WO2011003547A1 - Electrodynamic activating device - Google Patents

Electrodynamic activating device Download PDF

Info

Publication number
WO2011003547A1
WO2011003547A1 PCT/EP2010/003991 EP2010003991W WO2011003547A1 WO 2011003547 A1 WO2011003547 A1 WO 2011003547A1 EP 2010003991 W EP2010003991 W EP 2010003991W WO 2011003547 A1 WO2011003547 A1 WO 2011003547A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
short
circuit
magnetic circuit
magnetic
actuator
Prior art date
Application number
PCT/EP2010/003991
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Arno Mecklenburg
Jan Magnus Guldbakke
Rainer Schneider
Rainer Michaelsen
Original Assignee
Kendrion Magnettechnik Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=42941872&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=WO2011003547(A1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Kendrion Magnettechnik Gmbh filed Critical Kendrion Magnettechnik Gmbh
Publication of WO2011003547A1 publication Critical patent/WO2011003547A1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00Magnets
    • H01F7/06Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/16Rectilinearly-movable armatures
    • H01F7/1607Armatures entering the winding
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00Magnets
    • H01F7/06Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/081Magnetic constructions
    • H01F2007/086Structural details of the armature
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H3/00Mechanisms for operating contacts
    • H01H3/22Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H3/222Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using electrodynamic repulsion
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H33/00High-tension or heavy-current switches with arc-extinguishing or arc-preventing means
    • H01H33/02Details
    • H01H33/28Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism
    • H01H33/285Power arrangements internal to the switch for operating the driving mechanism using electro-dynamic repulsion

Definitions

  • the invention relates to the field of electrodynamic actuators for various applications, e.g. the operation of high-voltage switches or as an actuator in solenoid valves.
  • electrodynamic actuators The mode of action of electrodynamic actuators is based on the effect of the Lorentz force. This occurs when a current-carrying conductor is in a magnetic field, wherein the current-carrying conductor is movably mounted relative to the magnetic field. This effect is impressively illustrated by the well-known collaborative effort originally discovered by Elihu Thomson. Furthermore, the reluctance force (Maxwell force) can play a role in electrodynamic actuators.
  • a ring of electrically conductive material eg copper
  • soft iron core e.g. copper
  • the ring jumps off the coil, which is also referred to as the Thomson coil.
  • Thomson coils are not common as actuators because they have low efficiency and poor electromagnetic compatibility due to their large stray field and other losses (eg iron losses).
  • the required for such actuators fast switching of high currents is technically complex, providing a correspondingly high electrical power also.
  • Another type of electrodynamic actuators are voice coils. Voice coils are fast actuators and can operate at frequencies up to several tens of kHz.
  • An alternative to electrodynamic actuators are electromagnetic actuators such as solenoids. Such actuators are mechanically more stable, but electrically comparatively sluggish, ie slow.
  • the object underlying the invention is to provide an electrodynamic actuator available that combines the advantages of solenoids (robustness) and voice coils (speed) in itself, also low stray fields and, based on its volume, generates a high force.
  • An electrodynamic actuator is disclosed.
  • An example of the invention relates to an actuator comprising: a magnetic circuit, an induction coil, and a movable metal shorting coil disposed on the magnetic circuit, wherein the force acting on the shorting turn is utilized to perform mechanical work and the magnetic circuit is configured that During operation, the metal of the short-circuit winding is completely or partially penetrated by a radial magnetic flux.
  • the magnetic flux should therefore be introduced as well as possible in the radial direction in the plane of the short-circuit winding with respect to the short-circuit winding, so that the highest possible flux density in the radial direction is generated.
  • FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of the electrodynamic actuator according to the invention
  • FIG. 2 is a perspective sectional view of another exemplary embodiment of the electrodynamic actuator according to the invention which is very similar, for example, from FIG. 1
  • 3 illustrates, by way of example, the radial magnetic field profile in the region of the short-circuit winding of the actuator
  • 4 is a perspective sectional view of a further embodiment of the electrodynamic actuator according to the invention with additional coils.
  • FIG. 1 is a cross section through a vertical plane of symmetry of the electrodynamic actuator 1.
  • the actuator 1 comprises at least the following components: a magnetic circuit formed, for example, by a two-part magnetic core (ferromagnetic magnetic core parts 21, 22); an induction coil wound, for example, on a bobbin 31 placed on the magnetic core; and a movable short circuit winding 12 made of metal, which is also arranged on the magnetic circuit, ie, the short-circuit winding is engages around the magnetic core 21, 22 and is movably mounted on this in the axial direction.
  • a magnetic circuit formed, for example, by a two-part magnetic core (ferromagnetic magnetic core parts 21, 22); an induction coil wound, for example, on a bobbin 31 placed on the magnetic core; and a movable short circuit winding 12 made of metal, which is also arranged on the magnetic circuit, ie, the short-circuit winding is engages around the magnetic core 21, 22 and is movably mounted on this in the axial direction.
  • the force acting on the short-circuit winding 12 can be utilized to perform mechanical work.
  • the magnetic circuit eg, the magnetic core parts 21, 22
  • the magnetic circuit is designed such that during operation the metal of the short-circuit winding 12 is completely or partially penetrated by a radial magnetic flux.
  • the radial direction is thus in the plane of the short-circuit winding 12 and is normal to the circumferential direction (axial direction) of the magnetic circuit 21, 22.
  • the metallic Kurz gleichwindung 12 eg made of copper or aluminum
  • a ring guide 11 made of plastic eg PEEK, ie polyetheretherketone
  • the magnetic circuit may be composed of one, two or more magnetic core parts consist.
  • the magnetic circuit is formed by a two-part magnetic core (lower magnetic core part 22, upper magnetic core part 21), wherein the two magnetic core parts 21, 22 are joined together without air gap. Furthermore, in the present example, a plastic cover 40 is provided, which is arranged on the upper magnetic core part 21 and also made of PEEK or another
  • the KurzInstitutwindung 12 may be constructed of laminated, the best possible electrical conductors.
  • the generation of the magnetic flux passing through the short-circuit winding 12 in the radial direction can be assisted by at least one additional coil (see FIG. 4: coil support 51 above the short-circuit winding 12). These generate a smaller flux than the induction coil (coil support 31 above the short-circuit winding 12), wherein the flooding of the additional coil (s) counteracts the flooding generated by the induction coil.
  • the magnetic flux in the radial direction can be concentrated by means of pole shoes on the stroke range of the movable short-circuit winding.
  • the magnetic flux in the radial direction can also be generated by the magnetic circuit is designed such that the magnetic circuit partially saturates. This can be achieved by a local reduction of the cross section of the magnetic core 21, 22 (see area 60 of the magnetic core part 21 in FIG. 2 or 4), or by using a magnetic material in at least a portion of the magnetic circuit whose saturation polarization is lower than that of the material from which the rest of the magnetic circuit stands.
  • permanent magnets eg rare earth magnets
  • Suitable materials for the magnetic circuit are various ferromagnetic materials, for example soft magnetic materials such as an iron-based, metallic glass, an iron-based nanocrystalline alloy or an iron-cobalt alloy (eg VACOFLUX 18H) which in particular up to 5% other elements (for example, vanadium and silicon) and has the highest possible electrical resistance.
  • soft magnetic materials such as an iron-based, metallic glass, an iron-based nanocrystalline alloy or an iron-cobalt alloy (eg VACOFLUX 18H) which in particular up to 5% other elements (for example, vanadium and silicon) and has the highest possible electrical resistance.
  • the pole shoes (see area 61 of the magnetic core part 21 in FIG. 2 or 4) and the magnetic circuit can be made of different materials, the relative permeability of the material of the pole shoes being lower than that of the material of the rest of the magnetic circuit.
  • the saturation polarization of the material of the pole shoes should be higher than that of the material of the rest of the magnetic circuit.
  • the materials of the magnetic circuit and the pole shoes are each laminated, wherein the planes of the respective lamination are perpendicular to each other.
  • magnetically semi-rigid materials can be used for the pole pieces.
  • an induction coil it is also possible to arrange two (see FIG. 1 with two induction coils on the two bobbins 31) or another even number of coils on the magnetic circuit, all coils (including the additional coils mentioned above) being arranged in such a way that that a multipole stray field as short as possible (in the far field, the magnetic field falls proportionally to l / r 3 or stronger, where r is the Distance to the magnet) range is generated as soon as the magnetic circuit (or a portion thereof) saturates.
  • the electro-dynamic actuator is equipped with a return spring (not shown), i. the Kurz gleichwindung 12 is pressed or pulled by means of a spring in a rest position.
  • a return spring (not shown), i. the Kurz gleichwindung 12 is pressed or pulled by means of a spring in a rest position.
  • the return spring may also be arranged such that the restoring force acts between the electrodynamic actuator and the mechanism to be actuated.
  • the spring may have a non-linear spring characteristic and modulate a force generated by the actuator so that it is matched to the requirements of the mechanism to be actuated, i. the force-displacement characteristic of the actuator can be selectively influenced by the spring.
  • a nonlinear spring e.g. a leaf spring or a plate spring into consideration or a package of leaf springs or disc springs.
  • the energy necessary to operate the actuator may e.g. stored in a capacitor.
  • the energy for operating the actuator can be stored in the capacitances of a delay line whose impedance is matched to that of the electrodynamic actuator and which is charged directly or via a storage inductance.
  • a capacitor with the aid of a pulse width modulator is discharged via the induction coil (s) of the electrodynamic actuator, so that many electrical switching operations take place during a single mechanical setting process; the pulse width modulation is applied to the pulse width modulator Tuned requirements of the mechanism to be actuated, ie by a pulse width modulation, the time course of the coil current can be adjusted by the induction coil and thus the behavior of the actuator can be influenced.
  • capacitor and actuator Between capacitor and actuator is a magnetic pulse compression (delay chain with saturable reactors, which provides the load side extremely steep-flanked current pulses and the memory side protects the / the switch), whose impedance is matched to that of the electrodynamic actuator.
  • the capacitor is also an inductive energy storage into consideration, which is adapted to the impedance of the electrodynamic actuator.
  • impedance matching With impedance matching, the power transferred between the power supply and the actuator is maximum. For optimum efficiency, the internal resistance of the power supply of the actuator should be as minimal as possible.
  • an impedance converter may be connected between the inductive storage and the electrodynamic actuator.
  • the electrodynamic actuator can be so combined with a solenoid so that a holding force is generated.
  • the movable short-circuit winding 12 is rigidly connected to a movably mounted part of the magnetic circuit 21, 22.
  • the magnetic circuit 21, 22 has in the initial state a taper of the cross section, which is reduced or destroyed by movement of the movably mounted part of the magnetic circuit in the direction in which the Lorentz force acts on the KurzSchlusswindung 12.
  • the generated force is exerted on the movably mounted part of the magnetic circuit to the actuated by the actuator mechanism.
  • a part of the magnetic circuit is connected to the short circuit and moves together with the short-circuit winding.
  • the magnetic circuit is designed so that during movement the cross section of the magnetic circuit becomes larger (ie the taper is reduced), which results in a corresponding reluctance force.
  • the effect of the force acting on the short-circuit winding by the action of an additional reluctance force (such acts even with a solenoid) on the movable part of the magnetic core is amplified.
  • a holding force can be generated by utilizing the DC component through the induction coil.
  • the short-circuit winding 12 can be reinforced mechanically with the aid of a correspondingly shaped component
  • the force can e.g. be transferred by means of a rod arranged in the axial direction of the actuated mechanism.
  • the electrodynamic actuator can be arranged in a housing, which consists for example of Mu metal or a comparable soft magnetic material.
  • the mode of operation of the electrodynamic actuator from FIGS. 1 or 2 will be clarified again below with reference to the course of the magnetic field lines shown schematically in FIG. 3.
  • the feeding of a current into the induction coil (coil carrier 31) results in a corresponding magnetic field 51, which in turn - according to the law of induction - results in a corresponding short-circuit current in the course winding 12.
  • This short-circuit current in turn generates a magnetic field 52, which - according to the Lenz's rule - the magnetic field of the induction coil is opposite. Consequently, apart from stray fields, the magnetic fields 51 and 51 of the induction coil and the short-circuit winding are destructively destructed in the axial direction, so that in the region of the short-circuit winding, the axial magnetic field
  • Flux density B AX is very small, ideally zero.

