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Dokumentenidentifikation DE10045957B4 13.03.2008
Titel Elektromagnetischer Linearaktuator
Anmelder Volkswagen AG, 38440 Wolfsburg, DE
Erfinder Koschorrek, Ralph, 38302 Wolfenbüttel, DE;
Hazelaar, Michael, Dr., 38553 Wasbüttel, DE;
Firchau, Norman Lee, 38104 Braunschweig, DE
DE-Anmeldedatum 16.09.2000
DE-Aktenzeichen 10045957
Offenlegungstag 28.03.2002
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 13.03.2008
Veröffentlichungstag im Patentblatt 13.03.2008
IPC-Hauptklasse H01F 7/16(2006.01)A, F, I, 20070810, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H02K 41/03(2006.01)A, L, I, 20070810, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektromagnetischen Linearaktuator mit zwei entlang einer Bewegungsachse gegeneinander verschiebbaren Teilen und einer Spule-Magnet-Anordnung bestehend aus mindestens einer elektrischen Spule, die an einem der beiden Teile festgelegt ist, und mindestens einem Magnetelement, das an dem anderen der beiden Teile festgelegt ist, und dessen Pole im wesentlichen quer zu der Bewegungsachse ausgerichtet sind.

Zumeist weisen derartige elektromagnetische Linearaktuatoren heute mehrere elektrische Spulen auf. Je nach Verschaltung der Spule bzw. Spulen lassen sich die elektromagnetischen Linearaktuatoren dazu verwenden, Schwingungen zu dämpfen oder gezielt Axialkräfte zu erzeugen. Im ersteren Fall ist es möglich, die Spule bzw. Spulen über einen gegebenenfalls einstellbaren elektrischen Widerstand kurzzuschließen. Im zweiten Fall wird durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen den beiden Teilen des Linearaktuators eine Axialkraft erzeugt. Es ist auch möglich, mittels einer elektrischen Spannung eine aktive Schwingungsunterdrückung vorzunehmen.

Derartige elektromagnetische Linearaktuatoren werden unter anderem als Stoßdämpfer in Fahrwerken von Kraftfahrzeugen eingesetzt. Weitere Einsatzgebiete betreffen die Schwingungsberuhigung und Lagerung von schweren. Antrieben und Maschinen, insbesondere die Dämpfung der Aufhängung von Motoren von Kraft- und Arbeitsmaschinen.

Das Prinzip eines passiven Linearaktuators ist beispielsweise aus der DE 35 43 492 C2 bekannt, wo ein solcher in Form eines elektromagnetischen Stoßdämpfers beschrieben ist. Dieser bekannte Linearaktuator umfaßt eine Spule-Magnet-Anordnung, deren Spule entweder kurzgeschlossen wird, oder aber mit einer Dämpfungssteuerung gekoppelt ist, um den Stromfluß in der Spule zu regeln.

Ein weiterer Linearaktuator der eingangs genannten Art ist aus der DE 41 34 730 C2 bekannt. Auch dieser Linearaktuator dient vornehmlich als elektromagnetischer Stoßdämpfer in einer Fahrzeugradaufhängung. Dabei weist die Spule-Magnet-Anordnung eine Vielzahl von jeweils in Reihe geschalteten Spulen und Magnetelementen auf. Wird jedoch die Bereitstellung hoher Axialkräfte benötigt, so muß die Anzahl der Spulen und Magnetelemente erhöht werden. Dadurch ergibt sich aber für den Linearaktuator eine große Baulänge. Bei stationären Vorrichtungen ist es dies zwar von untergeordneter Bedeutung. Für den Einsatz in Fahrzeugen wird jedoch eine möglichst kompakte Bauweise und insbesondere eine geringe Baulänge gewünscht.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, hier Abhilfe zu schaffen. Insbesondere beabsichtigt die Erfindung, einen elektromagnetischen Linearaktuator anzugeben, der bei großen Axialkräften eine kurze Baulänge aufweist.

