DE19632803A1

DE19632803A1 - Doppelankerelektromagnet

Info

Publication number: DE19632803A1
Application number: DE19632803A
Authority: DE
Inventors: Howard N Cannon; Mark F Sommars
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 1995-08-14
Filing date: 1996-08-14
Publication date: 1997-02-20
Also published as: JPH09120915A; GB2304461B; GB9613924D0; US5717372A; JP3625584B2; GB2304461A

Description

Technisches Gebiet

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf einen Elektro magneten und insbesondere auf einen Elektromagneten, der ein Paar von Ankern aufweist, die ansprechend auf die Er regung einer einzigen Spule betätigbar sind.

Technischer Hintergrund

Das US-Patent Nr. 5,353,991, ausgegeben an Nagel und an dere, offenbart eine elektromagnetbetätigte Ventilanord nung, die einen ersten Anker besitzt, der ansprechend darauf arbeitet, daß eine Spule mit einem positiven Strom erregt wird, und einen zweiten Anker, der darauf anspre chend arbeitet, daß die Spule mit einem negativen Strom erregt wird.

Das US-Patent Nr. 4,760,694, ausgegeben an Gillion, of fenbart einen Elektromagneten, der Doppelteleskopanker aufweist, und zwar einen inneren Anker und einen äußeren Anker. Ansprechend auf einen niedrigen Strom, arbeitet der innere Anker, wobei er eine innere Feder zusammendrückt. Ansprechend auf einen hohen Strom, arbeitet der innere Anker, wobei er die innere Feder zusammendrückt und der äußere Anker arbeitet, wobei er eine äußere Feder zusam mendrückt, was zur Folge hat, daß sich die inneren und äußeren Anker in einer Tandemanordnung bewegen.

Offenbarung der Erfindung

Gemäß eines Anspekts der vorliegenden Erfindung weist ein Elektromagnet eine einzige Windungsspule, einen unbeweg lichen Stator und entgegengesetzte erste und zweite Anker auf. Eine Treiberschaltung erregt die Spule, um zu bewir ken, daß sich die ersten und zweiten Anker gleichzeitig aufeinander zu bewegen, und zwar aus den jeweiligen er sten Positionen in die jeweiligen zweiten Positionen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung sei auf die Begleitzeichnungen Bezug genommen, in denen die Figuren folgendes darstellen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines ersten Ausführungs beispiels eines Elektromagneten;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht eines zweiten Ausfüh rungsbeispiels eines Elektromagneten; und

Fig. 3 eine Explosions-Querschnittsansicht des ersten Ausführungsbeispiels des Elektromagneten.

Bester Weg zur Ausführung der Erfindung

Mit Bezug auf die Zeichnungen, in denen ein erstes Aus führungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt ist, veranschaulicht Fig. 1 einen Elektromagneten 100. Der Elektromagnet 100 weist einen Stator 105 auf, der eine Spule von Windungen 110 aufnimmt. Vorzugsweise ist der Stator 105 an einem unbeweglichen Objekt befestigt. Der Elektromagnet 100 weist erste und zweite Anker 115, 120 auf, die einen Luftspalt 125 dazwischen definieren. Die ersten und zweiten Anker 115, 120 definieren zusätzlich einen Hohlraum 130, der eine Rückstellfeder 135 aufnimmt.

Der Elektromagnet 100 kann verwendet werden, um eine Hy draulikventilanordnung zu betätigen. Beispielsweise kann der erste Anker 115 an einem Hydraulikventil A befestigt sein, und der zweite Anker 120 kann an einem Hydraulik ventil B befestigt sein. Die Hydraulikventile A und B können beispielsweise Teil einer Brennstoffeinsprit zvorrichtung sein.