Abstract

The invention relates to an electrodynamic actuator. An example of the invention relates to an actuator comprising the following: a magnetic circuit (21, 22), an induction coil (31), and a movable short-circuit winding (12) made of metal, the induction coil and the movable short-circuit winding being arranged on the magnetic circuit, wherein the force acting on the short-circuit winding is used to perform mechanical work and the magnetic circuit is designed in such a way that the metal of the short-circuit winding is completely or partially penetrated by a radial magnetic flux during operation.

Description

Elektrodynamischer Aktor Electrodynamic actuator
Technisches Gebiet Die Erfindung betrifft das Gebiet elektrodynamischer Aktoren für unterschiedliche Anwendungen wie z.B. das Betätigen von Hochspannungsschaltern oder als Aktor in Magnetventilen. Technical Field The invention relates to the field of electrodynamic actuators for various applications, e.g. the operation of high-voltage switches or as an actuator in solenoid valves.
Technischer Hintergrund Technical background
Die Wirkungsweise von elektrodynamischen Aktoren beruht auf der Wirkung der Lorentzkraft . Diese tritt auf, wenn sich ein stromdurchflossener Leiter in einem Magnetfeld befindet, wobei der stromdurchflossene Leiter relativ zu dem Magnetfeld bewegbar gelagert ist. Dieser Effekt wird durch den bekannten Ringversuch, ursprünglich entdeckt von Elihu Thomson, eindrucksvoll illustriert. Des Weiteren kann die Reluktanzkraft (Maxwell-Kraft) bei elektrodynamischen Aktoren eine Rolle spielen. The mode of action of electrodynamic actuators is based on the effect of the Lorentz force. This occurs when a current-carrying conductor is in a magnetic field, wherein the current-carrying conductor is movably mounted relative to the magnetic field. This effect is impressively illustrated by the well-known collaborative effort originally discovered by Elihu Thomson. Furthermore, the reluctance force (Maxwell force) can play a role in electrodynamic actuators.
Beim Ringversuch nach Thomson wird ein Ring aus elektrisch leitendem Material (z.B. Kupfer) um eine langgestreckte Spule mit Weicheisenkern angeordnet. Bei einem kurzen Strompuls durch die Spule wird durch die Wirkung der Lorenzkraft springt der Ring von der Spule, die auch als Thomson-Spule bezeichnet wird. Thomson-Spulen sind als Aktoren nicht gebräuchlich, da sie wegen ihres großen Streufeldes und anderen Verlusten (z.B. Eisenverlusten) nur einen geringen Wirkungsgrad und eine schlechte elektromagnetische Verträglichkeit aufweisen. Das für derartige Aktoren erforderliche schnelle Schalten von hohen Strömen ist technisch aufwändig, das Bereitstellen einer entsprechend hohen elektrischen Leistung ebenfalls . Eine andere Art von elektrodynamischen Aktoren sind Schwingspulen. Schwingspulen sind schnelle Aktoren und können bei Frequenzen von bis zu mehreren 10 kHz betrieben werden. Es sind aber fragile und aufwändige Konstruktionen, da die Kraft an der Spule entsteht. Die Verwendung eines robusten Spulenkörpers mindert die Vorzüge einer Schwingspule, da die Masse des robusten Spulenkörpers beschleunigt werden muss. Eine Alternative zu elektrodynamischen Aktoren sind elektromagnetische Aktoren wie z.B. Hubmagnete. Derartige Aktoren sind mechanisch stabiler, jedoch elektrisch vergleichsweise träge, d.h. langsam. Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht darin, einen elektrodynamischen Aktor zur Verfügung zu stellen, der die Vorteile von Hubmagneten (Robustheit) und Schwingspulen (Schnelligkeit) in sich vereint, zudem geringe Streufelder und, bezogen auf sein Volumen, eine hohe Kraft erzeugt. In the ring trial according to Thomson, a ring of electrically conductive material (eg copper) is arranged around an elongated coil with soft iron core. During a short current pulse through the coil, due to the action of the Lorentz force, the ring jumps off the coil, which is also referred to as the Thomson coil. Thomson coils are not common as actuators because they have low efficiency and poor electromagnetic compatibility due to their large stray field and other losses (eg iron losses). The required for such actuators fast switching of high currents is technically complex, providing a correspondingly high electrical power also. Another type of electrodynamic actuators are voice coils. Voice coils are fast actuators and can operate at frequencies up to several tens of kHz. But it is fragile and complex constructions, because the force is generated at the coil. The use of a robust bobbin reduces the merits of a voice coil as the mass of the robust bobbin needs to be accelerated. An alternative to electrodynamic actuators are electromagnetic actuators such as solenoids. Such actuators are mechanically more stable, but electrically comparatively sluggish, ie slow. The object underlying the invention is to provide an electrodynamic actuator available that combines the advantages of solenoids (robustness) and voice coils (speed) in itself, also low stray fields and, based on its volume, generates a high force.
Zusammenfassung der Erfindung Summary of the invention
Diese Aufgabe wird durch einen Aktor gemäß Anspruch 1 gelöst. Beispielhafte Ausführungen und Weiterentwicklungen der Erfin- düng sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. This object is achieved by an actuator according to claim 1. Exemplary embodiments and further developments of the invention are the subject of the dependent claims.
Es wird ein elektrodynamischer Aktuator offenbart. Ein Beispiel der Erfindung betrifft einen Aktuator, der folgendes aufweist: einen Magnetkreis, eine Induktionsspule sowie eine bewegliche Kurzschlusswindung aus Metall, die auf dem Magnetkreis angeordnet sind, wobei die auf die Kurzschlusswindung wirkende Kraft zur Verrichtung mechanischer Arbeit ausgenutzt wird und der Magnetkreis derart ausgestaltet ist, dass wäh- rend des Betriebs das Metall der Kurzschlusswindung ganz oder teilweise von einem radialen magnetischen Fluss durchsetzt wird. Der magnetische Fluss sollte also so gut wie möglich in - in Bezug auf die Kurzschlusswindung - radialer Richtung in der Ebene der Kurzschlusswindung eingeleitet werden, sodass eine möglichst hohe Flussdichte in radialer Richtung erzeugt wird. Kurzbeschreibung der Abbildungen An electrodynamic actuator is disclosed. An example of the invention relates to an actuator comprising: a magnetic circuit, an induction coil, and a movable metal shorting coil disposed on the magnetic circuit, wherein the force acting on the shorting turn is utilized to perform mechanical work and the magnetic circuit is configured that During operation, the metal of the short-circuit winding is completely or partially penetrated by a radial magnetic flux. The magnetic flux should therefore be introduced as well as possible in the radial direction in the plane of the short-circuit winding with respect to the short-circuit winding, so that the highest possible flux density in the radial direction is generated. Brief description of the pictures
Die folgenden Figuren und die weitere Beschreibung soll helfen, die Erfindung besser zu verstehen. Nähere Details, Varianten und Weiterentwicklungen des Erfindungsgedankens werden an Hand von Figuren erläutert, die ein spezielles ausgewähltes Beispiel betreffen. Die Elemente in den Figuren sind nicht unbedingt als Einschränkung zu verstehen, vielmehr wird Wert darauf gelegt, das Prinzip der Erfindung darzustellen. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen korrespondie- rende Teile. The following figures and the further description should help to better understand the invention. Further details, variants and further developments of the inventive concept will be explained with reference to figures which relate to a specific selected example. The elements in the figures are not necessarily to be construed as limiting, rather value is placed to represent the principle of the invention. In the figures, like reference numerals designate corresponding parts.
