EP0568028A1 - Electromagnetic linear motor - Google Patents

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EP0568028A1
EP0568028A1 EP93106862A EP93106862A EP0568028A1 EP 0568028 A1 EP0568028 A1 EP 0568028A1 EP 93106862 A EP93106862 A EP 93106862A EP 93106862 A EP93106862 A EP 93106862A EP 0568028 A1 EP0568028 A1 EP 0568028A1
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EP
European Patent Office
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linear motor
armature
motor according
electromagnetic linear
permanent magnets
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EP93106862A
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German (de)
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EP0568028B1 (en
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Klaus Auerbach
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Jos Schneider Optische Werke GmbH
Original Assignee
Jos Schneider Optische Werke GmbH
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Application filed by Jos Schneider Optische Werke GmbH filed Critical Jos Schneider Optische Werke GmbH
Publication of EP0568028A1 publication Critical patent/EP0568028A1/en
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Publication of EP0568028B1 publication Critical patent/EP0568028B1/en
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/16—Rectilinearly-movable armatures
    • H01F7/1638—Armatures not entering the winding
    • H01F7/1646—Armatures or stationary parts of magnetic circuit having permanent magnet
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F7/00—Magnets
    • H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
    • H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
    • H01F7/121—Guiding or setting position of armatures, e.g. retaining armatures in their end position
    • H01F7/122—Guiding or setting position of armatures, e.g. retaining armatures in their end position by permanent magnets

