DE102006059375A1

DE102006059375A1 - Electromagnetic actuator, particularly for operating gas exchange valve or injection device, has component, which is made of magnetizing material, and component is provided with multiple holes

Info

Publication number: DE102006059375A1
Application number: DE102006059375A
Authority: DE
Inventors: Olaf Dr. Josef; Benjamin Weldenkaff
Original assignee: TRW Automotive GmbH
Current assignee: ZF Automotive Germany GmbH
Priority date: 2006-12-15
Filing date: 2006-12-15
Publication date: 2008-06-19

Abstract

The electromagnetic actuator (10) has a coil (12) and a component made of magnetizing material, in which magnetic flux line are formed by supplying current to the coil, and the component is provided with multiple holes (30). The component is a magnet core (16), particularly a pot core and an armature (24), particularly a plate armature. The holes are arranged in multiple rows (32) and in multiple offset double series (34). The rows runs essentially parallel to the magnetic flux line developed by supplying current to the coil. An independent claim is also included for a method for production of a component for an electromagnetic actuator.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Aktuator, insbesondere zur Betätigung eines Gaswechselventils oder einer Einspritzvorrichtung, mit einer Spule und wenigstens einem Bauteil aus magnetisierbarem Material, in dem sich bei Bestromung der Spule Magnetfeldlinien ausbilden. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils für einen elektromagnetischen Aktuator, in dem sich bei Aktivierung des Aktuators Magnetfeldlinien ausbilden. Unter einem Bauteil aus magnetisierbarem Material ist hier insbesondere ein Magnetanker oder ein Magnetkern zu verstehen.The The invention relates to an electromagnetic actuator, in particular for operation a gas exchange valve or an injection device, with a Coil and at least one component made of magnetizable material, in which magnetic field lines are formed when the coil is energized. Furthermore, the invention relates to a method for producing a Component for an electromagnetic actuator in which, when activated of the actuator form magnetic field lines. Under a component magnetizable material is here in particular a magnet armature or to understand a magnetic core.

Zur Reduktion von Wirbelströmen ist es bekannt, Magnetkerne elektromagnetischer Aktuatoren in geblechter Form herzustellen oder massive Kerne mit Schlitzen zu versehen, die sich über nahezu die gesamte Bauteillänge erstrecken. Die DE 198 08 492 A1 beschreibt zudem einen elektromagnetischen Aktuator, dessen Anker über nahezu seine gesamte Breite geschlitzt ist, um Wirbelstromverluste zu vermeiden. Nachteilig bei den bekannten Ausgestaltungen ist, daß sich sowohl Schlitze als auch Blechungen negativ auf die Bauteilfestigkeit auswirken, was insbesondere bei einem Magnetanker, der hohen dynamischen Beanspruchungen ausgesetzt ist, zu Problemen führen kann. Auch sind geblechte oder geschlitzte Bauteile vergleichsweise aufwendig in der Herstellung.For the reduction of eddy currents, it is known to produce magnetic cores of electromagnetic actuators in a lifelike form or to provide massive cores with slots which extend over almost the entire component length. The DE 198 08 492 A1 also describes an electromagnetic actuator whose armature is slotted over almost its entire width to avoid eddy current losses. A disadvantage of the known embodiments that both slots and laminations have a negative effect on the component strength, which can lead to problems especially in a magnet armature, which is exposed to high dynamic stresses. Also, laminated or slotted components are relatively expensive to manufacture.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Bauteil aus magnetisierbarem Material, in dem sich Magnetfeldlinien ausbilden, bereitzustellen, bei dem Wirbelströme unter Beibehaltung der Bauteilfestigkeit reduziert werden.It is therefore an object of the invention, a component of magnetizable Provide material in which magnetic field lines form, at the eddy currents be reduced while maintaining the component strength.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung ist hierzu bei einem elektromagnetischen Aktuator der eingangs genannten Art vorgesehen, daß das Bauteil eine Vielzahl von Löchern aufweist. Die Löcher stellen eine Wirbelstrombarriere dar, was zu einer Reduktion der Wirbelströme und somit zur Verringerung der Öffnungs- bzw. Schließzeit des elektromagnetischen Aktuators führt. Zudem läßt sich durch Einschränkung der Wirbelstromverluste der elektrische Wirkungsgrad des Aktuators erhöhen. Dadurch reduziert sich der Energieverbrauch, was z.B. bei einem Gaswechselventil eine Steigerung des Gesamtmotorwirkungsgrads und damit eine Kraftstoffeinsparung zur Folge hat. Löcher haben dabei gegenüber Schlitzen den Vorteil, daß die Festigkeitseigenschaften des Bauteils nur unwesentlich beeinflußt werden, die Wirbelstromwege aber trotzdem zunehmen bzw. unterbrochen werden.According to one The first aspect of the invention is for this purpose in an electromagnetic Actuator of the type mentioned provided that the component a lot of holes having. The holes represent an eddy current barrier, which leads to a reduction of the eddy currents and thus to reduce the opening or closing time of the electromagnetic actuator leads. In addition, can be by restriction the eddy current losses of the electrical efficiency of the actuator increase. This reduces energy consumption, resulting in e.g. at a Gas exchange valve an increase in overall engine efficiency and thus resulting in fuel savings. Holes have slots opposite the advantage that the Strength properties of the component are only slightly influenced, the But eddy current paths still increase or be interrupted.