Hierfür wäre es grundsätzlich denkbar, stärkere Spulen oder Magnetelemente einzusetzen. Gemäß der Erfindung wird zur Lösung der vorstehenden Aufgabe jedoch vorgeschlagen, bei einem Linearaktuator der eingangs genannten Art eine zweite Spule-Magnet-Anordnung vorzusehen, die in bezug auf die Bewegungsachse parallel zu der ersten Spule-Magnet-Anordnung angeordnet ist, und die mindestens eine zweite elektrische Spule an einem der beiden Teile und mindestens ein zweites Magnetelement, dessen Pole im wesentlichen quer zu der Bewegungsachse ausgerichtet sind, an dem anderen der beiden Teile aufweist.

Durch die Parallelschaltung von zwei Spule-Magnet-Anordnungen ergibt sich eine effiziente Raumnutzung, wodurch sich der elektromagnetische Linearaktuator besonders kompakt und insbesondere mit kurzer Baulänge herstellen läßt. Gleichzeitig sind höhere Axialkräfte erzielbar, als bei einem Linearaktuator mit gleichen Abmessungen, der lediglich eine Spule-Magnet-Anordnung aufweist.

Die erfindungsgemäßen Linearaktuatoren lassen sich als Stoßdämpfer für die oben beschriebenen Anwendungsfälle einsetzen, sind jedoch beispielsweise auch als aktive, längenveränderbare Lenker in Radaufhängungen oder als Streben in Parallelstrukturen von Robotern, Werkzeugmaschinen und Fördereinrichtungen verwendbar.

Dabei ist es möglich, die Spulen der beiden Spule-Magnet-Anordnungen an dem gleichen Teil und die Magnetelemente an dem anderen Teil anzubringen. Alternativ ist es möglich, die Spule bzw. Spulen der ersten Spule-Magnet-Anordnung und das bzw. die Magnetelemente der zweiten Spule-Magnet-Anordnung an dem gleichen Teil zu befestigen, hingegen die Spule bzw. Spulen der zweiten Spule-Magnet-Anordnung und das bzw. die Magnetelemente der ersten Spule-Magnet-Anordnung an dem anderen Teil zu befestigen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind mindestens eine erste elektrische Spule und mindestens eine zweite elektrische Spule koaxial zueinander angeordnet.

Bevorzugt werden die ersten und zweiten elektrischen Spulen in einem gemeinsamen Gehäuse aufgenommen, wobei die ersten Spulen als äußere Spulen die innenliegenden zweiten Spulen ringförmig umgeben. Das Gehäuse bildet dabei eines der beiden Teile des Linearaktuators. Diese Anordnung besitzt den Vorteil, daß die elektrische Verschaltung der Spulen lediglich an einem der beiden Teile vorgenommen werden muß. Zudem werden die Spulen durch das Gehäuse gegen äußere Einflüsse geschützt.

Grundsätzlich ist es möglich, die Magnetelemente als Elektromagnete auszubilden. Insbesondere bei der Verwendung von Supraleitern lassen sich trotz der notwendigen Kühlung sehr kompakte Bauformen mit sehr hoher Feldstärke realisieren, wenn auf einen Eisenkern verzichtet wird. Für eine einfachere Bauweise ist es jedoch vorteilhaft, wenn die Magnetelemente als Permanentmagnete ausgebildet sind. Diese lassen sich zudem ohne Verschaltungsaufwand einfach applizieren.

Die Magnetelemente können ringförmig ausgebildet und koaxial zu der Bewegungsachse angeordnet werden. Neben einer kompakten Bauform wird hierdurch ein zu der Bewegungsachse zentriertes Magnetfeld erhalten, das eine gute Axialführung unterstützt.

Vorzugsweise besteht ein Magnetelement aus mehreren Elementsegmenten. Dies ist insbesondere bei der Verwendung von Permanentmagneten aus den folgenden Erwägungen günstig: Permanentmagnetelemente sind aus fertigungstechnischen Gründen nicht oder nur sehr aufwendig als ein einziges Ringsegment herstellbar, da sich ein einzelnes Ringsegment nicht in der benötigten radialen Magnetpolausrichtung magnetisieren läßt. Daher muß ein Magnetelement, soweit es aus herkömmlichen Permanentmagneten aufgebaut wird, in mehrere kleinere Segmente geteilt werden.