Mittel 140 sind vorgesehen, um die Spule 110 zu erregen, um ein Magnetfeld zu erzeugen, welches bewirkt, daß die ersten und zweiten Anker 115, 120 sich gleichzeitig zu einander bewegen, und zwar aus den jeweiligen ersten Po sitionen in die jeweiligen zweiten Positionen. Bei spielsweise wird ansprechend darauf, daß ein elektrischer Strom an die Spule 110 angelegt wird, ein Magnetfeld durch den Stator 115 und die ersten und zweiten Anker 115, 120 erzeugt. (Das Magnetfeld ist durch die gepunk teten Linien gezeigt. Da die Anker 115, 120 symmetrisch sind, erzeugt das Magnetfeld eine Zugkraft im Luftspalt 125 in gleichen und entgegengesetzten Richtungen. Somit bewegen sich die ersten und zweiten Anker 115, 120 gleichzeitig mit gleicher Geschwindigkeit ansprechend auf eine erregte Spule 110. Wenn die Spule 110 entregt wird, spannt die Rückstellfeder die ersten und zweiten Anker 115, 120 in die jeweiligen ersten Positionen vor. Es sei bemerkt, daß die Erregungsmittel 140 irgendeine Anzahl von wohlbekannten Treiberschaltungen aufweisen können.

Bei gewissen Anwendungen, beispielsweise bei einer Brenn stoffeinspritzvorrichtungsanwendung, können Mittel 145 vorgesehen werden, um den ersten Anker 115 in die zweite Position einzurasten bzw. zu verriegeln (sobald er in der zweiten Position positioniert ist). Mittel 145 können wohlbekannte hydraulische, magnetische oder mechanische Vorrichtungen aufweisen, die den ersten Anker 115 in der zweiten Position einrasten können. Durch Einrasten des ersten Ankers 115 in der zweiten Position können Lei stungscharakteristiken des Elektromagneten 100 folgen. Diese Leistungscharakteristiken werden unten besprochen.

Es sei nun auf Fig. 2 Bezug genommen, welche ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie gezeigt, ist die Geometrie des ersten Ankers 115 nicht gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel verändert. Je doch hat sich die Geometrie des zweiten Ankers 120 gegen über dem ersten Ausführungsbeispiel verändert. Beispiels weise definiert der zweite Anker 120 ein Polstück 205 mit einem größeren Oberflächengebiet als das Polstück 210 des ersten Ankers 115. Folglich wird eine größere Magnetkraft auf den zweiten Anker 120 wirken als auf den ersten Anker 115. Dies kann zu Anwendungen nützlich sein, wo es erfor derlich ist, daß der zweite Anker 120 mit größeren Ge schwindigkeiten als der erste Anker 115 arbeitet.

Somit wird es, während die vorliegende Erfindung insbe sondere mit Bezug auf die bevorzugten Ausführungsbei spiele oben gezeigt und beschrieben worden ist, für den Fachmann verständlich sein, daß verschiedene zusätzliche Ausführungsbeispiele in Betracht gezogen werden können ohne vom Geiste und Umfang der vorliegenden Erfindung ab zuweichen.

Industrielle Anwendbarkeit

Der Betrieb der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben, um die Merkmale und Vorteile zu veranschaulichen, die mit der vorliegenden Erfindung as soziiert sind. In diesem Beispiel ist die erwünschte An wendung für den Elektromagneten 100 seine Verwendung in einer Brennstoffeinspritzvorrichtung. Hier wird, da es beabsichtigt ist, daß der erste Anker 115 in der zweiten Position eingerastet bzw. verriegelt ist, der Elektroma gnet in sequentieller bzw. aufeinanderfolgender Art und Weise betrieben, und zwar im Gegensatz zu einer simulta nen bzw. gleichenzeitigen Art und Weise.