Wie bereits erwähnt, kann das Bauteil ein Magnetkern, insbesondere ein Topfkern sein. Alternativ oder zusätzlich ist ein Magnetanker, insbesondere ein Plattenanker, mit einer Vielzahl von Löchern versehen.As already mentioned, the component may be a magnetic core, in particular a pot core. Alternatively or in addition is a magnet armature, in particular a plate anchor, with a variety provided by holes.

Die Löcher sind vorzugsweise kreisförmig ausgebildet. Theoretisch sind auch längliche Löcher möglich, jedoch dürfen sich diese zur Gewährleistung der Bauteilfestigkeit nicht über die gesamte oder nahezu gesamte Bauteillänge erstrecken.The holes are preferably circular. Theoretically are also elongated Holes possible, however allowed to these for warranty the component strength is not over the entire or almost entire component length extend.

Die Löcher sind gemäß einer bevorzugten Ausführungsform in mehreren Reihen angeordnet. Zwischen den einzelnen Löchern sind dabei Stege vorgesehen, die die Bauteilfestigkeit gewährleisten.The holes are according to one preferred embodiment arranged in several rows. Between the individual holes are while webs provided, which ensure the component strength.

Insbesondere können die Löcher in mehreren versetzten Doppelreihen angeordnet sein. Unter einer versetzten Doppelreihe ist hierbei zu verstehen, daß zwei parallele Reihen in geringem Abstand vorgesehen sind, deren Löcher relativ zueinander versetzt angeordnet sind.Especially can the holes be arranged in several offset double rows. Under one offset double row is to be understood that two parallel Rows are provided at a small distance, their holes relative arranged offset from each other.

Um den magnetischen Fluß nicht oder nur unwesentlich zu beeinflussen, verlaufen die Reihen im wesentlichen parallel zu den bei Bestromung der Spule ausgebildeten Magnetfeldlinien. Für Wirbelströme stellt diese Art der Anordnung jedoch eine Barriere dar.Around not the magnetic flux or to influence only insignificantly, the rows are essentially parallel to the formed when energizing the coil magnetic field lines. For eddy currents however, this type of arrangement is a barrier.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Bauteils für einen elektromagnetischen Aktuator, in dem sich bei Aktivierung des Aktuators Magnetfeldlinien ausbilden, vorgesehen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: Zunächst wird ein massiver, das Bauteil bildender Körper aus einem magnetisierbaren Material gefertigt. Wiederum ist unter dem Bauteil insbesondere ein Magnetanker oder ein Magnetkern zu verstehen. Anschließend wird eine Vielzahl von Löchern in den Körper eingebracht. Das erfindungsgemäße Verfahren ist vergleichsweise zeitsparend und kostengünstig, weshalb es sich für die Massenproduktion eignet, und kann auch bei großen Stückzahlen automatisiert zum Einsatz kommen.According to one second aspect of the invention is a method for producing a Component for an electromagnetic actuator in which, when activated form the actuator magnetic field lines provided, wherein the Procedure has the following steps: First, a solid, the component forming body made of a magnetizable material. Again, it is under the component in particular a magnet armature or a magnetic core understand. Subsequently will be a lot of holes in the body brought in. The inventive method is comparatively time-saving and inexpensive, which is why it is for mass production is suitable, and can also be great numbers be used automatically.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die Löcher mittels eines Elektronenstrahls erzeugt. Dies kann mit sehr hoher Geschwindigkeit geschehen, was im Bereich großer Stückzahlen unumgänglich ist.According to one preferred embodiment the holes generated by means of an electron beam. This can be very high Speed, which is essential in the area of large quantities.