Durch die Aufteilung in Segmente entstehen aber neue Schwierigkeiten bei der Herstellung und Montage der Magnetelemente. Eine Aufteilung in nur zwei Segmente ist theoretisch möglich, praktisch aber aufgrund einer stark schwankenden Magnetisierungsdichte im Segment kaum verwendbar. Der Grund liegt in der Krümmung des Segmentes, so daß bei einer konventionellen Magnetisierung der Permanentmagnete in einem starken Magnetfeld mit parallelen Feldlinien im äußeren Bereich des Segmentes die bleibende Magnetisierung stark abfällt. Durch diese unterschiedliche Magnetisierungsdichte würden in einer einzigen Spule lokal verschieden hohe Spannungen induziert, was wiederum zu einer Senkung des Wirkungsgrades der Anordnung führen würde. Bei einer Teilung in drei oder mehr Segmente ist dieser vorstehend beschriebene Unterschied nicht mehr ganz so stark ausgeprägt. Jedoch sind bei kleineren Krümmungsradien der Segmente eine noch höhere Anzahl an Segmenten vorteilhaft, um diesen Effekt zu minimieren.

Die einzelnen Elementsegmente eines Magnetelementes sind in Umfangsrichtung voneinander getrennt, wozu beispielsweise Weicheisenscheiben zwischen benachbarte Segmente geschaltet werden. Die Weicheisenelemente dienen in erster Linie als Distanzstücke zwischen den Segmenten. Bei der Magnetisierung der Segmente entsteht nämlich im Bereich der benachbarten Kanten der Segmente eine nicht zu vernachlässigende Felddichte. Werden beispielsweise zwei gleichartig magnetisierte Segmente mit ihren Kanten aufeinanderfolgend montiert, so tritt eine Abstoßung auf. Die Segmente können dadurch nicht direkt aneinander gefügt werden. Aus diesem Grund werden die Weicheisenelemente bzw. -scheiben zwischen die Magnetsegmente gelegt und hinsichtlich ihrer Dicke auf die Stärke des Magnetfelds und den Feldlinienverlauf der Segmente ausgelegt.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfaßt jede Spule-Magnet-Anordnung mehrere in Bewegungsrichtung in Reihe angeordnete elektrische Spulen und Magnetelemente, wodurch auch über einen größeren Bewegungsweg der beiden Linearaktuator-Teile gegeneinander eine feinfühlige Einstellung bzw. Regelung der Axialkräfte auf einem hohen Kraftniveau ermöglicht wird.

Die ersten und zweiten Magnetelemente, die mit Bezug auf die Bewegungsachse einander gegenüberliegen, können mit gleichnamigen Polen zueinander ausgerichtet werden. Dies hat zur Folge, daß sich die jeweils einander gegenüberliegenden Magnetelemente bzw. Elementsegmente bei einer ausreichenden Stärke des Magnetfeldes abstoßen. Dies kann wiederum dazu ausgenutzt werden, die entsprechenden Lagerungen für die Magnetelemente quer zu der Bewegungsachse wegzulassen, um damit den Aufbau des Linearaktuators zu vereinfachen. In dem konkreten Fall werden dann lediglich noch Lagerungen bzw. Anschläge benötigt, welche die Abstoßung der Magnetelemente begrenzen, in Gegenrichtung ist hingegen keine zusätzliche Sicherung erforderlich.

Es ist jedoch auch möglich, für eines der einander gegenüberliegen Magnetelemente die Polung umzukehren. In diesem Fall ergibt sich dann ein Aufbau, bei dem die ersten und zweiten Magnetelemente, die mit Bezug auf die Bewegungsachse einander gegenüberliegen, mit ungleichnamigen Polen zueinander ausgerichtet sind.