Definitions

  • the invention relates to an electromagnetic linear motor consisting of an armature, two inner pole pieces, two outer pole pieces, two permanent magnets and a coil.
  • Electromagnetic drive systems with four magnetically active air gaps are known as so-called torque or rotary armature motors (torque motors), which emit a rotary movement or torque as an output variable, which can be converted into a linear movement by suitable measures.
  • torque motors rotary armature motors
  • These systems have the disadvantage that when the rotary motion is converted into a linear motion, transverse forces arise which have to be intercepted or modified.
  • Another disadvantage is that the force generated in the air gaps of the pole faces must be transmitted to the valve piston to be controlled via a lever arm, as a result of which the force is reduced in accordance with the lever arm ratios.
  • the mass of the valve piston acting on the lever arm considerably reduces the natural frequency.
  • linear drives with two magnetically active air gaps are known or also linear motors with four air gaps, in which, however, only two air gaps are magnetically active, while the other two air gaps are passive. They serve to close the magnetic circuit and represent an additional resistance.
  • the object of the invention is an electromagnetic drive system as an alternative to the known torque motor To create (torque motor), which can be used as an actuator for adjusting electro-hydraulic servo valves for gaseous media, the requirements of the smallest possible design and lowest electrical power for a valve with a hydraulic flow rate of 15 liters per minute should be met in a single-stage design.
  • torque motor torque motor
  • the construction of the drive system should be as simple as possible, so that cost-effective production in large numbers is achieved in industrial series production.
  • the invention provides a linear motor which is simple and inexpensive to manufacture, and which is outstanding. Has performance data. Because by arranging four magnetically active air gaps, the advantageous properties of the torque motors, such as linearity, responsiveness, dynamics and power yield based on the electrical input power, can be transferred to a linear drive element with the smallest size.
  • Fig. 1 shows schematically the structure of an electromagnetic linear motor according to the invention in the de-energized middle position. Such is mainly used to actuate hydraulic or pneumatic servo valves or other valves, for example for gaseous media.
  • the linear motor is built up from a centrally arranged armature 4 consisting of the armature shaft 1 and the two armature disks 2 and 3, which are firmly connected to the armature shaft 1.
  • a coil 12 is arranged over the armature shaft 1.
  • the armature 4 forms with the inner pole pieces 5 and 5 'and the outer pole pieces 6 and 6', which are connected to the permanent magnets 7 and 7 'and magnetically polarized, an air gap system of four magnetically active air gaps 8, 9, 10 and 11 the same magnetic flux in every air gap.
  • the four air gaps 8, 9, 10 and 11 are of the same size.
  • a direct current By impressing a direct current into the coil 12, a magnetic field is generated in the armature 4, which generates a resulting force acting on the armature.
  • the size and direction of action of this force is proportionally dependent on the size and polarity of the impressed direct current.
  • This force can be converted into a lifting movement.
  • the dash-dotted lines with arrows indicate the respective inevitable magnetic field profiles M1 and M2 and M'1 and M'2 of the permanent magnets 7 and 7 '.
  • N stands for the magnetic north pole and S for the magnetic south pole.
  • FIG. 2a and 2b show the same linear motor as in Fig. 1 with a superimposed magnetic field profile by impressed direct current into the coil for deflection in one (Fig. 2a) and in the other direction (Fig. 2b).
  • the same reference numerals designate the same parts as in Fig. 1 and the magnetic field profiles.
  • FIG. 3a, 3b and 3c illustrate the design of an advantageous embodiment of an electromagnetic linear motor according to the invention, shown schematically in FIG. 1 and in FIGS. 2a and 2b.
  • the electromagnetic linear motor builds up again from the centrally arranged armature 4 consisting of the armature shaft 1 and the two armature disks 2 and 3, which are firmly connected to the armature shaft 1.
  • a coil 12 is arranged over the armature shaft 1, the inner diameter of which has a radial play R relative to the outer diameter of the armature shaft 1.
  • a half-shell-shaped inner pole piece 5 and 5 ' is connected to a half-shell-shaped outer pole piece 6 or 6' by means of a permanent magnet 7 or 7 '.
  • the inner pole pieces 5 and 5 ' are fixed to the outer pole pieces 6 and 6' in such a way that the axial distance between the semicircular ring surfaces 14 and 14 'of the inner pole pieces 5 and 5' and the semicircular ring surfaces 15 and 15 'of the outer pole pieces 6 and 6' is exactly as large as the axial distance between the semicircular ring surfaces 16 and 16 'of the inner pole shoes 5 and 5' and the semicircular ring surfaces 17 and 17 'of the outer pole shoes 6 and 6'.
  • the permanent magnets are polarized so that the inner pole pieces 5 and 5 ', for example the magnetic south pole S and the outer pole pieces 6 and 6', for example the magnetic one Form north pole N.
  • a magnetic field forms in the armature 4, which generates a magnetic flux, the size and direction of which depends on the size of the impressed direct current and its polarity.
  • the inner pole pieces 5, 5 'and the outer pole pieces 7, 7' can advantageously be produced by deep drawing.
  • the half-shell configuration of the inner pole shoes 5, 5 'and the outer pole shoes 6, 6' also allows the use of half-shell permanent magnets 7, 7 'as segment magnets made of oxite, as are used in permanent magnet excited DC motors and which are very inexpensive.
  • FIG. 4 shows the design of an electromagnetic linear motor according to FIGS. 1 to 3c, in which the magnet systems 35 and 35 'created by connecting the inner pole pieces 5 and 5' to the outer pole pieces 6 and 6 'by the permanent magnets 7 and 7' the right side (according to the drawing) on a valve adapter 18 and on the left side (according to the drawing) are attached to an adjustment flange 19.
  • the transmission of force and / or movement takes place at connection a.
  • the valve adapter 18 and the adjustment flange 19 take over the centering of the magnet systems 35 and 35 'to the armature 4.
  • the magnet systems 35, 35 ', the armature 4 and the coil 12 are rotationally symmetrical.
  • the valve adapter 18 can be fastened to the outer pole shoes 6, 6 'of the magnet systems 35 and 35' by means of screws 18 ', 18''; however, a more cost-effective connection of magnet systems and valve adapters can also be produced by gluing or welding, by flanging or by a snap connection.
  • a cylindrical extension 20 On the left side (according to the drawing) of the armature 4 there is a cylindrical extension 20, in the center of which a pin 21 is inserted, which has a thread at its rear end.
  • a spring bearing 22 which is axially displaceable, for example, via a thread in the adjustment flange 19.
  • the spring bearing 22 holds two crown springs 23 and 23 ', which are crimped on the inside diameter in a hub 24 and 24' and on the outside diameter in the spring bearing 22.
  • the crown springs 23 and 23 ' By means of a ring or a spacer tube 25, the crown springs 23 and 23 'are preloaded to such an extent that no alternating stressing of the crown springs 23 and 23' can occur due to the lifting movement of the armature 4.
  • the spring bearing 22 is clamped firmly against the cylindrical extension 20 of the armature 4 by means of a nut 26.
  • the armature 4 is axially displaced until the four magnetically active air gaps 8, 9, 10 and 11, formed by the air gap surfaces from the intersection of the semicircular ring surfaces 14 and 14 'and 16 and 16' of the inner pole pieces with the armature disks 2 and 3 on the one hand and the overlap of the semicircular ring surfaces 15 and 15 'and 17 and 17' of the outer pole pieces 6 and 6 'with the armature disks 2 and 3 are the same size.
  • This position of the armature 4 is fixed via a lock nut 27 and determines the central position of the armature 4 in the de-energized state.
  • the spring bearing 22 takes over on the one hand the spring centering of the armature and on the other hand also its radial centering.
  • the adjustment flange 19 can be fastened to the outer pole pieces 6, 6 'by means of screws 19', 19 ''; however, here too, a more cost-effective connection of magnet systems and adjustment flange can be produced by gluing or welding, by flanging or by a snap connection.
  • a structure of the spring bearing 22 with crown springs 23, 23 'and strain gauges applied thereon offer the advantage of being able to use crown springs of low stiffness and of reducing the hysteresis and the response sensitivity, and higher, by means of an electrical strain feedback via the strain gauges and an electrical amplifier To achieve stability and power yield under the influence of flow forces through an attached control piston (see also Fig. 7).
  • armature 4 On the right side (according to the drawing) of the armature 4 there is also a cylindrical extension 28 which has a centering seat 29, to which an internal thread 30 is connected. In the centering seat 29, the centering collar 31 sits a hub 33 fastened to a further crown spring 32.
  • the crown spring 32 is crimped on the outside diameter into a ring 34, which is fixed in the valve adapter 18 by dimensional determination such that the crown spring 32 is in the central position of the armature 4 is pre-tensioned by the centering collar 31 of the hub 33 in the centering seat 29 to such an extent that even in the direction of stroke against the bias of the crown spring 32, this cannot be relaxed to zero.
  • the crown spring 32 has a negligible spring rate in relation to the spring bearing 22 in order to compensate for any play and, moreover, only has the task of radially centering the armature 4 on the right side (according to the drawing).
  • a coupling rod can be fastened in the thread 30 of the armature 4 and then transmits the stroke or the force of the electromagnetic linear motor to a servo valve piston (connection a).
  • both the inner pole shoes 36 and 36 'and the outer pole shoes 37 and 37' are U-shaped.
  • the permanent magnets 38 and 38 ' have a rectangular shape.
  • the inner pole shoes 36 and 36 'and also the outer pole shoes 37 and 37' can be designed as simple bent sheet metal parts.
  • Rare earths can be used as the magnetic material for the permanent magnets. This allows the magnetic power to be optimally matched to the size of the electromagnetic linear motor.
  • FIGS. 6a and 6b in which the same reference numerals designate the same parts as in FIG. 4, the inner pole shoes 41 and 41 'and the outer pole shoes 42 and 42' are U-shaped and opposite each other, arranged in pairs offset by 90 ° to each other.
  • This increases the installation space for the coil 43, and the linear motor can be built shorter for the same value of the ohmic resistance of the coil 43 as defined for the coil 12 of the linear motor according to FIGS. 3a to 3c.
  • the permanent magnets 39 and 40 are designed as ring magnets, which are installed above the armature disks 2 and 3 on the face side between the inner pole shoes 41 and 41 'and the outer pole shoes 42 and 42' are polarized (magnetized) in the axial direction. By installing the permanent magnets 39 and 40 in the immediate vicinity of the air gaps 8, 9, 10, 11, the stray magnetic flux is considerably reduced.
  • the overall length of the linear motor according to FIG. 6a may correspond to the overall length of the linear motor according to FIG. 4, in the embodiment according to FIG. 6a the ohmic resistance of the coil 43 can be reduced by using a thicker coil winding wire and the electrical power of the linear motor can thus be reduced.
  • the ohmic resistance of the coil 43 can be reduced by using a thicker coil winding wire and the electrical power of the linear motor can thus be reduced.
  • FIG. 7 shows the embodiment of a linear motor according to FIG. 4 with an adapted electrohydraulic servo valve.
  • the same reference numerals designate the same parts as in FIG. 4, so that reference can be made to the description of FIG. 4 for the description of the linear motor.
  • the valve adapter 18 has an internal thread 44 in the front area, into which the control cylinder 45 of a hydraulic servo valve 46 designed as a built-in valve is screwed.
  • a coupling rod 49 and a grub screw 50 are let into the bore 47 of the control piston 48 and abut one another on the end face in a threaded bushing 51.
  • a nut 52 fixes the threaded pin 50 in an internal thread 53 located at the outer end of the control piston 48.
  • the coupling rod 49 has an external thread 54 at its end facing the armature 4, via which it is screwed into the internal thread 30 of the armature 4 in its cylindrical extension 28 and so attached to the anchor 4.
  • the force of the electromagnetic linear motor is transmitted to the control piston 48 of the hydraulic servo valve 46, which executes a lifting movement and opens or closes the flow bores 55 to 58 in the control cylinder 45, which are assigned to the respective hydraulic connections.
  • strain gauges 59 are glued to the crown spring 23 'of the spring bearing 22 and offer the advantages already described for FIG. 4.
  • FIGS. 3a, 3b, 3c The size of a practical embodiment of an electromagnetic linear motor according to the invention according to FIGS. 3a, 3b, 3c, which is designed for forces of approx. 20 N, can advantageously be chosen such that with an essentially circular cross-section (cf. FIGS. 3b, 3c) the outer diameter is 34 mm and the overall length (of the outer pole shoes 6, 6 ', Fig. 3a) is 35 mm, so that the linear motor has a volume of about 32 cm3.

Abstract

The invention relates to an electromagnetic linear motor consisting of an armature (4), two inner pole shoes (5, 5'), two outer pole shoes (6, 6'), two permanent magnets (7, 7') and a coil (12), the armature together with the inner pole shoes and the outer pole shoes forming an air-gap system comprising four air gaps (8, 9, 10, 11) which can be varied in the axial direction, are magnetically active and are of equal size in the centre position of the armature. The armature is preferably located in the centre of the liner motor; the inner pole shoes and the outer pole shoes are constructed in the form of half shells and, by means of permanent magnets in the form of half shells, form two fixed polarity magnet systems (35, 35'). As described, the components of the linear motor are of simple construction and can be produced cost-effectively. The linear motor combines the advantages of torque motors with respect to power and linearity with those of linear drives with respect to force and linear movement transmission to an actuating device, especially of an adapted hydraulic or pneumatic servovalve. <IMAGE>

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Linearmotor bestehend aus einem Anker, zwei inneren Polschuhen, zwei äußeren Polschuhen, zwei Permanentmagneten sowie einer Spule.The invention relates to an electromagnetic linear motor consisting of an armature, two inner pole pieces, two outer pole pieces, two permanent magnets and a coil.