Fig. 1 ist eine Schnittzeichnung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen elektrodynamischen Aktors; Fig. 2 ist eine perspektivische Schnittdarstellung eines weiteren, zum Beispiel aus Figur 1 sehr ähnlichen Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen elektrodynamischen Aktors; Fig. 3 illustriert beispielhaft den radialen Magnetfeldverlauf im Bereich der Kurzschlusswindung des Aktors,- und Fig. 4 ist eine perspektivische Schnittdarstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen elektrodynamischen Aktors mit zusätzlichen Spulen. Detailierte Beschreibung Fig. 1 is a sectional view of an embodiment of the electrodynamic actuator according to the invention; FIG. 2 is a perspective sectional view of another exemplary embodiment of the electrodynamic actuator according to the invention which is very similar, for example, from FIG. 1; 3 illustrates, by way of example, the radial magnetic field profile in the region of the short-circuit winding of the actuator, and 4 is a perspective sectional view of a further embodiment of the electrodynamic actuator according to the invention with additional coils. Detailed description
Im Folgenden wird ein spezielles Ausführungsbeispiel anhand der in Figur 1 dargestellten Schnittzeichnung näher erläutert. Figur 2 ist eine perspektivische Schnittdarstellung des Aktors. Figur 1 ist ein Querschnitt durch eine vertikale Symmetrieebene des elektrodynamischen Aktors 1. Der Aktor 1 um- fasst zumindest die folgenden Komponenten: einen Magnetkreis, der beispielsweise durch einen zweiteiligen Magnetkern (fer- romagnetische Magnetkernteile 21, 22) gebildet ist; eine In- duktionsspule, die beispielsweise auf einem auf den Magnetkern aufgesetzten Spulenkörper 31 gewickelt ist; und eine bewegliche Kurzschlusswindung 12 aus Metall, die ebenfalls auf dem Magnetkreis angeordnet ist, d.h. die Kurzschlusswindung ist umgreift den Magnetkern 21, 22 und ist an diesem in axia- ler Richtung beweglich gelagert. Die auf die Kurzschlusswin- dung 12 wirkende Kraft kann zur Verrichtung mechanischer Arbeit ausgenutzt werden. Dazu ist der Magnetkreis (z.B. die Magnetkernteile 21, 22) derart ausgestaltet, dass während des Betriebs das Metall der Kurzschlusswindung 12 ganz oder teil- weise von einem radialen magnetischen Fluss durchsetzt wird. Die radiale Richtung liegt also in der Ebene der Kurzschluss- windung 12 und ist normal zur Umfangsrichtung (axiale Richtung) des Magnetkreises 21, 22. Die metallische Kurzschlusswindung 12 (z.B. aus Kupfer oder Aluminium) kann auf einer Ringführung 11 aus Kunststoff (z.B. PEEK, d.h. Polyetheretherketon) angeordnet sein. Der Magnetkreis kann aus einem, zwei, oder mehreren Magnetkernteilen bestehen. Im vorliegenden Beispiel wird der Magnetkreis durch einen zweiteiligen Magnetkern (unterer Magnetkernteil 22, oberer Magnetkernteil 21) gebildet, wobei die beiden Magnetkernteile 21, 22 luftspaltlos aneinander gefügt sind. Des Weiteren ist im vorliegenden Beispiel eine Kunststoffabde- ckung 40 vorgesehen, die auf dem oberen Magnetkernteil 21 angeordnet ist und ebenfalls aus PEEK oder einem anderen In the following, a specific exemplary embodiment will be explained in more detail with reference to the sectional drawing shown in FIG. FIG. 2 is a perspective sectional view of the actuator. FIG. 1 is a cross section through a vertical plane of symmetry of the electrodynamic actuator 1. The actuator 1 comprises at least the following components: a magnetic circuit formed, for example, by a two-part magnetic core (ferromagnetic magnetic core parts 21, 22); an induction coil wound, for example, on a bobbin 31 placed on the magnetic core; and a movable short circuit winding 12 made of metal, which is also arranged on the magnetic circuit, ie, the short-circuit winding is engages around the magnetic core 21, 22 and is movably mounted on this in the axial direction. The force acting on the short-circuit winding 12 can be utilized to perform mechanical work. For this purpose, the magnetic circuit (eg, the magnetic core parts 21, 22) is designed such that during operation the metal of the short-circuit winding 12 is completely or partially penetrated by a radial magnetic flux. The radial direction is thus in the plane of the short-circuit winding 12 and is normal to the circumferential direction (axial direction) of the magnetic circuit 21, 22. The metallic Kurzschlusswindung 12 (eg made of copper or aluminum) can on a ring guide 11 made of plastic (eg PEEK, ie polyetheretherketone) may be arranged. The magnetic circuit may be composed of one, two or more magnetic core parts consist. In the present example, the magnetic circuit is formed by a two-part magnetic core (lower magnetic core part 22, upper magnetic core part 21), wherein the two magnetic core parts 21, 22 are joined together without air gap. Furthermore, in the present example, a plastic cover 40 is provided, which is arranged on the upper magnetic core part 21 and also made of PEEK or another
Kunststoff gefertigt sein kann. Die Kurzschlusswindung 12 kann aus laminierten, möglichst guten elektrischen Leitern aufgebaut sein. Plastic can be made. The Kurzschlusswindung 12 may be constructed of laminated, the best possible electrical conductors.
Die Erzeugung des die Kurzschlusswindung 12 in radialer Richtung durchsetzenden magnetischen Flusses kann durch mindestens eine zusätzliche Spule (siehe Fig. 4: Spulenträger 51 oberhalb der Kurzschlusswindung 12) unterstützt werden. Diese erzeugen dabei eine kleinere Durchflutung als die Induktionsspule (Spulenträger 31 oberhalb der Kurzschlusswindung 12), wobei die Durchflutung der zusätzlichen Spule (n) der von der Induktionsspule erzeugten Durchflutung entgegenwirkt. Der magnetische Fluss in radialer Richtung kann dabei mit Hilfe von Polschuhen auf den Hubbereich der beweglichen Kurz- schlusswindung konzentriert werden. The generation of the magnetic flux passing through the short-circuit winding 12 in the radial direction can be assisted by at least one additional coil (see FIG. 4: coil support 51 above the short-circuit winding 12). These generate a smaller flux than the induction coil (coil support 31 above the short-circuit winding 12), wherein the flooding of the additional coil (s) counteracts the flooding generated by the induction coil. The magnetic flux in the radial direction can be concentrated by means of pole shoes on the stroke range of the movable short-circuit winding.
Anstelle einer oder mehrerer zusätzlicher Spulen (oder als zusätzliche Maßnahme) kann der magnetische Fluss in radialer Richtung auch erzeugt werden, indem der Magnetkreis derart ausgelegt ist, dass der Magnetkreis partiell sättigt. Dies kann durch eine lokale Verringerung des Querschnittes des Magnetkerns 21, 22 erreicht werden (siehe Bereich 60 des Mag- netkernteils 21 in Fig. 2 oder 4), oder durch die Verwendung eines magnetischen Werkstoffes in zumindest einem Abschnitt des Magnetkreises, dessen Sättigungspolarisation geringer ist als die des Werkstoffs, aus dem der übrige Magnetkreis be- steht. Alternativ oder zusätzlich dazu können statt den zusätzlichen Spulen Permanentmagnete (z.B. Seltenerdenmagnete) zur Erzeugung des radialen Flusses verwendet werden. Als Werkstoffe für den Magnetkreis kommen verschiedene ferro- magnetische Werkstoffe in Betracht, beispielsweise weichmagnetische Werkstoffe wie ein eisenbasiertes, metallisches Glas, eine eisenbasierte nanokristalline Legierung oder eine Eise-Kobalt-Legierung (z.B. VACOFLUX 18H), die insbesondere bis zu 5 % andere Elemente (z.B. Vanadium und Silizium) sowie einen möglichst hohen elektrischen Widerstand aufweist. Instead of one or more additional coils (or as an additional measure), the magnetic flux in the radial direction can also be generated by the magnetic circuit is designed such that the magnetic circuit partially saturates. This can be achieved by a local reduction of the cross section of the magnetic core 21, 22 (see area 60 of the magnetic core part 21 in FIG. 2 or 4), or by using a magnetic material in at least a portion of the magnetic circuit whose saturation polarization is lower than that of the material from which the rest of the magnetic circuit stands. Alternatively or additionally, instead of the additional coils, permanent magnets (eg rare earth magnets) may be used to generate the radial flux. Suitable materials for the magnetic circuit are various ferromagnetic materials, for example soft magnetic materials such as an iron-based, metallic glass, an iron-based nanocrystalline alloy or an iron-cobalt alloy (eg VACOFLUX 18H) which in particular up to 5% other elements ( for example, vanadium and silicon) and has the highest possible electrical resistance.
