not exceeded can, or maximum normal operating positions. If the magnetic drive is used in a valve, set the end positions Accordingly, the maximum possible mechanically or actually in operation occurring maximum control range.

Mit dieser einfachen, kostengünstig herzustellenden und nur wenige neue werkzeuggebundene Teile erfordernden Ausgestaltung wird erreicht, daß das Feld des mindestens einen Permanentmagneten in dem Arbeitsluftspalt je nach Stromrichtung des die Spule durchfließenden elektrischen Stromes unterstützt oder geschwächt werden kann. Ein bidirektionaler Betrieb ist möglich, und es kann eine schnelle und empfindliche Einstellung der Position des Ankers über dessen gesamten Bewegungsbereich bei geringer Leistungsaufnahme vorgenommen werden. Zwischenpositionen können mit geringem Spulenstrom gehalten werden. In dem erfindungsgemäßen Magnetantrieb wird über den gesamten Wegbereich des Antriebs eine hohe und, abgesehen von der durch die Änderung der Breite des Arbeitsluftspaltes bewirkten Kraftänderung, bevorzugt im wesentlichen konstante permanentmagnetische Kraft bereitgestellt. Um die Regeldynamik zu optimieren, ist es bevorzugt, wenn der stromlose Arbeitspunkt auf der (Gesamt-) Magnetkraftkennlinie (d.h. die Auftragung der Magnetkraft über dem Strom) durch den mindestens einen Permanentmagneten in den Bereich hoher Kraftänderung und bevorzugt in einen Bereich von +/- 10% und mehr bevorzugt +/- 5% des Wendepunktes der Kennlinie verschoben wird.With this simple, inexpensive and requiring only a few new tool-bound parts Design is achieved that the Field of the at least one permanent magnet in the working air gap depending on the current direction of the coil flowing through the electric current supports or weakened can be. Bidirectional operation is possible and it can be fast and sensitive adjustment of the position of the anchor over its entire range of motion are made with low power consumption. Intermediate positions can be held with a low coil current. In the magnetic drive according to the invention will over the entire path of the drive a high and, apart from the through the change the width of the working air gap caused force change, preferably provided substantially constant permanent magnetic force. In order to optimize the control dynamics, it is preferred if the electroless Operating point on the (total) magnetic force characteristic (i.e., the plot the magnetic force over the current) through the at least one permanent magnet in the area high force change and preferably in a range of +/- 10%, and more preferably +/- 5% the inflection point of the characteristic is shifted.

Es ist bevorzugt, wenn in jeder Ankerposition zwischen der ersten und der zweiten Endstellung die von dem mindestens einen Permanentmagneten auf den Anker ausgeübte Kraft (d.h. bei mehreren Permanentmagneten die durch diese zusammen ausgeübt Gesamtkraft) mindestens 10%, besser mindestens 15%, bevorzugt mindestens 25% und mehr bevorzugt mindestens 50% der durch das elastische Mittel auf den Anker ausgeübten Kraft beträgt.It is preferred when in each anchor position between the first and the second end position of the at least one permanent magnet applied to the anchor Force (i.e., multiple permanent magnets that together exercised Total force) at least 10%, better at least 15%, preferably at least 25% and more preferably at least 50% of that by the elastic means on the anchor exercised Force is.

Der mindestens eine Permanentmagnet ist bevorzugt so gewählt, daß sich die nach Bestromung verbleibende magnetische Flußdichte (B-Feld) im Arbeitsluftspalt, stromlos und mit dem Anker in der zweiten Endstellung, höchstens um 25%, bevorzugt höchstens um 10%, mehr bevorzugt um höchstens 5% und am meisten bevorzugt um höchstens 2% ändert, und sich insbesondere bevorzugt höchstens um diese angegebenen Werte verkleinert. Mit anderen Worten darf sich die auf dem mindestens einen Permanentmagneten beruhende magnetische Flußdichte im Arbeitsluftspalt ausgehend vom stromlosen Zustand nicht über die angegebenen Werte hinaus verändern und insbesondere verkleinern, wenn man das Ventil durch Einschaltung und gegebenenfalls Veränderung des Spulenstroms umschaltet bzw. betreibt und schließlich in den stromlosen Zustand zurückkehrt. Dazu darf die Stärke des Spulenfeldes in diesem Variationsbereich einen vorbestimmten Wert nicht überschreiten, der kleiner als die Koerzitivfeldstärke des mindestens einen Permanentmagneten ist und der von der Form seiner Hysteresekurve abhängt. So ist gewährleistet, daß die magnetischen Eigenschaften des mindestens einen Permanentmagneten in den angegebenen Grenzen konstant bleiben, sich die Magnetisierung des mindestens einen Permanentmagneten nicht zu stark ändert und im normalen Betrieb des Magnetantriebs eine Entmagnetisierung des mindestens einen Permanentmagneten durch das Spulenfeld ausgeschlossen ist.Of the at least one permanent magnet is preferably selected so that the after current supply remaining magnetic flux density (B-field) in the working air gap, de-energized and with the armature in the second end position, at most by 25%, preferably at most by 10%, more preferably by a maximum of 5% and most preferably at most 2% changes, and most preferably at most these indicated Values reduced. In other words, the on the at least a magnetic flux density based on a permanent magnet in the working air gap starting from the de-energized state not over the change the specified values and in particular, downsize by turning the valve on and if necessary, change the coil current switches or operates and finally in the de-energized state returns. This may be the strength of the coil field in this variation range a predetermined Do not exceed the value which is smaller than the coercive force of the at least one permanent magnet and which depends on the shape of its hysteresis curve. This ensures that that the magnetic properties of the at least one permanent magnet remain constant within the specified limits, the magnetization the at least one permanent magnet does not change too much and during normal operation of the magnetic drive a demagnetization of excluded at least one permanent magnet through the coil field is.

