Title:
Elektromagnetischer Aktor mit verringerter Leistungsvariation
Kind Code:
T5


Abstract:

Ein elektromagnetischer Aktor schließt ein Gehäuse und einen Spulenkern, der so innerhalb des Gehäuses angeordnet und in Bezug auf dasselbe fixiert ist, dass er um die Achse herum zentriert ist, ein, wobei der Spulenkern einen Spulenkern umfasst, der aus einem nichtmagnetischen Material ausgebildet ist. Der elektromagnetische Aktor schließt außerdem ein: eine Spule, die um den Spulenkern herumgewickelt ist, und einen Magnetkreis, der mehrere Aktorkomponenten umfasst, die innerhalb des Gehäuses und am oder angrenzend an den Spulenkern angeordnet sind. Die Aktorkomponenten schließen ein: einen Dauermagneten, der einen Magnetfluss durch den Magnetkreis induziert, so dass eine Magnetkraft erzeugt wird; und einen Anker, der als Reaktion auf die Magnetkraft und auf einen Strom, der selektiv zur Spule geliefert wird, innerhalb einer Öffnung, die durch den Spulenkern hindurch ausgebildet ist, selektiv bewegbar ist. Der Spulenkern positioniert und zentriert die Komponenten des Magnetkreises um die Mittelachse und stellt eine Anlagefläche für den Anker bereit, während sich dieser innerhalb der Öffnung bewegt, die durch den Spulenkern hindurch ausgebildet ist.




Inventors:
Weisburgh, Rose Ellen, D.C. (Washington, US)
Culhane, Michael Patrick, Wis. (Delafield, US)
Juds, Mark Allan, Wis. (New Berlin, US)
Application Number:
DE112016001456
Publication Date:
12/28/2017
Filing Date:
04/18/2016
Assignee:
Cooper Technologies Company (Tex., Houston, US)
International Classes:



Attorney, Agent or Firm:
BRP Renaud und Partner mbB Rechtsanwälte Patentanwälte Steuerberater, 70173, Stuttgart, DE
Claims:
1. Elektromagnetischer Aktor, umfassend:
ein Gehäuse, das ein Innenvolumen definiert und durch das hindurch eine Mittelachse axial verläuft;
einen Spulenkern, der so innerhalb des Innenvolumens des Gehäuses angeordnet und in Bezug auf dasselbe fixiert ist, dass er um die Achse herum zentriert ist, wobei der Spulenkern einen Spulenkern umfasst, der aus einem nichtmagnetischen Material ausgebildet ist;
eine Spule, die um den Spulenkern herumgewickelt ist; und
einen Magnetkreis, der mehrere Aktorkomponenten umfasst, die zumindest zum Teil innerhalb des Innenvolumens des Gehäuses angeordnet sind und die am oder angrenzend an den Spulenkern angeordnet sind, wobei die mehreren Aktorkomponenten einschließen:
einen Dauermagneten, der einen Magnetflüss durch den Magnetkreis induziert, so dass eine Magnetkraft erzeugt wird; und
einen Anker, der als Reaktion auf die Magnetkraft und auf einen Strom, der selektiv zur Spule geliefert wird, innerhalb einer Öffnung, die durch den Spulenkern hindurch ausgebildet ist, selektiv bewegbar ist;
wobei der Spulenkern die mehreren Komponenten des Magnetkreises um die Mittelachse herum positioniert und zentriert; und
wobei der Spulenkern eine Anlagefläche für den Anker bereitstellt, wenn sich dieser innerhalb der durch den Spulenkern hindurch ausgebildeten Öffnung bewegt.

2. Elektromagnetischer Aktor nach Anspruch 1, wobei der Spulenkern umfasst:
eine Wand, welche die Öffnung definiert, die durch den Spulenkern hindurch ausgebildet ist;
zwei Flansche, die in einer distanzierten Lagebeziehung zueinander von der Wand radial auswärts vorstehen, wobei die Spule an einer Stelle zwischen den beiden Flanschen um die Wand gewickelt ist; und
ein Absatzmerkmal, das angrenzend an einen mittigen Flansch von den beiden Flanschen angeordnet ist, wobei der Absatz von einem Abschnitt der Wand definiert wird, der eine im Vergleich zum Rest der Wand größere Dicke aufweist.

3. Elektromagnetischer Aktor nach Anspruch 2, wobei die mehreren Aktorkomponenten ferner einschließen:
eine obere Platte, die an einem Rand des Gehäuses angrenzend an ein oberes Ende des Gehäuses angeordnet ist;
ein Rohr, das angrenzend an die obere Platte und radial auswärts vom Spulenkern in einem Abstand angeordnet ist, der zwischen einem Ende beider Flansche und dem Gehäuse ausgebildet ist;
eine Flussübertragungsplatte, die angrenzend an das Rohr und auf einer Oberfläche des mittigen Flansches entgegengesetzt zur Spule angeordnet ist, wobei der Dauermagnet angrenzend an die Flussübertragungsplatte auf einer Seite derselben, die dem Rohr und dem mittigen Flansch entgegengesetzt ist, angeordnet ist; und
eine untere Platte, die angrenzend an ein unteres Ende des Gehäuses und angrenzend an den Dauermagneten auf einer Seite desselben, die der Flussübertragungsplatte entgegengesetzt ist, angeordnet ist;
wobei die obere Platte, das Rohr, die Flussübertragungsplatte, der Dauermagnet und die untere Platte in einer Stapelanordnung so ausgerichtet sind, dass der Magnetfluss axial durch die mehreren Aktorkomponenten des Magnetkreises fließt.

4. Elektromagnetischer Aktor nach Anspruch 1, ferner einen mittigen Stab umfassend, der an einer Bodenwand des Ankers fixiert ist, so dass sich der mittige Stab mit dem Anker bewegt, wenn sich der Anker innerhalb der Öffnung bewegt, die durch den Spulenkern hindurch ausgebildet ist.

5. Elektromagnetischer Aktor nach Anspruch 4, wobei der mittige Stab so in die Bodenwand des Ankers geschraubt ist, dass eine Stellung des mittigen Stabs in Bezug auf den Anker auf Basis eines Maßes, in dem der mittige Stab in den Anker geschraubt wird, variabel ist; und
wobei am mittigen Stab ein Kopf ausgebildet oder eine Mutter befestigt ist,
und wobei eine Bewegung des Ankers innerhalb der durch den Spulenkern hindurch ausgebildeten Öffnung vom Kopf oder von der Mutter beschränkt wird, wobei eine Position des Kopfes oder der Mutter davon bestimmt wird, wie weit der mittige Stab in den Anker geschraubt wird oder wie weit die Mutter auf den mittigen Stab geschraubt wird.

6. Elektromagnetischer Aktor nach Anspruch 4, wobei der mittige Stab eine Schulter umfasst, die der Form des Ankers angepasst ist und die eine Hubbewegung des mittigen Stabes auf eine konstante Länge festlegt.

7. Elektromagnetischer Aktor nach Anspruch 4, ferner eine Feder umfassend, die um den mittigen Stab herum angeordnet ist, wobei die Feder auch innerhalb des Ankers und so angeordnet ist, dass sie an der Bodenwand des Ankers angreift.

