DE4035889A1

DE4035889A1 - Lifting electromagnet with movable core - includes permanent magnet on core of solenoid to increase generated force

Info

Publication number: DE4035889A1
Application number: DE19904035889
Authority: DE
Inventors: Bruno Gruber
Original assignee: Individual
Current assignee: Faulhaber & Co KG Feinmechanische Werkstaette GmbH
Priority date: 1990-11-12
Filing date: 1990-11-12
Publication date: 1992-05-14

Abstract

A solenoid has a fixed coil assembly (1) with a central bore (6) that receives the core element (2) of ferromagentic material. The top end of the core supports a permanent magnet (3) of neodym iron or samarium. The lower end of the core is available (4) for connection to a load. Excitation of the coil causes the core to move vertical, the stray field being concentrated upon the permanent magnet to increase the force. A spring (7) may be used to return the core to the initial position. USE/ADVANTAGE - Reduced size yet increased force. Clock or calendar movement. Transporting device for production line. Pump action. Stamper. Marking rod. Locking rod or blade.

Description

Die Erfindung betrifft einen Hubmagneten mit einer statio nären Spule und einem längs der Spulenachse beweglichen ferromagnetischen Kern.The invention relates to a solenoid with a statio nary coil and a movable along the coil axis ferromagnetic core.

Hubmagnete sich allgemein bekannt. Um mit einem Hubmagneten eine bestimmte Kraftwirkung zu erzielen, muß ein relativ großer Strom fließen und der Aufbau eine bestimmte geome trische Form aufweisen. Dies führt dazu, daß die bekannten Hubmagnete eine große Masse aufweisen.Lifting magnets are generally known. To with a solenoid Achieving a certain force must be relative big current flow and building a certain geome have trical shape. This leads to the well-known Solenoids have a large mass.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Hubmagneten zu schaf fen, der bei geringem Gewicht hohe Kräfte aufbringen kann.It is an object of the invention to create a solenoid fen, which can exert high forces with low weight.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des kenn zeichnenden Teils des Patentanspruchs 1 gelöst. The object of the invention is characterized by the features of Drawing part of claim 1 solved.

Erfindungsgemäß weist der bewegliche Kern einen Permanent magneten auf, der zusammen mit dem Kern bewegt wird und im äußeren Streufeld der Spule angeordnet ist. Durch diesen erfindungsgemäßen Aufbau wird eine Doppelwirkung erzielt. Zum einen resultiert die Kraftwirkung aus dem Magnetfeld der Spule auf den ferromagnetischen Kern, bei dem es sich beispielsweise um einen Eisenkern handelt. Zum anderen wirkt insbesondere das äußere Streufeld der Spule auf den Magneten, weshalb die daraus resultierende Kraft die Kraft wirkung unterstützt, die vom Kern herrührt. Gemäß der Er findung wirkt der Kern auch für die Feldlinien des Magneten als Polschuh, weshalb sich die vom Magneten herrührenden Feldlinien in das Innere der Spule erstrecken.According to the invention, the movable core has a permanent magnet, which is moved together with the core and in outer stray field of the coil is arranged. Through this The structure according to the invention achieves a double effect. On the one hand, the force effect results from the magnetic field the coil on the ferromagnetic core, which is for example, an iron core. On the other hand especially affects the outer stray field of the coil Magnets, which is why the resulting force is the force supports the effect that comes from the core. According to the Er the core also works for the field lines of the magnet as a pole piece, which is why those originating from the magnet Extend field lines into the inside of the coil.

Dadurch, daß bei entsprechender Polung die Kraftwirkung ge mäß der Erfindung erhöht ist, kann im Vergleich zu einem herkömmlichen Hubmagneten mit denselben Daten die Spule verkleinert und die Bauform somit verringert werden. Ebenso kann das Kraft/Wegverhalten des Kerns je nach der Größe des Magneten bei gleicher Bauform des Hubmagneten verändert werden. Ebenso ergibt sich eine bessere Ansprechempfind lichkeit aus der Ruheposition heraus. Je nach Anwendungs fall kann der, soweit vorhandene magnetische Rückschluß darüber hinaus bei der Erfindung entfallen. Weiter kann das Magnetfeld des Magneten je nach Orientierung auf das Magnetfeld der Spule abstoßend oder anziehend wirken.The fact that with the appropriate polarity, the force effect ge According to the invention is increased compared to one conventional solenoids with the same data the coil downsized and the size can be reduced. As well the force / displacement behavior of the core depending on the size of the Magnets changed with the same design of the solenoid will. There is also a better response from the rest position. Depending on the application case, if there is magnetic inference moreover omitted in the invention. That can go on Magnetic field of the magnet depending on the orientation on the Magnetic field of the coil is repulsive or attractive.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:The invention will be described in more detail below with the aid of the drawing described. Show it:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung; Fig. 1 a first embodiment of the invention;

