ELEKTROMAGNETISCHER UND DYNAMISCHER AKTUATOR FÜR AKTIVE AGGREGATLAGER

Beschreibung

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromagnetischen und dynamischen Aktuator für aktive Aggregatlager, insbesondere für Motorlager, umfassend eine elektrisch leitfähige Zylinderspule, einen ersten Magnetkern aus ferromagnetischem Material, einen zweiten Magnetkern aus ferromagnetischem Material und zumindest einen Permanentmagneten, wobei der erste und zweite Magnetkern relativ zueinander in Richtung der Längsachse der Zylinderspule verschiebbar angeordnet sind.

[0002] Ein Ziel bei der Entwicklung von Motoren ist es, Aktuatorkonzepte für Aggregatlager zur Verfügung zu stellen, die über eine dynamische Ansteuerung frequenzselektiv die Lagersteifigkeit einstellen sowie die Phase einer auftretenden Schwingung verändern können. Zusätzlich sollen diese Aktuatorkonzepte hinsichtlich Fertigung und Montierbarkeit optimiert sein.

[0003] Aus dem Stand der Technik sind aktive Aggregatlager bekannt, die polarisierte Elektromagnete aufweisen.

[0004] Aus der DE 198 39 464 C2 ist ein elektrodynamischer Aktuator mit schwingendem Federmassesystem bekannt, welcher aus einer leitfähigen Spule und einem Permanentmagneten besteht. Die elektrisch leitfähige Spule ist im Inneren eines radial magnetisierten Ringmagneten angeordnet. Zusammen bilden Permanentmagnet und Spule ein schwingungsfähiges Feder-Masse-System.

[0005] Aus WO2007/034195 ist ein Aktuator gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Aktuator zur Verfügung zu stellen, dessen Aufbau gegenüber dem vorbekannten Stand der Technik hinsichtlich Fertig- und Montierbarkeit verbessert ist und der zusätzlich mit einer hubunabhängigen linearen Magnetkraft-/Stromkennlinie betrieben werden kann.

[0006] Gelöst ist diese Aufgabe mittels eines elektromagnetischen und dynamischen Aktuators für aktive Aggregatlager, insbesondere für Motorlager, gemäß Anspruch 1.

[0007] Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Aktuators befinden sich in den Unteransprüchen 2 bis 15. Hiermit wird der Wortlaut dieser Unteransprüche durch ausdrückliche Bezugnahme in die Beschreibung aufgenommen, um unnötige Textwiederholungen zu vermeiden.

[0008] Der erfindungsgemäße Aktuator für Motorlager umfasst eine elektrisch leitfähige Zylinderspule, einen ersten Magnetkern aus ferromagnetischem Material, einen zweiten Magnetkern aus ferromagnetischem Material und zumindest einen Permanentmagneten. Der erste und der zweite Magnetkern sind relativ zueinander in Richtung der Längsachse der Zylinderspule verschiebbar angeordnet. Wesentlich ist, dass der erste Magnetkern die Zylinderspule im Wesentlichen umschließt und an einer dem Permanentmagneten zugewandten Seite der Zylinderspule durch ein nichtmagnetisches Trennelement unterbrochen ist. Außerdem wesentlich ist, dass der Permanentmagnet in Richtung der Längsachse der Zylinderspule wenigstens einfach unterbrochen ausgebildet ist und so mindestens zwei Teile aufweist.

[0009] Im Rahmen dieser Beschreibung bezeichnet der Begriff "nicht magnetisches Trennelement" eine Aussparung, die den ersten Magnetkern vorzugsweise durchgreift, beziehungsweise unterbricht. Diese Aussparung ist mit einem Material mit hohem magnetischem Widerstand, das heißt einer relativen Permeabilität in der Größenordnung von µ_r≈1, ausgefüllt. Es liegt dabei im Rahmen der Erfindung, dass die Aussparung mit Luft gefüllt ist.

[0010] Dabei liegt es ebenso im Rahmen der Erfindung, dass die Aussparung, als die das nichtmagnetische Trennelement ausgebildet ist, den ersten Magnetkern nicht vollständig unterbricht. Wesentlich ist hier, dass der magnetische Widerstand auf Grund der durch die Aussparung bewirkten Verringerung des durchflossenen Materialquerschnitts des ersten Magnetkerns zunimmt. Vorzugsweise nimmt die Verringerung des Materialquerschnitts mit sinkendem Abstand von der Längsachse der Zylinderspule zu, insbesondere derart, dass auf der dem zweiten Magnetkern zugewandten Seite ein Sättigungssteg oder Reststeg aus dem ersten Magnetkern verbleibt. Höchst vorzugsweise erfolgt die Verringerung des Materialquerschnitts des ersten Magnetkerns derart, dass schon bei einem geringen magnetischen Fluss in dem verbleibenden Sättigungssteg des ersten Magnetkerns eine magnetische Sättigung und die relative Permeabilität von µ_r≈1 erreicht wird. Vorteilhaft ist hier, dass die Montage vereinfacht ist und dem zweiten Magnetkern mit dem Reststeg in jedem Fall eine bündige Fläche des ersten Magnetkerns gegenübersteht.

[0011] Im Rahmen dieser Beschreibung bedeutet "wenigstens einfach unterbrochen", dass der Permanentmagnet aus zumindest zwei Teilen besteht, welche räumlich getrennt beziehungsweise voneinander beabstandet sind. Die zumindest zwei Teile des Permanentmagneten sind erfindungsgemäß in Richtung der Längsachse der Zylinderspule unterbrochen ausgebildet und entsprechend voneinander beabstandet.

[0012] Vorteilhafterweise ist der Permanentmagnet in Richtung der Längsachse der Zylinderspule aus genau zwei Teilen ausgebildet. Dies erleichtert die Montage des Aktuators und ermöglicht eine kompaktere und robustere Bauweise.

[0013] Eine vorzugsweise Ausführungsform des erfindungsgemäßen Aktuators zeichnet sich dadurch aus, dass die Magnetisierungsrichtung des Permanentmagneten im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Zylinderspule, bevorzugt diametral, magnetisiert ist. Besonders bevorzugt sind die Teile des Permanentmagneten als radial magnetisierte Ringmagneten ausgebildet, die parallel zueinander in zwei unterschiedlichen Ebenen senkrecht zur Längsachse der Zylinderspule angeordnet sind und deren Magnetisierung senkrecht zur Längsachse der Spule steht. Insbesondere bevorzugt weisen die Teile des Permanentmagneten die gleiche Polarität auf, das heißt die Orientierungen von magnetischem Nordpol und magnetischem Südpol stimmen überein.

[0014] Vorzugsweise bedecken die zwei Teile des Permanentmagneten einen jeweils gegenüberliegenden Teilbereich des ersten Magnetkerns zumindest teilweise. Die Anordnung kann derart aufgebaut sein, dass in der betreffenden Schnittebene senkrecht zur Längsachse der Zylinderspule der zweite Magnetkern, der Permanentmagnet, der erste Magnetkern und die Zylinderspule räumlich aufeinander folgen. Vorteilhaft ist, dass zumindest einer der zwei Teile des Permanentmagneten, vorzugsweise beide, in Projektion senkrecht zur Spulenachse auf den ersten Magnetkern diesen an der der Spule zugewandten Seite zumindest teilweise überlappt beziehungsweise überlappen. Dadurch besteht beim Übergang der Magnetfeldlinien zwischen erstem und zweitem Magnetkern ein geringer magnetischer Widerstand.

[0015] Eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen Aktuators zeichnet sich dadurch aus, dass die Magnetisierungsrichtung des Permanentmagneten im Wesentlichen parallel zur Längsachse der Zylinderspule, d. h. axial orientiert ist. Vorzugsweise sind die zumindest zwei Teile des Permanentmagneten radial in Bezug auf die Längsachse der Zylinderspule im zweiten Magnetkern angeordnet. Eine radiale Anordnung der Permanentmagnete bedeutet, dass die Hauptausdehnungsrichtung der zumindest zwei Teile des Permanentmagneten in einer Ebene senkrecht zur Längsachse der Zylinderspule verläuft. Vorteilhaft ist hier, dass die Montage durch den Aufbau als Schichtsystem aus zweitem Magnetkern und den zumindest zwei Teilen des Permanentmagneten vereinfacht ist.

[0016] Ebenso liegt es im Rahmen der Erfindung, dass die zumindest zwei Teile des Permanentmagneten mit ihrer Hauptausdehnungsrichtung unter einem beliebigen Winkel in Bezug auf die Längsachse der Zylinderspule angeordnet sind und eine entsprechend orientierte Magnetisierung, d. h. im Wesentlichen senkrecht zu der Hauptausdehnungsrichtung, aufweisen. Wesentlich dabei ist, dass durch die zumindest zwei Teile des Permanentmagneten zwei gegenläufige Magnetkreise entstehen. Im unbestromten Zustand, wenn kein Strom durch die Zylinderspule fließt, verläuft der erste Magnetkreis des ersten Permanentmagneten ausgehend von dem ersten Permanentmagneten über den ersten Magnetkern in den zweiten Magnetkern und zurück in den ersten Permanentmagneten. Der zweite Magnetkreis des zweiten Permanentmagneten verläuft gegenläufig ausgehend von dem zweiten Teil des Permanentmagneten in den ersten Magnetkern, von dem ersten Magnetkern in den zweiten Magnetkern und von dem zweiten Magnetkern zurück zum zweiten Teil des Permanentmagneten. Durch die Magnetfelder der Permanentmagneten erfolgt somit eine Vorsättigung in dem magnetisch aktiven Material des ersten Magnetkerns und des zweiten Magnetkerns. Vorzugsweise überdecken sich ein magnetkreisführender Bereich des ersten Magnetkerns und ein jeweils gegenüberliegender magnetkreisführender Bereich des zweiten Magnetkerns zumindest teilweise.

[0017] Eine andere vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Aktuators sieht vor, dass der Unterbrechungsbereich, welcher in Richtung der Längsachse der Zylinderspule zwischen den Teilen des Permanentmagneten angeordnet ist, zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, durch den zweiten Magnetkern und/oder mit einem magnetisch wirksamen Material mit einer Permeabilität µ_r>>1 ausgefüllt ist. Vorteilhafterweise bilden hier die beiden Teile des Permanentmagneten mit dem zweiten Magnetkern an der der Zylinderspule zugewandten Seite eine im Wesentlichen plane Fläche aus.

