DE102014100497A1

DE102014100497A1 - Drehmagnet

Info

Publication number: DE102014100497A1
Application number: DE102014100497.3A
Authority: DE
Inventors: James Michael Gruden
Original assignee: Johnson Electric SA
Current assignee: Johnson Electric International AG
Priority date: 2013-01-29
Filing date: 2014-01-17
Publication date: 2014-07-31
Also published as: CN103973070B; US9257888B2; CN103973070A; JP2014160815A; US20140218143A1

Abstract

Ein Drehmagnet hat einen Kern, eine Welle, einen Läufer und zwei Endkappen. Der Kern hat zwei Elektromagnetpole, die in zwei betreffenden Polflächen enden. Der Läufer ist an der Welle montiert. Die beiden Endkappen sind an dem Kern montiert, wobei sich die Welle für eine Drehbewegung relativ zu den Polflächen entsprechend der Versorgung der beiden elektromagnetischen Pole mit Strom durch die Endkappen hindurch erstreckt. Zumindest eine und vorzugsweise beide Endkappen haben ein Abdeckelement und eine axiale Wand. Das Abdeckelement hat eine Öffnung, durch die sich die Welle erstreckt. Die axiale Wand erstreckt sich von dem Abdeckelement in Richtung einer Wellenachse und ist konfiguriert für die Bereitstellung eines Merkmals, das die beiden Polflächen auf die Öffnung in dem Abdeckelement ausrichtet, für eine Selbstausrichtung der beiden Polflächen auf einen Außendurchmesser des Läufers.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Technologie bezieht sich auf Magnete und insbesondere auf Drehmagnete.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Aufgrund ihrer zahlreichen und detaillierten Komponenten, kostspieligen Lager und komplexen Herstellungskonzepte sind typische langlebige Hochleistungs-Drehmagnete teuer. Langlebige Drehmagnete können aufgrund ihrer Ganzmetallkonstruktion, die Wärme an die Umgebung abgibt, 100+ Millionen Zyklen leisten und dabei ihr hohes Leistungsniveau halten. Während manche Magnetanwendungen den hohen Preis für diese Drehmagnete rechtfertigen, gibt es andererseits ein Marktsegment, in dem weniger teure Drehmagnete mit einer kürzeren Lebensdauer und einer geringeren Leistung gewünscht werden. Eine Option, die zur Verfügung steht, um diesem Wunsch gerecht zu werden, ist die Wahl eines sehr preiswerten linearen Gebrauchsmagnets und die Kombination desselben mit einem Mechanismus, der die lineare Bewegung in eine Drehbewegung umsetzt. Der Lösungsweg, der diese Kombination beinhaltet, führt jedoch normalerweise dazu, dass die gesamte Anordnung teurer ist als erwünscht und dass sich auch zahlreiche Qualitätsprobleme ergeben.
Benötigt wird ein kostengünstiger Magnet der für eine reine Drehbewegung ausgebildet ist und der bei reduziertem Leistungsniveau über eine Lebensdauer von Millionen Zyklen verfügt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In einem ihrer Aspekte betrifft die vorliegend beschriebene Technologie ein Verfahren zur Herstellung eines Drehmagnets. In einem gattungsgemäßen Modus umfasst das Verfahren das Zusammenfügen von zwei zusammenpassenden Kernhalbelementen eines Ständers, bis zwei jeweilige Polflächen der beiden Kernhalbelemente gegen einen Präzisions-Durchmesserstift, der zwischen den beiden zusammenpassenden Kernhalbelementen positioniert ist, an einen Festanschlag drücken und die beiden Kernhalbelemente an dem Festanschlag miteinander verblockt werden. Das Verfahren umfasst ferner das Entfernen des Präzisions-Durchmesserstiftes, um einen sich axial erstrecken Raum bereitzustellen, der zwischen den beiden betreffenden Polflächen einen vorgegebenen Abstand aufweist. Das Verfahren umfasst ferner das Einpassen der beiden zusammenpassenden Kernhalbelemente und des Läufers zwischen den beiden einander gegenüberliegenden Endkappen. Der Vorgang des Einpassens der beiden zusammenpassenden Kernhalbelemente und des Läufers zwischen den beiden einander gegenüberliegenden Endkappen umfasst vorzugsweise das Ausrichten der beiden Polflächen auf Polausrichtungsmerkmale, die an den beiden einander gegenüberliegenden Endkappen vorgesehen sind, wodurch die beiden Polflächen relativ zu dem Läufer in einer vorgegebenen Position gehalten werden.
