CH659725A5

CH659725A5 - TURNING MAGNET.

Info

Publication number: CH659725A5
Application number: CH285383A
Authority: CH
Inventors: Peter Dr Isliker; Werner Mohler
Original assignee: Isliker Magnete Ag
Priority date: 1983-05-25
Filing date: 1983-05-25
Publication date: 1987-02-13
Also published as: DE3415431A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Drehmagneten der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art. The invention relates to a rotary magnet specified in the preamble of claim 1.

Bei Drehmagneten kann grundsätzlich zwischen zwei Typen unterschieden werden, nämlich solchen mit axialem Arbeitsluftspalt und solchen mit radialem Arbeitsluftspalt. In beiden Fällen wird bei Erregung der Spule der Anker aufgrund der auftretenden Magnetkräfte bewegt, wobei die Bewegung des Ankers in eine Drehbewegung der Welle umgesetzt wird, um z.B. Schaltvorgänge durchzuführen. In the case of rotary magnets, a basic distinction can be made between two types, namely those with an axial working air gap and those with a radial working air gap. In both cases, when the coil is excited, the armature is moved due to the magnetic forces which occur, the movement of the armature being converted into a rotary movement of the shaft, for example in order to Perform switching operations.

Bei Drehmagneten mit radialem Arbeitsluftspalt führt aufgrund baulicher Gegebenheiten die in Axialrichtung unbewegliche Welle nur eine Drehbewegung aus, während bei Drehmagneten mit axialem Luftspalt neben der erwähnten Möglichkeit (axial unbewegliche Welle) auch so vorgegangen werden kann, dass die Welle auch eine (vergleichsweise geringe) Axialbewegung ausführt, die dann in eine Drehbewegung umgesetzt wird. In the case of rotary magnets with a radial working air gap, the shaft, which is immobile in the axial direction, only carries out a rotary movement due to structural conditions, while in the case of rotary magnets with an axial air gap, in addition to the possibility mentioned (axially immovable shaft), the shaft can also be moved so that the shaft also has a (comparatively small) axial movement executes, which is then converted into a rotary movement.

Die Erfindung betrifft somit einen Drehmagneten mit axialem Arbeitsluftspalt und axial unbeweglicher Welle, wobei die Polflächen in Form einer Wendelfläche den Vorteil haben, dass sie für jede Verdrehungslage des Ankers parallel zueinander sind. The invention thus relates to a rotary magnet with an axial working air gap and axially immovable shaft, the pole faces in the form of a helical surface having the advantage that they are parallel to each other for each position of rotation of the armature.

Ein solcher im Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannter Drehmagnet ist bekannt. Dieser besitzt sowohl am Anker als auch am Kern zumindest zwei einander zugekehrte Polflächen je in Form eines Abschnittes oder Sektors einer Wendelfläche. Diese Wendelflächen haben - um ein hohes, an der Welle abgreifbares Drehmoment zu erhalten -eine vergleichsweise hohe Steigung. Somit ist der mögliche Verdrehungswinkel beim bekannten Drehmagneten auf etwa 90° begrenzt, sofern die Polflächen einander diametral gegenüberliegen und am Kern eine «Bogenlänge» von etwa 180° aufweisen. Such a rotary magnet mentioned in the preamble of claim 1 is known. This has at least two mutually facing pole faces on both the armature and the core, each in the form of a section or sector of a helical surface. In order to obtain a high torque that can be tapped off the shaft, these helical surfaces have a comparatively high pitch. The possible angle of rotation in the known rotary magnet is thus limited to approximately 90 °, provided that the pole faces are diametrically opposed to one another and have an “arc length” of approximately 180 ° at the core.