Es sind elektromagnetische Antriebssysteme mit vier magnetisch aktiven Luftspalten als sogenannte Torque- oder Drehankermotoren (Drehmomentmotoren) bekannt, die als Ausgangsgröße eine Drehbewegung bzw. ein Drehmoment abgeben, welches durch geeignete Maßnahmen in eine Linearbewegung umgeformt werden kann. Diese Systeme haben den Nachteil, daß bei der Umformung der Dreh- in eine Linearbewegung Querkräfte entstehen, die abgefangen oder abgewandelt werden müssen. Ein weiterer Nachteil ist, daß die in den Luftspalten der Polflächen erzeugte Kraft über einen Hebelarm auf den anzusteuernden Ventilkolben übertragen werden muß, wodurch die Kraft entsprechend den Hebelarmverhältnissen herabgesetzt wird. Außerdem reduziert die an dem Hebelarm angreifende Masse des Ventilkolbens die Eigenfrequenz erheblich.Electromagnetic drive systems with four magnetically active air gaps are known as so-called torque or rotary armature motors (torque motors), which emit a rotary movement or torque as an output variable, which can be converted into a linear movement by suitable measures. These systems have the disadvantage that when the rotary motion is converted into a linear motion, transverse forces arise which have to be intercepted or modified. Another disadvantage is that the force generated in the air gaps of the pole faces must be transmitted to the valve piston to be controlled via a lever arm, as a result of which the force is reduced in accordance with the lever arm ratios. In addition, the mass of the valve piston acting on the lever arm considerably reduces the natural frequency.

Desweiteren sind Linearantriebe mit zwei magnetisch aktiven Luftspalten bekannt oder auch Linearmotoren mit vier Luftspalten, bei denen jedoch nur zwei Luftspalte magnetisch aktiv sind, während die beiden anderen Luftspalte passiv sind. Sie dienen zum Schließen des Magnetkreises und stellen einen zusätzlichen Widerstand dar.Furthermore, linear drives with two magnetically active air gaps are known or also linear motors with four air gaps, in which, however, only two air gaps are magnetically active, while the other two air gaps are passive. They serve to close the magnetic circuit and represent an additional resistance.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektromagnetisches Antriebssystem als Alternative zum bekannten Drehmomentmotor (Torquemotor) zu schaffen, das als Betätigungsglied zur Verstellung elektrohydraulischer Servoventile auch für gasförmige Medien verwendet werden kann, wobei die Forderungen kleinstmöglicher Bauform sowie geringster elektrischer Leistung für ein Ventil mit hydraulischer Durchflußleistung von 15 Litern pro Minute in einstufiger Bauart erfüllt werden soll. Gleichzeitig soll der Aufbau des Antriebssystems so einfach wie möglich sein, damit eine kostengünstige Herstellung zu großen Stückzahlen in industrieller Serienfertigung erzielt wird.The object of the invention is an electromagnetic drive system as an alternative to the known torque motor To create (torque motor), which can be used as an actuator for adjusting electro-hydraulic servo valves for gaseous media, the requirements of the smallest possible design and lowest electrical power for a valve with a hydraulic flow rate of 15 liters per minute should be met in a single-stage design. At the same time, the construction of the drive system should be as simple as possible, so that cost-effective production in large numbers is achieved in industrial series production.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 wiedergegebenen Merkmale. Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens ergeben sich aus den Unteransprüchen.According to the invention, this object is achieved by the features reproduced in the characterizing part of patent claim 1. Advantageous developments of the inventive concept result from the subclaims.

Durch die Erfindung wird ein im Aufbau einfacher und kostengünstig herstellbarer Linearmotor geschaffen, der hervorragende. Leistungsdaten besitzt. Denn durch Anordnung von vier magnetisch aktiven Luftspalten können bei minimalster Baugröße die vorteilhaften Eigenschaften der Drehmomentmotore wie Linearität, Ansprechempfindlichkeit, Dynamik und Kraftausbeute bezogen auf die elektrische Eingangsleistung auf ein lineares Antriebselement übertragen werden.The invention provides a linear motor which is simple and inexpensive to manufacture, and which is outstanding. Has performance data. Because by arranging four magnetically active air gaps, the advantageous properties of the torque motors, such as linearity, responsiveness, dynamics and power yield based on the electrical input power, can be transferred to a linear drive element with the smallest size.

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der anhängenden Zeichnung, in der Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind.Further features, details and advantages of the invention result from the following description with reference to the attached drawing, in which exemplary embodiments of the invention are shown.

Es zeigen:

Fig. 1
schematisch den Aufbau eines elektromagnetischen Linearmotors gemäß der Erfindung in stromloser Mittelstellung mit prinzipiellem Magnetfeldverlauf der Permanentmagnete im Längsschnitt in Draufsicht.
Fig. 2a und 2b
schematisch den gleichen Linearmotor mit prinzipiellem Magnetfeldverlauf, jedoch überlagert durch in die Spule eingeprägten Gleichstrom für Auslenkung des Ankers sowohl in die eine Richtung (nach rechts gemäß Zeichnung) als auch in die andere Richtung (nach links gemäß Zeichnung) im Längsschnitt in Draufsicht, wie es für den Betrieb eines 4/3-Wegeventils erforderlich ist.
Fig. 3a
die Bauform einer vorteilhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Linearmotors im Längsschnitt in Draufsicht, Fig. 3b einen Schnitt in der Ebene B-B nach Fig. 3a und Fig. 3c einen Schnitt in der Ebene A-A nach Fig. 3a.
Fig. 4
die Bauform einer solchen vorteilhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Linearmotors mit integrierter Federzentrierung, die eine komplette, an ein elektrohydraulisches Servoventil adaptierbare Baugruppe bildet, im Längsschnitt in Draufsicht.
Fig. 5a
eine andere vorteilhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Linearmotors, wobei hier die Polschuhe U-förmig ausgebildet sind, im Längsschnitt in Draufsicht, und Fig. 5b einen Schnitt in der Ebene C-C nach Fig. 5a.
Fig. 6a
eine weitere vorteilhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Linearmotors, bei dem eine andere Anordnung der Permanentmagnete gewählt wurde, im Längsschnitt in Draufsicht und Fig. 6b einen Schnitt in der Ebene D-D nach Fig. 6a sowie
Fig. 7
eine Ausführungsform eines Linearmotors entsprechend dem nach Fig. 4 mit adaptiertem elektrohydraulischen Servoventil im Längsschnitt in Draufsicht.
Show it:
Fig. 1
schematically the structure of an electromagnetic linear motor according to the invention in the de-energized middle position with a basic magnetic field profile of the permanent magnets in longitudinal section in plan view.
2a and 2b
schematically the same linear motor with a basic magnetic field profile, but overlaid by direct current impressed into the coil for deflection of the armature both in one direction (to the right according to the drawing) and in the other direction (to the left according to the drawing) in a longitudinal section in plan view, as is is required for the operation of a 4/3-way valve.
Fig. 3a
the design of an advantageous embodiment of an electromagnetic linear motor according to the invention in longitudinal section in plan view, Fig. 3b shows a section in the plane BB of Fig. 3a and Fig. 3c shows a section in the plane AA of Fig. 3a.
Fig. 4
the design of such an advantageous embodiment of an electromagnetic according to the invention Linear motor with integrated spring centering, which forms a complete assembly that can be adapted to an electro-hydraulic servo valve, in longitudinal section in plan view.
Fig. 5a
another advantageous embodiment of an electromagnetic linear motor according to the invention, the pole shoes here being U-shaped, in longitudinal section in plan view, and FIG. 5b a section in the plane CC according to FIG. 5a.
Fig. 6a
a further advantageous embodiment of an electromagnetic linear motor according to the invention, in which a different arrangement of the permanent magnets has been selected, in longitudinal section in plan view and FIG. 6b a section in the plane DD according to FIG. 6a and
Fig. 7
an embodiment of a linear motor corresponding to that of FIG. 4 with an adapted electro-hydraulic servo valve in longitudinal section in plan view.