8. Elektromagnetischer Aktor nach Anspruch 7, ferner ein Distanzstück umfassend, das an einem Ende der Feder, das der Bodenwand des Ankers entgegengesetzt ist, angeordnet ist, um die Feder am mittigen Stab festzuhalten.

9. Elektromagnetischer Aktor nach Anspruch 3, ferner eine Befestigungskomponente umfassend, die angrenzend an die untere Platte und um einen Vorsprung derselben herum angeordnet ist, wobei die Befestigungskomponente die Stapelanordnung innerhalb des Gehäuses fest- und in gegenseitigem Kontakt hält.

10. Elektromagnetischer Aktor nach Anspruch 3, wobei in der oberen Platte eine Öffnung ausgebildet ist, die einen Vorsprung aufnimmt, der am Spulenkern ausgebildet ist, um den Spulenkern an der obere Platte und innerhalb des Gehäuses so auszurichten, dass er um die Achse zentriert ist.

11. Elektromagnetischer Aktor nach Anspruch 1, wobei der Spulenkern aus einem Nylonmaterial oder einem anderen nichtmagnetischen und elektrisch nichtleitenden Material ausgebildet ist.

12. Elektromagnetischer Aktor, umfassend:
ein Gehäuse, das ein Innenvolumen definiert und durch das hindurch eine Mittelachse axial verläuft;
einen Spulenkern, der so innerhalb des Innenvolumens des Gehäuses angeordnet und in Bezug auf dasselbe fixiert ist, dass er um die Achse herum zentriert ist;
eine oder mehrere Spulen, die um den Spulenkern herum gewickelt sind; und
einen Magnetkreis, der am und angrenzend an den Spulenkern angeordnet ist,
wobei der Magnetkreis umfasst:
eine obere Platte;
ein Rohr, das angrenzend an die obere Platte angeordnet ist;
einen Dauermagneten, der in Bezug auf die obere Platte entgegengesetzt zum Rohr angeordnet ist;
eine untere Platte, die angrenzend an den Dauermagneten auf einer Seite desselben angeordnet ist, die dem Rohr entgegengesetzt ist; und
einen Anker, der sich axial von der oberen Platte aus und über die untere Platte hinaus erstreckt, wobei der Anker radial einwärts von sowohl der oberen Platte als auch dem Rohr, dem Dauermagneten und der unteren Platte angeordnet ist;
wobei die obere Platte, das Rohr, der Dauermagnet und die untere Platte alle in einer gestapelten Anordnung ausgerichtet sind, so dass der Magnetfluss, der durch den Dauermagneten induziert wird, in einer axialen Richtung durch den Magnetkreis fließt.

13. Elektromagnetischer Aktor nach Anspruch 12, wobei der Spulenkern umfasst:
eine zylindrische Wand, welche die Öffnung definiert, die durch den Spulenkern hindurch ausgebildet ist;
zwei Flansche, die in einer distanzierten Lagebeziehung zueinander von der Wand radial auswärts vorstehen, wobei die eine oder die mehreren Spulen an einer Stelle zwischen den beiden Flanschen um die Wand gewickelt sind; und
ein Absatzmerkmal, das angrenzend an einen mittigen Flansch von den beiden Flanschen angeordnet ist, wobei der Absatz von einem Abschnitt der Wand definiert wird, der eine im Vergleich zum Rest der Wand größere Dicke aufweist;
wobei die Wand, die beiden Flansche und das Absatzmerkmal des Spulenkerns das Rohr, den Dauermagneten und die untere Platte um die Mittelachse herum positionieren und zentrieren.

14. Elektromagnetischer Aktor nach Anspruch 13, wobei der Magnetkreis ferner eine Flussübertragungsplatte umfasst, die zwischen dem Rohr und dem Dauermagneten angeordnet ist, wobei der Dauermagnet angrenzend an die Flussübertragungsplatte auf einer Seite derselben, die dem Rohr entgegengesetzt ist, angeordnet ist.

15. Elektromagnetischer Aktor nach Anspruch 13, wobei die zylindrische Wand eine Öffnung definiert, die durch den Spulenkern hindurch ausgebildet ist und die um die Mittelachse zentriert ist, wobei die Wand des Spulenkerns eine Anlagefläche für den Anker bereitstellt, während sich dieser als Reaktion auf eine Magnetkraft, die durch einen Magnetfluss erzeugt wird, der vom Dauermagneten bewirkt wird, und auf einen Strom, der selektiv zu der einen oder den mehreren Spulen geliefert wird, innerhalb der Öffnung bewegt, die durch den Spulenkern hindurch ausgebildet ist.

16. Elektromagnetischer Aktor nach Anspruch 12, ferner einen mittigen Stab umfassend, der an einer Bodenwand des Ankers fixiert ist, wobei der mittige Stab so in die Bodenwand des Ankers geschraubt wird, dass eine Stellung des mittigen Stabs in Bezug auf den Anker durch ein Maß, in dem der mittige Stab in den Anker geschraubt wird, variabel ist;
wobei an dem mittigen Stab ein Kopf ausgebildet oder eine Mutter befestigt ist, und wobei eine Bewegung des Ankers innerhalb der Öffnung, die durch den Spulenkern hindurch ausgebildet ist, durch den Kopf oder die Mutter des mittigen Stabs beschränkt wird.

17. Elektromagnetischer Aktor nach Anspruch 12, ferner einen mittigen Stab umfassend, der an einer Bodenwand des Ankers fixiert ist, wobei der mittige Stab eine Schulter umfasst, die der Form des Ankers angepasst ist und die eine Hubbewegung des mittigen Stabes auf eine konstante Länge festlegt.

18. Elektromagnetischer Aktor nach Anspruch 16, ferner eine Feder umfassend, die um den mittigen Stab herum und innerhalb des Ankers so angeordnet ist, dass sie von einer Außenumgebung abgeschirmt ist.

19. Elektromagnetischer Aktor, umfassend:
ein Gehäuse, das ein Innenvolumen definiert und durch das hindurch eine Mittelachse axial verläuft;
einen Spulenkern, der so innerhalb des Innenvolumens des Gehäuses angeordnet und in Bezug auf dasselbe fixiert ist, dass er um die Achse herum zentriert ist;
eine oder mehrere Spulen, die um den Spulenkern herum gewickelt sind;
einen Magnetkreis, der mehrere Aktorkomponenten umfasst, die zumindest zum Teil innerhalb des Innenvolumens des Gehäuses angeordnet sind und die am oder angrenzend an den Spulenkern angeordnet sind, wobei die mehreren Aktorkomponenten einschließen:
einen Dauermagneten, der einen Magnetfluss durch den Magnetkreis induziert, so dass eine Magnetkraft erzeugt wird; und
einen Anker, der als Reaktion auf die Magnetkraft, die durch einen Magnetfluss erzeugt wird, der vom Dauermagneten bewirkt wird, und auf einen Strom, der selektiv zu der einen oder den mehreren Spulen geliefert wird, innerhalb einer Öffnung, die durch den Spulenkern hindurch ausgebildet ist, selektiv bewegbar ist; und
einen mittigen Stab, der an einer Bodenwand des Ankers fixiert ist, wobei der mittige Stab so in die Bodenwand des Ankers geschraubt wird, dass eine Stellung des mittigen Stabs in Bezug auf den Anker durch ein Maß, in dem der mittige Stab in den Anker geschraubt wird, variabel ist;
wobei die Bewegung des Ankers innerhalb der Öffnung, die durch den Spulenkern hindurch ausgebildet ist, davon beschränkt wird, wie weit der mittige Stab in den Anker geschraubt wird.