Je nach Anwendungsfall werden dazu Permanentmagnete eingesetzt, die eine Koerzitivfeldstärke H_CB von mehr als 50 A/cm, bevorzugt mehr als 200 A/cm, mehr bevorzugt mehr als 1000 A/cm und am meisten bevorzugt mehr als 5000 A/cm haben. Beispiele für einsetzbare Permanentmagnete sind Hartferrit-Magnete und Neodym-Eisen-Bor-Magnete. Ist vorgesehen, daß der Anker in der ersten Endstellung durch das Spulenfeld mit einem vorbestimmten Anpreßdruck gegen einen entsprechenden Anschlag gedrückt wird, so dürfen auch die dafür erforderlichen Spulenfeldstärken nicht zu einer Überschreitung der angegebenen maximalen Änderungswerte der magnetischen Eigenschaften führen.Depending on the application, permanent magnets are used which have a coercive force H _CB of more than 50 A / cm, preferably more than 200 A / cm, more preferably more than 1000 A / cm and most preferably more than 5000 A / cm. Examples of usable permanent magnets are hard ferrite magnets and neodymium-iron-boron magnets. If it is provided that the armature in the first end position is pressed by the coil field with a predetermined contact pressure against a corresponding stop, then the required coil field strengths must not lead to exceeding the specified maximum change values of the magnetic properties.

Es ist vorteilhaft, wenn der Anteil des magnetischen Flusses des mindestens einen Permanentmagneten, der den Arbeitsluftspalt durchfließt, mindestens 50%, besser mindestens 60%, bevorzugt mindestens 70%, mehr bevorzugt 80%, noch besser mindestens 90% und am besten mindestens 95% beträgt. Mit anderen Worten weist jede Masche des gesamten magnetischen Kreises (also jeder in sich geschlossene Teil des gesamten magnetischen Kreises), die einen oder mehrere der Permanentmagnete in Bezug auf den Arbeitsluftspalt magnetisch kurzschließen kann, in jeder möglichen Ankerposition einen magnetischen Widerstand (Reluktanz) auf, der größer als der magnetische Widerstand der (bzw. einer) diesen bzw. diese Permanentmagnete und den Arbeitsluftspalt enthaltenden Masche ist. Es liegt eine Reihen schalturig von Anker, jedem der Permanentmagnete und Arbeitsluftspalt vor, so daß stets ein Großteil des magnetischen Gesamtflusses des mindestens einen Permanentmagneten den Arbeitsluftspalt durchfließt und sichergestellt wird, daß der mindestens eine Permanentmagnet (d.h. der Permanentmagnet bzw. bei mehreren Permanentmagneten diese zusammen) in jeder Ankerposition magnetisch auf den Anker einwirkt. Ist mehr als ein Permanentmagnet vorgesehen, so ist es wieder möglich, daß alle Permanentmagnete auch untereinander in Reihe angeordnet sind oder daß einer oder mehrere dieser Permanentmagnete einzeln in Reihe mit der dem Anker und dem Arbeitsluftspalt in dem magnetischen Kreis angeordnet sind.It is advantageous if the proportion of the magnetic flux of the at least one permanent magnet flowing through the working air gap is at least 50%, better at least 60%, preferably at least 70%, more preferably 80%, even better at least 90% and most preferably at least 95%. is. In other words, each mesh of the entire magnetic circuit (ie, each self-contained portion of the entire magnetic circuit) that can magnetically short one or more of the permanent magnets with respect to the working air gap has a reluctance in each possible armature position. which is greater than the magnetic resistance of the (or ei ner) this or these permanent magnets and the working air gap containing mesh is. There is a series schalturig of armature, each of the permanent magnets and working air gap, so that always a large part of the total magnetic flux of the at least one permanent magnet flows through the working air gap and ensures that the at least one permanent magnet (ie, the permanent magnet or a plurality of permanent magnets together ) magnetically acts on the armature in each armature position. If more than one permanent magnet is provided, it is again possible that all the permanent magnets are also arranged in series with each other or that one or more of these permanent magnets are arranged individually in series with the armature and the working air gap in the magnetic circuit.

