DE3241521A1

DE3241521A1 - Proportional magnet

Info

Publication number: DE3241521A1
Application number: DE19823241521
Authority: DE
Inventors: Volkmar Dipl.-Ing. 7251 Friolzheim Leutner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1982-11-10
Filing date: 1982-11-10
Publication date: 1984-05-10
Also published as: DE3241521C2

Abstract

A proportional magnet (11) is proposed which has an energising coil (42) and a control coil (43) which is arranged concentrically with respect to the said energising coil and has the same number of turns. Each coil (42, 43) has inherently separate inputs and outputs for the power supply. In consequence, the inductance of the coils (42, 43) can be reduced for the same lifting force, as a result of which the dynamics of the proportional magnet (11) are improved. Since the two coils (42, 43) are supplied by separate power sources, the current flow can be controlled to be both in the same direction and in opposite directions. The lifting force can therefore be controlled at will between zero and an upper maximum value. <IMAGE>

Description

Proport ionalmagnetProportional solenoid

Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einem Proportionalmagneten nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon ein derartiger Magnet bekannt, bei dem zwei konzentrisch angeordnete Spulen mit unterschiedlicher Windungszahl in Reihe angeordnet sind. Hierbei kann die außenliegende Spule über einen Transistor kurzgeschlossen werden. Die bekannte Anordnung hat den Nachteil, daß mittels des Magneten nur bestimmte Hubwerte eingestellt werden können. Es besteht hier nur die Möglichkeit, eine weitere Spule hinzuzuschalten, wodurch die Hubkraft zwar verstärkt werden kann, aber keine beliebige Steuerung der Hubkraft möglich ist.PRIOR ART The invention is based on a proportional magnet according to the genre of the main claim. Such a magnet is already known, in which two concentrically arranged coils with different numbers of turns are arranged in series. Here, the external coil can use a transistor be short-circuited. The known arrangement has the disadvantage that by means of the Solenoids only certain stroke values can be set. There is only that here Possibility of adding another coil, which increases the lifting force can be, but no arbitrary control of the lifting force is possible.

Üblicherweise haben Proportionalmagnete nur eine einzige Spule. Durch die Windungszahl und den opulenstrom wird hier die Kraft am Ankerstößel festgelegt. Nachteilig bei wiesen Proportionalmagneten ist, daß bei den verwendeten Stromstärken eine hohe Windungszahl erforderlich ist, um das gewünschte Kraftniveau zu erreichen. Dies erweist sich als ungünstig, da die Spuleninduktivität mit der Windungszahl stark ansteigt und die Eigenschaften des Regelkreises wie Steifigkeit, Stellzeit und Dynamik verschlechtert.Usually proportional solenoids only have a single coil. By the number of turns and the opul current is determined here, the force on the armature plunger. The disadvantage of these proportional magnets is that the currents used a high number of turns is required to the desired level of strength to reach. This proves to be unfavorable, since the coil inductance with the Number of turns increases sharply and the properties of the control loop such as stiffness, Adjustment time and dynamics deteriorated.

Vorteile der Erfindung Der erfindungsgemäße Proportionalmagnet mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß durch den Proportionalmagneten jeder beliebige Hubkraftwert von Null ausgehend bis zum Nennwert eingestellt werden kann. Dadurch, daß die beiden Spulen verschiedene Stromquellen besitzen, können die Spulen wahlweise gleichsinnig oder gegensinnig durchflossen werden. Durch die gleiche Windungszahl der Spulen kann die Hubkraft beliebig eingestellt werden.Advantages of the Invention The proportional magnet according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that Any lifting force value from zero to can be achieved using the proportional solenoid can be adjusted at nominal value. Because the two coils are different Have power sources, the coils can either be in the same direction or in opposite directions are flowed through. The lifting force can be increased by the same number of turns of the coils can be set as required.