Im Betrieb, wenn die Spule 135 erregt wird, werden die ersten und zweiten Anker 115, 120 gleichzeitig zueinander hingezogen. Beispielsweise bewegt sich der erste Anker 115 aus einer ersten Position (A1) in eine zweite Posi tion (A2), was bewirkt, daß das Ventil A eine Funktion der Einspritzvorrichtung ausführt. Ansprechend darauf, daß der erste Anker 115 in der zweiten Position (A2) ist, rastet der Rastmechanismus 145 den ersten Anker 115 in der zweiten Position (A2) ein. Inzwischen bewegt sich der zweite Anker 120 aus der ersten Position (B1) in die zweite Position (B2). Ansprechend darauf, daß die Spule 135 entregt wird, spannt die Rückstellfeder den zweiten Anker 120 in die erste Position vor (der erste Anker 115 bleibt in der zweiten Position (A2) eingerastet bzw. ver riegelt). Folglich wurde der effektive Luftspalt im Ver gleich zum Anfangsluftspalt verkleinert, und zwar weil der erste Anker 115 in der zweiten Position (A2) eingera stet ist (der effektive Luftspalt ist der Abstand zwi schen den Positionen A2 und B1). Daher erfordern aufein anderfolgende Betätigungen des zweiten Ankers 120 weniger Energie und treten mit einer schnelleren Rate bzw. größe ren Geschwindigkeit auf Grund des verringerten Luftspal tes auf. Somit kann in einer Brennstoffeinspritzvorrich tungsanwendung der zweite Anker 120 verwendet werden, um Brennstoffeinspritzungen von hoher Geschwindigkeit und kurzer Dauer zu erzeugen. Dies wird ein sequentieller bzw. aufeinanderfolgender Betrieb genannt, da der erste Anker 115 nach der anfänglichen Erregung der Spule 110 eingerastet ist, wodurch der Luftspalt 125 verringert wird, welches schnellere Betätigungen des zweiten Ankers 120 vorsieht. Bei einem simultanen bzw. gleichzeitigen Betrieb bewegen sich die ersten und zweiten Anker 115, 120 bei jeder Erregung der Spule 110 gleichzeitig.

Andere Aspekte, Ziele und Vorteile der vorliegenden Er findung können aus einem Studium der Zeichnungen, der Of fenbarung und der beigefügten Ansprüche erhalten werden.

Zusammenfassend kann man folgendes sagen:

Ein Elektromagnet, der eine einzelne Windungsspule, einen unbeweglichen Stator und entgegengesetzte erste und zwei te Anker aufweist, die dazwischen einen Luftspalt defi nieren, ist vorgesehen. Eine Treiberschaltung erregt die Spule, um zu bewirken, daß sich die ersten und zweiten Anker zueinander hin bewegen, und zwar aus den jeweiligen ersten Positionen in die jeweiligen zweiten Positionen.

Claims

1. Elektromagnet, der folgendes aufweist:
eine einzelne Windungsspule;
einen unbeweglichen Stator;
entgegengesetzte erste und zweite Anker, die einen Luftspalt dazwischen definieren; und
Mittel zum Erregen der Spule, um zu bewirken, daß sich die ersten und zweiten Anker gleichzeitig zueinander hin bewegen, und zwar aus den jeweiligen ersten Positio nen in die jeweiligen zweiten Positionen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, welche Mittel zum Ein rasten bzw. Verriegeln des ersten Ankers in der zweiten Position aufweisen, um den Luftspalt für darauffolgende Betätigungen des zweiten Ankers zu verringern.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, welche eine Fe der aufweist, um den zweiten Anker in die erste Position vorzuspannen, und zwar ansprechend darauf, daß die Spule entregt wird, und zum Vorspannen des ersten Ankers um die erste Position ansprechend darauf, daß der erste Anker ausgerastet bzw. entriegelt wird und die Spule entregt wird.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 1, wobei das Polstück des zweiten Ankers ein größeres Oberflächengebiet besitzt als das Polstück des zweiten Ankers.

5. Verfahren zum Betrieb eines Elektromagneten, wobei der Elektromagnet folgendes aufweist:
eine einzige Windungsspule;
einen unbeweglichen Stator; und
entgegengesetzte erste und zweite Anker, die einen Luftspalt dazwischen definieren; wobei das Verfahren fol gende Schritte aufweist:
Erregen der Spule, um zu bewirken, daß sich die er sten und zweiten Anker gleichzeitig aufeinander zu bewe gen, und zwar aus den jeweiligen ersten Positionen in die jeweiligen zweiten Positionen;
Einrasten bzw. Verriegeln des ersten Ankers in der zweiten Position; und danach,
Erregen und Entregen der Spule, um zu bewirken, daß sich der zweite Anker wiederholt aus der ersten Position in die zweite Position bewegt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, welches den Schritt auf weist, den zweiten Anker in die erste Position vorzuspan nen, und zwar ansprechend darauf, daß die Spule entregt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, welches den Schritt aufweist, den ersten Anker in die erste Position vorzuspannen, und zwar ansprechend darauf, daß der ersten Anker ausgerastet bzw. entriegelt wird, und daß die Spule entregt wird.