Alternativ können die Löcher mittels eines Lasers erzeugt werden. Daneben sind auch Erodieren, Fräsen oder Bohren möglich.alternative can the holes be generated by a laser. There are also eroding, mill or drilling possible.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer bevorzugter Ausführungsformen anhand der beigefügten Zeichnung. In dieser zeigt:Further Features and advantages of the invention will become apparent from the following Description of several preferred embodiments with reference to the accompanying drawings. In this shows:

1 eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuators; 1 a sectional view of an invention proper electromagnetic actuator;

die 2a und b Perspektivansichten zweier unterschiedlich ausgeführter Magnetkerne, die im erfindungsgemäßen elektromagnetischen Aktuator eingesetzt werden; undthe 2a and b perspective views of two differently executed magnetic cores used in the electromagnetic actuator according to the invention; and

die 3a und b Draufsichten auf zwei Magnetanker in unterschiedlicher Ausgestaltung, wie sie beim erfindungsgemäßen Aktuator eingesetzt werden.the 3a and b are plan views of two armature in different configuration, as used in the actuator according to the invention.

1 zeigt einen elektromagnetischen Aktuator 10, der insbesondere zur Betätigung eines Gaswechselventils oder einer Einspritzvorrichtung (nicht gezeigt) in einer Verbrennungskraftmaschine dient. Der Aktuator 10 weist eine Spule 12 auf, die in einer umlaufenden Nut 14 eines Magnetkerns 16, hier eines runden Topfkernes, angeordnet ist. Die Nut 14 teilt den Magnetkern 16 in einen Mittelabschnitt 18 und einen Randabschnitt 20. Der Magnetkern 16 hat außerdem eine durch den Mittelabschnitt 18 verlaufende zentrale Bohrung 22, durch die eine an einem Magnetanker 24, hier einem Plattenanker, befestigte Stange 26 hindurchragt. Die dem Magnetanker 24 zugewandte, durch die Nut 14 unterbrochene Stirnseite des Magnetkerns 16 bildet die Polfläche 28 des aus der Spule 12 und dem Magnetkern 16 gebildeten Elektromagneten. 1 shows an electromagnetic actuator 10 in particular for actuating a gas exchange valve or an injection device (not shown) in an internal combustion engine. The actuator 10 has a coil 12 on, in a circumferential groove 14 a magnetic core 16 , here a round pot core, is arranged. The groove 14 divides the magnetic core 16 in a middle section 18 and a border section 20 , The magnetic core 16 also has a through the middle section 18 extending central bore 22 through which one on a magnet armature 24 , here a plate anchor, fixed rod 26 protrudes. The magnet armature 24 facing, through the groove 14 interrupted end face of the magnetic core 16 forms the pole surface 28 of the coil 12 and the magnetic core 16 formed electromagnet.

Sowohl der Magnetkern 16 als auch der Magnetanker 24 sind aus magnetisierbarem Material, insbesondere einem weichmagnetischen Werkstoff, ausgebildet. Bei Bestromung der Spule 12 bilden sich im Magnetanker 24 sowie im Magnetkern 16 Magnetfeldlinien aus, und der Magnetanker 24 bewegt sich in Richtung der Bohrung 22, um mit Hilfe der Stange 26 ein Ventil zu betätigen.Both the magnetic core 16 as well as the magnet armature 24 are made of magnetizable material, in particular a soft magnetic material. When energizing the coil 12 form in the magnet armature 24 as well as in the magnetic core 16 Magnetic field lines off, and the armature 24 moves in the direction of the hole 22 to help with the pole 26 to operate a valve.