Die Aufteilung der Magnetspule in zwei Spulen gleicher Windungszahl und verschiedener Stromquellen verringert die Induktivität bei gleicher Hubkraft. Damit verbunden ist eine Verbesserung der mit der Spuleninduktivität verknüpften Eigenschaften des Regelkreises wie Steifigkeit, Stellzeit und Dynamik. Im gleichen Sinne wirkt auch, daß der ohmsche Widerstand der Steuerspule abnimmt, wodurch für die Überwindung des induktiven Widerstands ein größerer Spannungshub zur Verfügung steht.The division of the magnetic coil into two coils with the same number of turns and different power sources reduce the inductance with the same lifting force. Associated with this is an improvement in the inductance associated with the coil Properties of the control loop such as rigidity, positioning time and dynamics. In the same Meaning also works that the ohmic resistance of the control coil decreases, whereby for overcoming the inductive resistance provides a larger voltage swing stands.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Proportionalmagneten möglich.The measures listed in the subclaims are advantageous Developments and improvements of the proportional magnet specified in the main claim possible.

Zeichnung Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch einen Proportionalmagneten.Drawing An embodiment of the invention is shown in the drawing shown and explained in more detail in the following description. The only figure shows a longitudinal section through a proportional magnet.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels In der Figur ist mit 10 das Gehäuse eines Proportionalmagneten 11 dargestellt. In dessen durchgehender, nahezu mittiger und einmal abgesetzter Längsbohrung 12 sind drei achsgleich und hintereinander liegende Druckrohre 13, 14, 15 angeordnet. Die Druckrohre 14, 15 liegen an der Wand der Längsbohrung 12 an. Das Druckrohr 13 ist im Bereich einer Schulter 17, die durch die Verjüngung der Längsbohrung 12 gebildet wird, etwas von der Wand der Längsbohrung 12 abgesetzt. Im Druckrohr 13 ist eine Sackbohrung 18 ausgebildet. An dem aus der Längsbohrung 12 ragenden Ende des Druckrohrs 13 ist ein Außengewinde 19 ausgebildet, wobei eine auf dieses aufgeschraubte Mutter 21 das Druckrohr 13 bezüglich des Gehäuses festhält. In dem an der Öffnung der Sackbohrung 18 verbreiterten Rand des Druckrohres 13 ist eine außenliegende Ringnut 22 ausgebildet, in die das Ende 23 des Druckrohres 14 dicht eingeschoben ist. Das Druckrohr 14 besteht auf seinem der Seite zum Druckrohr 13 hin gewandten Abschnitt 14' aus einem magnetischen, auf der Seite zum Druckrohr 15 hin aus einem Abschnitt 14'' aus unmagnetischen Werkstoff. Über eine ringnutförmige Verbindung 5 ist das Druckrohr 14 mit dem Druckrohr 15 fest zusammengesetzt.Description of the exemplary embodiment In the figure, 10 is the Housing of a proportional magnet 11 is shown. In its continuous, almost central and once offset longitudinal bore 12 are three coaxially and one behind the other horizontal pressure pipes 13, 14, 15 are arranged. The pressure pipes 14, 15 are on the wall the longitudinal bore 12. The pressure tube 13 is in the area of a shoulder 17, which through the taper of the longitudinal bore 12 is formed somewhat from the wall of the longitudinal bore 12 discontinued. A blind hole 18 is formed in the pressure pipe 13. On the one from the Longitudinal bore 12 protruding end of the pressure pipe 13, an external thread 19 is formed, a nut 21 screwed onto this, the pressure tube 13 with respect to the housing holds on. In the edge of the pressure pipe widened at the opening of the blind hole 18 13, an external annular groove 22 is formed into which the end 23 of the pressure pipe 14 is pushed in tightly. The pressure pipe 14 is on its side towards the pressure pipe 13 facing section 14 'made of a magnetic, on the side facing the pressure pipe 15 out of a section 14 ″ made of non-magnetic material. About an annular groove-shaped Connection 5, the pressure pipe 14 is firmly assembled with the pressure pipe 15.

Das Druckrohr 15 besitzt eine Stufenbohrung 24, deren inneres, engeres Bohrungsteil 26 denselben Durchmesser wie die Sackbohrung 18 aufweist. Über die Stufenbohrung 24 kann eine Verbindung zu einem in der Zeichnung nicht dargestellten Ventilteil hergestellt werden, z.B. mitteils eines Stößels oder Bolzens.The pressure pipe 15 has a stepped bore 24, the inner, narrower one Bore part 26 has the same diameter as the blind bore 18. About the Stepped bore 24 can connect to one not shown in the drawing Valve part can be produced, e.g. part of a tappet or bolt.