[0018] Besonders bevorzugt überlappen die beiden Teilbereiche des ersten Magnetkerns, die vorzugsweise durch das nichtmagnetische Trennelement unterbrochen sind, in Richtung senkrecht zur Zylinderspulenachse den Unterbrechungsbereich zwischen den Teilen des Permanentmagneten zumindest abschnittsweise. Besonders bevorzugt ist dieser Unterbrechungsbereich durch den zweiten Magnetkern vollständig ausgefüllt. In einer betreffenden Schnittebene in diesem Überlappungsbereich folgen senkrecht zur Längsachse der Zylinderspule zweiter Magnetkern, erster Magnetkern und Zylinderspule räumlich aufeinander.

[0019] Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Aktuators zeichnet sich dadurch aus, dass die Abmessung des nichtmagnetischen Trennelements in Richtung der Längsachse der Zylinderspule mit zunehmendem Abstand von der Längsachse der Zylinderspule zunimmt, vorzugsweise streng monoton zunimmt, insbesondere linear zunimmt.
In einer vorzugsweisen Ausführungsform ist die Aussparung in dem ersten Magnetkern, also das nichtmagnetische Trennelement, als Luftspalt ausgebildet beziehungsweise mit Luft gefüllt.

[0020] In einer anderen vorzugsweisen Ausführungsform ist die Aktuatoranordnung um die Längsachse der Zylinderspule rotationssymmetrisch ausgebildet.

[0021] In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform ist zumindest einer der beiden Teile des Permanentmagneten, vorzugsweise beide Teile, als Ringmagnet ausgebildet. Die Ringmagnete können derart angeordnet sein, dass sie parallel zueinander in zwei unterschiedlichen Ebenen senkrecht zur Längsachse der Zylinderspule verlaufen.

[0022] In einer alternativen Ausführungsform sind die jeweiligen Teile des Permanentmagneten zusätzlich in einer Ebene senkrecht zur Längsachse der Zylinderspule unterbrochen ausgebildet. Dadurch besteht jeder der betreffenden Teile des Permanentmagneten seinerseits wiederum aus mindestens zwei Permanentmagneten, die sich in der genannten Ebene senkrecht zur Längsachse der Zylinderspule segmentartig zu dem betreffenden Teil des Permanentmagneten ergänzen. Durch die Aufspaltung des Permanentmagneten in eine Anzahl Segmente sind eine einfachere und kostengünstigere Montage des Aktuators und eine kostengünstigere Herstellung des Permanentmagneten möglich.

[0023] Im Folgenden wird das elektromagnetische Wirkprinzip unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes beziehungsweise des Aktuators beschrieben:
Der Aktuator besteht aus zwei jeweils zusammenhängenden Modulen, die relativ zueinander verschiebbar gelagert sind. Das erste Modul umfasst die Zylinderspule, den ersten Magnetkern und das nichtmagnetische Trennelement. Das zweite Modul umfasst einen Stößel, über welchen Stößel der Aktuator auf ein verbundenes System, beispielsweise einen Motor, einwirken kann, den zweiten Magnetkern und den Permanentmagneten.

[0024] Im unbestromten Zustand, wenn kein Strom durch die Zylinderspule fließt, wird das resultierende Magnetfeld im Aktuator im Wesentlichen alleine durch die beiden Teile des Permanentmagneten erzeugt. Durch die zumindest zwei Teile des Permanentmagneten entstehen zwei gegenläufige Magnetkreise. Durch die Magnetkreise erfolgt somit eine Vorsättigung in dem magnetisch aktiven Material des ersten Magnetkerns und des zweiten Magnetkerns.

[0025] Der Aktuator befindet sich in der Ausgangslage, das heißt im unausgelenkten Zustand, wenn das nichtmagnetische Trennelement mittig zwischen den beiden Teilen des Permanentmagneten angeordnet ist.

[0026] Die Zweiteilung des Permanentmagneten ermöglicht eine symmetrische Anordnung der beiden Teile des Permanentmagneten mit dem ersten Magnetkern und dem nichtmagnetischen Trennelement. Dadurch ergibt sich in Kombination mit dem rotationssymmetrischen Aufbau eine Kompensation der wirkenden Kräfte durch die Magnetfelder der beiden Permanentmagneten. Abhängig von der Auslenkung des Aktuators kommt es zu einer Flussdichteverschiebung, die die Änderung in der Überdeckung zwischen den beiden Teilen des Permanentmagneten und dem ersten Magnetkern kompensiert. Somit wird über den Stößel keine Kraftwirkung an ein angebundenes System, wie zum Beispiel einen Motor, übertragen.

[0027] Im bestromten Zustand wird durch den Stromfluss in der Zylinderspule ein zusätzliches Magnetfeld erzeugt. Durch den Stromfluss in der Spule bildet sich senkrecht zu den Spulenwindungen ein Magnetfeld aus. Abhängig von der Auslenkung des Aktuators kommt es durch die Überlagerung des Magnetfelds der Spule mit den Magnetfeldern der beiden Permanentmagneten zu einer Verstärkung des Magnetfeldes um einen der beiden Teile des Permanentmagneten. Es entsteht eine Kraftwirkung, welche der Auslenkung des Stößels entgegenwirkt oder diese verstärkt. Durch Umkehrung der Richtung des Stromflusses in der Zylinderspule kehrt sich auch die Kraftwirkung um.

[0028] Da die Kraftwirkung im unbestromten Zustand unabhängig von der Auslenkung des Stößels und damit des gesamten zweiten Moduls aufgehoben wird, trägt alleine das durch den Stromfluss in der Zylinderspule entstehende Magnetfeld zum Verlauf des wirkenden Kraftfeldes bei. Das heißt, eine resultierende Kraft hängt nur von der Magnetisierung der Zylinderspule und damit vom Stromfluss in der Zylinderspule ab. Dadurch ergibt sich für den Aktuator ein einfacher proportionaler Zusammenhang zwischen dem Strom, der durch die Zylinderspule fließt, und der resultierenden Kraft, die über den Stößel auf ein angeschlossenes System übertragen wird. Der Aktuator weist also ein auslenkungsunabhängiges stromproportionales Kraftkennfeld auf.

[0029] In der Ausgangslage schließen sich die magnetischen Flusslinien, welche von dem oberen Teil des Permanentmagneten ausgehen, das heißt dem Teil des Permanentmagneten, der in Richtung der Längsachse der Zylinderspule oberhalb in Richtung des Stößels des nichtmagnetischen Trennelements angeordnet ist, über den ersten Magnetkern, die Grenzfläche zwischen erstem und zweitem Magnetkern, den zweiten Magnetkern und zurück zum genannten Teil des Permanentmagneten.

[0030] Analog schließen sich die magnetischen Flusslinien, welche von dem unteren Teil des Permanentmagneten ausgehen, das heißt dem Teil des Permanentmagneten, der in Richtung der Längsachse der Zylinderspule unterhalb des nichtmagnetischen Trennelements angeordnet ist, über den ersten Magnetkern, die Grenzfläche zwischen erstem und zweitem Magnetkern und den zweiten Magnetkern zurück zum genannten Teil des Permanentmagneten.

[0031] Der Aktuator kennt zwei mögliche Auslenkungsrichtungen parallel zur Längsachse der Zylinderspule. Eine positive Auslenkung des Stößels und damit des gesamten zweiten Moduls erfolgt in Richtung des Teils des Permanentmagneten, der dem Motor zugewandt ist. Eine negative Auslenkung des Stößels und damit des gesamten zweiten Moduls erfolgt in Richtung des Teils des Permanentmagneten, der dem Motor abgewandt ist.

[0032] In positiv ausgelenktem Zustand überlappen der untere Teil des Permanentmagneten und das nichtmagnetische Trennelement. Da der magnetische Widerstand im nichtmagnetischen Trennelement größer als im ersten Magnetkern ist, schließen sich die magnetischen Flusslinien des Permanentmagneten über eine dem genannten Teil des Permanentmagneten abgewandte Mantelseite des ersten Magnetkerns um die Zylinderspule.

[0033] Analog gilt dies auch für eine negative Auslenkung des Stößels und damit des gesamten zweiten Moduls in die entgegengesetzte Richtung. Hier überlappen der obere Teil des Permanentmagneten und das nicht magnetische Trennelement, so dass sich die magnetischen Flusslinien des oberen Permanentmagneten über die dem genannten Teil des Permanentmagneten abgewandte Mantelseite des ersten Magnetkerns um die Zylinderspule schließen.

[0034] Da die beiden Teile des Permanentmagneten mit dem ersten Magnetkern und dem nichtmagnetischen Trennelement eine symmetrische Anordnung darstellen, wird die jeweilige Kraft unabhängig von der Auslenkung aufgehoben. Dadurch wird über den Stößel keine Kraftwirkung an ein angebundenes System, wie zum Beispiel einen Motor übertragen.

[0035] Im bestromten Zustand wird durch den Stromfluss in der Spule ein zusätzliches Magnetfeld erzeugt. Durch den Stromfluss in der Spule bildet sich senkrecht zu den Spulenwindungen ein Magnetfeld im ersten Magnetkern aus. Dessen magnetische Flusslinien schließen sich vom ersten Magnetkern über die Grenzfläche zwischen erstem und zweitem Magnetkern, über den zweiten Magnetkern und einen Teil des Permanentmagneten zurück zu dem ersten Magnetkern. Zusätzlich verlaufen die von den Permanentmagneten ausgehenden Magnetfeldlinien, wie oben bereits beschrieben. Durch die Überlagerung dieser Magnetfelder wird das Magnetfeld in Abhängigkeit von einer Richtung des Stromflusses in der Zylinderspule um den oberen oder unteren Teil des Permanentmagneten verstärkt. Durch die Verstärkung des Magnetfeldes um einen Teil des Permanentmagneten entsteht eine Kraftwirkung, welche einer Auslenkung des Stößels oder allgemein einer relativen Verschiebung des ersten Moduls gegenüber dem zweiten Modul entgegenwirkt oder diese verstärkt. Durch Umkehrung der Richtung des Stromflusses in der Zylinderspule kehrt sich auch die Kraftwirkung um.