20. Elektromagnetischer Aktor nach Anspruch 19, wobei die mehreren Aktorkomponenten ferner einschließen:
eine obere Platte;
ein Rohr, das angrenzend an die obere Platte angeordnet ist;
eine Flussübertragungsplatte, die angrenzend an das Rohr auf einer Seite desselben, die der oberen Platte entgegengesetzt ist, angeordnet ist,
wobei der Dauermagnet angrenzend an die Flussübertragungsplatte auf einer Seite derselben, die dem Rohr entgegengesetzt ist, angeordnet ist; und
eine untere Platte, die angrenzend an den Dauermagneten auf einer Seite desselben angeordnet ist, die der Flussübertragungsplatte entgegengesetzt ist;
wobei die obere Platte, das Rohr, die Flussübertragungsplatte, der Dauermagnet und die untere Platte in einer Stapelanordnung ausgerichtet sind, so dass der Magnetfluss axial durch die mehreren Aktorkomponenten des Magnetkreises fließt; und
wobei der Spulenkern die mehreren Komponenten des Magnetkreises um die Mittelachse herum positioniert und zentriert, wodurch die Stapelanordnung aus oberer Platte, Rohr, Flussübertragungsplatte, Dauermagnet und unterer Platte bereitgestellt wird.

Description:
HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen allgemein elektromagnetische Aktoren und genauer einen elektromagnetischen Aktor mit einem modularen Aufbau, der einen einfachen Zusammenbau des Aktors ermöglicht und die Verwendung von Komponenten mit großzügigeren Maßabweichungen in demselben ermöglicht, ohne die Leistung des Aktors zu beeinträchtigen.

Elektromagnetische Aktoren sind Vorrichtungen, die man üblicherweise in strombetriebenen Geräten findet und die dank eines internen elektromagnetischen Felds eine Arbeitsbewegung ermöglichen, wobei die Bewegung des Aktors eine Steuerungs- oder Schaltfunktion in solchen strombetriebenen Geräten bereitstellt. Elektromagnetische Aktoren stellen die für eine Betätigung verwendete Bewegung dadurch bereit, dass sie einen frei beweglichen Kolben oder Anker dem Magnetfeld aussetzen, das durch Erregen einer statischen Drahtspule erzeugt wird. Das Feld zieht den Kolben oder Anker an, der sich dadurch bewegt, wodurch die benötigte Betätigung bereitgestellt wird. Mit einem elektromagnetischen Aktor können verschiedene Grade von Betätigungsfunktionen erreicht werden, die von einem einfachen einzelnen Zyklus, Aktionen mit gleichbleibender Geschwindigkeit bis zu einer ziemlich ausgefeilten Steuerung von sowohl Betätigungszeit als auch Stellung reichen.

Eine Art eines üblicherweise verwendeten elektromagnetischen Aktors ist ein dauermagnetischer Aktor, der einen oder mehrere Dauermagnete und elektrische Energie verwendet, um die Stellung eines Kolbens in seinem Inneren zu steuern. Dauermagnetische Aktoren können so gestaltet sein, dass ihr Kolben aufgrund einer magnetischen Energie des Dauermagneten in einer Hubstellung gehalten wird und elektrische Energie an die Drahtspule angelegt wird, um den Kolben in eine andere Hubstellung zu bewegen.

Ein Nachteil, der vielen elektromagnetischen Aktoren gemeinsam ist, sind die Kosten, die mit der Herstellung und dem Zusammenbau des Aktors verbunden sind. Das heißt, zahlreiche heutige Aktoren weisen eine große Zahl von maschinell bearbeiteten Komponenten (z.B. Platten, Spulenkern, Dauermagnet, Kraftflussübertragungsring, Kraftflussübertragungsplatte, Anker, Distanzstück, Gehäuse usw.) von komplexer Form auf, deren Maßabweichungen nur gering sein dürfen, um eine ausreichende Haltekraft im Aktor bereitstellen zu können, um die Komponenten richtig ausrichten/beabstanden zu können – damit der Aktor seine Funktion erfüllen kann und seine Leistung nicht beeinträchtigt ist. Die maschinelle Bearbeitung dieser Komponenten mit solch geringen Maßabweichungen führt zu erhöhten Herstellungskosten. Außerdem kann die komplexe Form dieser Komponenten das Zusammensetzen des Aktors erschweren – was dazu führt, dass das Zusammensetzen/Fertigen des Aktors länger dauert.

Daher besteht ein Bedarf an der Schaffung eines elektromagnetischen Aktors, der aus Komponenten zusammengesetzt ist, die großzügigere Maßabweichungen aufweisen als diejenigen, die in heutigen Aktoren erforderlich sind, wobei solche Komponenten die Haltekraft und andere leistungsbezogene Eigenschaften des Aktors nicht beeinträchtigen. Ferner besteht ein Bedarf an Komponenten in einem solchen Aktor, die auf einfache, weniger zeitaufwändige Weise zusammengesetzt werden können, so dass die Kosten für den Zusammenbau des Aktors verringert werden können.

KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung schließt ein elektromagnetischer Aktor ein: ein Gehäuse, das ein Innenvolumen definiert und durch das hindurch eine Mittelachse axial verläuft, und einen Spulenkern, der innerhalb des Innenvolumens des Gehäuses so angeordnet und in Bezug auf dasselbe fixiert ist, dass er um die Achse herum zentriert ist, wobei der Spulenkern einen Spulenkern umfasst, der aus einem nichtmagnetischen Material gebildet ist. Der elektromagnetische Aktor schließt außerdem ein: eine Spule, die um den Spulenkern herum gewickelt ist, und einen Magnetkreis, der mehrere Aktorkomponenten umfasst, die zumindest zum Teil innerhalb des Innenvolumens des Gehäuses angeordnet sind und die am oder angrenzend an den Spulenkern angeordnet sind, wobei die mehreren Aktorkomponenten einschließen: einen Dauermagneten, der einen Magnetfluss durch den Magnetkreis induziert, um eine magnetische Kraft zu erzeugen, und einen Anker, der als Reaktion auf die magnetische Kraft und auf einen selektiv zu der Spule gelieferten Strom innerhalb einer Öffnung, die durch den Spulenkern hindurch ausgebildet ist, selektiv bewegbar ist. Der Spulenkern positioniert und zentriert die mehreren Komponenten des Magnetkreises um die Mittelachse und stellt eine Anlagefläche für den Anker bereit, während sich dieser innerhalb der Öffnung bewegt, die durch den Spulenkern hindurch ausgebildet ist.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung schließt ein elektromagnetischer Aktor ein: ein Gehäuse, das ein Innenvolumen definiert und durch das hindurch eine Mittelachse axial verläuft, und einen Spulenkern, der innerhalb des Innenvolumens des Gehäuses so angeordnet und in Bezug auf dasselbe fixiert ist, dass er um die Achse herum zentriert ist. Der elektromagnetische Aktor schließt außerdem ein: eine oder mehrere Spulen, die um den Spulenkern herum gewickelt sind, und einen Magnetkreis, der am und angrenzend an den Spulenkern angeordnet ist, wobei der Magnetkreis ferner einschließt: eine obere Platte, ein Rohr, das angrenzend an die obere Platte angeordnet ist, einen Dauermagneten, der in Bezug auf die obere Platte entgegengesetzt zum Rohr angeordnet ist, eine untere Platte, die angrenzend an den Dauermagneten auf einer Seite desselben, die dem Rohr entgegengesetzt ist, angeordnet ist, und einen Anker, der axial von der oberen Platte ausgeht und sich über die untere Platte hinaus erstreckt, wobei der Anker radial einwärts von sowohl der oberen Platte, als auch dem Rohr, dem Dauermagneten und der unteren Platte angeordnet ist. Die obere Platte, das Rohr, der Dauermagnet und die untere Platte sind alle in einer gestapelten Anordnung ausgerichtet, so dass der Magnetfluss, der durch den Dauermagneten induziert wird, in einer axialen Richtung durch den Magnetkreis fließt.