In einem ihrer Aspekte betrifft die vorliegend beschriebene Technologie einen Drehmagnet mit einem Kern, einer Welle, einem Läufer und zwei Endkappen. Der Kern hat zwei Elektromagnetpole, die in zwei betreffenden Polflächen enden. Der Läufer ist an der Welle montiert. Die beiden Endkappen sind an dem Kern montiert, wobei sich die Welle für eine Drehbewegung relativ zu den Polflächen entsprechend der Versorgung der beiden elektromagnetischen Pole mit Strom durch die Endkappen erstreckt. Zumindest eine und vorzugsweise beiden Endkappen haben ein Abdeckelement und eine axiale Wand. Das Abdeckelement hat eine Öffnung, durch die sich die Welle erstreckt. Die axiale Wand erstreckt sich von dem Abdeckelement in Richtung einer Wellenachse und ist konfiguriert für die Bereitstellung eines Merkmals, das für eine Selbstausrichtung der beiden Polflächen auf einen Außendurchmesser des Läufers die beiden Polflächen auf die Öffnung in dem Abdeckelement ausrichtet. In einer Beispiel-Implementierung ist die Wand ferner derart konfiguriert, dass diese sowohl Endanschlagflächen für den Läufer als auch eine Lagerfläche für die Welle bereitstellt.
In einem weiteren ihrer Aspekte betrifft die vorliegend beschriebene Technologie einen Drehmagnet mit einem Kern, einer eine Wellenachse definierenden Welle, einem Läufer und zwei Endkappen. Der Kern hat zwei Elektromagnetpole, die in zwei betreffenden Polflächen enden. Der Läufer ist an der Welle montiert. Die beiden Endkappen sind an dem Kern montiert, wobei sich die Welle für eine Drehbewegung relativ zu den Polflächen entsprechend der Versorgung der beiden elektromagnetischen Pole mit Strom durch die Endkappen erstreckt. Zumindest eine und vorzugsweise beide Endkappen umfassen ein Abdeckelement und eine axiale Wand. Das Abdeckelement hat eine Öffnung, durch die sich die Welle erstreckt. Die axiale Wand erstreckt sich von dem Abdeckelement in Richtung einer Wellenachse und ist konfiguriert für die Bereitstellung einer oder mehrerer Endanschlagflächen für den Läufer.
In einer Beispiel-Ausführungsform hat der Drehmagnet sowohl eine erste Endkappe als auch eine zweite Endkappe. Die erste Endkappe umfasst ein diesbezügliches Abdeckelement mit einer diesbezüglichen Öffnung, durch die sich die Welle erstreckt, und eine diesbezügliche Endkappenwand. Die Wand der ersten Endkappe erstreckt sich von dem Abdeckelement der ersten Endkappe in Richtung der Wellenachse und ist konfiguriert für die Bereitstellung eines Merkmals der ersten Endkappe (das für eine Selbstausrichtung der beiden Polflächen auf einen Außendurchmesser des Läufers die beiden Polflächen auf die Öffnung in dem Abdeckelement der ersten Endkappe ausrichtet) und für die Bereitstellung beider Endanschlagflächen für den Läufer. Die zweite Endkappe hat ein diesbezügliches Abdeckelement und eine diesbezügliche Endkappenwand. Die Wand der zweiten Endkappe hat eine diesbezügliche Öffnung, durch welche sich die Welle erstreckt. Die Wand der zweiten Endkappe erstreckt sich von dem Abdeckelement der zweiten Endkappe in Richtung einer Wellenachse und ist konfiguriert für die Bereitstellung eines Merkmals an der zweiten Endkappe (das für eine Selbstausrichtung der beiden Polflächen auf einen Außendurchmesser des Läufers die beiden Polflächen auf die Öffnung in dem Abdeckelement der zweiten Endkappe ausrichtet) und für die Bereitstellung beider Endanschlagflächen für den Läufer.
In einer Beispiel-Ausführungsform bilden das Merkmal an der ersten Endkappe, das die beiden Polflächen auf die Öffnung in dem Abdeckelement der ersten Endkappe ausrichtet, und das Merkmal an der zweiten Endkappe, das die beiden Polflächen auf die Öffnung in dem Abdeckelement der zweiten Endkappe ausrichtet, Fenster, in denen zumindest Teile der beiden Polflächen angeordnet sind und durch welche zumindest Teile der beiden Polflächen zu dem Läufer freigelegt sind.
In einer Beispiel-Ausführungsform umfasst zumindest eine der beiden Endkappen ein Kunststoffmaterial, und die Öffnung der zumindest einen Endkappe dient als Kunststofflager für die Welle.