[0036] Da die Kraftwirkung im unbestromten Zustand unabhängig von der Auslenkung des Stößels und damit des gesamten zweiten Moduls aufgehoben wird, trägt alleine das durch den Stromfluss in der Zylinderspule entstehende Magnetfeld zum Verlauf des wirkenden Kraftfeldes bei. Das heißt, eine resultierende Kraft hängt nur von der Magnetisierung im Arbeitshubbereich des Aktuators der Zylinderspule ab. Dadurch ergibt sich für den Aktuator ein einfacher proportionaler Zusammenhang zwischen dem Strom, der durch die Zylinderspule fließt, und der resultierenden Kraft, die über den Stößel auf ein angeschlossenes System übertragen wird. Der Aktuator weist also in seinem Arbeitshubbereich ein auslenkungsunabhängiges stromproportionales Kraftkennfeld auf.

[0037] Weitere Vorteile und Eigenschaften der Erfindung lassen sich im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen und den Figuren erläutern. Dabei zeigt:

Figur 1

ein Schnittbild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Aktuators;

Figur 2

drei Darstellungen des Aktuators im unbestromten Zustand, a: Hub = 0, b: Hub = +s, c: Hub = -s;

Figur 3

drei Darstellungen des Aktuators im bestromten Zustand mit einer ersten Stromflussrichtung (im Querschnitt der Zylinderspule aus der Zeichenebene heraus), a: Hub = 0, b: Hub = +s, c: Hub = -s;

Figur 4

drei Darstellungen des Aktuators im bestromten Zustand mit einer zweiten Stromflussrichtung (im Querschnitt der Zylinderspule in die Zeichenebene hinein), a: Hub = 0, b: Hub = +s, c: Hub = -s;

Figur 5

zugehörige Aktuatorkennlinien, nämlich a: Kennlinie für Magnetkraft und Strom, b: Kennlinie für Magnetkraft und Hub;

Figur 6

Darstellungen von Ausführungsformen des Permanentmagneten, nämlich a: Ringmagnet mit radialer Magnetisierung, b: segmentierter Ringmagnet mit radialer Magnetisierung, c: segmentierter Ringmagnet mit diametraler Magnetisierung;

Figur 7

Darstellungen einer Auswahl von vier möglichen Ausgestaltungen des Aktuators in Teilbildern a bis d;

Figur 8

drei Darstellungen eines Ausführungsbeispiels eines Aktuators mit axialen Polflächen in Verschieberichtung im unbestromten Zustand, a: Hub = 0, b: Hub = +s, c: Hub = -s;

Figur 9

drei Darstellungen des Ausführungsbeispiels eines Aktuators mit axialen Polflächen in Verschieberichtung im bestromten Zustand mit einer ersten Stromflussrichtung (im Querschnitt der Zylinderspule aus der Zeichenebene heraus), a: Hub = 0, b: Hub = +s, c: Hub = -s;

Figur 10

drei Darstellungen des Ausführungsbeispiels eines Aktuators mit axialen Polflächen in Verschieberichtung im bestromten Zustand mit einer zweiten Stromflussrichtung (im Querschnitt der Zylinderspule in die Zeichenebene hinein), a: Hub = 0, b: Hub = +s, c: Hub = -s;

Figur 11

drei Darstellungen eines Ausführungsbeispiels eines Aktuators mit axial magnetisiertem Permanentmagneten im unbestromten Zustand, a: Hub = 0, b: Hub = +s, c: Hub = -s;

Figur 12

drei Darstellungen eines Ausführungsbeispiels eines Aktuators mit axial magnetisierten Permanentmagneten mit einer ersten Stromflussrichtung (im Querschnitt der Zylinderspule aus der Zeichenebene heraus), a: Hub = 0, b: Hub = +s, c: Hub = -s;

Figur 13

drei Darstellungen eines Ausführungsbeispiels eines Aktuators mit axial magnetisierten Permanentmagneten im bestromten Zustand mit einer zweiten Stromflussrichtung (im Querschnitt der Zylinderspule in die Zeichenebene hinein), a: Hub = 0, b: Hub = +s, c: Hub = -s; und

Figur 14

Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Aktuators mit Sättigungssteg.

[0038] Figur 1 zeigt ein Schnittbild eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Aktuators. Der Aktuator 1 umfasst eine elektrisch leitfähige Zylinderspule 2, einen ersten Magnetkern 3 aus ferromagnetischem Material, einen zweiten Magnetkern 4 aus ferromagnetischem Material und einen Permanentmagneten 5 mit den Teilen 5a und 5b.

[0039] Der erste Magnetkern 3 umschließt die Zylinderspule 2 im Wesentlichen vollumfänglich und bildet dabei eine Außenfläche 3a, eine Bodenfläche 3b, eine Deckfläche 3c und eine Innenfläche 3d aus. An der dem Permanentmagneten 5 zugewandten Innenfläche 3d ist der erste Magnetkern 3 durch eine Aussparung unterbrochen, welche Aussparung ein nichtmagnetisches Trennelement 10 bildet.

[0040] Zentral innerhalb der Zylinderspule 2 ist der zweite Magnetkern 4 angeordnet. An dem zweiten Magnetkern 4 sind die zwei Teile 5a und 5b des Permanentmagneten 5 angeordnet. Der zweite Magnetkern 4 ist über einen Stößel 11 mit einem Motorlager (nicht dargestellt) verbunden.

[0041] Die Magnetisierungsrichtung der beiden Teile 5a, 5b des Permanentmagneten ist senkrecht zu einer Längsachse 12 der Zylinderspule 2 orientiert. Die zwei Teile 5a, 5b des Permanentmagneten sind in Richtung der Längsachse 12 der Zylinderspule räumlich voneinander beabstandet. Der Unterbrechungsbereich zwischen den zwei Teilen 5a, 5b des Permanentmagneten ist mit dem zweiten Magnetkern 4 ausgefüllt. Dabei bilden der obere Teil 5a des Permanentmagneten, der zweite Magnetkern 4 und der untere Teil 5b des Permanentmagneten auf der dem ersten Magnetkern 3 zugewandten Seite eine im Wesentlichen plane Fläche.

[0042] Die Elemente Zylinderspule 2, erster Magnetkern 3 und nichtmagnetisches Trennelement 10 bilden ein erstes Modul 15. Die Elemente Stößel 11, zweiter Magnetkern 4 und Permanentmagnet 5 bilden ein zweites Modul 16. Das erste Modul 15 ist relativ zu dem zweiten Modul 16 verschiebbar angeordnet.

[0043] Der Aktuator gemäß Figur 1 ist im Wesentlichen radialsymmetrisch zu der Längsachse 12 der Zylinderspule 2 ausgebildet.

[0044] Figur 2 zeigt in drei Teilabbildungen a bis c das elektromagnetische Wirkprinzip des Aktuators gemäß Figur 1 in stromlosem Zustand. Zur kompakteren Darstellung ist jeweils die rechte Hälfte des Aktuators ausgehend von der die Symmetrieachse bildenden Längsachse 12 der Zylinderspule 2 dargestellt.

[0045] In Figur 2a ist die Ausgangslage, das heißt der unausgelenkte Zustand, dargestellt. Die Auslenkung über den gesamten Hubbereich von -s bis +s ist in den Figuren 2 bis 4 mit dem Doppelpfeil bei Bezugszeichen C dargestellt.

[0046] Durch die beiden Teile 5a und 5b des Permanentmagneten 5 wird ein Magnetfeld erzeugt. Die beiden Teile 5a und 5b des Permanentmagneten 5 weisen eine radiale Magnetisierung senkrecht zu der Längsachse 12 der Zylinderspule 2 auf. Hier verlaufen die Flusslinien, dargestellt durch die durchgezogene Linie 19a, für den oberen Teil 5a des Permanentmagneten 5 über den ersten Magnetkern 3, die Grenze 20a zwischen erstem Magnetkern 3 und zweitem Magnetkern 4 und dem zweiten Magnetkern 4 zurück zum oberen Teil 5a des Permanentmagneten 5. Ebenso verlaufen die magnetischen Flusslinien, dargestellt durch die durchgezogene Linie 19b, für den unteren Teil 5b des Permanentmagneten 5 über den ersten Magnetkern 3, die Grenze 20b zwischen erstem Magnetkern 3 und zweitem Magnetkern 4 und dem zweiten Magnetkern 4 zurück zum unteren Teil 5b des Permanentmagneten 5. Der Magnetkreis 19a und der Magnetkreis 19b sind gegenläufig orientiert.

[0047] Es ergeben sich bei dieser Konstellation Sättigungseffekte, die einerseits zu einer Erhöhung des magnetischen Widerstandes führen und andererseits zu einer Kraftwirkung auf den zweiten Magnetkern 4 durch die Axialkomponente des Magnetfelds beim Übergang vom ersten Magnetkern 3 auf den zweiten Magnetkern 4. Diese Kraftwirkung wird durch die gespiegelte, das heißt symmetrische Anordnung der beiden Teile 5a und 5b des Permanentmagneten 5 und des ersten Magnetkerns 3 mit dem nichtmagnetischen Trennelement 10 kompensiert, sodass in diesem Zustand über den Stößel 11 keine Kraftwirkung an einen Motor (nicht dargestellt) übertragen wird.

[0048] In Figur 2b ist der Aktuator 1 bei einer Auslenkung des Stößels 11 in eine positive y-Richtung dargestellt. Durch die Auslenkung des Stößels 11 überlappen der untere Teil des Permanentmagneten 5b und das nichtmagnetische Trennelement 10 bei Bezugszeichen A. Da der magnetische Widerstand im nichtmagnetischen Trennelement 10 sehr groß ist, schließen sich die magnetischen Flusslinien, dargestellt durch die durchgezogene Linie 21b, für den unteren Teil des Permanentmagneten 5b nun im Wesentlichen über den äußeren Bereich des ersten Magnetkerns 3 um die Zylinderspule 2 und nicht über das nichtmagnetische Trennelement 10. Dadurch kommt es zu einer Flussdichteverschiebung, das heißt zu einer Erhöhung der magnetischen Flussdichte an der Grenze 20a zwischen erstem Magnetkern 3 und zweitem Magnetkern 4. Die Erhöhung der magnetischen Flussdichte kompensiert die Kraftwirkung, die durch die größere Überdeckung zwischen erstem Magnetkern 3 und dem oberen Teil 5a des Permanentmagneten entsteht. Das Magnetfeld hat hier somit beim Übergang zwischen erstem Modul 15 und zweitem Modul 16 am oberen Teil des Permanentmagneten 5a zusätzlich zur einer radialen Komponente, senkrecht zur Längsachse 12 der Zylinderspule 2, eine axiale Komponente, parallel zu Längsachse 12 der Zylinderspule 2. Analog dazu kommt es zu einer lokalen Verringerung der magnetischen Flussdichte im ersten Magnetkern 3 bei Bezugszeichen A. Die Kraftwirkung im oberen Teil des Magnetkerns 4 wird durch die geringere Überdeckung zwischen erstem Magnetkern 3 und dem unteren Teil 5b des Permanentmagneten und die dadurch betragsmäßig identische, aber in entgegengesetzter Richtung wirkende, Axialkomponente des magnetischen Feldes kompensiert.