Die Polschuhe (siehe Bereich 61 des Magnetkernteils 21 in Fig. 2 oder 4) und der Magnetkreis können aus unterschiedli- chen Werkstoffen bestehen, wobei die relative Permeabilität des Werkstoffes der Polschuhe niedriger ist als die des Werkstoffs des übrigen Magnetkreises. Die Sättigungspolarisation des Werkstoffes der Polschuhe soll jedoch höher sein als die des Werkstoffs des übrigen Magnetkreises. In einem speziellen Ausführungsbeispiel sind die Werkstoffe des Magnetkreises und der Polschuhe jeweils laminiert, wobei die Ebenen der jeweiligen Laminierung senkrecht aufeinander stehen. Insbesondere können für die Polschuhe magnetisch halbharte Werkstoffe verwendet werden. The pole shoes (see area 61 of the magnetic core part 21 in FIG. 2 or 4) and the magnetic circuit can be made of different materials, the relative permeability of the material of the pole shoes being lower than that of the material of the rest of the magnetic circuit. However, the saturation polarization of the material of the pole shoes should be higher than that of the material of the rest of the magnetic circuit. In a specific embodiment, the materials of the magnetic circuit and the pole shoes are each laminated, wherein the planes of the respective lamination are perpendicular to each other. In particular, magnetically semi-rigid materials can be used for the pole pieces.
Anstelle einer Induktionsspule können auch zwei (siehe Fig. 1 mit zwei Induktionsspulen auf den zwei Spulenkörpern 31) oder eine andere geradzahlige Anzahl von Spulen auf dem Magnet- kreis angeordnet werden, wobei alle Spulen (inklusive der oben erwähnten zusätzlichen Spulen) so angeordnet sind, dass ein Multipol-Streufeld möglichst kurzer (im Fernfeld fällt das Magnetfeld proportional zu l/r3 oder stärker, wobei r der Abstand zum Magneten ist) Reichweite erzeugt wird, sobald der Magnetkreis (oder ein Abschnitt davon) sättigt. Instead of an induction coil, it is also possible to arrange two (see FIG. 1 with two induction coils on the two bobbins 31) or another even number of coils on the magnetic circuit, all coils (including the additional coils mentioned above) being arranged in such a way that that a multipole stray field as short as possible (in the far field, the magnetic field falls proportionally to l / r 3 or stronger, where r is the Distance to the magnet) range is generated as soon as the magnetic circuit (or a portion thereof) saturates.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der elektrodynami- sehe Aktor mit einer Rückstellfeder (nicht dargestellt) ausgestattet, d.h. die Kurzschlusswindung 12 wird mit Hilfe einer Feder in eine Ruheposition gedrückt bzw. gezogen. Eine besonders kompakte Bauweise ergibt sich, wenn die Rückstellfeder zwischen Magnetkreis (Magnetkern 21, 22) und der Kurz- schlusswindung 12 wirkt. Alternativ kann die Rückstellfeder auch derart angeordnet sein, dass die Rückstellkraft zwischen dem elektrodynamischen Aktor und der zu betätigenden Mechanik wirkt. Die Feder kann eine nicht- lineare Federkennlinie aufweisen und einen von dem Aktor erzeugten Kraftstoß derart mo- dulieren, dass er mit den Anforderungen der zu betätigenden Mechanik abgestimmt ist, d.h. die Kraft-Weg-Charakteristik des Aktors kann durch die Feder gezielt beeinflusst werden. Als nicht- lineare Feder kommt z.B. eine Blattfeder oder eine Tellerfeder in Betracht oder ein Paket von Blattfedern bzw. Tellerfedern. In another embodiment, the electro-dynamic actuator is equipped with a return spring (not shown), i. the Kurzschlusswindung 12 is pressed or pulled by means of a spring in a rest position. A particularly compact design results when the return spring between the magnetic circuit (magnetic core 21, 22) and the short-circuit winding 12 acts. Alternatively, the return spring may also be arranged such that the restoring force acts between the electrodynamic actuator and the mechanism to be actuated. The spring may have a non-linear spring characteristic and modulate a force generated by the actuator so that it is matched to the requirements of the mechanism to be actuated, i. the force-displacement characteristic of the actuator can be selectively influenced by the spring. As a nonlinear spring, e.g. a leaf spring or a plate spring into consideration or a package of leaf springs or disc springs.
Die zum Betrieb des Aktors notwendige Energie kann z.B. in einem Kondensator gespeichert sein. Die Energie zum Betrieb des Aktors kann in den Kapazitäten einer Laufzeitkette ge- speichert sein, deren Impedanz auf die des elektrodynamischen Aktors angepasst ist und die direkt oder über eine Speicherinduktivität geladen wird. The energy necessary to operate the actuator may e.g. stored in a capacitor. The energy for operating the actuator can be stored in the capacitances of a delay line whose impedance is matched to that of the electrodynamic actuator and which is charged directly or via a storage inductance.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird ein Kondensator mit HiI- fe eines Pulsweitenmodulators über die Induktionsspule (n) des elektrodynamischen Aktors entladen, sodass währen eines einzigen mechanischen Stellvorgangs viele elektrische Schaltvorgänge stattfinden, die Pulsweitenmodulation ist dabei auf die Anforderungen der zu betätigenden Mechanik abgestimmt, d.h. durch eine Pulsweitenmodulation kann der zeitliche Verlauf des Spulenstroms durch die Induktionsspule eingestellt werden und somit auch das Verhalten des Aktors gezielt beeinflusst werden. According to one exemplary embodiment, a capacitor with the aid of a pulse width modulator is discharged via the induction coil (s) of the electrodynamic actuator, so that many electrical switching operations take place during a single mechanical setting process; the pulse width modulation is applied to the pulse width modulator Tuned requirements of the mechanism to be actuated, ie by a pulse width modulation, the time course of the coil current can be adjusted by the induction coil and thus the behavior of the actuator can be influenced.
Zwischen Kondensator und Aktor ist eine magnetische Pulskompression (Laufzeitkette mit sättigbaren Reaktoren, welche lastseitig äußerst steilflankige Stromimpulse bereitstellt und speicherseitig den/die Schalter schont) geschaltet, deren Impedanz auf die des elektrodynamischen Aktors abgestimmt ist. Between capacitor and actuator is a magnetic pulse compression (delay chain with saturable reactors, which provides the load side extremely steep-flanked current pulses and the memory side protects the / the switch), whose impedance is matched to that of the electrodynamic actuator.