Es ist auch von Vorteil, wenn sich die von dem mindestens einen Permanentmagneten auf den Anker ausgeübte Kraft (d.h. die permanentmagnetische Gesamtkraft) bei der Bewegung des Ankers von seiner ersten in seine zweite Endstellung um nicht mehr als 60%, mehr bevorzugt um nicht mehr als 40% und am meisten bevorzugt um nicht mehr als 20% ändert.It is also advantageous if the of the at least one permanent magnet applied to the anchor Force (i.e., the total permanent magnetic force) during the movement the anchor from its first to its second end position to no more than 60%, more preferably not more than 40% and most preferred does not change by more than 20%.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist das elastische Mittel eine Feder auf, wobei die Feder vorteilhaft eine Schraubenfeder sein kann. Das elastische Mittel kann eine Zugkraft oder eine Druckkraft auf den Anker ausüben.In a preferred embodiment the elastic means comprises a spring, the spring being advantageous a coil spring can be. The elastic means can be a pulling force or exert a compressive force on the anchor.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Anschlag vorgesehen, an dem der Anker in seiner zweiten Endstellung anliegt. Dabei können der mindestens eine Permanentmagnet und das elastische Mittel je nach Anwendungsfall derart angepaßt sein, daß sich der Anker im stromlosen Zustand (d.h. bei fehlendem Spulenfeld) in seiner zweiten Endstellung befindet und mit einer vorbestimmten Kraft gegen den Anschlag gedrückt wird, oder derart, daß der Anker im stromlosen Zustand von dem Anschlag beabstandet ist. In letzterem Fall kann mit einem von Null ansteigenden Spulenstrom eine bidirektionale Positionsverstellung des Ankers vorgenommen werden.In a further advantageous embodiment, a stop is provided, where the armature abuts in its second end position. It can at least a permanent magnet and the elastic means depending on the application be adapted that yourself the armature in the de-energized state (i.e. located in its second end position and with a predetermined Force pressed against the stop is, or such that the anchor is spaced from the stop in the de-energized state. In the latter Case can with a zero rising coil current bidirectional position adjustment be made of the anchor.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist mindestens einer der Permanentmagnete (d.h. bei nur einem Permanentmagneten dieser Permanentmagnet bzw. bei mehreren Permanentmagneten einer, mehrere oder alle) ringförmig ausgebildet. Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn ein solcher ringförmiger Permanentmagnet die Spule ringförmig umschließt. Es ist auch vorteilhaft, wenn mindestens einer der Permanentmagnete scheibenförmig ist. Mindestens einer der Permanentmagnete kann innerhalb oder außerhalb der Spule angeordnet sein. Dabei kann bei mehreren Permanentmagneten auch ein Teil von ihnen innerhalb und der andere Teil außerhalb der Spule oder aber alle Permanentmagnete innerhalb oder alle außerhalb der Spule angeordnet sein. Für außerhalb der Spule angeordnete Permanentmagnete ist es bevorzugt, daß diese von der Spule beabstandet angeordnet sind. Das Verhältnis von Fläche zu Dicke ist bei Permanentmagneten ein entscheidendes Designmerkmal. Eine beabstandete An ordnung des mindestens einen Permanentmagneten außerhalb der Spule erlaubt die freie Anpassung dieses Verhältnisses. Der magnetische Widerstand des Kreises kann so frei eingestellt werden. Durch Verwendung flacher Magnete mit großer Fläche kann bei geringer Erhöhung des magnetischen Widerstandes eine hohe magnetische Energie in den Kreis eingebracht werden.In a preferred embodiment is at least one of the permanent magnets (i.e., with only one permanent magnet this permanent magnet or in the case of several permanent magnets, several or all) annular educated. It is particularly advantageous if such annular Permanent magnet, the coil ring encloses. It is also advantageous if at least one of the permanent magnets disc-shaped is. At least one of the permanent magnets can be inside or outside the coil can be arranged. It can with several permanent magnets also part of them inside and the other part outside the coil or all permanent magnets inside or outside all the coil can be arranged. For outside the coil arranged permanent magnets, it is preferred that these spaced from the coil are arranged. The ratio of area Thickness is a key design feature in permanent magnets. A spaced order of the at least one permanent magnet outside The coil allows the free adjustment of this ratio. The magnetic resistance of the circuit can be adjusted freely become. By using flat magnets with a large area can be at low increase of Magnetic resistance high magnetic energy in the circle be introduced.

Es können auch in vorteilhafter Weise zwei oder mehr Permanentmagnete vorgesehen sein, die in geeigneter Weise angeordnet sind, um die obigen Wirkungen zu erreichen. Dabei können die Permanentmagnete gleich oder im Rahmen der hierin beschriebenen Möglichkeiten unterschiedlich ausgestaltet sein.It can also advantageously provided two or more permanent magnets which are suitably arranged to have the above effects to reach. It can the permanent magnets are the same or as described herein options be designed differently.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist der mindestens eine Permanentmagnet in Berührung mit einem ersten magnetischen Rückschlußelement und in Berührung mit einem zweiten magnetischen Rückschlußelement angeordnet. Das zweite magnetische Rückschlußelement weist dabei einen abgewinkelten Abschnitt auf, dessen einer Schenkel von der Spule weg verläuft. Auf diese Weise kann der mindestens eine Permanentmagnet in einfacher Weise beabstandet von der Spule angeordnet werden. Es ist insbesondere vorteilhaft, wenn der abgewinkelte Abschnitt austauschbar ist, so daß nur dieser gewechselt werden muß, wenn ein anders dimensionierter Permanentmagnet zum Einsatz kommen soll.In a further advantageous embodiment, the at least one Permanent magnet in contact with a first magnetic yoke element and in touch with a second magnetic yoke element arranged. The second magnetic yoke element has an angled Section on which one leg extends away from the coil. On This way, the at least one permanent magnet in easier Way spaced from the coil can be arranged. It is special advantageous if the angled portion is interchangeable, so that only this must be changed if a differently dimensioned permanent magnet is used should.