Fig. 2 eine weitere Ausführungsform der Erfindung; Fig. 2 shows another embodiment of the invention;

Fig. 3 eine zusätzliche Ausführungsform der Erfindung; FIG. 3 shows an additional embodiment of the invention;

Fig. 4 eine Anwendung der Erfindung; Fig. 4 shows an application of the invention;

Fig. 5 zwei mechanisch parallelgeschaltete Ausführungsfor men der Erfindung; Fig. 5 two mechanically parallel Ausführungsfor men of the invention;

Fig. 6 eine erfindungsgemäße Anwendung als Pumpe, und Fig. 6 shows an application according to the invention as a pump, and

Fig. 7 eine erfindungsgemäße Anwendung als Stich- und Stanzwerkzeug. Fig. 7 shows an application according to the invention as a punching and punching tool.

Fig. 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Hubmagneten mit einer Spule 1, in deren Bohrung 6 ein Kern 2 angeordnet ist. Die Spule 1 ist stationär angeordnet und wird über Anschlüsse 5 mit Strom versorgt. Der ferromagnetische Kern 2, der in die Bohrung 6 hineinragt und als durchgehender Stab ausgebildet ist, weist am unteren Ende ein Arbeitsmittel 4 auf. Das Ar beitsmittel ist in der Ausführungsform nach Fig. 1 eine Querbohrung. Am oberen Ende des Kerns 2 ist ein Permanent magnet, insbesondere ein Neodym-Eisen oder Samareum-Magnet, befestigt. Fig. 1 shows a lifting magnet according to the invention with a coil 1, in the bore 6 a core 2 is disposed. The coil 1 is arranged stationary and is supplied with current via connections 5 . The ferromagnetic core 2 , which projects into the bore 6 and is designed as a continuous rod, has a working means 4 at the lower end. The Ar beitsmittel is a cross hole in the embodiment of FIG. 1. At the upper end of the core 2 , a permanent magnet, in particular a neodymium iron or Samareum magnet, is attached.

Fig. 1 zeigt den stromlosen Zustand. Wird bei entsprechen der Polung an den Anschlüssen 5 Spannung angelegt, bewegt sich der Kern 2 zusammen mit dem Magneten 3 längs der Spu lenachse. D.h. der Kern 2 wird aus der Bohrung 6 getrieben, wobei die Beschleunigung des Kerns 2 schlag- oder hammerar tig erfolgen kann. Nach Fig. 1 wirkt der Kern 2 für den Magneten 3 als Polschuh, so daß die Feldlinien des Magneten durch die Spule hindurchlaufen. Dabei ist zu beachten, daß die Orientierung des Magneten 3 mit seinen Polen in Rich tung der Spulenachse erfolgte. Beim Anlegen des Stromes an die Spule 1 wirkt das Magnetfeld der Spule 1 auf das Magnetfeld des Magneten 3. Hierbei kommt insbesondere das äußere Streufeld der Spule zur Wirkung, was so nicht unge nutzt in den Raum streut. Mit anderen Worten, es wird auch das Streufeld zur Erzeugung einer Kraftwirkung herangezo gen. Zusätzlich wirkt das Magnetfeld des Magneten 3 inner halb der Spule 1, da der in Fig. 1 gezeigte Südpol aufgrund der Polschuhwirkung des Kerns 2 in das Innere der Spule verlagert wird. Fig. 1 shows the currentless state. If voltage is applied to the terminals 5 in accordance with the polarity, the core 2 moves together with the magnet 3 along the coil axis. Ie the core 2 is driven out of the bore 6 , wherein the acceleration of the core 2 can take place suddenly or hammer-like. According to Fig. 1, the core 2 for the magnet 3 acts as a pole piece, so that pass the field lines of the magnet through the coil. It should be noted that the orientation of the magnet 3 with its poles took place in the direction of the coil axis. Upon application of current to the coil 1, the magnetic field of the coil 1 to the magnetic field of the magnet 3 acts. Here, in particular, the outer stray field of the coil comes into effect, which does not scatter unused in the room. In other words, the stray field is also used to generate a force effect. In addition, the magnetic field of the magnet 3 acts within the coil 1 , since the south pole shown in FIG. 1 is displaced into the interior of the coil due to the pole shoe effect of the core 2 .