Insbesondere im erstgenannten Fall ist es vorteilhaft, wenn die elektrischen Spulen der ersten und zweiten Spule-Magnet-Anordnung mit Bezug auf die Bewegungsachse ringartig ineinander geschachtelt sind und die Magnetelemente der ersten Spule-Magnet-Anordnung außerhalb der ringförmig angeordneten Spulen und die Magnetelemente der zweiten Spule-Magnet-Anordnung innerhalb der elektrischen Spulen angeordnet sind. Damit können Spulen mit tendenziell größeren Leiterlängen verwendet werden, wodurch die erzeugbare Axialkraft ansteigt. Da sich Magnetelemente mit ausreichender Stärke kompakter als die Spulen ausgestalten lassen, bleibt der Durchmesser des Linearaktuators vergleichsweise gering.

In Fortführung dieser Überlegung ist weiterhin auch eine Anordnung besonders günstig, bei der die Spulen der ersten und zweiten Spule-Magnet-Anordnung mit Bezug auf die Bewegungsachse ringartig ineinander geschachtelt sind und die Magnetelemente der ersten Spule-Magnet-Anordnung zwischen den ringförmig angeordneten Spulen der ersten und zweiten Spule-Magnet-Anordnung und die Magnetelemente der zweiten Spule-Magnet-Anordnung innerhalb der ringförmig angeordneten Spulen liegen.

Eine weitere Anordnungsmöglichkeit besteht darin, daß die elektrischen Spulen der ersten und zweiten Spule-Magnet-Anordnung mit Bezug auf die Bewegungsachse ringartig ineinander geschachtelt sind und die Magnetelemente der ersten Spule-Magnet-Anordnung und die Magnetelemente der zweiten Spule-Magnet-Anordnung zwischen den ringförmig angeordneten Spulen der ersten und zweiten Spule-Magnet-Anordnung liegen. Weiterhin ist es auch möglich, daß die Magnetelemente der ersten Spule-Magnet-Anordnung außerhalb der ringförmig angeordneten Spulen und die Magnetelemente der zweiten Spule-Magnet-Anordnung zwischen den elektrischen Spulen der ersten und zweiten Spule-Magnet-Anordnung angeordnet sind.

Nachfolgend wird nun die Erfindung anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in

1 einen elektromagnetischen Linearaktuator im auseinandergezogenen Zustand,

2 eine Teilansicht eines Längsschnittes durch den Linearaktuator von 1,

3 ein aus vier Segmenten bestehendes Magnetelement des Linearaktuators aus 1 in räumlicher Darstellung,

4 eine Schnittansicht durch einen Lagerring für ein Magnetelement,

5 eine Ansicht von oben auf den Lagerring aus 4, und in den

6(a) bis (d) Anordnungsmuster für die Magnetelemente und Spulen der Spule-Magnet-Anordnungen des Linearaktuators aus 1.

Das Ausführungsbeispiel in 1 zeigt einen elektromagnetischen Linearaktuator 1, der in Form eines Lenkers für eine Fahrzeugradaufhängung ausgebildet ist. Dazu sind an den axialen Enden des Linearaktuators 1 geeignete Kopplungselemente 2 und 3 zum Anschluß an einen Radträger bzw. an einen Fahrzeugaufbau vorgesehen. Die Kopplungselemente 2 und 3 sind in herkömmlicher Art und Weise ausgebildet und dem Fachmann bekannt. Durch die Betätigung des Linearaktuators 1 kann die Lenkerlänge in Abhängigkeit einer Fahrsituation gezielt verstellt werden. Gleichfalls ist es möglich, den abgebildeten Linearaktuator 1 auch als einen Stoßdämpfer zu verwenden.