Als Alternative zu dem Kondensator kommt auch ein induktiver Energiespeicher in Betracht, der auf die Impedanz des elektrodynamischen Aktors angepasst ist. Bei einer Impedanzanpas- sung ist die zwischen Energieversorgung und Aktor übertragene Leistung maximal. Für einen optimalen Wirkungsgrad sollte der Innenwiderstand der Energieversorgung des Aktors möglichst minimal sein. Zwischen dem induktiven Speicher und dem elektrodynamischen Aktor kann ein Impedanzwandler geschaltet sein. As an alternative to the capacitor is also an inductive energy storage into consideration, which is adapted to the impedance of the electrodynamic actuator. With impedance matching, the power transferred between the power supply and the actuator is maximum. For optimum efficiency, the internal resistance of the power supply of the actuator should be as minimal as possible. Between the inductive storage and the electrodynamic actuator, an impedance converter may be connected.
Der elektrodynamische Aktor kann derart mit einem Hubmagneten derart kombiniert werden, sodass eine Haltekraft erzeugt wird. Die bewegliche Kurzschlusswindung 12 ist dabei starr mit einem beweglich gelagerten Teil des Magnetkreises 21, 22 verbunden. Der Magnetkreis 21, 22 besitzt im Ausgangszustand eine Verjüngung des Querschnitts, welche durch Bewegung des beweglich gelagerten Teils des Magnetkreises in jene Rich- tung, in die die Lorenzkraft auf die KurzSchlusswindung 12 wirkt, verringert oder vernichtet wird. Dabei wird die erzeugte Kraft über das beweglich gelagerte Teil des Magnetkreises auf die vom Aktor zu betätigende Mechanik ausgeübt. In anderen Worten, ein Teil des Magnetkreises ist mit der Kurzschluss verbunden und bewegt sich gemeinsam mit der Kurz- schlusswicklung. Der Magnetkreis ist so ausgestaltet, dass bei der Bewegung der Querschnitt des Magnetkreises größer wird (d.h. die Verjüngung wird reduziert), was eine entsprechende Reluktanzkraft zur Folge hat . Auf diese Art wird die Wirkung der auf die Kurzschlusswicklung wirkende Kraft durch die Wirkung einer zusätzlichen Reluktanzkraft (eine solche wirkt auch bei einem Hubmagneten) auf den Beweglichen Teil des Magnetkerns verstärkt. Auf diese Art kann eine Haltekraft unter Ausnutzung des Gleichstromanteils durch die Induktionsspule erzeugt werden. The electrodynamic actuator can be so combined with a solenoid so that a holding force is generated. The movable short-circuit winding 12 is rigidly connected to a movably mounted part of the magnetic circuit 21, 22. The magnetic circuit 21, 22 has in the initial state a taper of the cross section, which is reduced or destroyed by movement of the movably mounted part of the magnetic circuit in the direction in which the Lorentz force acts on the KurzSchlusswindung 12. In this case, the generated force is exerted on the movably mounted part of the magnetic circuit to the actuated by the actuator mechanism. In other words, a part of the magnetic circuit is connected to the short circuit and moves together with the short-circuit winding. The magnetic circuit is designed so that during movement the cross section of the magnetic circuit becomes larger (ie the taper is reduced), which results in a corresponding reluctance force. In this way, the effect of the force acting on the short-circuit winding by the action of an additional reluctance force (such acts even with a solenoid) on the movable part of the magnetic core is amplified. In this way, a holding force can be generated by utilizing the DC component through the induction coil.
Je nach Anwendung kann die Kurzschlusswindung 12 mit Hilfe eines entsprechend geformten Bauteils mechanisch verstärktDepending on the application, the short-circuit winding 12 can be reinforced mechanically with the aid of a correspondingly shaped component
(z.B. durch die Ringführung 11) werden, welches aus härterem Material besteht als die Kurzschlusswindung 12. Die Kraft kann z.B. mit Hilfe einer in axialer Richtung angeordneter Stange auf die zu betätigende Mechanik übertragen werden. (e.g., by the ring guide 11), which is made of a harder material than the short circuit winding 12. The force can e.g. be transferred by means of a rod arranged in the axial direction of the actuated mechanism.
Der elektrodynamische Aktor kann in einem Gehäuse angeordnet sein, das beispielsweise aus Mu-Metal oder einem vergleichbaren weichmagnetischen Werkstoff besteht. Die Funktionsweise des elektrodynamischen Aktors aus den Figuren 1 oder 2 wird im Folgenden noch einmal anhand des in der Fig. 3 schematisch dargestellten Verlauf der magnetischen Feldlinien verdeutlicht. Das Einspeisen eines Stromes in die Induktionsspule (Spulenträger 31) hat ein entsprechendes mag- netisches Feld 51 zur Folge, was wiederum - gemäß dem Induktionsgesetz - einen entsprechenden Kurzschlussstrom in der Kursschlusswindung 12 zur Folge hat. Dieser Kurzschlussstrom erzeugt wiederum ein Magnetfeld 52, das - gemäß der Lenz 'sehen Regel - den magnetischen Feld der Induktionsspule entgegengesetzt ist. Folglich überlagern sich - abgesehen von Streufeldern - die Magnetfelder 51 und 51 von Induktionsspule und Kurzschlusswindung in axialer Richtung destruktiv, sodass im Bereich der Kurzschlusswindung die axiale magnetischeThe electrodynamic actuator can be arranged in a housing, which consists for example of Mu metal or a comparable soft magnetic material. The mode of operation of the electrodynamic actuator from FIGS. 1 or 2 will be clarified again below with reference to the course of the magnetic field lines shown schematically in FIG. 3. The feeding of a current into the induction coil (coil carrier 31) results in a corresponding magnetic field 51, which in turn - according to the law of induction - results in a corresponding short-circuit current in the course winding 12. This short-circuit current in turn generates a magnetic field 52, which - according to the Lenz's rule - the magnetic field of the induction coil is opposite. Consequently, apart from stray fields, the magnetic fields 51 and 51 of the induction coil and the short-circuit winding are destructively destructed in the axial direction, so that in the region of the short-circuit winding, the axial magnetic field
Flussdichte BAX sehr klein, im Idealfall null, wird. Die radialen Komponenten der Magnetfelder 51 und 52 überlagern sich konstruktiv, was im Bereich der Kurzschlusswindung eine sehr starke radiale magnetische Flussdichte BR zur Folge hat. Die- se radiale magnetische Flussdichte BR im Bereich der Kurz- schlusswindung hat eine axiale Lorentz-Kraft zu Folge, die auf die Kurzschlusswindung 12 wirkt und die als Aktorkraft zur Verfügung steht . Die für die Funktionsweise des Aktors notwendige, näherungs- weise Auslöschung des Magnetfeldes in axialer Richtung und die damit verbundene Konzentration der magnetischen Fluss- dichte in radialer Richtung im Bereich der Kurzschlusswindung wird mit Hilfe des geschlossenen Magnetkreises erreicht und ist umso besser, je besser die elektrische Leitfähigkeit der Kurzschlusswindung 12 ist und je geringer die Eisenverluste um Magnetkreis sind. Flux density B AX is very small, ideally zero. The radial components of the magnetic fields 51 and 52 overlap constructively, which in the region of the short-circuit winding results in a very strong radial magnetic flux density B R. This radial magnetic flux density B R in the region of the short-circuit winding results in an axial Lorentz force which acts on the short-circuit winding 12 and which is available as an actuator force. The approximate extinction of the magnetic field in the axial direction, which is necessary for the functioning of the actuator, and the associated concentration of the magnetic flux density in the radial direction in the region of the short-circuit winding is achieved with the aid of the closed magnetic circuit and is the better, the better the electric Conductivity of the Kurzschlusswindung 12 and the lower the iron losses are around magnetic circuit.