Es ist vorteilhaft, daß der Magnet 3 in seinem Durchmesser breiter als der Kern 2 bzw. die Bohrung 6 ist, um eine größere Angriffsfläche für das Streufeld zu bieten. Die in Fig. 1 gezeigte Ausführungsform des Magneten 3 weist äußere Flächen auf, die plan sind. In anderen Ausführungsformen kann der Magnet 3 auch gekrümmt sein, um eine bessere An passung an das Streufeld der Spule zu erzielen. Ebenso ist es möglich, den Magneten 3 mit in einen magnetischen Rück schluß (nicht dargestellt) einzubeziehen. Hierbei kann es sich beispielsweise um einen topfförmigen Aufbau handeln, um das Streufeld weiter auf den Magneten 3 zu konzentrie ren.It is advantageous that the magnet 3 is wider in diameter than the core 2 or the bore 6 in order to offer a larger contact surface for the stray field. The embodiment of the magnet 3 shown in FIG. 1 has outer surfaces that are flat. In other embodiments, the magnet 3 can also be curved in order to achieve a better adaptation to the stray field of the coil. It is also possible to include the magnet 3 in a magnetic return circuit (not shown). This can be, for example, a pot-shaped structure in order to further concentrate the stray field on the magnet 3 .

In Fig. 2 ist der Hubmagnet wiederum in Ruheposition ge zeigt, der abweichend von Fig. 1 eine Druckfeder 7 auf weist, die den Kern 2 umgibt und den Magneten 3 gegenüber der Spule 1 abhebt. Zusätzlich weist der Magnet 3 eine an dere Orientierung der Magnetpole als in Fig. 1 auf. Dies soll die verschiedenen Möglichkeiten der Ausführungsform der Erfindung demonstrieren. Beim Anlegen einer Spannung wird der Kern 2 in die Spule eingezogen und beim Aufheben der Erregung durch die Feder 7 in die Ruheposition zurück bewegt. Folglich lassen sich mit der in Fig. 2 gezeigten Anordnung schwingungsfähige Systeme aufbauen. Anstelle der in Fig. 2 gezeigten Polorientierung bei dem Magneten 3 kann auch die Polorientierung des Magneten 3 aus Fig. 1 vorgese hen werden.In Fig. 2, the solenoid is again shown in the rest position ge, which, in contrast to Fig. 1, has a compression spring 7 which surrounds the core 2 and the magnet 3 against the coil 1 . In addition, the magnet 3 has a different orientation of the magnetic poles than in FIG. 1. This is intended to demonstrate the various possibilities of the embodiment of the invention. When a voltage is applied, the core 2 is drawn into the coil and, when the excitation is canceled by the spring 7 , is moved back into the rest position. Consequently, oscillatory systems can be constructed with the arrangement shown in FIG. 2. Instead of the pole orientation shown in FIG. 2 in the magnet 3 , the pole orientation of the magnet 3 from FIG. 1 can also be provided.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der an bei den Kernenden Magnete 3 ausgebildet sind. Je nach Orientie rung der Magnete 3 bzw. des Stromflusses in der Spule 1 kann eine größere Kraftwirkung oder eine Hin- und Herbewe gung erzielt werden. In anderen Ausführungsformen kann an den Magneten ein magnetischer Rückschluß angreifen, so daß sich ein ringförmig geschlossener Kern ergibt. Fig. 3 shows a further embodiment, are formed on at the ends of the core magnets 3 in. Depending on the orientation of the magnets 3 or the current flow in the coil 1 , a greater force effect or a back and forth movement can be achieved. In other embodiments, a magnetic yoke can act on the magnet, so that an annularly closed core results.

Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform wiederum im stromlosen Zustand, wobei sich der Hubmagnet in einer Dose oder einem Gehäuse 8 befindet. Der Kern 2 ragt durch Bohrungen in dem Gehäuse durch die Spule hindurch. Der Magnet 3 kann sich auch innerhalb der Dose bzw. des Gehäuses 8 befinden. In Fig. 4 ragt das freie Ende des Kerns 2 in eine Rastnut 10, die in einer schiefen Ebene 9 ausgebildet ist. Wird der Hubmagnet mittels einer Ansteuerelektronik 11 mit Strom versorgt, wird die Sperre freigegeben, so daß die Dose bzw. das Gehäuse 8 bis zur nächsten Rastnut 10 abwärtsrutscht. Somit kann z. B. eine Uhr, ein Kalender oder ein Transport mittel in Fertigungsstraßen usw. geschaffen werden. Nach der Ausführungsform von Fig. 4 kann ein wasserfester Hub magnet geschaffen werden, wenn die Ansteuerelektronik im Inneren der Dose mit der Spule 1 eingegossen ist, wobei le diglich der Kern 2 und der Magnet 3 den äußeren Einflüssen ausgesetzt sind. FIG. 4 shows an embodiment again in the de-energized state, the lifting magnet being in a box or a housing 8 . The core 2 protrudes through bores in the housing through the coil. The magnet 3 can also be located inside the box or the housing 8 . In Fig. 4 the free end of the core 2 projects into a locking groove 10 which is formed in an inclined plane 9. If the solenoid is supplied with power by means of control electronics 11 , the lock is released so that the box or the housing 8 slides down to the next latching groove 10 . Thus, e.g. B. a clock, a calendar or a transport medium can be created in production lines, etc. According to the embodiment of FIG. 4, a waterproof lifting magnet can be created when the control electronics are cast inside the box with the coil 1 , the core 2 and the magnet 3 being exposed to the external influences.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, bei der zwei Hubmagnete mechanisch parallelgeschaltet sind, um beispielsweise die Kraftwirkung infolge der beiden bewegten Kerne 2 zu erhö hen. Nach Fig. 5 erfolgte das mechanische Parallelschalten durch die Magnete 3 selbst, so daß sich ein geschlossener ringförmiger Kern 2 ergibt. Die Magnete 3 können auch die gestrichelt angedeutete Verbreiterung aufweisen und besit zen zu der Aufnahme der Kerne 2 zwei entsprechende Bohrun gen. Fig. 5 shows an embodiment in which two solenoids are mechanically connected in parallel, for example, to increase the force due to the two moving cores 2 hen. According to FIG. 5, the mechanical parallel connection effected by the magnets 3 itself, so that a closed circular core 2 is obtained. The magnets 3 can also have the broadening indicated by dashed lines and have two corresponding holes for receiving the cores 2 .

Fig. 6 zeigt eine Anwendung der Erfindung als Pumpe. Hierzu besitzt der Kern 2 eine Längsbohrung 12. Die Bohrung 6 der Spule 1 ist am unteren Ende mit einem Verschluß und einem Einlaß 13 versehen. Am oberen Ende der Spule 1 ist ein Aus laß 14 ausgebildet, der mit Anschlägen 16 die Bewegung des Kerns 2 zusammen mit dem Magneten 3 begrenzt. Die Vorrich tung und Pumpe nach Fig. 6 ist so konstruiert, daß der Kern 2 und der Magnet 3 als Druck- und Saugkolben wirken. Im Be reich des Magneten 3 ist beispielsweise ein Rückschlagven til 15 vorgesehen. Die Pumpe nach Fig. 6 kann auch mit Zug- und Druckfedern zusammen wirken (nicht dargestellt). Das zu pumpende Medium strömt aufgrund der Pumpwirkung durch die Längsbohrung 12 und gelangt so von dem Einlaß 13 zu dem Auslaß 14. Fig. 6 shows an application of the invention as a pump. For this purpose, the core 2 has a longitudinal bore 12 . The bore 6 of the coil 1 is provided with a closure and an inlet 13 at the lower end. At the upper end of the coil 1 from a let 14 is formed, which limits the movement of the core 2 together with the magnet 3 with stops 16 . The Vorrich processing and pump of FIG. 6 is constructed so that the core 2 and the magnet 3 act as a pressure and suction piston. In the area of the magnet 3 , for example, a Rückschlagven valve 15 is provided. The pump according to Fig. 6 can co-operate (not shown) with tension and compression springs. Due to the pumping action, the medium to be pumped flows through the longitudinal bore 12 and thus passes from the inlet 13 to the outlet 14 .