Der Linearaktuator 1 umfaßt ein erstes Teil 4 und ein zweites Teil 5, die entlang einer Bewegungsachse A aneinander geführt sind, so daß die Länge zwischen den Kopplungselementen 2 und 3 veränderbar ist. An den beiden Teilen 4 und 5 des Linearaktuators 1 sind zwei parallel geschaltete Spule-Magnet-Anordnungen vorgesehen. Jede dieser Spule-Magnet-Anordnungen besteht aus mindestens einer elektrischen Spule 6 bzw. 7, die an einem der beiden Teile 4 bzw. 5 festgelegt ist und mindestens einem Magnetelement 8 bzw. 9, das an dem anderen der beiden Teile 5 bzw. 4 festgelegt ist. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind sämtliche Spulen 6 und 7 an dem ersten Teil 4 und sämtliche Magnetelemente 8 und 9 an dem zweiten Teil 5 befestigt.

Die Spulen 6 bzw. 7 sind jeweils an einem rohrartigen Blechteil 10 bzw. 11 angebracht. Wie den 1 und 2 zu entnehmen ist, sind die beiden rohrartigen Blechteile 10 und 11 koaxial zu der Bewegungsachse A angeordnet und ineinander eingesetzt, wobei die beiden rohrartigen Blechteile 10 und 11 in einem gemeinsamen Rohr-Gehäuse 12 aufgenommen sind. Jedes der beiden Blechteile 10 und 11 ist einer Spule-Magnet-Anordnung zugeordnet, so daß die ersten Spulen 6 der ersten Spule-Magnet-Anordnung die zweiten Spulen 7 der zweiten Spule-Magnet-Anordnung ringförmig umgeben. In dem Ausführungsbeispiel sind für jede Spule-Magnet-Anordnung drei Spulen in Richtung der Bewegungsachse A in Reihe hintereinander liegend angeordnet. Je nach Bedarf an kann jedoch die Anzahl der Spulen 6 bzw. 7 verringert oder auch vergrößert werden.

Die Magnetelemente 8 bzw. 9 der ersten und zweiten Spule-Magnet-Anordnung sind ebenfalls ringartig ausgebildet und konzentrisch zu der Bewegungsachse A angeordnet, wobei in Entsprechung zu des Spulen die Magnetelemente 8 der ersten Spule-Magnet-Anordnung die Magnetelemente 9 der zweiten Spule-Magnet-Anordnung ringförmig umgeben. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Magnetelemente 8 bzw. 9 als Permanentmagnete ausgebildet, deren magnetische Pole im wesentlichen quer zu der Bewegungsachse A ausgerichtet sind.

Jedes der ringförmigen Magnetelemente 8 bzw. 9 ist aus mehreren Elementsegmenten 14 zusammengesetzt, die anhand eines ersten Magnetelementes 8 für die erste Spule-Magnet-Anordnung in 3 im Detail dargestellt sind. Das dort abgebildete Magnetelement 8 besteht aus vier gleichgeformten Viertelbogensegmenten bzw.

Elementsegmenten 14. Diese Elementsegmente 14 werden zu einem Ring zusammengesetzt, wobei die einzelnen Elementsegmente 14 in Umfangsrichtung jeweils durch eine Weicheisenscheibe 15 voneinander getrennt sind. Dabei sind die einzelnen Elementsegmente 14 derart magnetisiert, daß deren Pole (N, S) im wesentlichen quer zu der Bewegungsachse A und in 3 in Radialrichtung ausgerichtet sind.

Weiterhin ist eine Weicheisen-Lagerschale 16 vorgesehen, an der die Elementsegmente 14 wie auch die Weicheisenscheiben 15 axial abgestützt werden. Zur Sicherung der Elementsegmente 14 und der Weicheisenscheiben 15 sind in diesen jeweils mindestens zwei axiale Bohrungen 17 bzw. 18 ausgebildet, durch welche hier nicht näher dargestellte Sicherungsstifte hindurchgeführt und in entsprechende Öffnungen 19 bzw. 20 an der Weicheisen-Lagerschale 16 eingesetzt werden. Bei einer Reihenanordnung von mehreren Magnetelementen 8 in Richtung der Bewegungsachse A erstrecken sich die Sicherungsstifte durch die mehreren Magnetelemente 8 bzw. deren Elementsegmente 14 und Weicheisenscheiben 15 hindurch. Dabei trennen die Weicheisen-Lagerschalen 16 die Magnetelemente 8 der ersten Spule-Magnet-Anordnung voneinander. Die innenliegenden Magnetelemente 9 sind in entsprechende Art und Weise aufgebaut, wobei jedes zweite Magnetelement 9 wiederum aus vier bogenförmigen Elementsegmenten 23 und Weicheisenscheiben in entsprechender Zahl gebildet wird, die sich gegen eine Weicheisen-Lagerschale 24 abstützen.