[0049] Die Kompensation der Kraftwirkung im unbestromten Zustand wird erreicht, indem die Geometrie der beiden Teile 5a und 5b des Permanentmagneten 5 gegenüber dem ersten Magnetkern 3 mit dem nichtmagnetischen Trennelement 10 an den Übergangsflächen zwischen dem ersten Magnetkern 3 und dem zweiten Magnetkern 4 so gewählt wird, dass die Beträge der y-Komponenten des Magnetfeldes an den Übergängen zwischen dem ersten Magnetkern 3 und dem zweiten Magnetkern 4 bei einer positiven Auslenkung in y-Richtung immer gleich sind. Durch die gespiegelte / symmetrische Anordnung hebt sich die resultierende Kraftwirkung aus der Axialkomponente des Magnetfeldes auf den Stößel 11 auf. Es entsteht insgesamt keine resultierende Kraft zwischen erstem Modul 15 und zweitem Modul 16.

[0050] In Figur 2c ist äquivalent zu Figur 2b die Auslenkung in die entgegengesetzte Richtung, das heißt in eine negative y-Richtung dargestellt. Hier überlappen der obere Teil des Permanentmagneten 5a und das nicht magnetische Trennelement 10 bei Bezugszeichen B. Auf Grund des hohen magnetischen Widerstandes im nichtmagnetischen Trennelement 10 verlaufen die magnetischen Flusslinien, dargestellt durch die durchgezogene Linie 21a, für den oberen Teil des Permanentmagneten 5a im Wesentlichen über den äußeren Bereich des ersten Magnetkerns 3 um die Zylinderspule 2 und nicht über das nichtmagnetische Trennelement 10.

[0051] Dadurch kommt es zu einer Flussdichteverschiebung, das heißt zu einer Erhöhung der magnetischen Flussdichte an der Grenze 20b zwischen erstem Magnetkern 3 und zweitem Magnetkern 4. Das Magnetfeld hat hier somit beim Übergang zwischen erstem Modul 15 und zweitem Modul 16 am oberen Teil des Permanentmagneten 5a zusätzlich zu einer radialen Komponente, senkrecht zur Längsachse 12 der Zylinderspule 2, eine axiale Komponente, parallel zu Längsachse 12 der Zylinderspule 2. Dies kompensiert die Kraftwirkung, die durch die größere Überdeckung zwischen erstem Magnetkern 3 und dem unteren Teil 5b des Permanentmagneten besteht. Analog dazu kommt es zu einer lokalen Verringerung der magnetischen Flussdichte im ersten Magnetkern 3 bei Bezugszeichen B. Die Kraftwirkung im unteren Teil des Magnetkerns 4 wird durch die geringere Überdeckung zwischen erstem Magnetkern 3 und dem oberen Teil 5a des Permanentmagneten und die dadurch betragsmäßig identische, aber in entgegengesetzter Richtung wirkende, Axialkomponente des magnetischen Feldes kompensiert.

[0052] Die Kompensation der Kraftwirkung im unbestromten Zustand wird erreicht, indem die Geometrie der beiden Teile 5a und 5b des Permanentmagneten 5 gegenüber dem ersten Magnetkern 3 mit dem nichtmagnetischen Trennelement 10 an den Übergangsflächen zwischen dem ersten Magnetkern 3 und dem zweiten Magnetkern 4 so gewählt wird, dass die Beträge der y-Komponente des Magnetfeldes an den Übergängen zwischen dem ersten Magnetkern 3 und dem zweiten Magnetkern 4 bei einer negativen Auslenkung in y-Richtung immer gleich sind. Durch die gespiegelte / symmetrische Anordnung hebt sich die resultierende Kraftwirkung aus der Axialkomponente des Magnetfeldes auf den Stößel 11 auf. Es entsteht insgesamt keine resultierende Kraft zwischen erstem Modul 15 und zweitem Modul 16.

[0053] Die gegenläufigen Magnetkreise der beiden Teile des Permanentmagneten 5a, 5b sind konstruktiv so ausgelegt, dass über den gesamten Hubbereich die jeweilige axiale Komponente des Magnetfelds umgekehrt identisch ist. Dadurch wird die Kraftwirkung auf den Stößel 11 sowohl für eine Auslenkung in positive als auch in negative y-Richtung, das heißt über den gesamten Hubbereich kompensiert.

[0054] Figur 3 zeigt in drei Teilabbildungen a bis c entsprechend den Figuren 2a bis 2c das elektromagnetische Wirkprinzip des erfindungsgemäßen Aktuators in bestromtem Zustand. Beispielhaft wird in Figur 3 davon ausgegangen, dass der Stromfluss durch die Zylinderspule 2 so orientiert ist, dass er aus der Zeichenebene heraus fließt. Dadurch wirkt die Zylinderspule 2 wie ein Elektromagnet, das heißt es wird durch den Stromfluss in der Spule ein Magnetfeld erzeugt, dessen Magnetfeldlinien wie folgt verlaufen: In unausgelenktem Zustand (Figur 3a) verlaufen die magnetischen Flusslinien der bestromten Zylinderspule 2, dargestellt durch die gestrichelte Linie 22, über den ersten Magnetkern 3, die Grenze 20a zwischen erstem Magnetkern 3 und zweitem Magnetkern 4, den zweiten Magnetkern 4 und den unteren Teil 5b des Permanentmagneten 5 zurück zum erstem Magnetkern 3.

[0055] Zusätzlich zu den Magnetfeldlinien 22 der Zylinderspule 2 verlaufen die Magnetfeldlinien 19a und 19b der zwei Teile 5a und 5b des Permanentmagneten, wie oben beschrieben, jeweils über den ersten Magnetkern 3 und den zweiten Magnetkern 4. Durch die Überlagerung der beiden Magnetfelder kommt es zu einer Erhöhung der magnetischen Flussdichte an der Grenze 20a zwischen erstem Magnetkern 3 und zweitem Magnetkern 4. Dadurch entsteht eine resultierende Kraft zwischen dem ersten Modul 15 und dem zweiten Modul 16, welche auf Grund der radialsymmetrischen Anordnung des Aktuators parallel zur Längsachse 12 der Zylinderspule 2 wirkt.

[0056] Wie oben zu den Figuren 2a bis 2c beschrieben, wird die Kraftwirkung, die durch das Magnetfeld der Permanentmagneten 5 entsteht, über den ganzen Hubbereich kompensiert. Es ergibt sich also durch das zusätzliche Magnetfeld auf Grund der Bestromung der Zylinderspule 2 ein resultierender hubunabhängiger Kraft/Stromzusammenhang. Dieser hubunabhängige Kraft/Stromzusammenhang ist in Figur 5a und 5b beschrieben und gilt für alle weiteren beschriebenen Darstellungen in den Figuren 1 bis 4 und 8 bis 14 mit allen Teilabbildungen.

[0057] In Figur 3b ist der Verlauf der magnetischen Flusslinien 19a, 19b des Permanentmagneten 5 und der Verlauf der magnetischen Flusslinien 22 des Elektromagneten 2 bei einer Auslenkung des Stößels 11 in eine positive y-Richtung dargestellt. Hier schließen sich die magnetischen Flusslinien 19b des unteren Teils des Permanentmagneten 5b wie in Figur 2b über den äußeren Bereich des ersten Magnetkerns 3. Durch die Auslenkung überlappt der untere Teil des Permanentmagneten 5b mit dem nichtmagnetischen Trennelement 10. Der hohe magnetische Widerstand des nichtmagnetischen Trennelements 10 zwingt den Verlauf der magnetischen Flusslinien in den oberen Bereich des zweiten Magnetkerns 4 und damit um die Zylinderspule 2. Die magnetischen Flusslinien des unteren Teils des Permanentmagneten 5b verlaufen im ersten Magnetkern 3 also parallel zu den magnetischen Flusslinien der bestromten Zylinderspule 2.

[0058] Dadurch kommt es zu einer Flussdichteerhöhung an der Grenze zwischen erstem Magnetkern 3 und zweitem Magnetkern 4 im Bereich 20a bei gleichzeitiger größerer Überlappung zwischen dem oberen Teil 5a des Permanentmagneten und dem ersten Magnetkern 3. Die Flussdichteerhöhung ist durch das zusätzliche Magnetfeld der Zylinderspule 2 nicht mehr symmetrisch und es entsteht eine Kraftwirkung zwischen dem ersten Modul 15 und dem zweiten Modul 16, welche auf Grund der radialsymmetrischen Anordnung des Aktuators parallel zur Längsachse 12 der Zylinderspule 2 wirkt. Das Magnetfeld hat hier somit beim Übergang zwischen erstem Modul 15 und zweitem Modul 16 eine zusätzliche axiale Komponente durch das Magnetfeld der Zylinderspule, parallel zur Längsachse 12 der Zylinderspule 2. Diese weitere axiale Komponente wird nicht aufgehoben, sodass eine Kraftwirkung parallel zur Längsachse 12 der Zylinderspule 2 entsteht.