Der Anker kann zumindest teilweise in der Spule oder aber außerhalb der Spule angeordnet sein.Of the Anchor can be at least partially in the coil or outside the coil can be arranged.

Es ist von Vorteil, wenn der magnetische Kreis als Rückschlußelemente nur Elemente mit maximal einer Krümmungsebene auf weist. Der Eisenrückschluß besteht demnach in kostengünstiger Weise aus einfachen Bauteilen, wie etwa Blechstanz- und/oder -biegeteilen. Ferner ist es vorteilhaft, wenn mindestens einer der Permanentmagnete über plane Feldaustrittsflächen in den magnetischen Kreis eingekoppelt ist.It is an advantage if the magnetic circuit as yoke elements only elements with a maximum of one curvature plane has. The iron conclusion exists therefore cheaper Way of simple components, such as sheet metal stamping and / or bending parts. Furthermore, it is advantageous if at least one of the permanent magnets on plane field exit surfaces in the magnetic circuit is coupled.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels, das in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert.The The invention will be described below with reference to an embodiment shown in the Drawing is shown, closer explained.

1 zeigt einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Magnetantrieb. 1 shows a longitudinal section through a magnetic drive according to the invention.

Der in 1 dargestellte Proportionalmagnetantrieb 1 ist ein elektromagnetischer Linearantrieb. Er weist einen Anker 2 auf, der im Inneren einer Magnetspule 3 angeordnet ist, wobei die Längsachsen von Spule 3 und Anker 2 zusammenfallen. Der Anker 2 kann in Längsrichtung hin- und herbewegt werden. An seinem in 1 rechten Ende weist der Anker 2 einen kegelstumpfförmigen Abschnitt 4 auf. Von diesem geht ein stabförmiges Element 5 aus, das aus der Spule 3 vorsteht und zur Übertragung der Ankerbewegung auf außerhalb der Spule 3 angeordnete Elemente dient. So könnte beispielsweise ein Ventilteller am Ende des stabförmigen Elementes 5 angeordnet sein. An dem in 1 rechten Ende der Spule 3 ist innerhalb der Spule 3 ein Element 6 aus einem magnetisch leitendem Material vorgesehen, das eine Bohrung 7 aufweist. Der Durchmesser der Bohrung 7 verjüngt sich ausgehend von dem dem Anker 2 zugewandten Ende des Elementes 6 über einen bestimmten Längsabschnitt des Elementes 6 auf einen kleineren Durchmesser. Auf diese Weise weist das Element 6 auf der dem Anker 2 zugewandten Seite eine Schrägfläche 8 auf, die der Form des kegelstumpfförmigen Ab schnittes 4 des Ankers 2 angepaßt ist, und bildet so einen Anschlag für den Anker 2. Zwischen dem kegelstumpfförmigen Abschnitt 4 des Ankers 2 und dem Anschlagelement 6 ist dadurch ein konusförmiger Arbeitsluftspalt 9 ausgebildet.The in 1 Proportional magnetic drive shown 1 is an electromagnetic linear actuator. He has an anchor 2 on that inside a magnetic coil 3 is arranged, with the longitudinal axes of coil 3 and anchor 2 coincide. The anchor 2 Can be moved back and forth in the longitudinal direction. At his in 1 right end points the anchor 2 a frusto-conical section 4 on. From this goes a rod-shaped element 5 out of the coil 3 protrudes and to transfer the armature movement outside of the coil 3 arranged elements is used. For example, a valve plate at the end of the rod-shaped element 5 be arranged. At the in 1 right end of the coil 3 is inside the coil 3 an element 6 provided of a magnetically conductive material having a bore 7 having. The diameter of the hole 7 tapers off from the anchor 2 facing the end of the element 6 over a certain longitudinal section of the element 6 on a smaller diameter. In this way, the element points 6 on the anchor 2 facing side an inclined surface 8th on, the shape of the frustoconical From section 4 of the anchor 2 is adapted, and thus forms a stop for the anchor 2 , Between the frusto-conical section 4 of the anchor 2 and the stopper element 6 is thereby a cone-shaped working air gap 9 educated.

In der Bohrung 7 des Anschlagelementes 6 ist eine Schraubenfeder angeordnet, die sich mit ihrem einen Ende an einem vorspringenden Rand 11, der an dem dem Anker 2 abgewandten Ende des Anschlagelementes 6 in der Bohrung 7 vorgesehen ist, und mit ihrem anderen Ende an dem kegelstumpfförmigen Abschnitt 4 des Ankers 2 abstützt. Sie übt eine Druckkraft auf den Anker 2 aus, die von dem Anschlagelement 6 weg gerichtet ist.In the hole 7 the stop element 6 a helical spring is arranged, which extends with its one end to a projecting edge 11 that at the anchor 2 opposite end of the stop element 6 in the hole 7 is provided, and with its other end to the frusto-conical portion 4 of the anchor 2 supported. She exerts a compressive force on the anchor 2 from that of the stop element 6 is directed away.