Zumindest in einem der beiden Bauteile Magnetkern 16 und Magnetanker 24, in denen sich bei Bestromung der Spule Magnetfeldlinien ausbilden, vorzugsweise in beiden Bauteilen, ist eine Vielzahl von Löchern 30 vorgesehen, die kreisförmig ausgebildet und in mehreren Reihen 32 (2a und 3a) bzw. in mehreren versetzten Doppelreihen 34 (2b und 3b) angeordnet sind. Zur Bildung einer Doppelreihe 34 sind je zwei parallele Lochreihen in geringem Abstand vorgesehen, wobei die Löcher der beiden Reihen relativ zueinander versetzt angeordnet sind. Die Reihen 32 bzw. 34 verlaufen im wesentlichen parallel zu den bei Bestromung der Spule 12 ausgebildeten Magnetfeldlinien. Im Falle des Magnetkerns 16 bedeutet dies, daß die Reihen 32 bzw. 34 im wesentlichen parallel zu einer Mittelachse M des Kerns 16 verlaufen. Beim scheibenförmigen Magnetanker 24 verlaufen die Reihen 32 bzw. 34 radial.At least in one of the two components magnetic core 16 and magnet armature 24 in which form magnetic field lines when energizing the coil, preferably in both components, is a plurality of holes 30 provided, which are circular and arranged in several rows 32 ( 2a and 3a ) or in several offset double rows 34 ( 2 B and 3b ) are arranged. To form a double row 34 each two parallel rows of holes are provided at a small distance, wherein the holes of the two rows are arranged offset relative to each other. The rows 32 respectively. 34 Run substantially parallel to the energizing of the coil 12 trained magnetic field lines. In the case of the magnetic core 16 this means that the rows 32 respectively. 34 substantially parallel to a central axis M of the core 16 run. In the disc-shaped magnet armature 24 the rows go 32 respectively. 34 radial.

Bei der Herstellung des Magnetankers 24 bzw. des Magnetkerns 16 wird zunächst ein massiver Körper aus einem magnetisierbaren Material gefertigt, und anschließend werden die Löcher 30 in der gewünschten Anordnung in den Körper eingebracht. Die Löcher 30 können beispielsweise mittels eines Elektronenstrahls oder eines Lasers erzeugt werden. Daneben sind auch weitere Verfahren wie Erodieren, Fräsen oder Bohren möglich. Insgesamt schafft die Erfindung ein kostengünstiges Verfahren zur Herstellung eines Bauteils bzw. ein Bauteil für einen elektromagnetischen Aktuator, bei dem die Ausbildung von Wirbelströmen reduziert ist und die Bauteilfestigkeit erhalten bleibt.In the manufacture of the magnet armature 24 or the magnetic core 16 First, a solid body made of a magnetizable material, and then the holes 30 introduced into the body in the desired arrangement. The holes 30 can be generated for example by means of an electron beam or a laser. In addition, other methods such as eroding, milling or drilling are possible. Overall, the invention provides a cost-effective method for producing a component or a component for an electromagnetic actuator, in which the formation of eddy currents is reduced and the component strength is maintained.

Claims

Electromagnetic actuator, in particular for actuating a gas exchange valve or an injection device, with a coil ( 12 ) and at least one component made of magnetizable material in which, when the coil is energized ( 12 ) Magnetic field lines, characterized in that the component has a plurality of holes ( 30 ) having.

Actuator according to Claim 1, characterized in that the component is a magnetic core ( 16 ), in particular a pot core, is.

Actuator according to Claim 1 or 2, characterized in that the component is a magnet armature ( 24 ), in particular a panel anchor.

Actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the holes ( 30 ) in several rows ( 32 ) are arranged.

Actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the holes ( 30 ) in several offset double rows ( 34 ) are arranged.

Actuator according to Claim 5 or 6, characterized in that the rows ( 32 ; 34 ) substantially parallel to the current supplied to the coil ( 12 ) trained magnetic field lines run.

Method for producing a component for an electromagnetic actuator ( 10 ), in which upon activation of the actuator ( 10 Form magnetic field lines, characterized by the following steps: a solid, the component-forming body is made of a magnetizable material, and in the body is a plurality of holes ( 30 ) brought in.

Method according to claim 8, characterized in that the holes ( 30 ) are generated by means of an electron beam.

Method according to claim 8, characterized in that the holes ( 30 ) are generated by means of a laser.