Andererseits ist beispielsweise aus der DE-OS 27 54 569 (Kl.H 01 F 7/14, offengelegt am 19. April 1979) ein Drehmagnet bekannt, bei dem die den axial den Luftspalt begrenzende Polfläche des Kerns in einer zur Achse der Welle schiefwinklig angeordneten Ebene liegt. Die den Arbeitsluftspalt am Anker begrenzende Polfläche liegt ebenfalls in einer Ebene, die um denselben Winkel zur Achse der Welle geneigt ist. Dies führt dazu, dass die beiden Polflächen nur in erregtem Zustand der Spule etwa parallel zueinander sind und den geringsten Abstand voneinander aufweisen, während in allen übrigen Verdrehungslagen der Arbeitsluftspalt die Form eines Keils hat. Dieser bekannte Drehmagnet vermag ebenfalls nur einen maximalen Drehwinkel der Welle von nur wenig mehr als 90° zu bieten, ganz abgesehen davon, dass sein Anfangsdrehmoment vergleichsweise bescheiden ist. On the other hand, for example from DE-OS 27 54 569 (Kl.H 01 F 7/14, published April 19, 1979) a rotary magnet is known in which the pole face of the core, which axially delimits the air gap, is at an oblique angle to the axis of the shaft arranged level. The pole face delimiting the working air gap on the armature also lies in a plane which is inclined at the same angle to the axis of the shaft. The result of this is that the two pole faces are only approximately parallel to one another and have the smallest distance from one another only when the coil is excited, while in all other rotational positions the working air gap has the shape of a wedge. This known rotary magnet is also only able to offer a maximum shaft rotation angle of just a little more than 90 °, quite apart from the fact that its initial torque is comparatively modest.

Um einen brachbaren Anlauf zu erzielen, sollte der Arbeitsluftspalt in entregtem Zustand eine bestimmte Maximalbreite nicht übersteigen. Dagegen soll der Arbeitsluftspalt in erregtem Zustand nicht gleich Null werden, um ein «Kleben» des Ankers am Kern zu verhüten. Wollte man nun den maximalen Arbeitsdrehwinkel über die genannten etwa 90° hinaus vergrössern, ohne die genannte Maximalbreite des Arbeitsluftspaltes in entregtem Zustand zu überschreiten, müsste beim bekannten Drehmagneten die Anzahl und die Steigung der wendelflächenförmigen Polflächen vermindert werden mit dem Ergebnis, dass das Anfangsdrehmoment wegen der geringeren Steigung ungenügend wird. In order to achieve a breakable start, the working air gap should not exceed a certain maximum width when de-energized. In contrast, the working air gap should not become zero when excited, in order to prevent the anchor from "sticking" to the core. If you wanted to increase the maximum working angle of rotation beyond the above about 90 ° without exceeding the maximum width of the working air gap in the de-energized state, the number and the slope of the helical pole faces would have to be reduced with the known rotary magnet with the result that the initial torque due to the lower slope becomes insufficient.

Es ist daher als ein Zweck der Erfindung anzusehen, einen Drehmagneten der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die oben geschilderten Probleme weitgehend gelöst sind, und mit dem Verdrehungswinkel der Welle bis über 180° hinaus an sich möglich sind. It is therefore to be regarded as a purpose of the invention to provide a rotary magnet of the type mentioned in the opening paragraph, in which the problems described above are largely solved, and with the angle of rotation of the shaft up to 180 ° per se are possible.

Dieser Zweck wird beim vorgeschlagenen Drehmagneten durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale erreicht. This purpose is achieved in the proposed rotary magnet by the features specified in the characterizing part of claim 1.

Merkmale bevorzugter Ausführungsformen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen. Features of preferred embodiments can be found in the dependent claims.

Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel des vorgeschlagenen Drehmagneten anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt: An exemplary embodiment of the proposed rotary magnet is explained in more detail with reference to the drawing. It shows:

Fig. 1 eine Axialschnitt durch einen Drehmagneten, und Fig. 1 is an axial section through a rotary magnet, and

Fig. 2 in perspektivischer und etwas auseinandergezogener Darstellung den Anker und den mit diesem zusammenwirkenden Teil des Kerns des Drehmagneten gemäss Fig. 1. FIG. 2 shows the armature and the part of the core of the rotary magnet according to FIG. 1 interacting with it in a perspective and somewhat exploded view.

Der in Fig. 1 dargestellte Drehmagnet 10 ist in einem magnetischen Rückschlussgehäuse 11 aus Weicheisen eingeschlossen, das beispielsweise wie in der CH-PS 552 884 ausgebildet sein kann. Im Gehäuse 11 sind zwei koaxiale und gleichgrosse, durchgehende Öffnungen 12,13 vorhanden, in die je ein Teil 14 bzw. 15 eines zweigeteilten Kerns aus Weicheisen drehfest eingesetzt ist. The rotary magnet 10 shown in Fig. 1 is enclosed in a magnetic yoke housing 11 made of soft iron, which can be designed, for example, as in CH-PS 552 884. In the housing 11 there are two coaxial and equally large, through openings 12, 13, in each of which a part 14 or 15 of a two-part core made of soft iron is inserted in a rotationally fixed manner.