Außerhalb der Spule 3 sind eine Anzahl magnetisch leitender Rückschlußelemente 12 bis 17 angeordnet, die beispielsweise aus einfachem Stahlblech bestehen können und von denen jeweils eines auf gegenüberliegenden Seiten des Antriebs vorgesehen ist. Die Rückschlußelemente 12 sind von dem Anker 2 nur durch einen von der Ankerposition unabhängigen Zwangsluftspalt 18 getrennt und erstrecken sich entlang der in 1 linken Stirnfläche der Spule 3 von dem Zwangsluftspalt 18 senkrecht nach außen. An dem vom Anker 2 entfernten Ende der Rückschlußelemente 12 sind jeweils in Anlage an diese Rückschlußelemente 13 vorgesehen, die auf der Außenseite der Spule 3 parallel zur Längsachse der Spule 3 verlaufen. Die Rückschlußelemente 12 und 13 können dabei auch in vorteilhafter Weise einstückig ausgebildet sein. In ähnlicher Weise sind am in 1 rechten Ende der Spule 3 Rückschlußelemente 14 und 15 vorgesehen. Die Rückschlußelemente 14 erstrecken sich jeweils von der Längsachse der Spule 3 nach außen und verlaufen entlang der in 1 rechten Stirnfläche der Spule 3. Auch die Rückschlußelemente 14 und 15 können in vorteilhafter Weise einstückig ausgebildet sein. Sie befinden sich jeweils an einem Ende in Kontakt mit dem Anschlagelement 6 und an dem anderen Ende mit dem entsprechenden Rückschlußelement 15. Die Rückschlußelemente 15 verlaufen auf der Außenseite der Spule 3 parallel zur Längsachse der Spule 3. Die Rückschlußelemente 13 und 15 sind so dimensioniert, daß zwischen ihren einander zugewandten Enden eine Lücke 19 besteht. Die Rückschlußelemente 12 und 13 bzw. 14 und 15 können auch jeweils vorteilhaft einstückig als eine einziges L-förmiges Rückschlußelement ausgebildet sein.Outside the coil 3 are a number of magnetically conductive yoke elements 12 to 17 arranged, which may for example consist of plain steel and each of which is provided on opposite sides of the drive. The inference elements 12 are from the anchor 2 only by an independent of the anchor position forced air gap 18 separated and extend along in 1 left end face of the coil 3 from the forced air gap 18 perpendicular to the outside. At the anchor 2 remote end of the yoke elements 12 are each in contact with these yoke elements 13 provided on the outside of the coil 3 parallel to the longitudinal axis of the coil 3 run. The inference elements 12 and 13 can also be integrally formed in an advantageous manner. Similarly, at the in 1 right end of the coil 3 Yoke elements 14 and 15 intended. The inference elements 14 each extend from the longitudinal axis of the coil 3 to the outside and run along the in 1 right end face of the coil 3 , Also the yoke elements 14 and 15 can be advantageously formed in one piece. They are each in contact with the stop element at one end 6 and at the other end with the corresponding yoke element 15 , The inference elements 15 run on the outside of the coil 3 parallel to the longitudinal axis of the coil 3 , The inference elements 13 and 15 are dimensioned so that between their facing ends a gap 19 consists. The inference elements 12 and 13 respectively. 14 and 15 can also be advantageously integrally formed as a single L-shaped yoke element.

Außerhalb der Spule 3 sind zwei scheibenförmige Permanentmagnete 20 angeordnet, die sich an einer Seite in Anlage an dem jeweiligen Rückschlußelement 15 und auf einer gegenüberliegenden Seite in Anlage an einem jeweiligen Rückschlußelement 17 befinden. Die Rückschlußelemente 17 bilden zusammen mit dem jeweiligen Rückschlußelement 16 abgewinkelte Rückschlußelemente 21. Der durch das Rückschlußelement 16 gebildete Schenkel der abgewinkelten Rückschlußelemente 21 befindet sich in Anlage an dem jeweiligen Rückschlußelement 13 und verläuft von diesem nach außen. Durch das Vorsehen der abgewinkelten Rückschlußelemente 21 können in einfacher Weise Permanentmagnete unterschiedlicher Abmessungen eingesetzt werden. So könnten die abgewinkelten Rückschlußelemente 21 austauschbar ausgebildet sein, so daß bei einem Permanentmagneten anderer Größe nur diese Elemente modifiziert werden müssen, nicht aber der gesamte Aufbau. Es ist aber auch möglich, für die abgewinkelten Rückschlußelemente 21 eine gewisse Elastizität vorzusehen, und auf diese Weise den Einsatz unterschiedlich dimensionierter Permanentmagnete zu ermöglichen. So kann das Verhält nis der Dicke des Permanentmagneten in die Magnetisierungsrichtung zu seinem Durchmesser optimal gewählt werden, um mit möglichst wenig magnetischem Material möglichst viel magnetische Energie in den magnetischen Kreis einzubringen und gleichzeitig eine möglichst geringe Erhöhung des magnetischen Widerstandes zu erreichen.Outside the coil 3 are two disc-shaped permanent magnets 20 arranged on one side in contact with the respective yoke element 15 and on an opposite side in abutment with a respective yoke element 17 are located. The inference elements 17 form together with the respective yoke element 16 angled yoke elements 21 , The through the yoke element 16 formed legs of the angled yoke elements 21 is in contact with the respective yoke element 13 and runs from this outward. By providing the angled yoke elements 21 can be used in a simple way permanent magnets of different dimensions. So could the angled yoke elements 21 be formed exchangeable, so that in a permanent magnet other sizes only these elements must be modified, but not the entire structure. But it is also possible for the angled yoke elements 21 to provide a certain elasticity, and in this way to allow the use of different sized permanent magnets. Thus, the ratio of the thickness of the permanent magnet in the direction of magnetization can be optimally chosen to its diameter to bring as much magnetic energy into the magnetic circuit with as little magnetic material and at the same time to achieve the smallest possible increase in the magnetic resistance.