In der Bohrung 28 des Druckrohrs 14 ist ein Anker 27 leicht gleitend geführt. Da der Anker 27 kürzer ist als die Bohrung 28, weist diese einen Arbeitsluftspalt 29 auf. Am Außenumfang des Ankers 27 sind zwei Längsnuten 31, 32 ausgebildet, die über dessen gesamte Länge verlaufen. Die Längsnuten 31, 32 dienen während des Arbeitsvorgangs als Druckausgleichsspalten.An anchor 27 slides easily in the bore 28 of the pressure pipe 14 guided. Since the armature 27 is shorter than the bore 28, this has a working air gap 29 on. On the outer circumference of the armature 27, two longitudinal grooves 31, 32 are formed which run over its entire length. The longitudinal grooves 31, 32 are used during the work process as pressure equalization gaps.

Auf der dem Ventilanschluß abgewandten Seite ist am Anker 27 ein Stößel 37 angeordnet, der in die Sackbohrung 18 des Druckrohrs 13 hineinragt. Am Ende des Stößels 37 ist ein Eisenkern 38 ausgebildet, der mit im Gehäuse 10 befindlichen Spulen 39 in Wirkverbindung steht.On the side facing away from the valve connection, there is a plunger on the armature 27 37 arranged, which protrudes into the blind bore 18 of the pressure pipe 13. At the end of An iron core 38 is formed in the plunger 37, which is located in the housing 10 Coils 39 is in operative connection.

Außerhalb des Druckrohrs 14 ist im Gehäuse 10 ein Ringraum 41 ausgebildet. In diesem befinden sich eine innenliegende Erregerspule 42 und konzentrisch zu dieser eine außenliegende Steuerspule 43, die einander berühren.Outside the pressure pipe 14, an annular space 41 is formed in the housing 10. In this there is an internal excitation coil 42 and concentric to it an external control coil 43 contacting each other.

Beide Spulen besitzen gleiche Windungszahl und getrennte Stromzuführung.Both coils have the same number of turns and separate power supply.

Auf der oberen Seite des Gehäuses 10 ist in einer Ausnehmung 44 die Betätigungselektronik 46 für die Lageregelung des Ankers angeordnet. Die Ausnehmung 44 ist durch einen Verschluf3deckel 41 zugänglich. Über einen Stecker 48, der neben der Ausnehmung 44 angeordnet ist, werden die Versorgungsspannungen für die beiden Spulen 42, 43 und damit der Lagesollwert für den Anker zugeführt.On the upper side of the housing 10 is in a recess 44 the Actuating electronics 46 arranged for regulating the position of the armature. The recess 44 is accessible through a closure cover 41. Via a plug 48 next to the recess 44 is arranged, are the supply voltages for the two coils 42, 43 and thus the nominal position value for the armature is supplied.

Die Erregerspule 42 wird von einem konstanten Strom durchflossen; dabei wird eine der vorgegebenen Nennspannung entsprechende konstante Hubkraft am Anker 27 erzeugt. Dadurch, daß die Steuerspule 43 mit beiden Wicklungsenden an den Ausgängen eines nicht dargestellten Ansteuerverstärkers anliegt, kann der Strom der Steuerspule 43 separat und willkürlich geregelt werden.A constant current flows through the excitation coil 42; in doing so, a constant lifting force corresponding to the specified nominal voltage is applied to the Anchor 27 is generated. Characterized in that the control coil 43 with both winding ends to the Outputs of a control amplifier (not shown) is present, the current can the control coil 43 can be controlled separately and arbitrarily.

Der in der Steuerspule 43 fließende Steuerstrom kann dadurch in seiner Richtung und seiner Größe eingestellt werden.The control current flowing in the control coil 43 can thereby in its Direction and its size can be set.

In der Figur sind die Kräfte am Magnetsystem eingezeichnet. Der durchgezogene Pfeil bedeutet dabei den Magnetfluß der Erregerspule 42, der gestrichelte Doppelpfeil den Magnetfluß der Steuerspule 43. Wirken die beiden Flüsse in einer Richtung, so addieren sich die Kräfte wirken sie in entgegengesetzter Richtung, so werden sie subtrahiert. Die Magnetkraft kann dabei bis auf Null herab moduliert und somit jeder beliebige Wert eingestellt werden. Der Gesamtfluß, der sich durch Überlagerung der Kraftflüsse der Spulen ergibt, wirkt auf den Anker 27. Dieser übt eine entgegengesetzte Kraft auf den in der Figur nicht dargestellten 'Xentilstößel aus.The figure shows the forces on the magnet system. The solid one The arrow denotes the magnetic flux of the excitation coil 42, the dashed double arrow the magnetic flux of the control coil 43. If the two fluxes act in one direction, so if the forces add up they work in opposite directions, they become subtracted. The magnetic force can be modulated down to zero and thus everyone any value can be set. The total flow resulting from the superposition of the Fluxes of force of the coils results, acts on the armature 27. This exercises an opposite Force on the 'Xentilstößel not shown in the figure.