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Linearmotors in stromloser Mittelstellung. Ein solcher findet hauptsächlich Verwendung zur Betätigung von Hydraulik- bzw. Pneumatikservoventilen oder anderen Ventilen, z.B. für gasförmige Medien. Der Linearmotor baut sich auf aus einem zentrisch angeordneten Anker 4 bestehend aus der Ankerwelle 1 und den beiden Ankerscheiben 2 und 3, die fest mit der Ankerwelle 1 verbunden sind. Über die Ankerwelle 1 ist eine Spule 12 angeordnet. Der Anker 4 bildet mit den inneren Polschuhen 5 und 5' sowie den äußeren Polschuhen 6 und 6', welche mit den Permanentmagneten 7 und 7' verbunden und magnetisch polarisiert sind, ein Luftspaltsystem aus vier magnetisch aktiven Luftspalten 8, 9, 10 und 11 mit in jedem Luftspalt gleichem magnetischen Fluß. In der Mittelstellung des Ankers 4 sind die vier Luftspalte 8, 9, 10 und 11 gleich groß. Die durch die magnetische Induktion der Permanentmagnete 7 und 7' in den Luftspalten erzeugten Kräfte heben sich gegenseitig auf: der Anker ist kraftausgeglichen. Durch Einprägen eines Gleichstromes in die Spule 12 entsteht im Anker 4 ein Magnetfeld, welches eine auf den Anker wirkende resultierende Kraft erzeugt. Die Größe und Wirkrichtung dieser Kraft ist proportional abhängig von der Größe und Polarität des eingeprägten Gleichstromes. Mittels Anbringung einer Feder an den Anker 4 kann diese Kraft in eine Hubbewegung umgewandelt werden. Die mit Pfeilen versehenen strichpunktierten Linien kennzeichnen den jeweiligen zwangsläufigen Magnetfeldverlauf M1 und M2 sowie M'1 und M'2 der Permanentmagnete 7 sowie 7'. N steht jeweils für den magnetischen Nordpol und S für den magnetischen Südpol.Fig. 1 shows schematically the structure of an electromagnetic linear motor according to the invention in the de-energized middle position. Such is mainly used to actuate hydraulic or pneumatic servo valves or other valves, for example for gaseous media. The linear motor is built up from a centrally arranged armature 4 consisting of the armature shaft 1 and the two armature disks 2 and 3, which are firmly connected to the armature shaft 1. A coil 12 is arranged over the armature shaft 1. The armature 4 forms with the inner pole pieces 5 and 5 'and the outer pole pieces 6 and 6', which are connected to the permanent magnets 7 and 7 'and magnetically polarized, an air gap system of four magnetically active air gaps 8, 9, 10 and 11 the same magnetic flux in every air gap. In the middle position of the armature 4, the four air gaps 8, 9, 10 and 11 are of the same size. The forces generated by the magnetic induction of the permanent magnets 7 and 7 'in the air gaps cancel each other out: the armature is force balanced. By impressing a direct current into the coil 12, a magnetic field is generated in the armature 4, which generates a resulting force acting on the armature. The size and direction of action of this force is proportionally dependent on the size and polarity of the impressed direct current. By attaching a spring to the armature 4, this force can be converted into a lifting movement. The dash-dotted lines with arrows indicate the respective inevitable magnetic field profiles M1 and M2 and M'1 and M'2 of the permanent magnets 7 and 7 '. N stands for the magnetic north pole and S for the magnetic south pole.

Fig. 2a und Fig. 2b zeigen den gleichen Linearmotor wie in Fig. 1 mit überlagertem Magnetfeldverlauf durch eingeprägten Gleichstrom in die Spule für Auslenkung in die eine (Fig. 2a) als auch in die andere Richtung (Fig. 2b). Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Teile wie in Fig. 1 und die Magnetfeldverläufe.2a and 2b show the same linear motor as in Fig. 1 with a superimposed magnetic field profile by impressed direct current into the coil for deflection in one (Fig. 2a) and in the other direction (Fig. 2b). The same reference numerals designate the same parts as in Fig. 1 and the magnetic field profiles.

In den Fig. 3a, 3b und 3c ist die Bauform einer in Fig. 1 sowie in Fig. 2a und 2b schematisch dargestellten vorteilhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Linearmotors näher veranschaulicht. Der elektromagnetische Linearmotor baut sich wieder auf aus dem zentrisch angeordneten Anker 4 bestehend aus der Ankerwelle 1 und den beiden Ankerscheiben 2 und 3, die fest mit der Ankerwelle 1 verbunden sind. Über die Ankerwelle 1 ist eine Spule 12 angeordnet, deren Innendurchmesser zum Außendurchmesser der Ankerwelle 1 ein Radialspiel R aufweist. Je ein halbschalenförmiger innerer Polschuh 5 und 5' ist mittels je eines Permanentmagneten 7 bzw. 7' mit je einem halbschalenförmigen äußeren Polschuh 6 bzw. 6' verbunden. Die inneren Polschuhe 5 und 5' sind zu den äußeren Polschuhen 6 und 6' so fixiert, daß der axiale Abstand der Halbkreisringflächen 14 und 14' der inneren Polschuhe 5 und 5' zu den Halbkreisringflächen 15 und 15' der äußeren Polschuhe 6 und 6' genau so groß ist wie der axiale Abstand der Halbkreisringflächen 16 und 16' der inneren Polschuhe 5 und 5' zu den Halbkreisringflächen 17 und 17' der äußeren Polschuhe 6 und 6'. Die Permanentmagnete sind so polarisiert, daß die inneren Polschuhe 5 und 5' z.B. den magnetischen Südpol S und die äußeren Polschuhe 6 und 6' z.B. den magnetischen Nordpol N bilden. Wird nun in die Spule 12 ein Gleichstrom eingeprägt, so bildet sich im Anker 4 ein Magnetfeld aus, welches einen Magnetfluß erzeugt, dessen Größe und Richtung von der Größe des eingeprägten Gleichstromes und seiner Polarität abhängt. Der durch die Spule 12 und die Permanentmagnete 7 und 7' erzeugte magnetische Fluß fließt jeweils parallel, und die magnetische Induktion, die in den Luftspalten 8, 9, 10, 11 wirkt, addiert sich. Die durch die Induktion in den Luftspalten 8, 9, 10, 11 erzeugte Kraft wirkt auf den Anker 4 und kann von diesem durch geeignete Maßnahmen abgegriffen oder durch eine Federzentrierung in eine Hubbewegung umgewandelt werden. Die inneren Polschuhe 5, 5' und die äußeren Polschuhe 7, 7' können vorteilhaft durch Tiefziehen hergestellt sein. Die halbschalenförmige Ausgestaltung der inneren Polschuhe 5, 5' und der äußeren Polschuhe 6, 6' erlaubt auch die Verwendung halbschalenförmiger Permanentmagnete 7, 7' als Segmentmagnete aus Oxit, wie sie in permanentmagnetisch erregten Gleichstrommotoren Verwendung finden und die sehr preiswert sind.3a, 3b and 3c illustrate the design of an advantageous embodiment of an electromagnetic linear motor according to the invention, shown schematically in FIG. 1 and in FIGS. 2a and 2b. The electromagnetic linear motor builds up again from the centrally arranged armature 4 consisting of the armature shaft 1 and the two armature disks 2 and 3, which are firmly connected to the armature shaft 1. A coil 12 is arranged over the armature shaft 1, the inner diameter of which has a radial play R relative to the outer diameter of the armature shaft 1. A half-shell-shaped inner pole piece 5 and 5 'is connected to a half-shell-shaped outer pole piece 6 or 6' by means of a permanent magnet 7 or 7 '. The inner pole pieces 5 and 5 'are fixed to the outer pole pieces 6 and 6' in such a way that the axial distance between the semicircular ring surfaces 14 and 14 'of the inner pole pieces 5 and 5' and the semicircular ring surfaces 15 and 15 'of the outer pole pieces 6 and 6' is exactly as large as the axial distance between the semicircular ring surfaces 16 and 16 'of the inner pole shoes 5 and 5' and the semicircular ring surfaces 17 and 17 'of the outer pole shoes 6 and 6'. The permanent magnets are polarized so that the inner pole pieces 5 and 5 ', for example the magnetic south pole S and the outer pole pieces 6 and 6', for example the magnetic one Form north pole N. If a direct current is now impressed into the coil 12, a magnetic field forms in the armature 4, which generates a magnetic flux, the size and direction of which depends on the size of the impressed direct current and its polarity. The magnetic flux generated by the coil 12 and the permanent magnets 7 and 7 'flows in parallel, and the magnetic induction, which acts in the air gaps 8, 9, 10, 11, adds up. The force generated by the induction in the air gaps 8, 9, 10, 11 acts on the armature 4 and can be tapped by the armature by suitable measures or converted into a stroke movement by a spring centering. The inner pole pieces 5, 5 'and the outer pole pieces 7, 7' can advantageously be produced by deep drawing. The half-shell configuration of the inner pole shoes 5, 5 'and the outer pole shoes 6, 6' also allows the use of half-shell permanent magnets 7, 7 'as segment magnets made of oxite, as are used in permanent magnet excited DC motors and which are very inexpensive.