[0059] In Figur 3c ist der Verlauf der magnetischen Flusslinien 19a, 19b des Permanentmagneten und der Verlauf der magnetischen Flusslinien 22 des Elektromagneten 2 bei einer Auslenkung des Stößels 11 in eine negative y-Richtung dargestellt. Durch die Auslenkung überlappt der obere Teil 5a des Permanentmagneten 5 mit dem nichtmagnetischen Trennelement 10. Hier schließen sich die magnetischen Flusslinien 19a des oberen Teils des Permanentmagneten 5a trotz des grundsätzlich nachteiligen hohen magnetischen Widerstands über das nichtmagnetische Trennelement 10. Auch die magnetischen Flusslinien 22 der Zylinderspule 2 verlaufen trotz des grundsätzlich nachteiligen hohen magnetischen Widerstands des nichtmagnetischen Trennelements 10 aus dem ersten Magnetkern 3 über das nichtmagnetischen Trennelement 10 in den zweiten Magnetkern 4 über den unteren Teil 5b des Permanentmagneten 5. Die Magnetfeldlinien des oberen Teils 5a des Permanentmagneten können also nicht, wie in Figur 2c, über den äußeren Bereich 3a, 3b, 3c des ersten Magnetkerns 3 verlaufen, da in dem äußeren Bereich 3a, 3b, 3c des ersten Magnetkerns 3 und damit um die Zylinderspule 2 die Magnetfeldlinien 22 der Zylinderspule 22 in die entgegengesetzte Richtung verlaufen. Somit hat das Magnetfeld am oberen Teil des Permanentmagneten 5a eine zusätzliche axiale Komponente, die in einer Magnetkraft in axialer Richtung, d. h. parallel zur Längsachse 12 der Zylinderspule 2 resultiert.

[0060] Figur 4 zeigt in drei Teilabbildungen Figur 4a bis Figur 4c eine Darstellung des erfindungsgemäßen Aktuators mit im Vergleich zu den Figuren 3a bis 3c entgegengesetzter Stromrichtung in der Zylinderspule 2.

[0061] In Figur 4a wird davon ausgegangen, dass der Stromfluss durch die Zylinderspule 2 so orientiert ist, dass er in die Zeichenebene hinein fließt. Dadurch wirkt die Spule 2 wie ein Elektromagnet, das heißt es wird durch den Stromfluss in der Spule 2 ein Magnetfeld erzeugt, dessen Magnetfeldlinien wie folgt verlaufen: In unausgelenktem Zustand, dargestellt in Figur 4a, verlaufen die magnetischen Flusslinien 22 der bestromten Zylinderspule 2 vom ersten Magnetkern 3 über die Grenze 20b zwischen erstem Magnetkern 3 und zweitem Magnetkern 4, den zweiten Magnetkern 4 und den oberen Teil des Permanentmagneten 5a zurück in den ersten Magnetkern.

[0062] Figur 4b und 4c zeigen den Verlauf der Magnetfeldlinien in ausgelenktem Zustand. Der Verlauf ergibt sich analog zu den in Figur 3a und 3c bereits beschriebenen Überlegungen. Hier hat das Magnetfeld am unteren Teil des Permanentmagneten 5b eine zusätzliche axiale Komponente, die in einer Magnetkraft in axialer Richtung, d. h. parallel zur Längsachse 12 der Zylinderspule 2 resultiert.

[0063] Hier kommt es in Figur 4c zu einer Flussdichteerhöhung an der Grenze zwischen erstem Magnetkern 3 und zweitem Magnetkern 4 im Bereich 20b bei gleichzeitiger größerer Überlappung zwischen dem unteren Teil 5b des Permanentmagneten und dem ersten Magnetkern 3. Die Flussdichteerhöhung ist durch das zusätzliche Magnetfeld der Zylinderspule 2 nicht mehr symmetrisch, und es entsteht eine Kraftwirkung zwischen dem ersten Modul 15 und dem zweiten Modul 16, welche auf Grund der radialsymmetrischen Anordnung des Aktuators parallel zur Längsachse 12 der Zylinderspule 2 wirkt.

[0064] Figur 5 zeigt die idealisierte Kraftwirkung des strombetriebenen Aktuators über den vorgesehenen Hubbereich. In Figur 5a ist die Magnetkraft/Stromkennlinie des Aktuators dargestellt. Die x-Achse zeigt den Strom in der Zylinderspule 2 und die y-Achse zeigt die resultierende Magnetkraft: Die zwischen erstem Modul 15 und zweitem Modul 16 wirkende Magnetkraft hängt in Bezug auf Betrag und Richtung der Kraft, unabhängig von der Auslenkung des Stößels 11, linear mit dem an der Zylinderspule 2 angelegten Strom zusammen.

[0065] In Figur 5b ist die Magnetkraft/Hubkennlinie des Aktuators dargestellt. Die x-Achse zeigt die Auslenkung des Stößels 11 und die y-Achse zeigt die resultierende Magnetkraft: Die zwischen erstem Modul 15 und zweitem Modul 16 wirkende Magnetkraft ist für einen konstanten Strom unabhängig von der Auslenkung des Stößels 11, nimmt jedoch für unterschiedliche Stromstärken unterschiedliche Werte und Richtungen an.

[0066] Der Aktuator weist also ein hubunabhängiges stromproportionales Kraftkennfeld auf. Damit weist der Aktuator einen konstanten Kraft-/Stromgradienten auf und ermöglicht eine präzise Einstellung einer Lagersteifigkeit eines beispielsweise an das zweite Modul 16 gekoppelten Aggregatlagers. Für den Einsatz in einem aktiven Motorlager oder Aggregatlager bildet der Aktuator durch eine mit dem zweiten Modul 16 des Aktuators verbundene formstabile elastisch aufgehängte Membran als Bestandteil des Aggregatlagers ein schwingfähiges Feder-Masse-System. Durch eine dynamische Ansteuerung des Aktuators kann über das mit der Membran des Aggregatlagers gekoppelte zweite Modul 16 die Lagersteifigkeit frequenzselektiv erhöht beziehungsweise abgesenkt sowie die Phase einer Schwingung verändert werden.

[0067] Figur 6 zeigt in den Teilabbildungen 6a bis 6c eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Teils des Permanentmagneten 5, wie er bei einem erfindungsgemäßen Aktuator zum Einsatz kommen kann. Der eine Teil des Permanentmagneten 5 ist in Figur 6a als Ringmagnet mit einer radialen Magnetisierung 23 ausgeführt. Der Ringmagnet ist in Umlaufrichtung ohne Unterbrechungen ausgebildet. Die Magnetisierung 23 ist in allen Punkten des Ringmagneten senkrecht zu einer Achse 24, die durch den Mittelpunkt des Rings verläuft und dabei senkrecht auf der Kreisfläche des Ringmagneten steht, und zeigt auf den Mittelpunkt des Rings.

[0068] Figur 6b zeigt einen Teil 5a des Permanentmagneten 5 als Ausführungsbeispiel, der aus sechs ringförmig angeordneten radial magnetisierten Magnetsegmenten 5.a1 bis 5.a6 besteht. Die Magnetsegmente 5.a1 bis 5.a6 sind derart ausgebildet, dass sie in Umfangsrichtung im Wesentlichen unmittelbar aneinander gefügt sind, beispielsweise formschlüssig oder stoffschlüssig, und einen geschlossenen Ring bilden. Alternativ kann konstruktions- bzw. fertigungsbedingt zwischen zwei Magnetsegmenten in Umfangsrichtung eine Trennung vorliegen, die vorzugsweise durch Luft bzw. ein nichtmagnetisches Material mit einer Permeabilität von µ_r = 1 aufgefüllt sein kann. Die Magnetisierung 23 ist in allen Punkten des geschlossenen Ringmagneten senkrecht zu einer Achse 24, die durch den Mittelpunkt des Rings verläuft und dabei senkrecht auf der Kreisfläche des Ringmagneten steht, und zeigt auf den Mittelpunkt des Rings.

[0069] Figur 6c zeigt als Ausführungsbeispiel einen Teil 5b des Permanentmagneten 5, der aus sechs ringförmig angeordneten Magnetsegmenten 5.b1 bis 5.b6 aufgebaut ist, die diametral magnetisiert sind. Die Magnetsegmente 5.b1 bis 5.b6 sind derart ausgebildet, dass sie in Umfangsrichtung im Wesentlichen unmittelbar aneinander gefügt sind, beispielsweise formschlüssig oder stoffschlüssig, und einen geschlossenen Ring bilden. Alternativ kann konstruktions- bzw. fertigungsbedingt zwischen zwei Magnetsegmenten in Umfangsrichtung eine Trennung vorliegen, die vorzugsweise durch Luft bzw. ein nichtmagnetisches Material mit einer Permeabilität von µ_r = 1 ausgefüllt sein kann. Die Magnetisierung 23 ist in allen Punkten des geschlossenen Ringmagneten senkrecht zu einer Achse 24, die durch den Mittelpunkt des Rings verläuft und dabei senkrecht auf der Kreisfläche des Ringmagneten steht. Zusätzlich ist die Magnetisierung 23 der einzelnen Magnetsegmente 5.b1 bis 5.b6 jeweils in sich parallel. Bei zwei benachbarten Magnetsegmenten 5.b1 bis 5.b6 ist die Magnetisierung 23 jedoch um einen Winkel größer als 0° verschieden.

[0070] Figur 7 zeigt in vier Teilabbildungen Figur 7a bis Figur 7d eine Übersicht von möglichen Anordnungen des ersten Moduls 15 und des zweiten Moduls 16 relativ zueinander. Die Darstellungen Figur 7a bis Figur 7d zeigen jeweils eine Hälfte der Aktuatoranordnung 1 entlang der Symmetrieachse 12. Die Elemente Zylinderspule 2, erster Magnetkern 3 und nichtmagnetisches Trennelement 10 bilden das erste Modul 15. Die Elemente Stößel 11, zweiter Magnetkern 4 und Permanentmagnet 5 bilden das zweite Modul 16.

[0071] In Figur 7a ist das erste Modul 15 ortsfest angeordnet. Das zweite Modul 16 ist radial innerhalb der Zylinderspule und verschiebbar angeordnet. Das erste Modul 15 und das zweite Modul 16 sind relativ zueinander verschiebbar.

[0072] In Figur 7b ist das erste Modul 15 verschiebbar angeordnet. Das zweite Modul 16 ist ortsfest im Innern der Zylinderspule angeordnet. Das erste Modul 15 und das zweite Modul 16 sind relativ zueinander verschiebbar.

[0073] Figur 7c und 7d zeigen zwei Ausführungsbeispiele, in denen jeweils das erste Modul 15 innen und das zweite Modul 16 außerhalb der Zylinderspule des ersten Moduls 15 angeordnet ist. In Figur 7c ist das erste Modul 15 verschiebbar und das zweite Modul 16 ortsfest angeordnet. In Figur 7d ist das zweite Modul 16 verschiebbar und das erste Modul 15 ortsfest angeordnet. Das erste Modul 15 und das zweite Modul 16 sind auch hier relativ zueinander verschiebbar.