Claims

Patentansprüche : Claims:
1. Ein elektrodynamischer Aktuator, der folgendes aufweist: An electrodynamic actuator comprising:
eine Induktionsspule,  an induction coil,
eine bewegliche Kurzschlusswindung aus Metall, und einen Magnetkreis auf dem die Induktionsspule und die Kurzschlusswindung angeordnet sind,  a movable metal short-circuit winding, and a magnetic circuit on which the induction coil and the short-circuit winding are arranged,
wobei die auf die Kurzschlusswindung wirkende Kraft zur Verrichtung mechanischer Arbeit ausgenutzt wird und  wherein the force acting on the short-circuit winding is utilized for performing mechanical work, and
wobei der Magnetkreis derart ausgestaltet ist, dass während des Betriebs das Metall der Kurzschlusswindung ganz oder teilweise von einem radialen magnetischen Fluss durchsetzt wird.  wherein the magnetic circuit is configured such that during operation, the metal of the short-circuit winding is completely or partially penetrated by a radial magnetic flux.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, dass die Erzeugung des radialen Flusses durch mindestens eine zusätzliche Spule realisiert wird, welche eine kleinere Durchflutung erzeugt als die Induktionsspule (n) , deren Durchflutung (en) sie entgegenwirkt/en, und dass der radiale Fluss mittels Polschuhen auf den Hubbereich der beweglichen Kurzschlusswindung konzentriert wird. 2. Device according to claim 1, characterized in that the generation of the radial flow is realized by at least one additional coil, which generates a smaller flux than the induction coil (s) whose flow (s) it counteracts / s, and that the radial flow is concentrated by means of pole pieces on the stroke range of the movable short-circuit winding.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2 gekennzeichnet dadurch, dass anstelle einer oder mehrerer zusätzlicher Spulen der radiale Fluss erzeugt wird, indem der Magnetkreis derart ausgelegt wird, dass er während des Betriebs partiell sättigt, was durch eine lokale Verringerung des Querschnitts oder die Verwendung eines magnetischen Werkstoffs im Magnetkreis erreicht werden kann, dessen Sättigungspolarisation geringer ist als die des Werkstoffes, aus dem der übrige Magnetkreis besteht. 3. A device according to claim 2, characterized in that instead of one or more additional coils, the radial flux is generated by the magnetic circuit is designed such that it partially saturates during operation, resulting in a local reduction of the cross section or the use of a magnetic material can be achieved in the magnetic circuit whose saturation polarization is less than that of the material from which the rest of the magnetic circuit consists.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2 gekennzeichnet dadurch, dass anstelle einer oder mehrerer zusätzlicher Spulen Permanent- magnete, vorzugsweise Seltenerdenmagnete, zur Erzeugung des radialen Flusses verwendet werden (wodurch in einfacher Weise eine elektrische Rückstellung ermöglicht wird) . 4. Apparatus according to claim 2, characterized in that instead of one or more additional coils permanent magnets, preferably rare earth magnets, may be used to generate the radial flux (thereby easily enabling electrical resetting).
5. Vorrichtung nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, dass als weichmagnetischer Werkstoff für den Magnetkreis ein eisenbasiertes metallisches Glas oder eine eisenbasierte nano- kristalline Legierung verwendet wird. 5. The device according to claim 1, characterized in that a soft-magnetic material for the magnetic circuit, an iron-based metallic glass or an iron-based nanocrystalline alloy is used.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, dass als weichmagnetischer Werkstoff für den Magnetkreis eine Eisen-Kobalt-Legierung verwendet wird. 6. Apparatus according to claim 1, characterized in that as soft magnetic material for the magnetic circuit, an iron-cobalt alloy is used.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6 gekennzeichnet dadurch, dass die Eisen-Kobalt-Legierung bis zu 5% anderer Elemente, insbesondere V oder Si, enthält und einen möglichst hohen spezifischen elektrischen Widerstand aufweist. 7. The device according to claim 6, characterized in that the iron-cobalt alloy contains up to 5% of other elements, in particular V or Si, and has the highest possible specific electrical resistance.
8. Vorrichtungen nach Anspruch 2 oder 3 oder 4 gekennzeichnet dadurch, dass Polschuhe und Magnetkreis aus unterschiedlichen8. Devices according to claim 2 or 3 or 4 characterized in that the pole shoes and magnetic circuit of different
Werkstoffen bestehen und dass die relative Permeabilität des Polschuhwerkstoffes geringer ist als die des Magnetkreiswerkstoffs und dass seine Sättigungspolarisation höher ist als die des Magnetkreiswerkstoffs. Materials exist and that the relative permeability of the Polschuhwerkstoffes is lower than that of the magnetic circuit material and that its saturation polarization is higher than that of the magnetic circuit material.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8 gekennzeichnet dadurch, dass Magnetkreis- und Polschuhwerkstoff laminiert sind und dass deren Laminierungsebenen senkrecht auf einander stehen. 9. Apparatus according to claim 8, characterized in that magnetic circuit and Polschuhwerkstoff are laminated and that their lamination levels are perpendicular to each other.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9 gekennzeichnet dadurch, dass für die Polschuhe ein magnetisch halbharter Werkstoff verwendet wird. 10. The device according to claim 9, characterized in that a magnetically semi-hard material is used for the pole pieces.
11. Vorrichtung nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, dass der elektrodynamische Aktor mit einem Hubmagneten derart kombiniert wird, dass eine Haltekraft erzeugt werden kann. 11. The device according to claim 1, characterized in that the electrodynamic actuator is combined with a lifting magnet such that a holding force can be generated.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 gekennzeichnet dadurch, dass die bewegliche Kurzschlusswindung starr mit einem beweglich gelagerten Teil des Magnetkreises verbunden ist und dass der Magnetkreis im Ausgangszustand eine Verjüngung des Querschnitts besitzt, welche durch Bewegung des beweglich gela- gerten Teils des Magnetkreises in derjenigen Richtung, in welcher die Lorenzkraft auf die Kurzschlusswindung wirkt, verringert oder vernichtet wird. Es wird die erzeugte Kraft über das beweglich gelagerte Teil des Magnetkreises auf die vom Aktor zu betätigende Mechanik ausgeübt . 12. The device according to claim 11, characterized in that the movable short circuit winding is rigidly connected to a movably mounted part of the magnetic circuit and that the magnetic circuit in the initial state has a taper of the cross section, which by movement of the movably stored part of the magnetic circuit in that direction, in which the Lorenz force acts on the Kurzschlusswindung, is reduced or destroyed. The generated force is exerted on the movably mounted part of the magnetic circuit on the mechanism to be actuated by the actuator.
13. Vorrichtung nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, dass der elektrodynamische Aktor mit einer Rückstellfeder ausgerüstet ist. 13. The device according to claim 1, characterized in that the electrodynamic actuator is equipped with a return spring.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13 gekennzeichnet dadurch, dass die Rückstellfeder im elektrodynamische Aktor zwischen Kurz- schlusswindung und Magnetkreis wirkt (was eine besonders kompakte Bauweise ermöglicht) . 14. The apparatus according to claim 13, characterized in that the return spring acts in the electrodynamic actuator between short-circuit winding and magnetic circuit (which allows a particularly compact design).