Fig. 4 zeigt die Bauform eines elektromagnetischen Linearmotors gemäß Fig. 1 bis 3c, bei der die durch Verbindung der inneren Polschuhe 5 und 5' mit den äußeren Polschuhen 6 und 6' durch die Permanentmagnete 7 und 7' entstandenen Magnetsysteme 35 und 35' an der rechten Seite (gemäß Zeichnung) an einem Ventiladapter 18 und an der linken Seite (gemäß Zeichnung) an einem Justageflansch 19 befestigt sind. Die Übertragung der Kraft und/oder Bewegung erfolgt am Anschluß a. Der Ventiladapter 18 und der Justageflansch 19 übernehmen die Zentrierung der Magnetsysteme 35 und 35' zu dem Anker 4. Sie bestehen aus antimagnetischem Material und sind maßlich so ausgebildet, daß sie die Hubbegrenzung des Ankers 4 übernehmen und ein magnetisches Festkleben des Ankters 4 an den Polflächen der inneren Polschuhe 5 und 5' oder der äußeren Polschuhe 6 und 6' verhindern. Die Magnetsysteme 35, 35', der Anker 4 und die Spule 12 sind rotationssymmetrisch ausgebildet. Der Ventiladapter 18 kann mittels Schrauben 18', 18'' an den äußeren Polschuhen 6, 6' der Magnetsysteme 35 und 35' befestigt sein; jedoch kann auch eine kostengünstigere Verbindung von Magnetsystemen und Ventiladapter durch Verkleben oder Verschweißen, durch Umbördeln oder durch eine Schnappverbindung hergestellt werden.FIG. 4 shows the design of an electromagnetic linear motor according to FIGS. 1 to 3c, in which the magnet systems 35 and 35 'created by connecting the inner pole pieces 5 and 5' to the outer pole pieces 6 and 6 'by the permanent magnets 7 and 7' the right side (according to the drawing) on a valve adapter 18 and on the left side (according to the drawing) are attached to an adjustment flange 19. The transmission of force and / or movement takes place at connection a. The valve adapter 18 and the adjustment flange 19 take over the centering of the magnet systems 35 and 35 'to the armature 4. They are made of antimagnetic material and are dimensioned so that they take over the stroke limitation of the armature 4 and a magnetic sticking of the armature 4 to the pole faces of the inner Prevent pole pieces 5 and 5 'or the outer pole pieces 6 and 6'. The magnet systems 35, 35 ', the armature 4 and the coil 12 are rotationally symmetrical. The valve adapter 18 can be fastened to the outer pole shoes 6, 6 'of the magnet systems 35 and 35' by means of screws 18 ', 18''; however, a more cost-effective connection of magnet systems and valve adapters can also be produced by gluing or welding, by flanging or by a snap connection.

An der linken Seite (gemäß Zeichnung) des Ankers 4 befindet sich ein zylinderförmiger Ansatz 20, in dessen Zentrum ein Stift 21 eingebracht ist, der an seinem hinteren Ende ein Gewinde besitzt. In dem Justageflansch 19 befindet sich ein Federlager 22, das z.B. über ein Gewinde in dem Justageflansch 19 axial verschiebbar ist. Das Federlager 22 hält zwei Kronenfeder 23 und 23', die am Innendurchmesser in eine Nabe 24 und 24' und am Außendurchmesser in das Federlager 22 eingebördelt sind. Durch einen Ring oder ein Distanzrohr 25 sind die Kronenfedern 23 und 23' so weit vorgespannt, daß durch die Hubbewegung des Ankers 4 keine Wechselbeanspruchung der Kronenfedern 23 und 23' eintreten kann. Mittels einer Mutter 26 ist das Federlager 22 fest gegen den zylinderförmigen Ansatz 20 des Ankers 4 gespannt. Durch Drehen des Federlagers 22 im Gewinde des Justageflansches 19 wird der Anker 4 so lange axial verschoben, bis die vier magnetisch aktiven Luftspalte 8, 9, 10 und 11, gebildet durch die Luftspaltflächen aus der Überschneidung der Halbkreisringflächen 14 und 14' sowie 16 und 16' der inneren Polschuhe mit den Ankerscheiben 2 und 3 einerseits und der Überschneidung der Halbkreisringflächen 15 und 15' sowie 17 und 17' der äußeren Polschuhe 6 und 6' mit den Ankerscheiben 2 und 3, gleich groß sind. Diese Stellung des Ankers 4 wird über eine Kontermutter 27 fixiert und bestimmt die Mittelstellung des Ankers 4 in stromlosem Zustand. Das Federlager 22 übernimmt zum einen die Federzentrierung des Ankers, zum anderen auch seine radiale Zentrierung. Der Justageflansch 19 kann mittels Schrauben 19', 19'' an den äußeren Polschuhen 6, 6' befestigt sein; jedoch kann auch hier eine kostengünstigere Verbindung von Magnetsystemen und Justageflansch durch Verkleben oder Verschweißen, durch Umbördeln oder durch eine Schnappverbindung hergestellt werden.On the left side (according to the drawing) of the armature 4 there is a cylindrical extension 20, in the center of which a pin 21 is inserted, which has a thread at its rear end. In the adjustment flange 19 there is a spring bearing 22 which is axially displaceable, for example, via a thread in the adjustment flange 19. The spring bearing 22 holds two crown springs 23 and 23 ', which are crimped on the inside diameter in a hub 24 and 24' and on the outside diameter in the spring bearing 22. By means of a ring or a spacer tube 25, the crown springs 23 and 23 'are preloaded to such an extent that no alternating stressing of the crown springs 23 and 23' can occur due to the lifting movement of the armature 4. The spring bearing 22 is clamped firmly against the cylindrical extension 20 of the armature 4 by means of a nut 26. By Rotation of the spring bearing 22 in the thread of the adjustment flange 19, the armature 4 is axially displaced until the four magnetically active air gaps 8, 9, 10 and 11, formed by the air gap surfaces from the intersection of the semicircular ring surfaces 14 and 14 'and 16 and 16' of the inner pole pieces with the armature disks 2 and 3 on the one hand and the overlap of the semicircular ring surfaces 15 and 15 'and 17 and 17' of the outer pole pieces 6 and 6 'with the armature disks 2 and 3 are the same size. This position of the armature 4 is fixed via a lock nut 27 and determines the central position of the armature 4 in the de-energized state. The spring bearing 22 takes over on the one hand the spring centering of the armature and on the other hand also its radial centering. The adjustment flange 19 can be fastened to the outer pole pieces 6, 6 'by means of screws 19', 19 ''; however, here too, a more cost-effective connection of magnet systems and adjustment flange can be produced by gluing or welding, by flanging or by a snap connection.