Wie den 1 und 2 zu entnehmen ist, weist jede Spule-Magnet-Anordnung mehrere aufeinandergestapelte Magnetelemente 8 und 9 in zwei zu der Bewegungsachse A konzentrischen Ringen auf. Die beiden Stapel sind jeweils an einem rohrförmigen Distanzhalter 21 bzw. 22 des zweiten Teils 5 befestigt und damit in Radialrichtung festgelegt. Gegebenenfalls sind, wie in den 4 und 5 dargestellt, an den Weicheisen-Lagerschalen 16 bzw. 24 Radialanschläge 25 zur Radialsicherung ausgebildet. In Zusammenwirkung mit der Polarisierung der Elementsegmente 14 bzw. 23 kann bei ausreichender magnetischer Feldstärke bereits hierdurch allein eine ausreichende Sicherung in Radialrichtung erzielt werden, so daß weitere Befestigungsmittel nicht erforderlich sind. Die in den 4 und 5 dargestellten Vorsprünge 25 können auch an der jeweiligen radialen Innenkante der Weicheisen-Lagerschalen 16 bzw. 24 ausgebildet werden.

Im zusammengebauten Zustand der beiden Teile 4 und 5 greifen die Spulen 6 und 7 in den zwischen den ersten Magnetelementen 8 und den zweiten Magnetelementen 9 gebildeten Ringraum 26 ein. Dazu ist der Außendurchmesser D2a der äußeren, ersten Spulen 6 geringfügig kleiner als der Außendurchmesser D1a des Ringraums 26, so daß die ersten Spulen 6 eng an den ersten Magnetelementen 8 vorbeigeführt werden. Entsprechend ist der Innendurchmesser D1i des Ringraums 26 geringfügig kleiner, als der Innendurchmesser D2i der zweiten Spulen 7. Zur axialen Führung des zweiten Teils 5 an dem ersten Teil 4 ist an dem ersten Teil 4 ein Führungsrohr 28 vorgesehen, das in eine entsprechende Öffnung 29 an dem zweiten Teil 5 eingreift.

Sind die Enden der Spulen 6 bzw. 7 kurzgeschlossen, so wird bei einer Relativverschiebung zwischen den beiden Teilen 4 und 5 des Linearaktuators 1 durch die Bewegung des Spulen 6 bzw. 7 gegenüber dem magnetischen Feld der Magnetelemente 8 und 9 infolge der Selbstinduktion eine der Relativbewegung entgegengerichtete Kraft erzeugt, wodurch sich Stöße passiv dämpfen lassen. Durch die elektrische Kopplung 27 der Spulen 6 bzw. 7 mit einer Steuereinrichtung 13 ist es möglich, über die Veränderung von in die Spulenkreise geschalteten elektrischen Impedanzen das Dämpfungsverhalten gezielt zu beeinflussen. Durch das Anlegen von elektrischen Spannungen an die Spulen 6 und 7 läßt sich dieses Wirkprinzip umkehren, um eine gewünschte Axialkraft und/oder eine bestimmte axiale Längenveränderung des Linearaktuators 1 zu erzeugen.