Im Teil 14 und im Teil 15 ist je ein Kugellager 16 bzw. 17 eingesetzt, in denen eine Welle 18 aus magnetischem Material, beispielsweise rostfestem Stahl, drehbar gelagert ist. Die im wesentlichen als Drehteile ausgebildeten Teile 14,15 des Kerns greifen mit einem Abschnitt ihrer Mantelfläche in eine Distanzhülse 19 aus amagnetischem Material, beispielsweise aus Messing, ein, wobei die Anordnung so getroffen ist, dass die noch freien Abschnitte der Mantelfläche der Teile 14,15 mit der Mantelfläche der Distanzhülse 19 fluchten. Die Teile 14, 15 sowie die Distanzhülse 19 sind von einem mit einer Erregerwicklung 20 bewickelten Spulenträger 21 umschlossen. In part 14 and in part 15, a ball bearing 16 or 17 is used, in which a shaft 18 made of magnetic material, for example stainless steel, is rotatably mounted. The parts 14, 15 of the core, which are essentially designed as turned parts, engage with a portion of their outer surface in a spacer sleeve 19 made of non-magnetic material, for example made of brass, the arrangement being such that the still free portions of the outer surface of the parts 14, 15 align with the outer surface of the spacer sleeve 19. The parts 14, 15 and the spacer sleeve 19 are enclosed by a coil carrier 21 wound with an excitation winding 20.

Auf der Welle 18 sitzt ein Anker 22 aus Weicheisen, der An armature 22 made of soft iron sits on the shaft 18

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

50 50

55 55

60 60

65 65

beispielsweise mit der Welle 18 verstiftet ist, wie bei 23 ( Fig. 2) angedeutet. Der Anker 22 weist einen nabenför-migen Fortsatz 24 auf, der mit geringem Spiel (höchstens einige Zehntel eines mm) in eine das Kugellager 16 aufnehmende Sackbohrung 25 im Teil 14 eingreift. Zwischen der Bohrung 25 und dem Fortsatz 24 ist also ein geringer radialer Luftspalt 26 vorhanden. Anschliessend an den Fortsatz 24 weist der Anker einen Bund 27 auf, der gegen den Teil 14 hin durch eine ebene Ringfläche 28 begrenzt ist. Ebenso endet der Teil 14 des Kerns an seiner dem Anker 22 zugekehrten Seite in einer ebenen Ringfläche 29, so dass zwischen den Ringflächen 28 und 29 ein axialer Luftspalt von konstanter und möglichst geringer Breite entsteht. is pinned to the shaft 18, for example, as indicated at 23 (FIG. 2). The armature 22 has a hub-shaped extension 24, which engages with little play (at most a few tenths of a mm) in a blind bore 25 in the part 14 that receives the ball bearing 16. A small radial air gap 26 is therefore present between the bore 25 and the extension 24. Adjoining the extension 24, the armature has a collar 27 which is delimited against the part 14 by a flat annular surface 28. Likewise, the part 14 of the core ends on its side facing the armature 22 in a flat annular surface 29, so that an axial air gap of constant and as small a width as possible arises between the annular surfaces 28 and 29.

Wie der Fig. 2 zu entnehmen ist, weist der Teil 15 des Kerns ebenfalls eine zylindrische Sackbohrung 31 zur Aufnahme des Kugellagers 17 auf. Gegen den Anker 22 hin weist der Teil 15 eine Polfläche 32 in der Form eines beinahe 360° umfassenden Sektors einer Wendelfläche auf. Dieser gegenüberliegend weist der Anker 22 eine ebenfalls in der Form eines Sektors einer Wendelfläche ausgebildete Polfläche 33 auf. Ausserdem weist der Anker 22 unmittelbar an den inneren Rand der Polfläche 33 angrenzend einen Fortsatz 34 auf, der unter Freilassung eines radialen Luftspaltes 35 ( Fig. 1 ) in die Sackbohrung 31 eingreift. Die Mantelfläche dieses Fortsatzes hat eine variable Höhe, weil sie durch den inneren Rand der Polfläche 31 begrenzt ist. Dasselbe gilt für die Innenwand der Sackbohrung 31. As can be seen from FIG. 2, part 15 of the core likewise has a cylindrical blind bore 31 for receiving the ball bearing 17. Towards the armature 22, the part 15 has a pole face 32 in the form of an almost 360 ° sector of a helical face. Opposite this, the armature 22 has a pole surface 33, which is also in the form of a sector of a helical surface. In addition, the armature 22 has an extension 34 directly adjacent to the inner edge of the pole face 33, which extends into the blind bore 31 with the release of a radial air gap 35 (FIG. 1). The lateral surface of this extension has a variable height because it is limited by the inner edge of the pole surface 31. The same applies to the inner wall of the blind bore 31.