Die Rückschlußelemente 12 bis 17 und 21 und die Permanentmagnete 20 können auch jeweils einstückig ringförmig ausgebildet sein, also die Spule 3 bzw. den Anker 2 umschließen. Es ist auch möglich, daß von einem oder mehreren dieser Bauteile nur eines oder aber mehr als zwei vorgesehen sind. Außerdem können eines oder mehrere dieser Bauteile als kreisabschnittförmig gekrümmte Bauteile vorgesehen sein. So können solche Rückschlußelemente beispielsweise mit nur einem Permanentmagneten nur auf einer Seite der Spule 3 vorgesehen sein. Außerdem ist es möglich, mehr als zwei Sätze von Rückschlußelementen und mehr als zwei Permanentmagnete vorzusehen.The inference elements 12 to 17 and 21 and the permanent magnets 20 can also each be integrally formed annular, so the coil 3 or the anchor 2 enclose. It is also possible that only one or more than two of one or more of these components are provided. In addition, one or more of these components may be provided as a circular segment curved components. Thus, such yoke elements, for example, with only one permanent magnet only on one side of the coil 3 be provided. Besides, it is possible to have more than two sets of To provide return elements and more than two permanent magnets.

Die Permanentmagnete 20 erzeugen jeweils einen in sich geschlossenen magnetischen Fluß 22, der durch den jeweiligen Permanentmagnet 20, die jeweiligen Rückschlußelemente 15 und 14, das Anschlagelement 6, den Arbeitsluftspalt 9, den Anker 2, den Zwangsluftspalt 18, die jeweiligen Rückschlußelemente 12 und 13 und das jeweilige abgewinkelte Rückschlußelement 21 verläuft. Da das Durchströmen eines Luftspaltes energetisch ungünstig ist, wird durch die Permanentmagnete 20 eine Kraft auf den Anker 2 ausgeübt, die der Kraft der Schraubenfeder 10 entgegengerichtet ist. Während die Schraubenfeder 10 den Anker 2 also aus seiner in 1 rechten Endstellung in Richtung der linken Endstellung (nicht dargestellt) drückt, versuchen die Permanentmagnete 20, den Anker 2 in die rechte Endstellung zu bewegen. Die Permanentmagnete 20 und die Schraubenfeder 10 sind in der Weise aneinander angepaßt, daß die Kraftwirkung der Schraubenfeder 10 durch die Kraftwirkung der Permanentmagnete 20 teilweise kompensiert wird. Dadurch wird der Anker 2 im stromlosen Zustand der Spule 3 in eine Zwischenposition bewegt und dort gehalten.The permanent magnets 20 each generate a self-contained magnetic flux 22 by the respective permanent magnet 20 , the respective yoke elements 15 and 14 , the stop element 6 , the working air gap 9 , the anchor 2 , the forced air gap 18 , the respective yoke elements 12 and 13 and the respective angled yoke element 21 runs. Since the flow through an air gap is energetically unfavorable, is caused by the permanent magnets 20 a force on the anchor 2 exerted the force of the coil spring 10 is opposite. While the coil spring 10 the anchor 2 so from his in 1 right end position in the direction of the left end position (not shown) presses, try the permanent magnets 20 , the anchor 2 to move to the right end position. The permanent magnets 20 and the coil spring 10 are adapted to each other in such a way that the force of the coil spring 10 by the force effect of the permanent magnets 20 partially compensated. This will be the anchor 2 in the currentless state of the coil 3 moved to an intermediate position and held there.