6 zeigt unterschiedliche Anordnungsmöglichkeiten für die ersten und zweiten Spulen 6 bzw. 7 und die ersten und zweiten Magnetelemente 8 bzw. 9 in bezug auf die Bewegungsachse A. Das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel entspricht dabei dem in der Variante d gezeigten Anordnungsmuster, bei dem die Magnetelemente 8 der ersten Spule-Magnet-Anordnung außerhalb der ringförmig angeordneten Spulen 6 und 7 und die Magnetelemente 9 der zweiten Spule-Magnet-Anordnung innerhalb der elektrischen Spulen 6 und 7 angeordnet sind. Hierdurch ergeben sich an den Spulen verhältnismäßig große Leiterlängen, die für hohe Axialkräfte günstig sind. Da diesem Fall zudem die Magnetelemente 8 und 9 mit ihren gleichnamigen Polen einander gegenüberliegen, stoßen sich die Magnetelemente 8 und 9 in Radialrichtung voneinander ab. Diese Radialkraft wird zur radialen Festlegung der Magnetelemente 8 und 9 verwendet.

Bei der Variante a befinden sich hingegen die Magnetelemente 8 der ersten Spule-Magnet-Anordnung zwischen den ringförmig angeordneten Spulen 6 und 7 der ersten und zweiten Spule-Magnet-Anordnung und die Magnetelemente 9 der zweiten Spule-Magnet-Anordnung innerhalb der ringförmig angeordneten Spulen 6 und 7. Zudem sind die ersten und zweiten Magnetelemente 8 und 9, die mit Bezug auf die Bewegungsachse A einander gegenüberliegen, mit ungleichnamigen Polen zueinander ausgerichtet.

Es sind jedoch auch andere Anordnungsmuster möglich, wie die Varianten b und c in 6 zeigen, auf die hier ausdrücklich hingewiesen wird.

In sämtlichen Fällen ergibt sich aufgrund der Parallelschaltung von zwei Spule-Magnet-Anordnungen eine erhebliche Längenverkürzung bei einem elektromagnetischen Linearaktuator, so daß dieser bei hohen Axialkräften kompakt bleibt.

1
Linearaktuator
2
Kopplungselement
3
Kopplungselement
4
erstes Teil des Linearaktuators
5
zweites Teil des Linearaktuators
6
erste Spule (Spule der ersten Spule-Magnet-Anordnung)
7
zweite Spule (Spule der zweiten Spule-Magnet-Anordnung)
8
erstes Magnetelement (Magnetelement der ersten Spule-Magnet-Anordnung)
9
zweites Magnetelement (Magnetelement der zweiten Spule-Magnet-Anordnung)
10
rohrförmiges Blechteil
11
rohrförmiges Blechteil
12
Rohr-Gehäuse
13
Steuereinrichtung
14
Elementsegment eines ersten Magnetelements
15
Weicheisenscheibe
16
Weicheisen-Lagerschale
17
Bohrung
18
Bohrung
19
Öffnung
20
Öffnung
21
äußerer Distanzhalter
22
innerer Distanzhalter
23
Elementsegment eines zweiten Magnetelements
24
Weicheisen-Lagerschale
25
Vorsprung
26
Ringraum
27
elektrische Kopplung
28
Führungsrohr
29
Öffnung
A
Bewegungsachse
Dia
Außendurchmesser des Ringraums 26
D1i
Innendurchmesser des Ringraums 26
D2a
Außendurchmesser der äußeren, ersten Spulen 6
D2i
Innendurchmesser der zweiten Spulen 7