Gemäß einem noch anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung schließt ein elektromagnetischer Aktor ein: ein Gehäuse, das ein Innenvolumen definiert und durch das hindurch eine Mittelachse axial verläuft, und einen Spulenkern, der innerhalb des Innenvolumens des Gehäuses so angeordnet und in Bezug auf dasselbe fixiert ist, dass er um die Achse herum zentriert ist. Der elektromagnetische Aktor schließt außerdem ein: eine oder mehrere Spulen, die um den Spulenkern herum gewickelt sind, und einen Magnetkreis, der mehrere Aktorkomponenten umfasst, die zumindest zum Teil innerhalb des Innenvolumens des Gehäuses angeordnet sind und die am oder angrenzend an den Spulenkern angeordnet sind, wobei die mehreren Aktorkomponenten einschließen: einen Dauermagneten, der einen Magnetfluss durch den Magnetkreis induziert, um eine magnetische Kraft zu erzeugen, und einen Anker, der als Reaktion auf die magnetische Kraft, die durch einen Magnetfluss erzeugt wird, der vom Dauermagneten bewirkt wird, und auf einen Strom, der selektiv zu der einen oder den mehreren Spulen geliefert wird, innerhalb einer Öffnung, die durch den Spulenkern hindurch ausgebildet ist, selektiv bewegbar ist. Der elektromagnetische Aktor schließt ferner einen mittigen Stab ein, der in eine Bodenwand des Ankers geschraubt ist, so dass eine Stellung des mittigen Stabs in Bezug auf den Anker auf Basis eines Weges, über den der mittige Stab in den Anker geschraubt wird, variabel ist, wobei eine Bewegung des Ankers innerhalb der Öffnung, die durch den Spulenkern hindurch ausgebildet ist, durch den Weg begrenzt wird, über den die mittige Stange in den Anker geschraubt wird.

Verschiedene andere Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung und den Zeichnungen hervorgehen.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Die Zeichnungen stellen bevorzugte Ausführungsformen dar, die derzeit für die Ausführung der Erfindung in Betracht gezogen werden.

Zeichnungen:

1 ist eine perspektivische Ansicht eines elektromagnetischen Aktors gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

2 ist eine Querschnittsansicht des elektromagnetischen Aktors von 1 entlang einer Linie 2-2 und zeigt den Anker und den mittigen Stab in einer ersten axialen Stellung.

3 ist eine Querschnittsansicht des elektromagnetischen Aktors von 1 entlang der Linie 2-2 und zeigt den Anker und den mittigen Stab in einer zweiten axialen Stellung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG

Es wird auf 1 und 2 Bezug genommen, wo ein elektromagntischer Aktor 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt ist. Die Hauptkomponenten, von denen der elektromagnetische Aktor 10 gebildet wird, schließen ein: ein Gehäuse 12, eine obere Platte 14, eine untere Platte 16, ein Rohr 18, einen Spulenkern 20 und eine Spule 22, einen Dauermagneten 24, eine Flussübertragungsplatte 26, eine Feder 28, einen Anker 30, einen mittigen Stab 32 und ein optionales Distanzstück 34. Wie noch genauer beschrieben wird, wird jede dieser Komponenten spezifisch so ausgeführt, dass ein elektromagnetischer Aktor 10 erhalten wird, der leicht zu bearbeiten und zusammenzusetzen ist, ohne dass die Komponenten die leistungsbezogenen Eigenschaften des Aktors beeinträchtigen.

Das Gehäuse 12 des elektromagnetischen Aktors 10 ist von hohlem Aufbau mit einer im Wesentlichen zylindrischen Form und ist um eine Achse 36 des Aktors herum angeordnet, wobei das Gehäuse 12 aus einem maschinell leicht zu bearbeitenden nichtmagnetischen Material ausgebildet ist, beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung (z.B. 6061) oder einem Polymermaterial. In einem Ausführungsbeispiel ist das Gehäuse 12 an einem unteren Ende durch einen unteren Aufsatz oder eine untere Abdeckung 38 und an einem oberen Ende durch eine obere Platte 14 verschlossen. In einer anderen Ausführungsformen kann eine obere Abdeckung (nicht gezeigt) einstückig mit dem Gehäuse 12 an einem oberen Ende desselben ausgebildet sein. Die untere Abdeckung 38 kann am Gehäuse 12 auf jede geeignete Weise fixiert werden, die dem Fachmann auf dem Gebiet, auf das sich diese Erfindung erstreckt, bekannt ist, beispielsweise durch Verschnappen. Die untere Abdeckung 38 kann aus dem gleichen nichtmagnetischen Material wie das Gehäuse 12 (z.B 6061) oder aus einem anderen geeigneten nichtmagnetischen Material gebildet werden. In einer Ausführungsform können die Durchmesser der unteren Abdeckung 38 und der obere Platte 14 so groß sein, dass sie über das Gehäuse 12 hinausreichen, wobei Verbindungsstäbe 40 verwendet werden können, um die untere Abdeckung 38 und die obere Platte 14 zu fixieren (so dass keine obere Abdeckung erforderlich ist) – wobei die Verbindungsstäbe 40 an einem Rand 42 der Platte 14 fixiert werden, der sich radial über das Gehäuse 12 hinaus erstreckt. In einer alternativen Ausführungsform, wo eine (nicht gezeigte) obere Abdeckung am Gehäuse 12 vorgesehen ist, sind die Verbindungsstäbe 40 natürlich nicht notwendig.