Es erweist sich als vorteilhaft, die Erregerspule 42 über einen Spannungsregler mit einem eingeprägten Strom zu speisen. Wird nämlich der Gesamtfluß durch eine Änderung des Stroms in der Steuerspule 43 geändert, so wird in der Erregerspule 42 eine Spannung induziert, die zu einer momentanen Änderung des Erregerstroms führt. Dieser unerwünschte Effekt kann über einen Spannungsregler unterdrückt werden.It has proven to be advantageous to have the excitation coil 42 via a voltage regulator to feed with an impressed current. Namely, the total flow through a Change in the current in the control coil 43 is changed so in the excitation coil 42 a tension induces a momentary change in the Excitation current leads. This undesirable effect can be achieved through a voltage regulator be suppressed.

Die Kombination zweier Spulen mit gleicher Windungszahl erfordert den gleichen Gesamtstrom wie bei einer einzigen Spule mit doppelter Windungszahl notwendig ist, ergibt aber eine hohe Dynamik des Regelkreises.The combination of two coils with the same number of turns requires the same total current as with a single coil with twice the number of turns is necessary, but results in a high level of dynamics in the control loop.

Ohne vom Gedanken der Erfindung abzuweichen, ergibt sich die Möglichkeit drei oder mehrere Spulen mit jeweils gleicher Windungszahl und getrennten Stromanschlüssen in konzentrischer Anordnung zu verwenden. Es versteht sich aber von selbst, daß dabei der Gewinn an Dynamik immer geringer wird. Ebenso ist es denkbar, zwei Spulen gleicher Windungszahl parallel aus zwei Regelverstärkern gleichsinnig so zu betreiben, daß sich ihre Flußvektoren addieren. Auch dadurch wird eine höhere Dynamik erzielt, wobei auch eine Parallelschaltung von drei oder mehreren Spulen und Ansteuerung aus drei oder mehreren Regelverstärkern möglich ist.Without departing from the concept of the invention, the possibility arises three or more coils, each with the same number of turns and separate power connections to be used in a concentric arrangement. But it goes without saying that the gain in dynamics is getting smaller and smaller. It is also conceivable to have two coils to operate the same number of turns in parallel from two control amplifiers in the same direction, that their flow vectors add up. This also results in higher dynamics, whereby also a parallel connection of three or more coils and control from three or more control amplifiers is possible.

Claims

Claims (I; j proportional ionalmagnet with two concentrically arranged Coils and an armature, in particular for operating a valve slide, thereby characterized in that the two coils (42, 43) have the same number of turns and over separate inputs connected to two different, arbitrarily adjustable power sources are.

2. Proportional magnet according to claim 1, characterized in that a coil (42) designed as an excitation coil and fed with a constant current is.

3. Proportional magnet according to claim 1 and / or 2, characterized in that that the other coil (43) is designed as a control coil and with both outputs iiegt at the output of the control amplifier.

5. Proportional magnet according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the constant current of the excitation coil (42) via a voltage regulator on a set value is kept constant.

5. Proportionamaqnet according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the outer coil 143) is the control coil.

6. Proportional magnet according to one of claims 1 to 5, characterized in that that the two coils (42, 43) flow through either in the same direction or in opposite directions are.

7. Proportional magnet according to one of claims 1 to 6, characterized in that that the armature (27) is connected to an inductive displacement sensor (39).

8. Proportional magnet according to one of claims 1 to 7, characterized in that that an electronic control unit (46) for the coils (42, 43) is arranged.

9. Proportional magnet according to one of claims 1 to 8, characterized in that that at least two coils of at least two, on the output side of each other independent control amplifiers are applied with impressed currents in such a way that that their flow vectors add up.