Fig. 7 zeigt eine weitere Anwendung der Erfindung. Als Ar beitsmittel 4 ist eine Nadel 17 vorgesehen. In anderen Aus führungsformen kann anstelle der Nadel z. B. ein Stempel, ein Markierungsstift, ein Verriegelungsstift, ein Messer usw. vorgesehen sein. Wie unter Fig. 2 zuvor beschrieben, weist der Kern 2 auch nach Fig. 7 eine Druckfeder 7 auf. Die Druckfeder 7 bewirkt das Zurückstellen des Kerns 2. Wird die Vorrichtung nach Fig. 7 beispielsweise auf ein Blatt Papier gelegt, durchsticht das Arbeitsmittel 4 in Form der Nadel 17 bei der Erregung der Spule 1 das Papier. Hierbei durchtritt die Nadel 17 eine Bohrung 19, die in ei nem Niederhalter 18 ausgebildet ist. Der Niederhalter 18 bewirkt, daß das zu bearbeitende Material besser von dem Arbeitsmittel 4, beispielsweise der Nadel 17, leichter ab gestreift wird. Bei der Vorrichtung nach Fig. 7 kann es sich auch um eine Injektionsvorrichtung handeln, wobei die Nadel 17 eine Injektionsnadel ist und der Kern 2 eine Längsbohrung 12 (nicht dargestellt) aufweist. Die Zufuhr des Injektionsmittels erfolgt beispielsweise mittels eines beweglichen Schlauches, der an den Magneten 3 bzw. dem obe ren Ende der Längsbohrung 12 angesetzt ist. Fig. 7 shows a further application of the invention. As Ar beitsmittel 4 , a needle 17 is provided. In other embodiments, z. B. a stamp, a marker pen, a locking pin, a knife, etc. may be provided. As previously described under FIG. 2, the core 2 also has a compression spring 7 according to FIG. 7. The compression spring 7 causes the core 2 to be reset. If, for example, the device according to FIG. 7 is placed on a sheet of paper, the working means 4 in the form of the needle 17 pierces the paper when the coil 1 is excited. Here, the needle 17 passes through a bore 19 which is formed in a hold-down device 18 . The hold-down device 18 has the effect that the material to be processed is better stripped off by the working means 4 , for example the needle 17 . The device according to FIG. 7 can also be an injection device, the needle 17 being an injection needle and the core 2 having a longitudinal bore 12 (not shown). The injection means is supplied, for example, by means of a movable hose which is attached to the magnet 3 or the upper end of the longitudinal bore 12 .

Claims

1. solenoid with a stationary coil and a movable along the coil axis ferromagnetic core, characterized in that on the core ( 2 ) a magnet ( 3 ) BEFE Stigt, which is moved together with the core ( 2 ), and that the magnet ( 3 ) in the outer stray field of the coil ( 1 ) is arranged.

2. Lifting magnet according to claim 1, characterized in that the core ( 2 ) is a rod and that a magnet ( 3 ) is attached to one or both rod ends.

3. solenoid according to claim 1 and 2, characterized in that the magnetic poles of the magnet ( 3 ) are oriented along the coil axis.

4. solenoid according to claim 1 and 2, characterized in that the magnetic poles of the magnet ( 3 ) are oriented transversely to the coil axis.

5. solenoid according to claims 1-4, characterized in that the magnets ( 3 ) are larger in width than the core ( 2 ) and are attached to the core ( 2 ) with the wide side.

6. Lifting magnet according to claims 1-5, characterized in that the magnets ( 3 ) are neodymium iron or Samareum magnets.

7. solenoid according to claims 1-6, characterized in that the magnets ( 3 ) are curved so that the stray field of the coil overlaps with the field line profile of the magnets ( 3 ).

8. solenoid according to claims 1-7, characterized in that on the core ( 2 ) a working means ( 4 ), for. B. a needle, a cross hole, a punch, a pressure tool, a knife, etc., is formed.

9. solenoid according to claims 1-7, characterized in that the core ( 2 ) has a longitudinal bore ( 12 ).

10. solenoid according to claim 9, characterized in that the longitudinal bore ( 12 ) is part of a pump.

11. Lifting magnet according to claims 1-7, characterized in that the lifting magnet, in particular in a waterproof box ( 8 ) is housed, from which the core ( 2 ) emerges.

12. solenoid according to claim 1-11, characterized in that two solenoids are mechanically connected in parallel.

13. solenoid according to claim 12, characterized in that the mechanical parallel connection by the magnets ( 3 ) it follows.

14. Lifting magnet according to claims 1-13, characterized in that on the core ( 2 ) or the magnet ( 3 ) attack tensile or compression springs.