Ein Aufbau des Federlagers 22 mit Kronenfedern 23, 23' und darauf applizierten Dehnungsmeßstreifen bieten den Vorteil, Kronenfedern von geringer Steifigkeit verwenden zu können und mittels einer elektrischen Dehnungs-Rückführung über die Dehnungsmeßstreifen und einen elektrischen Verstärker die Hysterese und die Ansprechempfindlichkeit zu verringern und eine höhere Stabilität und Leistungsausbeute zu erreichen unter dem Einfluß von Strömungskräften durch einen angebauten Steuerkolben (vgl. auch zu Fig. 7).A structure of the spring bearing 22 with crown springs 23, 23 'and strain gauges applied thereon offer the advantage of being able to use crown springs of low stiffness and of reducing the hysteresis and the response sensitivity, and higher, by means of an electrical strain feedback via the strain gauges and an electrical amplifier To achieve stability and power yield under the influence of flow forces through an attached control piston (see also Fig. 7).

Auf der rechten Seite (gemäß Zeichnung) des Ankers 4 befindet sich ebenfalls ein zylinderförmiger Ansatz 28, der einen Zentriersitz 29 besitzt, an den sich ein Innengewinde 30 anschließt. In den Zentriersitz 29 setzt sich der Zentrierbund 31 einer an einer weiteren Kronenfeder 32 befestigten Nabe 33. Die Kronenfeder 32 ist am Außendurchmesser in einen Ring 34 eingebördelt, der in dem Ventiladapter 18 durch maßliche Festlegung derart fixiert ist, daß die Kronenfeder 32 in der Mittelstellung des Ankers 4 durch die Anlage des Zentrierbundes 31 der Nabe 33 im Zentriersitz 29 so weit vorgespannt ist, daß selbst bei Hubrichtung entgegen der Vorspannung der Kronenfeder 32 diese nicht bis auf Null entspannt werden kann. Die Kronenfeder 32 hat eine im Verhältnis zu dem Federlager 22 vernachlässigbar geringe Federrate, um etwaige Spiele auszugleichen, und hat im übrigen nur die Aufgabe der radialen Zentrierung des Ankers 4 auf der rechten Seite (gemäß Zeichnung). In dem Gewinde 30 des Ankers 4 kann eine Koppelstange befestigt sein, die dann den Hub oder die Kraft des elektromagnetischen Linearmotors auf einen Servoventilkolben überträgt (Anschluß a).On the right side (according to the drawing) of the armature 4 there is also a cylindrical extension 28 which has a centering seat 29, to which an internal thread 30 is connected. In the centering seat 29, the centering collar 31 sits a hub 33 fastened to a further crown spring 32. The crown spring 32 is crimped on the outside diameter into a ring 34, which is fixed in the valve adapter 18 by dimensional determination such that the crown spring 32 is in the central position of the armature 4 is pre-tensioned by the centering collar 31 of the hub 33 in the centering seat 29 to such an extent that even in the direction of stroke against the bias of the crown spring 32, this cannot be relaxed to zero. The crown spring 32 has a negligible spring rate in relation to the spring bearing 22 in order to compensate for any play and, moreover, only has the task of radially centering the armature 4 on the right side (according to the drawing). A coupling rod can be fastened in the thread 30 of the armature 4 and then transmits the stroke or the force of the electromagnetic linear motor to a servo valve piston (connection a).

Im übrigen bezeichnen in Fig. 4 gleiche Bezugsziffern gleiche Teile wie in den Fig. 1 bis 3c.Otherwise, the same reference numerals in FIG. 4 denote the same parts as in FIGS. 1 to 3c.

Fig. 5a und 5b zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Linearmotors. Gleiche Bezugsziffern bezeichnen gleiche Teile wie im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4. Bei dem elektromagnetischen Linearmotor nach Fig. 5a und 5b sind sowohl die inneren Polschuhe 36 und 36' als auch die äußeren Polschuhe 37 und 37' U-förmig ausgebildet. Die Permanentmagnete 38 und 38' haben eine rechteckige Form. Dadurch können die inneren Polschuhe 36 und 36' sowie auch die äußeren Polschuhe 37 und 37' als einfache Blechbiegeteile ausgeführt werden. Als Magnetwerkstoff für die Permanentmagnete können Seltene Erden verwendet werden. Hierdurch kann eine optimale Abstimmung der magnetischen Leistung in Bezug auf die Baugröße des elektromagnetischen Linearmotors vorgenommen werden.5a and 5b show another embodiment of an electromagnetic linear motor according to the invention. The same reference numerals designate the same parts as in the exemplary embodiment according to FIG. 4. In the electromagnetic linear motor according to FIGS. 5a and 5b, both the inner pole shoes 36 and 36 'and the outer pole shoes 37 and 37' are U-shaped. The permanent magnets 38 and 38 'have a rectangular shape. As a result, the inner pole shoes 36 and 36 'and also the outer pole shoes 37 and 37' can be designed as simple bent sheet metal parts. Rare earths can be used as the magnetic material for the permanent magnets. This allows the magnetic power to be optimally matched to the size of the electromagnetic linear motor.

Bei dem in Fig. 6a und 6b gezeigten weiteren Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Linearmotors, bei dem wieder gleiche Bezugsziffern gleiche Teile wie in Fig. 4 bezeichnen, sind die inneren Polschuhe 41 und 41' und die äußeren Polschuhe 42 und 42' U-förmig ausgebildet und gegenüberliegend, jeweils paarweise um 90° zueinander versetzt angeordnet. Dadurch vergrößert sich der Einbauraum für die Spule 43, und der Linearmotor kann bei gleichem Wert des ohmschen Widerstandes der Spule 43, wie für die Spule 12 des Linearmotors nach Fig. 3a bis 3c festgelegt, kürzer gebaut werden. Die Permanentmagnete 39 und 40 sind als Ringmagnete ausgebildet, die über den Ankerscheiben 2 und 3 stirnseitig zwischen den inneren Polschuhen 41 und 41' und den äußeren Polschuhen 42 und 42' eingebaut und in axialer Richtung polarisiert (magnetisiert) sind. Durch den Einbau der Permanentmagnete 39 und 40 in unmittelbarer Nähe der Luftspalte 8, 9, 10, 11 wird der magnetische Streufluß erheblich reduziert.In the further exemplary embodiment of an electromagnetic linear motor according to the invention shown in FIGS. 6a and 6b, in which the same reference numerals designate the same parts as in FIG. 4, the inner pole shoes 41 and 41 'and the outer pole shoes 42 and 42' are U-shaped and opposite each other, arranged in pairs offset by 90 ° to each other. This increases the installation space for the coil 43, and the linear motor can be built shorter for the same value of the ohmic resistance of the coil 43 as defined for the coil 12 of the linear motor according to FIGS. 3a to 3c. The permanent magnets 39 and 40 are designed as ring magnets, which are installed above the armature disks 2 and 3 on the face side between the inner pole shoes 41 and 41 'and the outer pole shoes 42 and 42' are polarized (magnetized) in the axial direction. By installing the permanent magnets 39 and 40 in the immediate vicinity of the air gaps 8, 9, 10, 11, the stray magnetic flux is considerably reduced.