15. Vorrichtung nach Anspruch 13 gekennzeichnet dadurch, dass die Rückstellfeder zwischen dem elektrodynamischen Aktor und der zu betätigenden Mechanik wirkt. 15. The apparatus according to claim 13, characterized in that the return spring acts between the electrodynamic actuator and the mechanism to be actuated.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15 gekennzeichnet da- durch, dass die Feder eine nichtlineare Kennlinie besitzt und den vom elektrodynamischen Aktor erzeugten Kraftstoß derart moduliert, dass er mit den Anforderungen der zu betätigenden Mechanik abgestimmt ist. 16. The apparatus of claim 14 or 15 characterized by the fact that the spring has a non-linear characteristic and modulates the impulse generated by the electrodynamic actuator such that it is tuned with the requirements of the actuated mechanism.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16 gekennzeichnet dadurch, dass als nichtlineare Feder ein Teller- oder Blattfederpaket verwendet wird. 17. The apparatus according to claim 16, characterized in that a plate or leaf spring package is used as a non-linear spring.
18. Vorrichtung nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, dass die zum Betrieb des elektrodynamischen Aktors erforderliche elektrische Energie in einem Kondensator gespeichert wird. 18. Device according to claim 1, characterized in that the electrical energy required to operate the electrodynamic actuator is stored in a capacitor.
19. Vorrichtung nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, dass die zum Betrieb des elektrodynamischen Aktors erforderliche elektrische Energie induktiv gespeichert wird. 19. The device according to claim 1, characterized in that the required for the operation of the electrodynamic actuator electrical energy is stored inductively.
20. Vorrichtung nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, dass die zum Betrieb des elektrodynamischen Aktors erforderliche elektrische Energie in den Kapazitäten einer Laufzeitkette gespeichert wird, deren Impedanz auf die des elektrodynamischen Aktors abgestimmt ist und die direkt oder mit einer Speicherinduktivität geladen wird. 20. The device according to claim 1, characterized in that the electrical energy required for the operation of the electrodynamic actuator is stored in the capacitances of a delay line whose impedance is matched to that of the electrodynamic actuator and which is charged directly or with a storage inductance.
21. Vorrichtung nach Anspruch 18 gekennzeichnet dadurch, dass der Kondensator mittels eines Pulsweitenmodulators, der vorteilhaft mit MOSFETs realisiert wird, über den elektrodynamischen Aktor entladen wird, so dass während eines einzigen me- chanischen Stellvorganges viele elektrische Schaltvorgänge sich ereignen. 21. The device according to claim 18, characterized in that the capacitor is discharged by means of a pulse width modulator, which is advantageously realized with MOSFETs, via the electrodynamic actuator, so that many electrical switching operations occur during a single mechanical positioning process.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21 gekennzeichnet dadurch, dass die Pulsweitenmodulation mit den Anforderungen der zu betäti- genden Mechanik abgestimmt ist. 22. The device according to claim 21, characterized in that the pulse width modulation is matched with the requirements of the mechanism to be actuated.
23. Vorrichtung nach Anspruch 18 gekennzeichnet dadurch, dass zwischen Kondensator und Aktor eine magnetische Pulskompres- sion geschaltet ist (Laufzeitkette mit sättigbaren Reaktoren, welche lastseitig äußerst steilflankige Stromimpulse bereitstellt und speicherseitig den/die Schalter schont) , deren Impedanz auf die des elektrodynamischen Aktors abgestimmt ist. 23. The device according to claim 18, characterized in that between the capacitor and the actuator, a magnetic pulse compression is connected (runtime chain with saturable reactors, which provides the load side extremely steep edge current pulses and memory side protects the / the switch), whose impedance is matched to that of the electrodynamic actuator.
24. Vorrichtung nach Anspruch 19 gekennzeichnet dadurch, dass die Impedanz des induktiven Speichers abgestimmt ist auf die Impedanz des Aktors . 24. The device according to claim 19, characterized in that the impedance of the inductive memory is tuned to the impedance of the actuator.
25. Vorrichtung nach Anspruch 19 gekennzeichnet dadurch, dass zwischen induktivem Speicher und Aktor ein Impedanzwandler geschaltet ist. 25. The device according to claim 19, characterized in that an impedance converter is connected between the inductive storage and the actuator.
26. Vorrichtung nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, dass anstelle einer einzigen Induktionsspule eine geradzahlige Anzahl von Induktionsspulen verwendet wird, wobei alle Spulen (auch zusätzliche Spulen nach Anspruch 2) derart angeordnet sind, dass, sobald der Kern sättigt, ein Multipol-Streufeld möglichst kurzer Reichweite entsteht. 26. The device according to claim 1, characterized in that instead of a single induction coil, an even number of induction coils is used, all coils (including additional coils according to claim 2) are arranged such that, as soon as the core saturates a multipole stray field as short as possible Range arises.
27. Vorrichtung nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, dass der elektrodynamische Aktor mit Mu-Metall oder einem vergleichbaren weichmagnetischen Werkstoff eingehaust wird. 27. The device according to claim 1, characterized in that the electrodynamic actuator is housed with Mu metal or a comparable soft magnetic material.
28. Vorrichtung nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, dass für die Kurzschlusswindung laminierte möglichst gute elektrische Leiter verwendet werden. 28. The device according to claim 1, characterized in that for the short-circuit winding laminated as good as possible electrical conductors are used.
29. Vorrichtung nach Anspruch 1 gekennzeichnet dadurch, dass die Kraft vermittels einer axial angeordneten Stange von der Kurzschlusswindung auf die zu betätigende Mechanik übertragen wird, wobei die Kurzschlusswindung zweckmäßig durch ein Bau- teil mechanisch verstärkt werden kann, welches aus härterem Material besteht als die Kurzschlusswindung. 29. The device according to claim 1, characterized in that the force is transmitted by means of an axially disposed rod from the short-circuit winding on the mechanism to be actuated, wherein the short-circuit winding expediently by a building part can be strengthened mechanically, which consists of a harder material than the short circuit winding.
PCT/EP2010/003991 2009-07-05 2010-07-05 Electrodynamic activating device WO2011003547A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009031665.5 2009-07-05
DE102009031665.5A DE102009031665B4 (en) 2009-07-05 2009-07-05 Electrodynamic actuator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2011003547A1 true WO2011003547A1 (en) 2011-01-13

Family

ID=42941872

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2010/003991 WO2011003547A1 (en) 2009-07-05 2010-07-05 Electrodynamic activating device

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102009031665B4 (en)
WO (1) WO2011003547A1 (en)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012084682A1 (en) * 2010-12-22 2012-06-28 Continental Automotive Gmbh Magnetodynamic actuator and method for actuating a fuel injection valve
EP2506272A1 (en) 2011-03-30 2012-10-03 Kendrion Magnettechnik GmbH Quick-switching lifting magnet
WO2014095272A1 (en) * 2012-12-21 2014-06-26 Robert Bosch Gmbh Eddy current actuator
EP2779191A1 (en) * 2013-03-14 2014-09-17 LSIS Co., Ltd. Trip actuator for switch of electric power circuit
DE202014010132U1 (en) 2013-10-23 2015-04-29 Rhefor Gbr (Vertretungsberechtigter Gesellschafter: Arno Mecklenburg, 10999 Berlin) Pulling shoe control with reversing lifting magnet
US9911562B2 (en) 2014-05-14 2018-03-06 Abb Schweiz Ag Thomson coil based actuator
US10224742B2 (en) 2015-01-18 2019-03-05 Powerpath Technologies Incorporated High efficiency uninterruptible power supply with near loss-less ultrafast electromechanical switching
US10522313B2 (en) 2013-10-23 2019-12-31 Rhefor Gbr Reversing linear solenoid