An der tiefsten Stelle der Polfläche 32 ist in dem Teil 15 ein diesen durchsetzender Anschlagzapfen 36 eingetrieben. Dieser wirkt mit den Flanken 37, 38 einer in den Anker 22 in radialer Richtung eingefrästen Ausnehmung 39 zusammen, die sich im vorliegenden Beispiel in Umfangsrichtung des Ankers gesehen etwa über 100° erstreckt. Im Zusammenwirken mit dem Anschlagzapfen 36 begrenzt somit die Ausnehmung 39 den Drehwinkel des Ankers 22 in bezug auf die Teile 14 und 15. At the deepest point of the pole face 32, a stop pin 36 penetrating it is driven into the part 15. This cooperates with the flanks 37, 38 of a recess 39 milled into the armature 22 in the radial direction, which in the present example extends approximately over 100 ° in the circumferential direction of the armature. In cooperation with the stop pin 36, the recess 39 thus limits the angle of rotation of the armature 22 with respect to the parts 14 and 15.

Die Polflächen 32 und 33 begrenzen zwischen sich einen axialen Arbeitsluftspalt, dessen Breite je nach Verdrehungslage des Ankers 22 in bezug auf den Teil 15 variabel ist, wobei aber die Polflächen 32 und 33 stets parallel zueinander bleiben. Ausserdem ist auch der radiale Luftspalt 35 ein Arbeitsluftspalt, der zwar eine konstante Breite hat, doch ist bei diesem der sich überdeckende Anteil der Innenwand der Sackbohrung 31 und der Mantelfläche des Fortsatzes 34 in Abhängigkeit der Verdrehungslage des Ankers 22 in bezug The pole faces 32 and 33 delimit between them an axial working air gap, the width of which is variable depending on the rotational position of the armature 22 with respect to the part 15, but the pole faces 32 and 33 always remain parallel to one another. In addition, the radial air gap 35 is a working air gap, which has a constant width, but in this case the overlapping portion of the inner wall of the blind bore 31 and the outer surface of the extension 34 is dependent on the rotational position of the armature 22 in relation

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auf den Teil 15 variabel. Dieser Anteil wird um so grösser je kleiner die Breite des axialen Arbeitsluftspaltes zwischen 32 und 33 ist. variable on part 15. This proportion increases the smaller the width of the axial working air gap between 32 and 33.

Eine nicht dargestellte, an der Welle 18 oder an einem von dieser betätigten Gerät angreifende Rückstellfeder hält den Anker 22 (bei entregter Wicklung 20) in jener Stellung, in der die Flanke 38 am Anschlagzapfen 36 anliegt. Der axiale Arbeitsluftspalt zwischen den Polflächen 32 und 33 hat seine grösste Breite. Die sich überdeckenden Abschnitte der Innenwand der Bohrung 31 und der Mantelfläche des Fortsatzes 34 haben den Mindestwert erreicht. Bei Erregung der Wicklung 20 hat der Arbeitsluftspalt zwischen 32 und 33 die Tendenz, sich zu verengen und die Flächenüberdeckung zwischen 31 und 34 sich zu vergrössern. Obwohl die Steigung der Polflächen 32, 33 vergleichsweise gering ist, ist das an der Welle 18 in Richtung des Pfeiles 40 abgreifbare Ausgangsdrehmoment vergleichsweise gross, weil eben zur Wirkung des sich verringernden axialen Arbeitsluftspaltes die sich vergrös-sernde Flächenüberdeckung im radialen Luftspalt 35 hinzukommt. A return spring, not shown, which acts on the shaft 18 or on a device actuated by it, holds the armature 22 (when the winding 20 is de-energized) in the position in which the flank 38 bears against the stop pin 36. The axial working air gap between the pole faces 32 and 33 has its greatest width. The overlapping sections of the inner wall of the bore 31 and the lateral surface of the extension 34 have reached the minimum value. When the winding 20 is excited, the working air gap between 32 and 33 tends to narrow and the area coverage between 31 and 34 increases. Although the slope of the pole faces 32, 33 is comparatively small, the output torque that can be tapped off on the shaft 18 in the direction of arrow 40 is comparatively large, because the increasing surface coverage in the radial air gap 35 is added to the effect of the decreasing axial working air gap.