[0074] Figur 8 zeigt in drei Teilabbildungen a bis c das elektromagnetische Wirkprinzip des Aktuators mit axialen Polflächen. Der erste Magnetkern 3 weist an der dem Permanentmagneten 5 zugewandten Seite eine überstehende Deckfläche 13 und eine überstehende Bodenfläche 14 auf. Die überstehende Deckfläche 13 überlappt den oberen Teil 5a des Permanentmagneten 5 in einer Ebene senkrecht zur Längsachse 12 der Zylinderspule 2. Die überstehende Bodenfläche 14 überlappt den unteren Teil 5b des Permanentmagneten 5 parallel zu der genannten Ebene. Diese Überlappung führt dazu, dass die resultierende Kraft zwischen dem ersten Modul 15 und dem zweiten Modul 16 durch den Stromfluss in der Zylinderspule 2 bei nahezu maximaler Auslenkung in die positive oder negative y-Richtung jeweils erhöht wird.

[0075] In Figur 8a ist die Ausgangslage, d. h. der unausgelenkte Zustand dargestellt. In Figur 8b ist der ausgelenkte Zustand mit dem Hub +s dargestellt. In Figur 8c ist der entgegengesetzte ausgelenkte Zustand mit dem Hub -s dargestellt.

[0076] Die beiden Teile 5a, 5b des Permanentmagneten 5 weisen eine radiale Magnetisierung senkrecht zu der Längsachse 12 der Zylinderspule 2 auf. Durch die beiden Teile 5a und 5b des Permanentmagneten 5 werden zwei gegenläufige Magnetkreise 55a und 55b erzeugt, wie zu Figur 2a beschrieben.

[0077] Bei einer Auslenkung mit Hub= +s, dargestellt in Figur 8b, verläuft das Magnetfeld des unteren Teils 5b des Permanentmagneten wie zu Figur 2b beschrieben. Das Magnetfeld des oberen Teils 5a des Permanentmagneten weist einen zusätzlichen Magnetkreis 55c auf, der sich über die überstehende Deckfläche 13 schließt. Es kommt somit zu einer Krafterhöhung in der Hubendlage.

[0078] Bei einer Auslenkung mit Hub= -s, dargestellt in Figur 8c, verläuft das Magnetfeld des oberen Teils 5a des Permanentmagneten wie zu Figur 2c beschrieben. Das Magnetfeld des unteren Teils 5b des Permanentmagneten weist einen zusätzlichen Magnetkreis 55d auf, der sich über die überstehende Bodenfläche 14 schließt. Es kommt somit auch hier zu einer Krafterhöhung in der Hubendlage.

[0079] Figur 9 zeigt in drei Teilabbildungen a bis c entsprechend den Figuren 8a bis 8c das elektromagnetische Wirkprinzip des erfindungsgemäßen Aktuators mit axialen Polflächen im bestromten Zustand. Beispielhaft wird in Figur 9 davon ausgegangen, dass der Stromfluss durch die Zylinderspule 2 so orientiert ist, dass er aus der Zeichenebene hinausfließt.

[0080] Zusätzlich zu dem in Bezug auf die Figuren 8a bis 8c beschriebenen Magnetfeld der beiden Permanentmagneten 5a, 5b entsteht durch die Bestromung der Zylinderspule 2 ein weiteres Magnetfeld 65a. Im unausgelenkten Zustand, dargestellt in Figur 9a, verlaufen die Magnetfeldlinien 65a der Zylinderspule weitestgehend analog zu den Magnetfeldlinien der Zylinderspule in Figur 3a.

[0081] Bei einer Auslenkung mit Hub= +s, dargestellt in Figur 9b, verlaufen die Magnetfeldlinien 65b der Zylinderspule mit einem zusätzlichen Magnetkreis 65b.2, der sich über die überstehende Deckfläche 13 um den oberen Teil des Permanentmagneten 5a schließt. Es kommt hier zu einer Krafterhöhung in der Hubendlage.

[0082] Bei einer Auslenkung mit Hub= -s, dargestellt in Figur 9c, verlaufen die Magnetfeldlinien 65c der Zylinderspule 2 mit einem zusätzlichen Magnetkreis 65c.2, der sich über die überstehende Bodenfläche 14 um den unteren Teil des Permanentmagneten 5b schließt. Es kommt somit auch hier zu einer Krafterhöhung in der Hubendlage.

[0083] Figur 10 zeigt in drei Teilabbildungen a bis c entsprechend den Figuren 8a bis 8c das elektromagnetische Wirkprinzip des erfindungsgemäßen Aktuators mit axialen Polflächen im bestromten Zustand. Beispielhaft wird in Figur 10 davon ausgegangen, dass der Stromfluss durch die Zylinderspule 2 so orientiert ist, dass er in die Zeichenebene hineinfließt.

[0084] Die Magnetfeldlinien der beiden Teile des Permanentmagneten 5a, 5b verlaufen, wie zu den Figuren 8a bis 8c beschrieben. Die Magnetfeldlinien 75a, 75b, 75c der Zylinderspule 2 verlaufen unter der Berücksichtigung der umgekehrten Bestromungsrichtung analog zu Figur 9a bis 9c.

[0085] Figur 11 zeigt in drei Teilabbildungen a bis c das elektromagnetische Wirkprinzip des Aktuators mit axial magnetisierten Permanentmagneten im stromlosen Zustand. Zur kompakteren Darstellung ist ausgehend von der Symmetrieachse 12 jeweils nur die rechte Hälfte des Aktuators dargestellt.

[0086] In Figur 11a ist die Ausgangslage, d. h. der unausgelenkte Zustand dargestellt. In Figur 11b ist der ausgelenkte Zustand mit dem Hub +s dargestellt. In Figur 11c ist der entgegengesetzte ausgelenkte Zustand mit dem Hub -s dargestellt.

[0087] Die beiden Teile 5b des Permanentmagneten 5 weisen eine axiale Magnetisierung, d. h. parallel zu der Längsachse 12 der Zylinderspule 2 auf. Durch die beiden Teile 5a und 5b des Permanentmagneten 5 werden zwei gegenläufige Magnetkreise erzeugt, deren Flusslinien mittels durchgezogenen Linien 55a für den oberen Teil 5a des Permanentmagneten 5 beziehungsweise 55b für den unteren Teil des Permanentmagneten 5b dargestellt sind. Der Magnetkreis 55a des oberen Teils des Permanentmagneten verläuft ausgehend von dem oberen Teil 5a des Permanentmagneten über den zweiten Magnetkern 4, die Grenze 20a zwischen zweitem Magnetkern 4 und erstem Magnetkern 3 in den ersten Magnetkern 3 und wieder in den zweiten Magnetkern 4 zurück zum oberen Teil 5a des Permanentmagneten 5. Entsprechend verläuft der Magnetkreis 55b des unteren Teils 5b des Permanentmagneten gegensinnig ausgehend vom unteren Teil des Permanentmagneten 5b in den zweiten Magnetkern 4 über die Grenze 20b zwischen zweitem Magnetkern 4 und erstem Magnetkern 3 in den ersten Magnetkern 3 und wieder in den zweiten Magnetkern 4 zurück zum unteren Teil des Permanentmagneten 5b.

[0088] Durch die gegenläufigen Magnetkreise 55a und 55b entsteht eine magnetische Sättigung in dem magnetisch aktiven Material des ersten Magnetkerns 3 und des zweiten Magnetkerns 4. Zusätzlich führt die Axialkomponente des Magnetfelds, d. h. die Komponenten parallel zur Längsachse 12 der Zylinderspule 2, beim Übergang vom an der Grenze zwischen erstem Magnetkern 3 und zweitem Magnetkern 4 zu einer Kraftwirkung. Diese Kraftwirkung wird durch die gespiegelte, d. h. symmetrische Anordnung der beiden Teile 5a und 5b des permanenten Magneten 5 und des ersten Magnetkerns 3 mit dem nichtmagnetischen Trennelement 10 kompensiert, so dass in diesem Zustand über den Stößel 11 keine Kraftwirkung an einen Motor oder dergleichen (nicht dargestellt) übertragen wird.

[0089] In Figur 11b ist der Aktuator bei einer Auslenkung des Stößels 11 in einer positiven y-Richtung (Hub = +s) dargestellt. Durch die Auslenkung verschiebt sich die Position des nichtmagnetischen Trennelements 10 in Bezug auf beide Teile des Permanentmagneten 5a, 5b. Hier liegt keine Überlappung des ersten Magnetkerns 3 mit dem zweiten Magnetkern 4 zwischen dem oberen Teil des Permanentmagneten 5a und dem unteren Teil des Permanentmagneten 5b mehr vor. Da der magnetische Widerstand im nichtmagnetischen Trennelement 10 relativ groß ist, schließen sich die magnetischen Flusslinien, dargestellt durch die durchgezogene Linie 65b, für den unteren Teil des Permanentmagneten 5b nun im Wesentlichen über den äußeren Bereich des ersten Magnetkerns 3 um die Zylinderspule 2 und nicht über das nichtmagnetische Trennelement 10. Dadurch kommt es zu einer Flussdichteverschiebung, d. h. zu einer Erhöhung der magnetischen Flussdichte an der Grenze 20a zwischen erstem Magnetkern 3 und zweitem Magnetkern 4. Die Erhöhung der magnetischen Flussdichte kompensiert die Kraftwirkung, die durch die größere Überdeckung zwischen erstem Magnetkern 3 und dem zweiten Magnetkern 4 im Bereich des oberen Teils des Permanentmagneten 5a entsteht. Das Magnetfeld hat hier beim Übergang zwischen erstem Magnetkern 3 und zweitem Magnetkern 4 am oberen Teil des Permanentmagneten 5a zusätzlich zu einer radialen Komponente senkrecht zur Längsachse der Zylinderspule 2 noch eine weitere axiale Komponente parallel zur Längsachse 12 der Zylinderspule 2. Entsprechend kommt es zu einer Verringerung der magnetischen Flussdichte im ersten Magnetkern 3 im Bereich des unteren Teils 5b des Permanentmagneten. Da die beiden Teile 5a und 5b des Permanentmagneten eine symmetrische Anordnung darstellen, heben sich die jeweiligen resultierenden Kräfte auf. Somit wird die Kraftwirkung auf den Stößel 11 bei einer Auslenkung in positiver y-Richtung kompensiert.