Wenn die Baulänge des Linearmotors nach Fig. 6a der Baulänge des Linearmotors nach Fig. 4 entsprechen darf, kann bei der Ausführungsform gemäß Fig. 6a der ohmsche Widerstand der Spule 43 durch Verwendung eines dickeren Spulenwickeldrahtes verringert und somit die elektrische Leistung des Linearmotors herabgesetzt werden. Man hat also mehrere Parameter zur Verfügung, um eine optimale Auslegung des Linearmotors nach den jeweiligen Prioritäten wie elektrische Leistung, Baugröße und Herstellkosten vornehmen zu können.If the overall length of the linear motor according to FIG. 6a may correspond to the overall length of the linear motor according to FIG. 4, in the embodiment according to FIG. 6a the ohmic resistance of the coil 43 can be reduced by using a thicker coil winding wire and the electrical power of the linear motor can thus be reduced. There are therefore several parameters available in order to be able to optimally design the linear motor according to the respective priorities such as electrical power, size and manufacturing costs.

Figur 7 zeigt die Ausführungsform eines Linearmotors gemäß Fig. 4 mit einem adaptierten elektrohydraulischen Servoventil. Gleiche Bezugsziffern bezeichnen gleiche Teile wie in Fig. 4, so daß zur Beschreibung des Linearmotors auf die Beschreibung der Fig. 4 verwiesen werden kann. Der Ventiladapter 18 besitzt im vorderen Bereich ein Innengewinde 44, in das der Steuerzylinder 45 eines als Einbauventil ausgebildeten Hydraulikservoventils 46 eingeschraubt ist. In die Bohrung 47 des Steuerkolbens 48 sind eine Koppelstange 49 und ein Gewindestift 50 eingelassen, die in einer Gewindebuchse 51 stirnseitig aneinanderliegen. Eine Mutter 52 befestigt den Gewindestift 50 in einem am äußeren Ende des Steuerkolbens 48 befindlichen Innengewinde 53. Die Koppelstange 49 weist an ihrem dem Anker 4 zugewandten Ende ein Außengewinde 54 auf, über das sie im Innengewinde 30 des Ankers 4 in dessen zylinderförmigem Ansatz 28 eingeschraubt und so am Anker 4 befestigt ist. Mittels der Koppelstange 49 wird die Kraft des elektromagnetischen Linearmotors auf den Steuerkolben 48 des Hydraulikservoventils 46 übertragen, der dabei eine Hubbewegung ausführt und die - den jeweiligen hydraulischen Anschlüssen zugeordneten - Durchflußbohrungen 55 bis 58 im Steuerzylinder 45 öffnet oder schließt.FIG. 7 shows the embodiment of a linear motor according to FIG. 4 with an adapted electrohydraulic servo valve. The same reference numerals designate the same parts as in FIG. 4, so that reference can be made to the description of FIG. 4 for the description of the linear motor. The valve adapter 18 has an internal thread 44 in the front area, into which the control cylinder 45 of a hydraulic servo valve 46 designed as a built-in valve is screwed. A coupling rod 49 and a grub screw 50 are let into the bore 47 of the control piston 48 and abut one another on the end face in a threaded bushing 51. A nut 52 fixes the threaded pin 50 in an internal thread 53 located at the outer end of the control piston 48. The coupling rod 49 has an external thread 54 at its end facing the armature 4, via which it is screwed into the internal thread 30 of the armature 4 in its cylindrical extension 28 and so attached to the anchor 4. By means of the coupling rod 49, the force of the electromagnetic linear motor is transmitted to the control piston 48 of the hydraulic servo valve 46, which executes a lifting movement and opens or closes the flow bores 55 to 58 in the control cylinder 45, which are assigned to the respective hydraulic connections.

Auf der linken Seite (gemäß Zeichnung) des Linearmotors gemäß Fig. 7 sind auf der Kronenfeder 23' des Federlagers 22 darauf aufgeklebte Dehnungsmeßstreifen 59 ersichtlich, welche die oben bereits zu Fig. 4 geschilderten Vorteile bieten.On the left side (according to the drawing) of the linear motor according to FIG. 7, strain gauges 59 are glued to the crown spring 23 'of the spring bearing 22 and offer the advantages already described for FIG. 4.

Die wesentlichen Daten einer praxisnahen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Linearmotors sind:
Spulenwiderstand (20° Celsius) = 4,5 Ω,
maximaler Spulenstrom = 650 mA,
maximale Ansteuerleistung = 2 W,
Ankerkraft im mechanischen Nullpunkt = 21 N.The essential data of a practical embodiment of an electromagnetic linear motor according to the invention are:
Coil resistance (20 ° Celsius) = 4.5 Ω,
maximum coil current = 650 mA,
maximum control power = 2 W,
Anchor force in the mechanical zero point = 21 N.

Die Baugröße einer praxisnahen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Linearmotors gemäß Fig. 3a, 3b, 3c, die für Kräfte von ca. 20 N ausgelegt ist, kann vorteilhaft so gewählt sein, daß bei im wesentlichen kreisrundem Querschnitt (vgl. Fig. 3b, 3c) der Außendurchmesser 34 mm und die Baulänge (der äußeren Polschuhe 6, 6', Fig. 3a) 35 mm betragen, so daß der Linearmotor ein Volumen von etwa 32 cm³ hat.The size of a practical embodiment of an electromagnetic linear motor according to the invention according to FIGS. 3a, 3b, 3c, which is designed for forces of approx. 20 N, can advantageously be chosen such that with an essentially circular cross-section (cf. FIGS. 3b, 3c) the outer diameter is 34 mm and the overall length (of the outer pole shoes 6, 6 ', Fig. 3a) is 35 mm, so that the linear motor has a volume of about 32 cm³.

Claims (20)