Zu erwähnen bleibt, dass zwischen der Stirnseite des Fortz-satzes 34 und dem Innenring des Kugellagers 17 ein Distanz-röhrchen 41, beispielsweise aus Messing, eingesetzt ist, so dass der Anker 22 und mit ihm die Welle 18 gegen eine Axialverschiebung gesichert sind. It should also be mentioned that a spacer tube 41, for example made of brass, is inserted between the end face of the extension 34 and the inner ring of the ball bearing 17, so that the armature 22 and with it the shaft 18 are secured against axial displacement.

Neben den besonders günstigen magnetischen Eigenschaften ist der beschriebene Drehmagnet 10 auch besonders einfach und kostengünstig in der Herstellung, ohne dass eine qualitative Einbusse in Kauf genommen werden müsste. In addition to the particularly favorable magnetic properties, the rotary magnet 10 described is also particularly simple and inexpensive to manufacture, without having to accept a loss in quality.

Das Rückschlussgehäuse besteht hier aus zwei identischen U-förmig aufgebogenen Blechteilen, die mit gegeneinander weisenden Schenkeln und in bezug aufeinander um 90° verdreht ineinander geschachtelt sind. Für weitere Einzelheiten bezüglich des Rückschlussgehäuses wird auf die bereits genannte CH-PS 552 884 verwiesen. Der Teil 14 des Kernes ist ein einfaches, auf einem Drehautomaten herstellbares Drehteil. Ausgangsteil für den Teil 15 des Kernes ist ein zum Teil 14 identisches Stück, an welchem in zusätzlichen Operationen die Polfläche 32 angefräst und die zur Aufnahme des Anschlagstiftes 36 dienende Bohrung gebohrt wird. Ausgangsstück für den Anker 22 ist ebenfalls ein einfaches Automatendrehteil, an dem nur die wendelflächenförmige Polfläche anzufräsen ist und - je nach gewünschtem Drehwinkel - die Ausnehmung 39 einzufräsen ist. Ebenso ist die Montage des dargestellten Drehmagneten denkbar einfach. The yoke housing here consists of two identical U-shaped sheet metal parts, which are nested one inside the other with legs facing each other and rotated by 90 ° with respect to each other. For further details regarding the yoke housing, reference is made to the previously mentioned CH-PS 552 884. The part 14 of the core is a simple turned part that can be produced on an automatic lathe. The starting part for part 15 of the core is a piece that is identical to part 14, on which the pole face 32 is milled in additional operations and the bore for receiving the stop pin 36 is drilled. The starting piece for the armature 22 is also a simple automatic turned part, on which only the helical pole surface has to be milled and - depending on the desired angle of rotation - the recess 39 has to be milled. Likewise, the assembly of the rotary magnet shown is very simple.

3 3rd

5 5

10 10th

15 15

20 20th

25 25th

30 30th

35 35

40 40

45 45

B B

1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings

Claims

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1. Rotary magnet with an armature (22) fixed on a rotatable, axially immovable shaft (18) and at least one stationary core (15) surrounded by an excitation coil, the armature (22) and the core (15) transverse to the shaft ( 18) extending, facing each other and having the shape of a helical surface having pole surfaces (33; 32), which delimit an axial working air gap between them, the width of which changes when the armature (22) rotates relative to the core (15) characterized in that both the armature (22) and the core (15) each have a single pole face (33 or 32) and that a hub-like extension (34) coaxial to the shaft is formed on the armature or on the core within the relevant pole face which engages in an essentially radial air gap (35) into a recess (31) formed in the core or in the armature.

2. Rotary magnet according to claim 1, characterized in that both the envelope surface of the extension (34) and the recess (31) are cylindrical and connect directly to the inner edge of the relevant pole face (33; or 32).

2nd

PATENT CLAIMS

3. Rotary magnet according to claim 1 or 2, characterized in that the extension (34) on the armature (22) and the recess (31) are formed in the core (15).

4. Rotary magnet according to claim 1 or 2, characterized in that the extension (34) is integrally formed with the armature (22) or the core.

5. Rotary magnet according to one of the preceding claims, characterized in that the pole face (32) on the core (15) spans approximately 360 °.