Erfindungsgemäß ist der Magnetantrieb so aufgebaut, daß im wesentlichen der gesamte magnetische Fluß der Permanentmagnete 20 unabhängig von der Position des Ankers 2 den gezeigten Verlauf aufweist, und somit die Permanentmagnete 20 in jeder Position des Ankers 2 eine große Kraft auf den Anker 2 ausüben. Dazu sind in diesem Ausführungsbeispiel die Lücken 19 zwischen den Rückschlußelementen 13 und 15 so gewählt, daß sie sehr viel größer als die maximale Breite des Arbeitsluftspaltes 9 sind. Die Reluktanz von Luftspalten nimmt mit ihrer Breite stark zu. Würde die Breite der Lücken 19 vergleichbar mit der Breite des Arbeitsluftspaltes 9 oder kleiner als diese sein, würde die Reluktanz der Lücken 19 unter die des Arbeitsluftspaltes 9 absinken. Dann würde zumindest ein wesentlicher Teil des magnetischen Flusses der Permanentmagnete 20 entlang des in 1 gestrichelt dargestellten Weges 23 durch die Permanentmagnete 20, die Rückschlußelemente 15, die Lücken 19, die Rückschlußelemente 13 und die abgewinkelten Rückschlußelemente 21 verlaufen. Die Permanentmagnete 20 würden in Bezug auf den Arbeitsluftspalt 9 zumindest teilweise kurzgeschlossen und im Extremfall hinsichtlich einer Kraftwirkung auf den Anker 2 wirkungslos werden.According to the invention, the magnetic drive is constructed so that substantially the entire magnetic flux of the permanent magnets 20 regardless of the position of the anchor 2 having the course shown, and thus the permanent magnets 20 in every position of the anchor 2 a great force on the anchor 2 exercise. These are the gaps in this embodiment 19 between the yoke elements 13 and 15 chosen so that they are much larger than the maximum width of the working air gap 9 are. The reluctance of air gaps increases sharply with their width. Would the breadth of the gaps 19 comparable to the width of the working air gap 9 or less than this would be the reluctance of the gaps 19 below the working air gap 9 fall. Then at least a substantial part of the magnetic flux would be the permanent magnets 20 along the in 1 dashed way shown 23 through the permanent magnets 20 , the inference elements 15 , the gaps 19 , the inference elements 13 and the angled yoke elements 21 run. The permanent magnets 20 would be in relation to the working air gap 9 at least partially short-circuited and in extreme cases with regard to a force acting on the armature 2 become ineffective.

Wird die Spule 3 von einem elektrischen Strom durchflossen, erzeugt sie ein Magnetfeld, dessen magnetischer Fluß genau wie der magnetische Fluß der Permanentmagnete 20 die Permanentmagnete 20, die Rückschlußelemente 15 und 14, das Anschlagelement 6, den Arbeitsluftspalt 9, den Anker 2, den Zwangsluftspalt 18, die Rückschlußelemente 12 und 13 und die abgewinkelten Rückschlußelemente 21 durchläuft. Je nach Stromrichtung wird ein magnetischer Fluß erzeugt, der dem magnetischen Fluß der Permanentmagnete 20 gleich- oder entgegengerichtet ist. Die beiden magnetischen Flüsse addieren sich, und es wird ein magnetischer Gesamtfluß erzeugt, der höher oder niedriger als der magnetische Fluß der Permanentmagnete 20 ist. Auf diese Weise wird die in 1 nach rechts wirkende Magnetkraft relativ zu dem stromlosen Zustand erhöht oder erniedrigt, wobei das Ausmaß der Änderung von der Stromstärke abhängt. Die Position des Ankers 2 kann so mit einem geringen Spulenstrom ausgehend von der stromlos stabilen Lage verändert werden.Will the coil 3 By flowing through an electric current, it generates a magnetic field whose magnetic flux as well as the magnetic flux of the permanent magnets 20 the permanent magnets 20 , the inference elements 15 and 14 , the stop element 6 , the working air gap 9 , the anchor 2 , the forced air gap 18 , the inference elements 12 and 13 and the angled yoke elements 21 passes. Depending on the current direction, a magnetic flux is generated which corresponds to the magnetic flux of the permanent magnets 20 is equal or opposite. The two magnetic fluxes add up and a total magnetic flux is generated which is higher or lower than the magnetic flux of the permanent magnets 20 is. In this way, the in 1 increases or decreases to the right-acting magnetic force relative to the de-energized state, the extent of the change depending on the current strength. The position of the anchor 2 can be changed so with a small coil current starting from the currentless stable position.

Die Spule 3 und die Permanentmagnete 20 erzeugen eine magnetische Flußdichte, die eine Magnetkraft bewirkt. Ohne Permanentmagnete würde die Magnetkraft im stromlosen Zustand Null betragen. Durch die Permanentmagnete 20 kann der stromlose Arbeitspunkt in einen Bereich verschoben werden, in dem die Änderung der Magnetkraft mit der magnetischen Flußdichte maximal ist, also bevorzugt in einen Bereich um den Wendepunkt der Magnetkraftkennlinie (z.B. die Kennlinie, in der die Magnetkraft gegen den Strom aufgetragen wird). Auf diese Weise wird nicht nur erreicht, daß vom stromlosen Zustand ausgehend mit geringen Spulenströmen eine bidirektionale Bewegung des Ankers 2 möglich ist, sondern auch, daß die Regeldynamik maximiert wird.The sink 3 and the permanent magnets 20 generate a magnetic flux density that causes a magnetic force. Without permanent magnets, the magnetic force would be zero in the de-energized state. Through the permanent magnets 20 For example, the currentless operating point can be shifted to a range in which the change of the magnetic force with the magnetic flux density is maximum, that is, in a range around the inflection point of the magnetic force characteristic (eg, the characteristic in which the magnetic force is applied against the current). In this way it is not only achieved that, starting from the currentless state with low coil currents, a bidirectional movement of the armature 2 is possible, but also that the control dynamics is maximized.