Die obere Platte 14 ist aus einem maschinell leicht zu bearbeitenden weichmagnetischen Material wie beispielsweise C12L14-Stahl gebildet, und in ihr ist eine Staböffnung 44 ausgebildet, die in der Lage ist, den mittigen Stab 32 des Aktors 10 aufzunehmen. In einem Ausführungsbeispiel sind auch ein(e) oder mehrere Positionierungsbohrungen oder -merkmale 46 in der oberen Platte 14 ausgebildet, welche die Ausrichtung und Stellung des Spulenkerns 20 in Bezug auf dieselbe ermöglichen. In einer Ausführungsform haben die Positionierungsbohrungen oder -merkmale 46 die Form einer zylindrischen Eintiefung oder Bohrung, die in der obere Platte 14 ausgebildet ist, aber es könnte auch eine Nut verwendet werden.

Wie in 2 gezeigt ist, ist der Spulenkern 20 des Aktors 10 so aufgebaut, dass eine Spule 22 um ihn herumgewickelt werden kann und außerdem auch andere Aktorkomponenten in einer gewünschten Stellung in Bezug auf ihn platziert (d.h. dass die Komponenten gelenkt/ausgerichtet) werden können. Der Spulenkern 20 ist so ausgebildet, dass er eine Wand 48 aufweist, die eine zylindrische Öffnung durch den Spulenkern 20 hindurch bildet, wobei eine Anzahl von Gebilden an der Wand 48 geformt/ausgebildet sind, die sich radial über die Wand 48 hinaus erstrecken. Zwar haben diese Gebilde am Spulenkern 20 zur Folge, dass der Spulenkern 20 eine etwas komplexe Form hat, aber der Spulenkern 20 wird als Gußteil ausgebildet, so dass die Herstellung des Spulenkerns 20 erleichtert ist. In einem Ausführungsbeispiel ist der Spulenkern 20 aus einem Nylonmaterial gebildet, aber selbstverständlich können sich auch andere gieß- bzw. formbare nichtmagnetische Materialen mit einer sehr geringen magnetischen Durchlässigkeit für die Ausbildung des Spulenkerns 20 eignen.

Der hierin beschriebene Spulenkern 20 schließt allgemein einen Spulenteil 50 und einen Ausrichtungsteil 52 ein. Der Spulenteil 50 des Spulenkerns 20 wird definiert bzw. begrenzt von zwei Flanschen 54, 56, die an der Wand 48 ausgebildet sind und die radial über dieselbe hinausstehen, wobei eine Spule 22 (oder Spulen) des Aktors 10 in dem Raum, der zwischen den Flanschen definiert ist, um die Wand 48 gewickelt ist (sind). Die Flansche 54, 56 können als ein oberer Flansch 54 und ein mittiger Flansch 56 bezeichnet werden, und der obere Flansch 54 des Spulenkerns 20 ist auf der obere Platte 14 angeordnet und an dieser fixiert. In einer Ausführungsform ist ein Vorsprung 58 (z.B. ein zylindrischer Vorsprung) am oberen Flansch 54 des Spulenkerns 20 ausgebildet, der mit der Bohrung 46 (oder der Nut) zusammenpasst, die in der oberen Platte 14 ausgebildet ist, um den Spulenkern 20 in Bezug auf die obere Platte 14 so auszurichten, dass der Spulenkern 20 axial an der Achse 36 ausgerichtet ist. Auch wenn die beschriebene obere Platte 14 Positionierungsbohrungen 46 aufweist, die mit dem Vorsprung 58 zusammengefügt werden können, sei klargestellt, dass solche Positionierungsbohrungen und Vorsprünge nicht notwendig sind, um den Spulenkern 20 innerhalb des Aktors 10 zu fixieren und/oder damit der Aktor 10 ordnungsgemäß funktioniert, da sie bloß im Herstellungsprozess verwendet werden müssen, um den Spulenkern 20 während einer Spulenwicklungsarbeit zu halten und zu positionieren.

Wie oben angegeben, reicht jeder von den Flanschen 54, 56 des Spulenkerns 20 radial über die Wand 48 hinaus, und die Flansche 54, 56 sind so ausgebildet, dass ein Abstand zwischen einem Ende der Flansche 54, 56 und einer inneren Oberfläche des Gehäuses 12 vorhanden ist. Das Rohr 18 des Aktors 10 wird in diesem Abstand angeordnet, wobei das Rohr 18 eine Dicke aufweist, die einer Breite des Abstands, der zwischen den Flanschen 54, 56 und dem Gehäuse 12 ausgebildet ist, im Wesentlichen gleich ist. In einer Ausführungsform ist das Rohr 18 aus einem maschinell leicht zu bearbeitenden weichmagnetischen Material, wie beispielsweise C12L14-Stahl gebildet und hat die Funktion, den Spulenkern 20 noch besser im Gehäuse 12 zu fixieren, wobei es auch die Spule 22 um den Spulenteil 50 des Spulenkerns 20 fixiert und ein Abwickeln derselben verhindert.

Der Ausrichtungsteil 52 des Spulenkerns 20 wird begrenzt vom mittigen Flansch 56 und von einer Absatzgestaltung der Wand 48 an dem Ende des Spulenkerns 20, das dem Spulenteil 50 entgegengesetzt ist. Die Wand 48 des Spulenkerns 20 schließt einen Abschnitt 60 (angrenzend an den mittigen Flansch) ein, der eine Verdickung aufweist, wobei ein Absatz 62 im Ausrichtungsteil 52 da ausgebildet ist, wo dieser verdickte Wandabschnitt 60 auf eine geringere Dicke reduziert wird. Der Ausrichtungsteil 52 schließt daher eine Anzahl von Merkmalen ein, an/mit denen Komponenten des Aktors 10 platziert und ausgerichtet werden können.

Wie in 2 gezeigt ist, sind die Flussübertragungsplatte 26 und der Dauermagnet 24 des Aktors 10 um den verdickten Wandabschnitt 60 herum angeordnet, wobei sowohl die Flussübertragungsplatte 26 als auch der Dauermagnet 24 eine ringförmige Konstruktion haben (die entweder in einem Stück ausgebildet ist oder aus separaten Bogensegmenten oder regelmäßigen Vielecksegmenten (z.B. Sechsecksegmenten) besteht, die zusammengesetzt sind, um einen Ring zu bilden), mit einer Breite, die einer Breite eines Abstands, der zwischen dem Wandabschnitt 60 des Spulenkerns 20 und dem Gehäuse 12 ausgebildet ist, im Wesentlichen gleich ist, – so dass die Flussübertragungsplatte 26 und der Dauermagnet 24 vom Spulenkern 20 generell so festgehalten werden, dass sie axial an der Achse 36 des Gehäuses 12 ausgerichtet sind. Die Flussübertragungsplatte 26 liegt an einer unteren Oberfläche des mittigen Flansches 56 an und der Dauermagnet 24 ist auf die Flussübertragungsplatte 26 gestapelt. Die Flussübertragungsplatte 26 ist aus einem maschinell leicht zu bearbeitenden weichmagnetischen Material, beispielsweise C12L14-Stahl ausgebildet, während der Dauermagnet 24 vorzugsweise aus einem Material mit einer hohen magnetischen Remanenz, beispielsweise Neodym-Bor-Eisen, Samarium-Cobalt oder Ferrit, oder Alnico oder irgendeinem anderen Material mit hoher magnetischer Remanenz ausgebildet ist.