Anspruch[de]
Elektromagnetischer Linearaktuator mit zwei entlang einer Bewegungsachse (A) gegeneinander verschiebbaren Teilen (4, 5) und einer Spule-Magnet-Anordnung bestehend aus mindestens einer elektrischen Spule (6), die an einem der beiden Teile (4; 5) festgelegt ist, und mindestens einem Magnetelement (8), das an dem anderen der beiden Teile (5; 4) festgelegt ist, und dessen Pole im wesentlichen quer zu der Bewegungsachse (A) ausgerichtet sind, gekennzeichnet durch eine zweite Spule-Magnet-Anordnung, die in bezug auf die Bewegungsachse (A) parallel zu der ersten Spule-Magnet-Anordnung angeordnet ist, und die mindestens eine zweite elektrische Spule (7) an einem der beiden Teile und mindestens ein zweites Magnetelement (9), dessen Pole im wesentlichen quer zu der Bewegungsachse (A) ausgerichtet sind, an dem anderen der beiden Teile aufweist. Elektromagnetischer Linearaktuator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das mindestens eine erste elektrische Spule (6) und mindestens eine zweite elektrische Spule (7) koaxial zueinander angeordnet sind. Elektromagnetischer Linearaktuator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten elektrischen Spulen (6, 7) in einem gemeinsamen Gehäuse (12) aufgenommen sind, wobei die ersten Spulen (6) als äußere Spule die innenliegenden zweiten Spulen (7) umgeben. Elektromagnetischer Linearaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetelemente (8, 9) als Elektromagnete ausgebildet sind. Elektromagnetischer Linearaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetelemente (8, 9) als Permanentmagnete ausgebildet sind. Elektromagnetischer Linearaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetelemente (8, 9) ringförmig ausgebildet und koaxial zu der Bewegungsachse (A) ausgerichtet sind. Elektromagnetischer Linearaktuator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Magnetelement (8, 9) aus mehreren Elementsegmenten (14, 23) besteht. Elektromagnetischer Linearaktuator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elementsegmente (14, 23) in Umfangsrichtung um die Bewegungsachse (A) durch Weicheisenscheiben (15) getrennt sind. Elektromagnetischer Linearaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß jede Spule-Magnet-Anordnung mehrere in Richtung der Bewegungsachse (A) in Reihe angeordnete elektrische Spulen (6, 7) und/oder Magnetelemente (8, 9) umfaßt. Elektromagnetischer Linearaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Magnetelemente (8, 9), die mit Bezug auf die Bewegungsachse (A) einander gegenüberliegen, mit gleichnamigen Polen zueinander ausgerichtet sind. Elektromagnetischer Linearaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Magnetelemente (8, 9), die mit Bezug auf die Bewegungsachse (A) einander gegenüberliegen, mit ungleichnamigen Polen zueinander ausgerichtet sind. Elektromagnetischer Linearaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Spulen (6, 7) der ersten und zweiten Spule-Magnet-Anordnung mit Bezug auf die Bewegungsachse (A) ringartig ineinander geschachtelt sind und die Magnetelemente (8) der ersten Spule-Magnet-Anordnung außerhalb der ringförmig angeordneten Spulen (6, 7) und die Magnetelemente (9) der zweiten Spule-Magnet-Anordnung innerhalb der elektrischen Spulen (6, 7) angeordnet sind. Elektromagnetischer Linearaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (6, 7) der ersten und zweiten Spule-Magnet-Anordnung mit Bezug auf die Bewegungsachse (A) ringartig ineinander geschachtelt sind und die Magnetelemente (8) der ersten Spule-Magnet-Anordnung zwischen den ringförmig angeordneten Spulen (6, 7) der ersten und zweiten Spule-Magnet-Anordnung und die Magnetelemente (9) der zweiten Spule-Magnet-Anordnung innerhalb der ringförmig angeordneten Spulen (6, 7) liegen. Elektromagnetischer Linearaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Spulen (6, 7) der ersten und zweiten Spule-Magnet-Anordnung mit Bezug auf die Bewegungsachse (A) ringartig ineinander geschachtelt sind und die Magnetelemente (8) der ersten Spule-Magnet-Anordnung und die Magnetelemente (9) der zweiten Spule-Magnet-Anordnung zwischen den ringförmig angeordneten Spulen (6, 7) der ersten und zweiten Spule-Magnet-Anordnung liegen. Elektromagnetischer Linearaktuator nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Spulen (6, 7) der ersten und zweiten Spule-Magnet-Anordnung mit Bezug auf die Bewegungsachse (A) ringartig ineinander geschachtelt sind und die Magnetelemente (8) der ersten Spule-Magnet-Anordnung außerhalb der ringförmig angeordneten Spulen (6, 7) und die Magnetelemente (9) der zweiten Spule-Magnet-Anordnung zwischen den elektrischen Spulen (6, 7) der ersten und zweiten Spule-Magnet-Anordnung angeordnet sind.






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