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11883938B2 (en) 2019-06-26 2024-01-30 Rhefor Gbr Handheld setting tool

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1711285A (en) * 1926-10-14 1929-04-30 Asea Ab Induction-type relay
US1982335A (en) * 1932-11-12 1934-11-27 Westinghouse Electric & Mfg Co Thermal relay
US2769943A (en) * 1953-04-20 1956-11-06 Milwaukee Gas Specialty Co Electromagnetic control device
US2962636A (en) * 1955-07-22 1960-11-29 Perkin Elmer Corp Magnetic filter
US3588769A (en) * 1969-11-18 1971-06-28 Westinghouse Electric Corp Armature for electromagnetic device
US4983859A (en) * 1988-08-25 1991-01-08 Hitachi Metals, Ltd. Magnetic device for high-voltage pulse generating apparatuses
DE19722013A1 (en) * 1997-05-27 1998-12-03 Steingroever Magnet Physik Magneto-mechanical force system, esp. for rapid triggering of electrical safety switches by a current pulse
US20050068138A1 (en) * 2003-09-29 2005-03-31 General Electric Company Multiple ring polefaceless permanent magnet and method of making
US20060061442A1 (en) * 2004-05-20 2006-03-23 Elliot Brooks Eddy current inductive drive electromechanical linear actuator and switching arrangement
DE102007036924A1 (en) * 2007-08-04 2009-02-05 Schaeffler Kg Electromagnetic setting unit for a hydraulic valve, to adjust the camshaft/cam followers in an internal combustion motor, has a partially conductive seal between the magnet yokes and the housing

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2432244A (en) * 1944-05-24 1947-12-09 Ward Leonard Electric Co Electric controlling apparatus
US2446353A (en) * 1945-02-19 1948-08-03 E B Mathewson Co Temperature responsive control device
US2452678A (en) * 1945-09-27 1948-11-02 Arthur B Poole Electromagnetic audible-signal device
US3585458A (en) * 1968-08-01 1971-06-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd Electromagnetic induction responsive device
US3955164A (en) * 1972-10-12 1976-05-04 Lucas Aerospace Limited Electromagnetic force applying device
DE2856558C2 (en) * 1978-12-28 1983-10-20 Eduard Prof.Dr.-Ing. 8000 München Igenbergs Arrangement for eddy current-induced acceleration of small masses and dust
US5367277A (en) * 1991-07-25 1994-11-22 Nippon Steel Corporation Electromagnetic energy converter

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1711285A (en) * 1926-10-14 1929-04-30 Asea Ab Induction-type relay
US1982335A (en) * 1932-11-12 1934-11-27 Westinghouse Electric & Mfg Co Thermal relay
US2769943A (en) * 1953-04-20 1956-11-06 Milwaukee Gas Specialty Co Electromagnetic control device
US2962636A (en) * 1955-07-22 1960-11-29 Perkin Elmer Corp Magnetic filter
US3588769A (en) * 1969-11-18 1971-06-28 Westinghouse Electric Corp Armature for electromagnetic device
US4983859A (en) * 1988-08-25 1991-01-08 Hitachi Metals, Ltd. Magnetic device for high-voltage pulse generating apparatuses
DE19722013A1 (en) * 1997-05-27 1998-12-03 Steingroever Magnet Physik Magneto-mechanical force system, esp. for rapid triggering of electrical safety switches by a current pulse
US20050068138A1 (en) * 2003-09-29 2005-03-31 General Electric Company Multiple ring polefaceless permanent magnet and method of making
US20060061442A1 (en) * 2004-05-20 2006-03-23 Elliot Brooks Eddy current inductive drive electromechanical linear actuator and switching arrangement
DE102007036924A1 (en) * 2007-08-04 2009-02-05 Schaeffler Kg Electromagnetic setting unit for a hydraulic valve, to adjust the camshaft/cam followers in an internal combustion motor, has a partially conductive seal between the magnet yokes and the housing

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2012084682A1 (en) * 2010-12-22 2012-06-28 Continental Automotive Gmbh Magnetodynamic actuator and method for actuating a fuel injection valve
EP2506272A1 (en) 2011-03-30 2012-10-03 Kendrion Magnettechnik GmbH Quick-switching lifting magnet
DE102011015576A1 (en) 2011-03-30 2012-10-04 Kendrion (Donaueschingen/Engelswies) GmbH Fast-switching solenoid
DE102011015576B4 (en) * 2011-03-30 2014-03-06 Kendrion (Donaueschingen/Engelswies) GmbH Fast-switching solenoid
WO2014095272A1 (en) * 2012-12-21 2014-06-26 Robert Bosch Gmbh Eddy current actuator
EP2779191A1 (en) * 2013-03-14 2014-09-17 LSIS Co., Ltd. Trip actuator for switch of electric power circuit
DE202014010132U1 (en) 2013-10-23 2015-04-29 Rhefor Gbr (Vertretungsberechtigter Gesellschafter: Arno Mecklenburg, 10999 Berlin) Pulling shoe control with reversing lifting magnet
WO2015058742A2 (en) 2013-10-23 2015-04-30 Rhefor Gbr Electromechanical actuator
US10181373B2 (en) 2013-10-23 2019-01-15 Rhefor Gbr Reversing linear solenoid
US10522313B2 (en) 2013-10-23 2019-12-31 Rhefor Gbr Reversing linear solenoid
EP3955269A1 (en) 2013-10-23 2022-02-16 Rhefor GbR Reversible actuator
US9911562B2 (en) 2014-05-14 2018-03-06 Abb Schweiz Ag Thomson coil based actuator
US10224742B2 (en) 2015-01-18 2019-03-05 Powerpath Technologies Incorporated High efficiency uninterruptible power supply with near loss-less ultrafast electromechanical switching

Also Published As

Publication number Publication date
DE102009031665B4 (en) 2016-02-25
DE102009031665A1 (en) 2011-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2011003547A1 (en) Electrodynamic activating device
DE19722013C2 (en) Magneto-mechanical power system
DE3144002A1 (en) ACTUATOR FOR IMAGE PLATES
DE4304921C1 (en) Bistable magnetic drive for an electrical switch
DE60101943T2 (en) Inductive component with a permanent magnet in the area of a magnetic gap
DE112011104482T5 (en) Magnetically operated device
EP3011571B1 (en) Self-holding magnet with a particularly low electric trigger voltage
DE3614492A1 (en) ELECTRIC CONVERTER
DE10261811B4 (en) Electromagnetic drive
EP1417694B1 (en) Electromagnet arrangement for a switch
EP0260732A1 (en) Magnet actuator for a printing needle of a mosaic printer
EP2932733A1 (en) Magnet system for a loudspeaker, magnetizing device, method for producing a magnet system and loudspeaker
EP1962317B1 (en) Electromagnetic switching device
EP1615242B1 (en) Electromagnetic actuator
EP0829895B1 (en) Permanent magnet for the magnetic circuit of a magnetic trip device preferably for a fault current circuit breaker
DE102012106330B4 (en) Spool core for electromagnetic drive and selbiger and method for its production
DE102006013013B9 (en) Force generating unit
DE10202628A1 (en) Multi-stable positioning/control device e.g. for bistable relay, includes component with permanent magnetic properties arranged in series with interconnected permanent magnetic part-zones
DE102016107410A1 (en) Bistable actuator for a polarized electromagnetic relay
DE102018216223B3 (en) Actuator and method for operating a high-voltage switch
WO2024003121A1 (en) Bistable actuator with a central yoke
DE903614C (en) Method for magnetizing permanent magnet systems
DE1481751A1 (en) Lifting magnet for handling ferromagnetic objects, especially individual sheets
AT205585B (en) Protective tube contact
WO2019048315A1 (en) Solenoid valve device

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 10757021

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 10757021

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1