Elektromagnetischer Linearmotor bestehend aus einem Anker (4), zwei inneren Polschuhen (5, 5'), zwei äußeren Polschuhen (6, 6'), zwei Permanentmagneten (7, 7') sowie einer Spule (12),
dadurch gekennzeichnet,
daß der Anker (4) mit den inneren Polschuhen (5, 5') und den äußeren Polschuhen (6, 6') ein Luftspaltsystem aus vier in axialer Richtung veränderbaren magnetisch aktiven Luftspalten (8, 9, 10, 11) bildet, die in der Mittelstellung des Ankers (4) gleich groß sind.Electromagnetic linear motor consisting of an armature (4), two inner pole pieces (5, 5 '), two outer pole pieces (6, 6'), two permanent magnets (7, 7 ') and a coil (12),
characterized,
that the armature (4) with the inner pole pieces (5, 5 ') and the outer pole pieces (6, 6') forms an air gap system from four axially changeable magnetically active air gaps (8, 9, 10, 11) which in the middle position of the armature (4) are the same size. Elektromagnetischer Linearmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich der Anker (4) im Zentrum des Linearmotors befindet.Electromagnetic linear motor according to claim 1, characterized in that the armature (4) is located in the center of the linear motor. Elektromagnetischer Linearmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Polschuhe (5, 5') und die äußeren Polschuhe (6, 6') halbschalenförmig ausgebildet sind und mittels halbschalenförmiger Permanentmagnete (7, 7') zwei festgepolte Magnetsysteme (35, 35') bilden.Electromagnetic linear motor according to claim 2, characterized in that the inner pole pieces (5, 5 ') and the outer pole pieces (6, 6') are half-shell-shaped and two half-pole magnet systems (35, 35 ') by means of half-shell-shaped permanent magnets (7, 7') ) form. Elektromagnetischer Linearmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Polschuhe (5, 5') und die äußeren Polschuhe (6, 6') durch Tiefziehen herstellbar sind.Electromagnetic linear motor according to claim 3, characterized in that the inner pole pieces (5, 5 ') and the outer pole pieces (6, 6') can be produced by deep drawing. Elektromagnetischer Linearmotor nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete (7, 7') Segmentmagnete aus Oxit sind.Electromagnetic linear motor according to claim 3 or 4, characterized in that the permanent magnets (7, 7 ') are segment magnets made of oxite. Elektromagnetischer Linearmotor nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnetsysteme (35, 35'), der Anker (4) und die Spule (12) rotationssymmetrisch ausgebildet sind.Electromagnetic linear motor according to one of claims 3 to 5, characterized in that the magnet systems (35, 35 '), the armature (4) and the coil (12) are rotationally symmetrical. Elektromagnetischer Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Polschuhe (36, 36') sowie die äußeren Polschuhe (37, 37') jeweils U-förmig ausgebildete einfache Blechbiegeteile sind.Electromagnetic linear motor according to one of claims 1 to 6, characterized in that the inner pole shoes (36, 36 ') and the outer pole shoes (37, 37') are each U-shaped simple sheet metal bent parts. Elektromagnetischer Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch Permanentmagnete (38, 38'), die die Form eines Rechtechts aufweisen.Electromagnetic linear motor according to one of claims 1 to 7, characterized by permanent magnets (38, 38 '), which have the shape of a right-wing right. Elektromagnetischer Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren Polschuhe (41, 41') und die äußeren Polschuhe (42, 42') gegenüberliegend jeweils um 90° versetzt angeordnet und stirnseitig mit als Ringmagnete ausgebildeten, axial polarisierten Permanentmagneten (39, 40) verbunden sind.Electromagnetic linear motor according to one of claims 1 to 6, characterized in that the inner pole shoes (41, 41 ') and the outer pole shoes (42, 42') are arranged opposite each other offset by 90 ° and on the end face with axially polarized permanent magnets designed as ring magnets (39, 40) are connected. Elektromagnetischer Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete (7, 7'; 38, 38', 39, 40) aus Seltenen Erden bestehen.Electromagnetic linear motor according to one of claims 1 to 9, characterized in that the Permanent magnets (7, 7 '; 38, 38', 39, 40) consist of rare earths. Elektromagnetischer Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der durch die Spule (12) und die Permanentmagnete (7, 7'; 38, 38'; 39, 40) erzeugte magnetische Fluß parallel fließt und daß die magnetische Induktion, die in den Luftspalten (8, 9, 10, 11) wirkt, sich addiert.Electromagnetic linear motor according to one of claims 1 to 10, characterized in that the magnetic flux generated by the coil (12) and the permanent magnets (7, 7 '; 38, 38'; 39, 40) flows in parallel and that the magnetic induction, that acts in the air gaps (8, 9, 10, 11) adds up. Elektromagnetischer Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Außendurchmesser der Ankerwelle (1) zum Innendurchmesser des Spulenkörpers der Spule (12 bzw. 43) ein Radialspiel (R) aufweist.Electromagnetic linear motor according to one of claims 1 to 11, characterized in that the outer diameter of the armature shaft (1) has a radial play (R) relative to the inner diameter of the coil body of the coil (12 or 43). Elektromagnetischer Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (4) mit einem Federlager (22) fest verbunden ist, daß das Federlager (22) in einem Justageflansch (19) axial verschiebbar gelagert und in seiner der Mittelstellung des Ankers (4 ) entsprechenden Endlage fixierbar ist und daß das Federlager (22) auf seiner Seite des Linearmotors den Anker (4) radial zentriert.Electromagnetic linear motor according to one of claims 1 to 12, characterized in that the armature (4) is fixedly connected to a spring bearing (22), that the spring bearing (22) is axially displaceably mounted in an adjustment flange (19) and in its central position of the Armature (4) corresponding end position is fixable and that the spring bearing (22) on its side of the linear motor radially centers the armature (4). Elektromagnetischer Linearmotor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß am oder im Federlager (22) zwei gleiche Kronenfedern (23, 23') gelagert sind, die über einen Ring oder ein Distanzrohr (25) so weit vorgespannt sind, daß durch eine Hubbewegung des Ankers (4) gegen das Federlager (22) keine wechselnde Last in den Kronenfedern (23, 23') auftritt.Electromagnetic linear motor according to Claim 13, characterized in that two identical crown springs (23, 23 ') are mounted on or in the spring bearing (22) and are connected via a ring or a spacer tube (25) are preloaded to such an extent that no changing load occurs in the crown springs (23, 23 ') due to a lifting movement of the armature (4) against the spring bearing (22). Elektromagnetischer Linearmotor nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Kronenfeder (32) mit einer im Vergleich zum Federlager (22) vernachlässigbar geringen Federsteifigkeit über eine Nabe (33) und einen Ring (34) den Anker (4) auf der gegenüberliegenden Seite des Linearmotors radial zentriert und daß die weitere Kronenfeder (32) ebenfalls, aber gegenüber den Kronenfedern (23, 23') nur leicht vorgespannt eingebaut ist.Electromagnetic linear motor according to claim 13 or 14, characterized in that a further crown spring (32) with a negligible spring stiffness compared to the spring bearing (22) via a hub (33) and a ring (34) the armature (4) on the opposite Radial centered side of the linear motor and that the further crown spring (32) is also installed, but only slightly preloaded compared to the crown springs (23, 23 '). Elektromagnetischer Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Linearmotor einen Ventiladapter (18) aufweist und daß dieser (18) und der Justageflansch (19) aus antimagnetischem Material bestehen und maßlich so ausgebildet sind, daß sie als Hubbegrenzung des Ankers (4) dienen und somit ein magnetisches Festkleben der Ankerscheiben (2, 3) an den Polflächen (15, 15'; 16, 16' bzw. 17, 17'; 18, 18') der inneren Polschuhe (5, 5') und der äußeren Polschuhe (6, 6') verhindern.Electromagnetic linear motor according to one of claims 1 to 15, characterized in that the linear motor has a valve adapter (18) and that this (18) and the adjustment flange (19) consist of antimagnetic material and are dimensioned so that they act as a stroke limitation of the armature (4) and thus magnetically sticking the armature disks (2, 3) to the pole faces (15, 15 '; 16, 16' or 17, 17 '; 18, 18') of the inner pole shoes (5, 5 ') and prevent the outer pole pieces (6, 6 '). Elektromagnetischer Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker (4) auf wenigstens einer Seite eine Koppelstelle besitzt, an der der Hub bzw. die Kraft des Motors abgreifbar ist.Electromagnetic linear motor according to one of claims 1 to 16, characterized in that the armature (4) has on at least one side a coupling point at which the stroke or the force of the motor can be tapped. Elektromagnetischer Linearmotor nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelstelle ein Gewinde (30) an oder in einem zylinderförmigen Ansatz (28) am Anker (4) ist.Electromagnetic linear motor according to claim 17, characterized in that the coupling point is a thread (30) on or in a cylindrical extension (28) on the armature (4). Elektromagnetischer Linearmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventiladapter (18) des Linearmotors in seinem stirnseitigen Bereich ein Gewinde (44) aufweist, auf bzw. in das der Steuerzylinder (45) eines Hydraulikservoventils (46) auf- bzw. einschraubbar ist.Electromagnetic linear motor according to one of claims 1 to 18, characterized in that the valve adapter (18) of the linear motor has a thread (44) in its end region, onto or into which the control cylinder (45) of a hydraulic servo valve (46) is mounted or removed is screwable. Elektromagnetischer Linearmotor nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß auf die Kronenfedern (23, 23') des Federlagers (22) Dehnungsmeßstreifen (59) aufgebracht sind.Electromagnetic linear motor according to one of claims 14 to 19, characterized in that strain gauges (59) are applied to the crown springs (23, 23 ') of the spring bearing (22).
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