Ebenfalls in 2 ist gezeigt, dass die untere Platte 16 des Aktors 10 so angeordnet wird, dass sie am Dauermagneten 24 und an dem Absatz 62, der im Ausrichtungsteil 52 des Spulenkerns 20 ausgebildet ist, anliegt. Die untere Platte 16 schließt ein: eine flache Oberfläche 64 auf, die am Dauermagneten 24 und am Absatz 62 des Spulenkerns 20 anliegt und parallel zu diesen ist, und einen zylindrischen Vorsprung 66, der angrenzend an die Wand 48 des Spulenkerns 20 ausgebildet ist – wobei sich der zylindrische Vorsprung 66 axial nach unten (d.h. weg vom Absatz 62) und hin zur unteren Abdeckung 38 des Aktors 10 erstreckt. Die untere Platte 16 ist um den Spulenkern 20 herum angeordnet und weist einen Außendurchmesser auf, der einem Innendurchmesser des Gehäuses 12 im Wesentlichen gleich ist, so dass die untere Platte 16 vom Spulenkern 20 und dem Gehäuse 12 generell so festgehalten wird, dass sie axial an der Achse 36 des Gehäuses 12 ausgerichtet ist. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die untere Platte 16 aus einem maschinell leicht zu bearbeitenden weichmagnetischen Material wie beispielsweise C12L14-Stahl ausgebildet.

Aus der obigen Beschreibung und der Darstellung in 2 wird klar, dass die obere Platte 14, das Rohr 18, die Flussübertragungsplatte 26, der Dauermagnet 24 und die untere Platte 16 in einer Stapelanordnung bereitgestellt werden. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird eine Befestigungskomponente 68 (beispielsweise ein nachgiebiges Material oder eine Feder) angrenzend an die untere Platte 16 – um deren zylindrischen Vorsprung 66 herum – angeordnet, wobei die Befestigungskomponente 68 die gestapelte Anordnung aus den Komponenten innerhalb des Gehäuses 12 fest- und in gegenseitigem Kontakt hält. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Befestigungskomponente 68 aus einem Schanppring, einer Wellfeder und/oder einer Beilagscheibe gebildet sein, die gemeinsam für eine solche Fixierung der gestapelten Komponenten sorgen. Die untere Abdeckung 38 des Aktors 10 ist so ausgebildet, dass sie mit der Befestigungskomponente 68 zusammenpasst und Druck auf dieselbe ausübt, wodurch der Aktor 10 an seinem unteren Ende verschlossen wird. Vorteilhafterweise kann das oben beschriebene Befestigungsverfahren (die Verwendung der Befestigungskomponente 68) große Variationen der Maßabweichungen der gestapelten Komponenten des Aktors 10 bewältigen.

Wie ebenfalls in 2 gezeigt ist, werden der Anker 30 und der mittige Stab 32 des Aktors 10 entlang der Achse 36 des Gehäuses 12 angeordnet, wobei der mittige Stab 32 aus einem strukturell geeigneten Material wie nichtmagnetischem Edelstahl mit sehr geringer magnetischer Durchlässigkeit gebildet ist, und der Anker 30 aus einem strukturell geeigneten weichmagnetischen Material wie beispielsweise C12L14-Stahl gebildet ist. Der Anker 30 wird so angeordnet, dass er durch eine in der unteren Abdeckung 38 ausgebildete Bohrung 70 (3) hindurchgeht und in der hohlzylindrischen Öffnung des Spulenkerns 20 aufgenommen wird, die von der Wand 48 definiert wird, wobei der Anker 30 so am Spulenkern 20 angreift, dass er gleiten kann, da das Nylon (oder andere geeignete Material), aus dem der Spulenkern 20 ausgebildet ist, ein Material bereitstellt, das sich dazu eignet, eine Gleitbewegung des Ankers 30 zu erleichtern bzw. zu ermöglichen. Der mittige Stab 32 wird über eine Bohrung 72, die in einer unteren Wand 74 des Ankers 30 ausgebildet ist, im Anker 30 aufgenommen, wobei sich der mittige Stab 32 durch den Anker 30 hindurch und durch die Staböffnung 44, die in der oberen Platte 14 des Aktors 10 ausgebildet ist, hinaus erstreckt. Der mittige Stab 32 schließt einen Kopf 76 ein, der entweder daran ausgebildet oder daran befestigt ist (z.B. eine separate Mutter) und der als Endanschlag für den mittigen Stab 32 dient, wenn dieser in Bezug auf das Gehäuse 12 axial verstellt wird, wobei der Kopf 76 auch der Verbindung des Aktors 10 mit einem Kupplungsstück 78 einer Betätigungsstange dient. In einem Beispiel schraubt sich der mittige Stab 32 über ein (nicht gezeigtes) Gewinde, das an ihm und in der Bohrung 72 ausgebildet ist, direkt in den Anker 30, so dass eine Anordnung des Stabes 32 in Bezug auf den Anker 30 durch Hinein- oder Herausschrauben des Ankers 30 nach Wunsch variiert werden kann – wobei der mittige Stab 32 somit als „Hubsteuerungsbolzen“ dient. In einer alternativen Ausführungsform wird eine Schulter am mittigen Stab 32 genutzt, die der Form des Ankers 30 angepasst ist und den Hub auf eine konstante Länge festlegt.

Die Feder 28 des Ankers 10 wird als spiralförmige Druckfeder 28 aus nichtmagnetischem Material bereitgestellt, die um den mittigen Stab 32 herum und innerhalb des Ankers 30 angeordnet wird, wobei die Feder 28 an der Bodenwand 74 des Ankers 30 angreift. Gemäß einer Ausführungsform wird an dem Ende der Feder 28, das der Bodenwand 74 des Ankers entgegengesetzt ist, ein Distanzstück 34 bereitgestellt, das sich zwischen der Feder 28 und der obere Platte 14 erstreckt, so dass es die Feder 28 am mittigen Stab 32 festhält – wobei das Distanzstück aus einem nichtmagnetischen Material (z.B. Nylon) gebildet ist. Das Distanzstück 34 wird verwendet, wenn die Feder 28 aus einem magnetischen Material besteht, um eine Verringerung der Magnetkraft zu verhindern, wenn ein Magnetfluss in der Feder 28 geleitet wird. Der mittige Stab 32 verläuft durch das Distanzstück 34 hindurch und greift gleitfähig am Distanzstück 34 an, da das Nylon (oder andere geeignete Material), aus dem das Distanzstück 34 gebildet ist, ein Material bereitstellt, das sich dafür eignet, eine Gleitbewegung des mittigen Stabs 32 in Bezug darauf zu ermöglichen bzw. zu erleichtern. Bei einer alternativen Gestaltung des Aktors 10 wird auf das Distanzstück 34 verzichtet, wenn die Feder 28 aus einem nichtmagnetischen Material, beispielsweise aus Edelstahl besteht, wobei die Feder 28 dann bis zur obere Platte 14 hinaufreicht.