[0090] In Figur 11c ist äquivalent zu Figur 11b die Auslenkung in die entgegengesetzte Richtung, d. h. in eine negative y-Richtung mit Hub = -s dargestellt. Die Magnetfeldlinien verlaufen unter Berücksichtigung der umgekehrten Auslenkungsrichtung analog zu Figur 11b.

[0091] Die gegenläufigen Magnetkreise 55a, 55b, 65a, 65b, 75a, 75b der beiden Teile des Permanentmagneten 5a, 5b sind konstruktiv so ausgelegt, dass im unbestromten Zustand über den gesamten Hubbereich (-s, +s) die jeweilige axiale Komponente des Magnetfelds des einen Teils des Permanentmagneten 5 umgekehrt identisch ist zu der jeweiligen axialen Komponente des Magnetfeld des anderen Teils des Permanentmagneten 5. Dadurch wird die Kraftwirkung auf den Stößel 11 sowohl für eine Auslenkung in positive als auch in negative y-Richtung, d. h. über den gesamten Hubbereich kompensiert.

[0092] Figur 12 zeigt in drei Teilabbildungen a bis c entsprechend den Figuren 11a bis 11c das elektromagnetische Wirkprinzip des Aktuators mit axial magnetisierten Permanentmagneten im bestromten Zustand. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird im Folgenden nur auf die Unterschiede zu dem in Figur 3 dargestellten und zu Figur 3 beschriebenen Ausführungsbeispiel mit radial magnetisierten Permanentmagneten eingegangen. Beispielhaft wird in Figur 12 davon ausgegangen, dass der Stromfluss durch die Zylinderspule 2 so orientiert ist, dass er in die Zeichenebene hineinfließt.

[0093] Wie oben zu den Figuren 11a bis 11c beschrieben, wird die Kraftwirkung, die durch das Magnetfeld der Permanentmagneten 5 entsteht, über den ganzen Hubbereich kompensiert. Das Magnetfeld der Zylinderspule verläuft wie zu dem in Figur 3 dargestellten und zu Figur 3 beschriebenen Ausführungsbeispiel. Es ergibt sich also durch das zusätzliche Magnetfeld auf Grund der Bestromung der Zylinderspule 2 ein resultierender hubunabhängiger Kraft/Stromzusammenhang.

[0094] Figur 13 zeigt in drei Teilabbildungen a bis c entsprechend den Figuren 11a bis 11c das elektromagnetische Wirkprinzip des Aktuators mit axial magnetisierten Permanentmagneten im bestromten Zustand. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird im Folgenden nur auf die Unterschiede zu dem in Figur 4 dargestellten und zu Figur 4 beschriebenen Ausführungsbeispiel mit radial magnetisierten Permanentmagneten eingegangen. Beispielhaft wird in Figur 13 davon ausgegangen, dass der Stromfluss durch die Zylinderspule 2 so orientiert ist, dass er aus der Zeichenebene hinausfließt.

[0095] Wie oben zu den Figuren 11a bis 11c beschrieben, wird die Kraftwirkung, die durch das Magnetfeld der Permanentmagneten 5 entsteht, über den ganzen Hubbereich kompensiert. Das Magnetfeld der Zylinderspule verläuft wie zu dem in Figur 4 dargestellten und zu Figur 4 beschriebenen Ausführungsbeispiel. Es ergibt sich also durch das zusätzliche Magnetfeld auf Grund der Bestromung der Zylinderspule 2 ein resultierender hubunabhängiger Kraft/Stromzusammenhang.

[0096] Figur 14 zeigt ein Schnittbild eines Ausführungsbeispiels des Aktuators mit einem Sättigungssteg. Zur kompakteren Darstellung ist jeweils nur die rechte Hälfte des Aktuators ausgehend von der die Symmetrieachse bildenden Längsachse 12 dargestellt. Das nichtmagnetische Trennelement 10 ist hier als eine Aussparung ausgebildet, die den ersten Magnetkern 3 nicht vollständig durchgreift. Der Materialquerschnitt des ersten Magnetkerns 3 ist nur soweit verringert, dass die dem zweiten Magnetkern 4 zugewandte Seite erhalten ist und einen Sättigungssteg 70 ausbildet. Der erste Magnetkern 3 grenzt in zwei spitz zulaufenden Enden 3.1, 3.2 an den Sättigungssteg 70. Die Verringerung des Materialquerschnitts des ersten Magnetkerns 3 nimmt mit sinkendem Abstand von der Längsachse 12 der Zylinderspule 2 zu, insbesondere derart, dass auf der dem zweiten Magnetkern 4 zugewandten Seite gerade noch der Sättigungssteg 70 aus dem ersten Magnetkern 3 verbleibt. Durch die Verringerung des Materialquerschnitts des ersten Magnetkerns 3 wird schon bei einem geringen magnetischen Fluss in dem verbleibenden Sättigungssteg 70 des ersten Magnetkerns 3 eine magnetische Sättigung und damit die angestrebte relative Permeabilität von µ_r≈1 erreicht.

Bezugszeichen

[0097] 

1

Aktuator

2

Zylinderspule, Elektromagnet

3

1. Magnetkern

3a

Außenfläche

3b

Bodenfläche

3c

Deckfläche

3d

Innenfläche

3.1

spitz zulaufende Enden

3.2

spitz zulaufende Enden

4

2. Magnetkern

5

Permanentmagnet

5a

oberer Teil

5b

unterer Teil

10

nichtmagnetisches Trennelement

11

Stößel

12

Symmetrieachse, Längsachse

13

überstehende Deckfläche

14

überstehende Bodenfläche

15

erstes Modul

16

zweites Modul

19a

Flusslinien des oberen Teils des Permanentmagneten

19b

Flusslinien des unteren Teils des Permanentmagneten

20a

Grenze zwischen erstem und zweitem Magnetkern

20b

Grenze zwischen erstem und zweitem Magnetkern

21a

Flusslinien des oberen Teils des Permanentmagneten

21b

Flusslinien des unteren Teils des Permanentmagneten

22

Flusslinien der Zylinderspule

23

Magnetisierung

24

Achse

55a

Magnetkreis

55b

Magnetkreis

55c

Magnetkreis

55d

Magnetkreis

65a

Magnetkreis

65b

Magnetkreis

65b.2

zusätzlicher Magnetkreis

65c

Magnetkreis

65c.2

zusätzlicher Magnetkreis

70

Sättigungssteg

75a

Magnetkreis

75b

Magnetkreis

75c

Magnetkreis

A

Überlappung

B

Überlappung

C

Hubbereich

Ansprüche

1. Aktuator (1) für Motorlager umfassend

- eine elektrisch leitfähige Zylinderspule (2),

- einen ersten Magnetkern (3) aus ferromagnetischem Material,

- einen zweiten Magnetkern (4) aus ferromagnetischem Material und

- zumindest einen Permanentmagneten (5), dessen Magnetisierungsrichtung senkrecht zur Längsachse (12) der Zylinderspule (2) orientiert ist,

wobei der erste und zweite Magnetkern (3, 4) relativ zueinander in Richtung der Längsachse (12) der Zylinderspule (2) verschiebbar angeordnet sind, der erste Magnetkern (3) die Zylinderspule (2) im Wesentlichen umschließt und an einer dem Permanentmagneten (5) zugewandten Mantelseite der Zylinderspule (2) durch ein nichtmagnetisches Trennelement (10) unterbrochen ist und, wobei der Permanentmagnet (5) in Richtung der Längsachse (12) der Zylinderspule (2) wenigstens einfach unterbrochen ausgebildet ist und mindestens zwei Teile (5a, 5b) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Unterbrechungsbereich, welcher in Richtung der Längsachse der Zylinderspule (2) zwischen den Teilen des Permanentmagneten (5) angeordnet ist, durch den zweiten Magnetkern (4) zumindest teilweise oder vollständig ausgefüllt ist.

2. Aktuator (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Teile des Permanentmagneten (5) die gleiche Polarität aufweisen.

3. Aktuator (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Teilbereiche des ersten Magnetkerns (3), die durch das nichtmagnetische Trennelement (10) unterbrochen sind, in Richtung senkrecht zur Zylinderspulenachse den Unterbrechungsbereich zwischen den Teilen des Permanentmagneten (5) zumindest abschnittsweise überlappen.

4. Aktuator (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Teile des Permanentmagneten (5) an ihrer der Zylinderspule (2) zugewandten Seite mit dem zweiten Magnetkern (4) eine im Wesentlichen plane Fläche ausbilden.

5. Aktuator (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Magnetkern (3) an seiner dem zweiten Magnetkern (4) zugewandten Seite mit dem Trennelement (10) eine im Wesentlichen plane Fläche ausbildet.

6. Aktuator (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Permanentmagneten (5), vorzugsweise beide Teile (5a, 5b), ringförmig ausgebildet ist.

7. Aktuator (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Permanentmagneten (5), vorzugsweise beide Teile (5a, 5b), eine Magnetisierung im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Zylinderspule (2) aufweisen und vorzugsweise diametral, insbesondere radial, oder parallel zur Längsachse der Zylinderspule magnetisiert ist.

8. Aktuator (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teil des Permanentmagneten (5), vorzugsweise beide Teile (5a, 5b), in einer Ebene senkrecht zur Längsachse der Zylinderspule (2) aus zumindest zwei Segmenten zusammengesetzt ist.

9. Aktuator (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderspule (2) und der erste Magnetkern (3) immobil miteinander verbunden sind und/oder dass der Permanentmagnet (5) und der zweite Magnetkern (4) immobil miteinander verbunden sind.

10. Aktuator (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderspule (2) einschließlich des ersten Magnetkerns (3) federnd gelagert ist und der Permanentmagnet (5) einschließlich des zweiten Magnetkerns (4) statisch gelagert ist.

11. Aktuator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderspule (2) einschließlich des ersten Magnetkerns (3) statisch gelagert ist und dass der Permanentmagnet (5) einschließlich des zweiten Magnetkerns (4) federnd gelagert ist.