Claims

Magnetic drive with - a movable between a first end position and a second end position anchor ( 2 ), - an elastic means ( 10 ), which is a force on the anchor ( 2 ), which acts in the direction of the second end position, - at least one permanent magnet ( 20 ) which is arranged so that it is in each position of the armature ( 2 ) between the first and the second end position magnetically a force on the armature ( 2 ) which acts in the direction of the first end position and the force of the elastic means ( 10 ) at least partially compensated, - a coil ( 3 ) for generating a magnetic field which is a force on the armature ( 2 ) and its strength can be varied within a range corresponding to a movement of the armature ( 2 ) between the first and the second end position, wherein the armature ( 2 ) within the coil ( 3 ) is arranged, - a magnetic circuit, the armature ( 2 ), the at least one permanent magnet ( 20 ) and a cone-shaped working air gap ( 9 ) whose width by the movement of the armature ( 2 ), wherein each of the permanent magnets ( 20 ) in the manner in series with the coil ( 3 ), the anchor ( 2 ) and the working air gap ( 9 ) is arranged in the magnetic circuit, that in each anchor position, the entire magnetic flux ( 22 ) of the at least one Permanentmag Neten ( 20 ), the working air gap ( 9 ) flows through, also the coil ( 3 ) flows through.

Magnetic drive according to claim 1, characterized in that the at least one permanent magnet ( 20 ) is selected so that the remaining after energization magnetic flux density (B field) in the working air gap, de-energized and with the armature in the second end position, at most by 5%.

Magnetic drive according to one of the preceding claims, characterized in that that of the at least one permanent magnet ( 20 ) on the anchor ( 2 ) applied force in the movement of the armature ( 2 ) changes from its first to its second end position by no more than 60%.

Magnetic drive according to claim 3, characterized in that that of the at least one permanent magnet ( 20 ) on the anchor ( 2 ) applied force in the movement of the armature ( 2 ) changes from its first to its second end position by no more than 40%.

Magnetic drive according to claim 4, characterized in that that of the at least one permanent magnet ( 20 ) on the anchor ( 2 ) applied force in the movement of the armature ( 2 ) changes from its first to its second end position by no more than 20%.

Magnetic drive according to one of the preceding claims, characterized in that the elastic means ( 10 ) has a spring.

Magnetic drive according to one of the preceding claims, characterized in that the elastic means ( 10 ) a tensile force or a compressive force on the armature ( 2 ) exercises.

Magnetic drive according to one of the preceding claims, characterized in that a stop is provided on which the armature ( 2 ) abuts in its second end position.

Magnetic drive according to claim 8, characterized in that the at least one permanent magnet ( 20 ) and the elastic means ( 10 ) are adapted so that the armature ( 2 ) is in the absence of coil field in its second end position and is pressed with a predetermined force against the stop.

Magnetic drive according to claim 8, characterized in that the at least one permanent magnet ( 20 ) and the elastic means ( 10 ) are adapted such that the armature ( 2 ) is spaced from the stop in the absence of coil field.

Magnetic drive according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one permanent magnet ( 20 ) is designed so that the operating point is shifted in the de-energized state in a range of +/- 10% of the inflection point of the magnetic force characteristic.

Magnetic drive according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the permanent magnets ( 20 ) is annular.

Magnetic drive according to claim 12, characterized in that at least one of the permanent magnets ( 20 ) the sink ( 3 ) encloses annularly.

Magnetic drive according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the permanent magnets ( 20 ) is disc-shaped.

Magnetic drive according to one of the preceding claims, characterized in that at least two permanent magnets ( 20 ) are provided.

Magnetic drive according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the permanent magnets ( 20 ) within the coil ( 3 ) is arranged.

Magnetic drive according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the permanent magnets ( 20 ) outside the coil ( 3 ) is arranged.

Magnetic drive according to claim 17, characterized in that at least one of the permanent magnet ( 20 ) from the coil ( 3 ) is arranged at a distance.

Magnetic drive according to claim 17 or 18, characterized in that at least one of the permanent magnets ( 20 ) in contact with a first magnetic return element ( 14 . 15 ) and in contact with a second magnetic return element ( 12 . 13 . 21 ), wherein the second magnetic return element ( 12 . 13 . 21 ) an angled section ( 21 ), one leg of which ( 16 ) from the coil ( 3 ) runs away.

Magnetic drive according to claim 19, characterized in that the angled section ( 21 ) is interchangeable.

Magnetic drive according to one of the preceding claims, characterized in that the has magnetic circuit as yoke elements only elements with a maximum of one curvature plane.

Magnetic drive according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the permanent magnets ( 20 ) is coupled via plane field exit surfaces in the magnetic circuit.