Im Betrieb wird der Anker 30 unter dem Einfluss einer Magnetkraft, die durch einen vom Dauermagneten 24 induzierten Magnetfluss erzeugt wird, nachdem dieser Magnet ordnungsgemäß magnetisiert wurde, in der in 2 gezeigten Stellung gehalten. Dieser Magnetfluss verläuft vom Magneten 24 durch die gestapelte Anordnung aus oberer Platte 14, Rohr 18, Flussübertragungsplatte 26, unterer Platte 16 und Anker 30 und kehrt zum Magneten zurück (wobei diese gemeinsam einen Magnetkreis bilden) – und der Magnetfluss verläuft axial und nicht radial durch die einzelnen Komponenten. Die Kraft, die von der Feder 28 und dem Kupplungsstück 78 der Betätigungsstange auf die Wand 74 des Ankers 30 ausgeübt wird, reicht nicht aus, um die Magnetkraft am Anker 30 zu überwinden, die aus diesem durch den Dauermagneten 24 induzierten Magnetfluss durch den Anker 30 resultiert. Dieser Magnetfluss wird dadurch maximiert, dass in diesem Magnetkreis nur Materialien mit hoher magnetischer Durchlässigkeit und hoher magnetischer Sättigung vorhanden sind.

Der Anker 30 kann durch Anlegen eines geeigneten Stromimpulses an die Spule 22 axial in eine zweite Stellung bewegt werden, wie in 3 angezeigt ist. Falls ein solcher Impuls in einer solchen Richtung an die Spule 22 angelegt wird, dass der Nettodurchsatz des Magnetflusses durch den Anker 30 verringert wird, wird die an den Anker 30 angelegte Magnetkraft kleiner als die Kraft, die von der Feder 28 und dem Kupplungsstück 78 der Betätigungsstange ausgeübt wird, und der Anker 30 wird axial bewegt, wobei der Spulenkern 20 als Anlagefläche für den Anker 30 dient, so dass eine axiale Translation darin möglich ist. Der mittige Stab 32 bewegt sich mit dem Anker 30, ebenso wie jedes äußere Gestänge (nicht gezeigt), das mit ihm verbunden sein mag, wobei das Maß der Translation bzw. Verschiebung des Ankers 30 und des mittigen Stabs 32 auf Basis der Art und Weise/der Tiefe, in der der mittige Stab 32 in den Anker 30 geschraubt wird, steuerbar ist – d.h. die Translation des Ankers 30 endet, wenn der Kopf 76 des mittigen Stabs 32 an der obere Platte 14 anstößt. Danach, wenn der Anker 30 die zweite Stellung einnimmt, ist ein Luftspalt 80, der solchermaßen unter dem Anker 30 ausgebildet ist, ausreichend größer als ein radialer Abstand 82 zwischen dem Anker 30 und der untere Plate 16, durch den der größte Teil des Magnetflusses hindurchfließt. Infolgedessen findet der Durchsatz des Magnetflusses durch den Anker 30 auf einem ausreichend verringerten Niveau statt, so dass die Nettomagnetkraft am Anker 30 geringer ist als die Kraft der Feder 28. Infolgedessen ist der Anker 30 in der zweiten Stellung stabilisiert.

Bei einer geeigneten Gestaltung des Aktors 10 mit angemessenen Spulenwicklungen und angemessener Strombeaufschlagung, so dass der Nettomagnetfluss durch den Anker 30 ausreichend größer wird, könnte eine Magnetkraft entwickelt werden, welche die Kraft der Feder 28 und des Kupplungsstück 78 der Betätigungsstange überwindet und den Anker 30 aus seiner zweiten stabilen Stellung in seine erste stabile Stellung zurückbringen. Danach würde eine Beendigung des durch die Spule 22 laufenden Stromimpulses den Anker 30 dem Einfluss einer Magnetkraft überlassen, die nur durch den vom Magneten 24 induzierten Magnetfluss entwickelt wird und die ihn weiterhin fest in der ersten stabilen Stellung hält.

Vorteilhafterweise ermöglicht die Ausführung des elektromagnetischen Aktors 10, die in 13 gezeigt und beschrieben ist, einen Aktor mit einem modularen Aufbau, der leicht zusammengesetzt werden kann und in dem Komponenten mit großzügigen Maßabweichungen verwendet werden können. Die säulenartige Stapelanordnung aus oberer Platte 14, Rohr 18, Flussübertragungsplatte 26, Dauermagnet 24 und unterer Platte 16 – die jeweils als einfache ringförmige Komponenten aufgebaut sind, die sich anhand eines kurzen/einfachen Montageprozesses leicht um den Spulenkern herum aufeinanderstapeln lassen – stellt für den Magnetfluss einen axialen Fließweg durch die einzelnen Komponenten statt eines radialen Fließwegs bereit, so dass der Innen- und der Außendurchmesser von jeder dieser ringförmigen Komponenten nicht so streng gesteuert werden muss wie dies bei vielen Aktordesigns der Fall ist. Zum Beispiel können die Maßabweichungen dieser Komponenten um 0,010 bis 0,015 Inch oder noch mehr variieren, ohne die Haltekraft oder andere leistungsbezogene Eigenschaften des Aktors zu beeinträchtigen. Der Aktor arbeitet effizient und effektiv und beständig, solange der Außendurchmesser des Ankers und der Innendurchmesser des Spulenkerns geringe und exakte Maßabweichungen aufweisen und solange die Maßabweichung zwischen dem Außendurchmesser des Ankers 30 und dem Innendurchmesser der untere Platte 16 gering gehalten wird, wobei zu beachten ist, dass durch die Ausführung des Spulenkerns als Gußteil und die Ausführung des Ankers als einfache zylindrische Komponente geringe gegenseitige Maßabweichungen auf einfache und preiswerte Weise ermöglicht werden. Der „L“-förmige Querschnitt der unteren Platte 16 vergrößert die Flussübertragungsfläche zwischen der untere Platte 16 und dem Anker 30, wobei zu beachten ist, dass der zylindrische Vorsprung 66 der unteren Platte so bemessen werden kann, dass eine Rastkraft auch dann aufrechterhalten wird, wenn die Wanddicke des Spulenkerns größer wird oder der Außendurchmesser des Ankers abnimmt.

Ferner wird die Stapelanordnung aus oberer Platte 14, Rohr 18, Flussübertragungsplatte 26 und unterer Platte 16 durch die Befestigungskomponente 68 und durch den Magnetfluss vom Dauermagneten 24 fest zusammengehalten. Das bedeutet, dass die Komponenten unabhängig von ihrer Dicke fest zusammengehalten werden, um eine konsistente Aktorleistung aufrechtzuerhalten.

In dem elektromagnetischen Aktor 10 wird der Spulenkern 20 nicht nur genutzt, um die Spule 22 festzuhalten, sondern er dient auch als Anlagefläche für den Anker 30 und als Positionierungs-/Ausrichtungswerkzeug für alle anderen Komponenten im Magnetkreis (d.h. für die obere Platte 14, das Rohr 18, die Flussübertragungsplatte 26, den Dauermagneten 24 und die untere Platte 16). Um eine fließende Bewegung während eines typischen Aktorbetriebs zu ermöglichen, müssen die Oberflächen des Ankers 30 und der Stahlkomponente, in Bezug auf die er verschoben wird, fein bearbeitet sein; beim elektromagnetischen Aktor 10 muss für eine fließende Bewegung jedoch nur eine maschinell bearbeitete Oberfläche (d.h. der Anker 30) genau gesteuert werden, da der Spulenkern 20 als die zweite glatte Komponente verwendet wird – und der Spulenkern 20 ein Gießteil ist, bei dem die Oberflächenbeschaffenheit viel leichter gesteuert werden kann.