12. Aktuator (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Magnetkern (3) an seiner dem Permanentmagneten (5) zugewandten Seite eine überstehende Deckfläche (13) und/oder eine überstehende Bodenfläche (14) senkrecht zur Längsachse der Zylinderspule (2) aufweist, welche Deckfläche (13) den ersten Teil des Permanentmagneten (5a) und/oder welche Bodenfläche (14) den zweiten Teil des Permanentmagneten (5b) senkrecht zur Längsachse der Zylinderspule (2) überlappt.

13. Aktuator (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das nichtmagnetische Trennelement (10) zumindest im Betriebszustand aus einem Material mit einer Permeabilität im Bereich von µ_r ≈ 1 gebildet ist.

14. Aktuator (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das nichtmagnetische Trennelement (10) als eine Aussparung ausgebildet ist, welche Aussparung den ersten Magnetkern (3) an seiner dem zweiten Magnetkern (4) zugewandten Seite senkrecht zur Längsachse der Zylinderspule (2) vorzugsweise vollständig durchgreift.

15. Aktuator (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Abmessung des nichtmagnetischen Trennelements (10) in Richtung der Längsachse der Zylinderspule (2) mit zunehmendem Abstand von der Längsachse der Zylinderspule (2) zunimmt, vorzugsweise streng monoton zunimmt, insbesondere linear zunimmt.

Claims

1. Actuator (1) for motor mount comprising

- an electrically conductive cylindrical coil (2),

- a first magnetic core (3) made of ferromagnetic material,

- a second magnetic core (4) made of ferromagnetic material and

- at least one permanent magnet (5), the magnetisation direction of which is oriented vertical to the longitudinal axis (12) of the cylinder coil (2),

wherein the first and the second magnetic core (3, 4) are arranged such that they are displaceable relative to one another in the direction of the longitudinal axis (12) of the cylinder coil (2), the first magnetic core (3) essentially surrounding the cylinder coil (2) and being interrupted by a non-magnetic separating element (1) on an outer layer side of the cylinder coil (2) that faces towards the permanent magnet (5), and wherein
the permanent magnet (5) is designed to be interrupted at least once in the direction of the longitudinal axis (12) of the cylinder coil (2) and has at least two parts (5a, 5b), characterised in that an interruption area
which is arranged between the parts of the permanent magnet (5) in the direction of the longitudinal axis of the cylinder coil (2) is filled at least in part or in full by the second magnetic core (4).

2. Actuator (1) according to claim 1, characterised in that the parts of the permanent magnet (5) have the same polarity.

3. Actuator (1) according to any one of the preceding claims, characterised in that the two partial areas of the first magnetic core (3) which are interrupted by the non-magnetic separating element (10) overlap at least in sections with the interruption area between the parts of the permanent magnet (5) in a direction vertical to the cylinder coil axis.

4. Actuator (1) according to any one of the preceding claims, characterised in that the sides of the two parts of the permanent magnet (5) that face the cylinder coil (2) form an essentially planar surface with the second magnetic core (4).

5. Actuator (1) according to any one of the preceding claims, characterised in that the side of the first magnetic core (3) that faces the second magnetic core (4) forms an essentially planar surface with the separating element (10).

6. Actuator (1) according to any one of the preceding claims, characterised in that at least part of the permanent magnet (5), preferably both parts (5a, 5b), are ring-shaped.

7. Actuator (1) according to any one of the preceding claims, characterised in that at least one part of the permanent magnet (5), preferably both parts (5a, 5b), have a magnetism that is essentially. vertical to the longitudinal axis of the cylinder coil (2) and are preferably magnetised diametrically, in particular radially or in parallel, to the longitudinal axis of the cylinder coil.

8. Actuator (1) according to any one of the preceding claims, characterised in that at least one part of the permanent magnet (5), preferably both parts (5a, 5b), are composed of at least two segments in a plan that is vertical to the longitudinal axis of the cylinder coil (2).

9. Actuator (1) according to any one of the preceding claims, characterised in that the cylinder coil (2) and the first magnetic core (3) are connected to one another in an immobile manner and/or in that the permanent magnet (5) and the second magnetic core (4) are connected to one another in an immobile manner.

10. Actuator (1) according to any one of the preceding claims, characterised in that the cylinder coil (2) including the first magnetic core (3) is mounted in an elastic manner and the permanent magnet (5) including the second magnetic core (4) is mounted in a static manner.

11. Actuator (1) according to any one of Claims 1 to 9, characterised in that the cylinder coil (2) including the first magnetic core (3) is mounted in a static manner and the permanent magnet (5) including the second magnetic core (4) is mounted in an elastic manner.

12. Actuator (1) according to any one of the preceding claims, characterised in that the side of the first magnetic core (3) that faces the permanent magnet (5) has a protruding top surface (13) and/or a protruding bottom surface (14) vertical to the longitudinal axis of the cylinder coil (2), which top surface (13) overlaps with the first part of the permanent magnet (5a) and/or which bottom surface (14) overlaps with the second part of the permanent magnet (5b) vertical to the longitudinal axis of the cylinder coil (2).

13. Actuator (1) according to any one of the preceding claims, characterised in that the non-magnetic separating element (10) is made from a material that has a permeability in the range from µ_r ≈ 5.1 at least during operation.

14. Actuator (1) according to any one of the preceding claims, characterised in that the non-magnetic separating element (10) is designed as a recess, which recess preferably fully clamps down on the side of the first magnetic core (3) which faces the second magnetic core (4) vertical to the longitudinal axis of the cylinder coil (2).

15. Actuator (1) according to any one of the preceding claims, characterised in that a dimension of the non-magnetic separating element (10) increases in the direction of the longitudinal axis of the cylinder coil (2) as the distance from the longitudinal axis of the cylinder coil (2) increases, preferably increases in a strictly monotone manner, in particular in a linear manner.

Revendications

1. Actionneur (1) pour palier de moteur, comprenant

- une bobine cylindrique électro-conductrice (2),

- un premier noyau magnétique (3) en matériau ferromagnétique,

- un deuxième noyau magnétique (4) en matériau ferromagnétique et

- au moins un aimant permanent (5) dont la direction de magnétisation est orientée perpendiculairement à l'axe longitudinal (12) de la bobine cylindrique (2),

les premier et deuxième noyaux magnétiques (3, 4) étant disposés de manière coulissante l'un par rapport à l'autre en direction de l'axe longitudinal (12) de la bobine cylindrique (2), le premier noyau magnétique (3) entourant sensiblement la bobine cylindrique (2) et étant interrompu, au niveau d'un côté d'enveloppe externe de la bobine cylindrique (2), orienté vers l'aimant permanent (5), par un élément de séparation non magnétique (10) et l'aimant permanent (5) étant conçu de manière interrompue au moins une fois en direction de l'axe longitudinal (12) de la bobine cylindrique (2) et comprenant au moins deux parties (5a, 5b), caractérisé en ce qu'une zone d'interruption, qui est disposée en direction de l'axe longitudinal de la bobine cylindrique (2) entre les parties de l'aimant permanent (5), est remplie au moins partiellement ou entièrement par le deuxième noyau magnétique (4).

2. Actionneur (1) selon la revendication 1, caractérisé en ce que les parties de l'aimant permanent (5) présentent la même polarité.

3. Actionneur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux parties du premier noyau magnétique (3), qui sont interrompues par l'élément de séparation non magnétique (10), se superposent, perpendiculairement à l'axe de la bobine cylindrique, à la zone d'interruption entre les parties de l'aimant permanent (5) au moins à certains endroits.

4. Actionneur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les deux parties de l'aimant permanent (5) forment, sur leur côté orienté vers la bobine cylindrique (2), avec le deuxième noyau magnétique (4), une surface sensiblement plane.

5. Actionneur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier noyau magnétique (3) forme, sur son côté orienté vers le deuxième noyau magnétique (4), avec l'élément de séparation (10), une surface sensiblement plane.

6. Actionneur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une partie de l'aimant permanent (5), de préférence les deux parties (5a, 5b), présentent une forme annulaire.

7. Actionneur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une partie de l'aimant permanent (5), de préférence les deux parties (5a, 5b), présentent une magnétisation sensiblement perpendiculaire à l'axe longitudinal de la bobine cylindrique (2) et est magnétisée de préférence diamétralement, plus particulièrement radialement ou parallèlement à l'axe longitudinal de la bobine cylindrique.

8. Actionneur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins une partie de l'aimant permanent (5), de préférence les deux parties (5a, 5b), est constituée, dans un plan perpendiculaire à l'axe longitudinal (2), d'au moins deux segments.

9. Actionneur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bobine cylindrique (2) et le premier noyau magnétique (3) sont reliés entre eux de manière immobile et/ou en ce que l'aimant permanent (5) et le deuxième noyau magnétique (4) sont reliés entre eux de manière immobile.

10. Actionneur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la bobine cylindrique (2) avec le noyau magnétique (3) est logée de manière élastique et l'aimant permanent (5) avec le deuxième noyau magnétique (4) est logé de manière statique.

11. Actionneur (1) selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que la bobine cylindrique (2) avec le noyau magnétique (3) est logée de manière statique et l'aimant permanent (5) avec le deuxième noyau magnétique (4) est logé de manière élastique.

12. Actionneur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le premier noyau magnétique (3) comprend, sur son côté orienté vers l'aimant permanent (5), une surface de recouvrement en saillie (13) et/ou une surface de base en saillie (14) perpendiculairement à l'axe longitudinal de la bobine cylindrique (2), la surface de recouvrement (13) se superposant à la première partie de l'aimant permanent (5a) et/ou la surface de base (14) se superposant à la deuxième partie de l'aimant permanent (5b) perpendiculairement à l'axe longitudinal de la bobine cylindrique (2).

13. Actionneur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément de séparation non magnétique (10) est constitué, au moins dans l'état de fonctionnement, d'un matériau avec une perméabilité de l'ordre de µ_r ≈ 1.

14. Actionneur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément de séparation non magnétique (10) est conçu comme un évidement, cette évidement traversant le premier noyau magnétique (3) au niveau de son côté orienté vers le deuxième noyau magnétique (4) perpendiculairement à l'axe longitudinal de la bobine cylindrique (2), de préférence entièrement.

15. Actionneur (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une dimension de l'élément de séparation non magnétique (10) augmente dans la direction de l'axe longitudinal de la bobine cylindrique (2) lorsque la distance par rapport à l'axe longitudinal de la bobine cylindrique (2) augmente, de préférence de manière strictement monotone, plus particulièrement de manière linéaire.

Zeichnung