Dadurch, dass die Feder 28 im Inneren des Aktors positioniert ist (d.h. vom Anker 30, der oberen Platte 14 und dem Gehäuse 12 abgeschirmt wird), wird die Feder 28 außerdem vor Metallabrieb geschützt, der vom Dauermagneten 24 angezogen werden könnten. Vorteilhafterweise sollte daher kein Abrieb den Betrieb des Aktors 10 stören können.

Da der mittige Stab 32 sich direkt in den Anker 30 schraubt und in Bezug auf diesen justierbar ist, ermöglicht außerdem das Schrauben des mittigen Stabs 32 in und aus dem Anker 30 nach Wunsch unterschiedliche Verstellwege (d.h. der mittige Stab 32 dient als Hubsteuerungsbolzen). Somit ist der Aktor 10 als „modularer“ Aktor aufgebaut, der leicht auf mehrere unterschiedliche Hübe eingestellt werden kann, so dass der Aktor sich an jeden von mehreren unterschiedlichen Mechanismen, die mit ihm verbunden werden, anpassen kann. In einer alternativen Ausführungsform ist der Aktor 10 als modularer Aktor mit konstantem Hub aufgebaut.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung schließt ein elektromagnetischer Aktor daher ein: ein Gehäuse, das ein Innenvolumen definiert und durch das hindurch eine Mittelachse axial verläuft, und einen Spulenkern, der innerhalb des Innenvolumens des Gehäuses so angeordnet und in Bezug auf dasselbe fixiert ist, dass er um die Achse herum zentriert ist, wobei der Spulenkern einen Spulenkern umfasst, der aus einem nichtmagnetischen Material gebildet ist. Der elektromagnetische Aktor schließt außerdem ein: eine Spule, die um den Spulenkern herum gewickelt ist, und einen Magnetkreis, der mehrere Aktorkomponenten umfasst, die zumindest zum Teil innerhalb des Innenvolumens des Gehäuses angeordnet sind und die am oder angrenzend an den Spulenkern angeordnet sind, wobei die mehreren Aktorkomponenten einschließen: einen Dauermagneten, der einen Magnetfluss durch den Magnetkreis induziert, um eine magnetische Kraft zu erzeugen, und einen Anker, der als Reaktion auf die magnetische Kraft und auf einen selektiv zu der Spule gelieferten Strom innerhalb einer Öffnung, die durch den Spulenkern hindurch ausgebildet ist, selektiv bewegbar ist. Der Spulenkern positioniert und zentriert die mehreren Komponenten des Magnetkreises um die Mittelachse und stellt eine Anlagefläche für den Anker bereit, während sich dieser innerhalb der Öffnung bewegt, die durch den Spulenkern hindurch ausgebildet ist.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung schließt ein elektromagnetischer Aktor ein: ein Gehäuse, das ein Innenvolumen definiert und durch das hindurch eine Mittelachse axial verläuft, und einen Spulenkern, der innerhalb des Innenvolumens des Gehäuses angeordnet ist und in Bezug auf dasselbe fixiert ist, so dass er um die Achse herum zentriert ist. Der elektromagnetische Aktor schließt außerdem ein: eine oder mehrere Spulen, die um den Spulenkern herum gewickelt sind, und einen Magnetkreis, der am und angrenzend an den Spulenkern angeordnet ist, wobei der Magnetkreis ferner einschließt: eine obere Platte, ein Rohr, das angrenzend an die obere Platte angeordnet ist, einen Dauermagneten, der in Bezug auf die obere Platte entgegengesetzt zum Rohr angeordnet ist, eine untere Platte, die angrenzend an den Dauermagneten auf einer Seite desselben, die dem Rohr entgegengesetzt ist, angeordnet ist, und einen Anker, der axial von der oberen Platte ausgeht und sich über die untere Platte hinaus erstreckt, wobei der Anker radial einwärts von sowohl der oberen Platte, als auch dem Rohr, dem Dauermagneten und der unteren Platte angeordnet ist. Die obere Platte, das Rohr, der Dauermagnet und die untere Platte sind alle in einer gestapelten Anordnung ausgerichtet, so dass der Magnetfluss, der durch den Dauermagneten induziert wird, in einer axialen Richtung durch den Magnetkreis fließt.

Gemäß einem noch anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung schließt ein elektromagnetischer Aktor ein: ein Gehäuse, das ein Innenvolumen definiert und durch das hindurch eine Mittelachse axial verläuft, und einen Spulenkern, der so innerhalb des Innenvolumens des Gehäuses angeordnet und in Bezug auf dasselbe fixiert ist, dass er um die Achse herum zentriert ist. Der elektromagnetische Aktor schließt außerdem ein: eine oder mehrere Spulen, die um den Spulenkern herum gewickelt sind, und einen Magnetkreis, der mehrere Aktorkomponenten umfasst, die zumindest zum Teil innerhalb des Innenvolumens des Gehäuses angeordnet sind und die am oder angrenzend an den Spulenkern angeordnet sind, wobei die mehreren Aktorkomponenten einschließen: einen Dauermagneten, der einen Magnetfluss durch den Magnetkreis induziert, um eine magnetische Kraft zu erzeugen, und einen Anker, der als Reaktion auf die magnetische Kraft, die durch einen Magnetfluss erzeugt wird, der vom Dauermagneten bewirkt wird, und auf einen Strom, der selektiv zu der einen oder den mehreren Spulen geliefert wird, innerhalb einer Öffnung, die durch den Spulenkern hindurch ausgebildet ist, selektiv bewegbar ist. Der elektromagnetische Aktor schließt ferner einen mittigen Stab ein, der in eine Bodenwand des Ankers geschraubt ist, so dass eine Stellung des mittigen Stabs in Bezug auf den Anker auf Basis eines Weges, über den der mittige Stab in den Anker geschraubt wird, variabel ist, wobei eine Bewegung des Ankers innerhalb der Öffnung, die durch den Spulenkern hindurch ausgebildet ist, durch den Weg begrenzt wird, über den die mittige Stange in den Anker geschraubt wird.

Die Beschreibung verwendet Beispiele, welche die Erfindung einschließlich der besten Ausführungsweise offenbaren und einen Fachmann in die Lage versetzen sollen, die Erfindung in die Praxis umzusetzen, was die Herstellung und Verwendung von Vorrichtungen oder Systemen und die Durchführung etwaiger enthaltener Verfahren einschließt. Der patentfähige Umfang der Erfindung wird von den Ansprüchen definiert und kann andere Beispiele beinhalten, die einem Fachmann einfallen mögen. Diese Beispiele sollen im Bereich der Ansprüche eingeschlossen sein, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich vom Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie gleichwertige strukturelle Elemente aufweisen, die sich vom Wortsinn der Ansprüche nur unwesentlich unterscheiden.