In einer Beispiel-Ausführungsform umfasst zumindest eine der Endkappen eine Rille, die gebildet ist für die Aufnahme von Kugellagern für die Lagerung der Welle.
In einer Beispiel-Ausführungsform sind das Abdeckelement und die Wand zumindest einer der beiden Endkappen einstückig aus Kunststoff geformt.
In einer Beispiel-Ausführungsform ist das Abdeckelement zumindest einer der beiden Endkappen metallisch, und die Wand der zumindest einen Abdeckung umfasst ein Wandeinsatzelement aus Kunststoff, das an einer Innenfläche des Abdeckelements befestigt ist, wobei das Wandeinsatz aus Kunststoff eine zweite Öffnung hat, die eine Lagerfläche für die Welle und Druckringflächen für den Läufer bildet.
In einem weiteren ihrer Aspekte betrifft die vorliegend beschriebene Technologie einen Drehmagnet, umfassend: einen Kern mit zwei Elektromagnetpolen, in die zwei betreffenden Polflächen enden; eine Welle mit einem Anschlagelement; einen an der Welle montierten Läufer; zwei Endkappen, die an dem Kern montiert sind und durch die sich die Welle erstreckt, für eine Drehbewegung relativ zu den Polflächen entsprechend der Versorgung der beiden elektromagnetischen Pole mit Strom; wobei zumindest eine der Endkappen umfasst: ein Abdeckelement mit einer Öffnung, durch welche sich die Welle erstreckt, wobei die Welle mit dem Anschlagelement durch die Öffnung hindurchgeführt ist, und eine Verstärkungsendkappe, die derart vorgesehen ist, dass sie die mindestens eine Endkappe überragt und eine Verstärkungskappen-Endanschlagfläche für das Anschlagelement bildet.
In einem weiteren ihrer Aspekte betrifft die vorliegend beschriebene Technologie einen Drehmagnet, umfassend einen Kern, eine Welle, einen Läufer und zwei Endkappen. Der Kern hat zwei Elektromagnetpole, die in zwei betreffenden Polflächen enden. Der Läufer ist an der Welle montiert. Die beiden Endkappen sind an dem Kern montiert, wobei sich die Welle für eine Drehbewegung relativ zu den Polflächen entsprechend der Versorgung der beiden elektromagnetischen Pole mit Strom durch die Endkappen erstreckt. Eine der beiden Endkappen hat ein Ankermerkmal. Eine Torsionsfeder ist konfiguriert für die Rückstellung der Welle in eine Ausgangsposition, wenn die beiden Magnetpole nicht unter Strom gesetzt sind. Die Torsionsfeder umfasst eine Spirale, die in einem ersten Ende der Torsionsfeder und in einem zweiten Ende der Torsionsfeder endet, wobei das erste Ende der Torsionsfeder konfiguriert ist für den Eingriff mit dem Ankermerkmal. Ein Federhalter ist an der Welle befestigt. Der Federhalter hat einen Halterkörper, um welchen die Spirale der Torsionsfeder mindestens einmal herumgewunden ist. Der Federhalter hat ferner mindestens Festlegepunkt zum Halten des zweiten Endes der Torsionsfeder. Der Körper des Federhalters ist konfiguriert mit einer vergrößerten Nase, um nach dem Festlegen der Torsionsfeder deren Entfernen entlang einer Richtung der Wellenachse auszuschließen.
In einem weiteren ihrer Aspekte betrifft die vorliegend beschriebene Technologie einen Drehmagnet mit einem Kern, einer Läuferanordnung und zwei Endkappen. Die Läuferanordnung umfasst eine Welle; einen Magnetläufer, der von der Welle getragen wird und konfiguriert ist für die Aufnahme zwischen zwei Polflächen; und einen Halter, der konfiguriert ist für das Halten des Magnetläufers an der Welle. Die beiden Endkappen sind an dem Kern montiert, wobei sich die Welle für eine Drehbewegung relativ zu den Polflächen entsprechend der Versorgung der beiden elektromagnetischen Pole mit Strom durch die Endkappen erstreckt.
In einer Beispiel-Implementierung umfasst die Welle einen gestuften Bereich; der Magnetläufer hat eine Durchgangsöffnung, die für die Aufnahme der Welle konfiguriert ist, so dass der Magnetläufer an dem gestuften Bereich anliegt; und der Magnethalter ist derart konfiguriert, dass er auf die Welle aufgepasst ist, um zu verhindern, dass sich der Magnetläufer relativ zur Welle in einem Winkel bewegt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegend beschriebenen Technologie ergeben sich aus der folgenden Detailbeschreibung von bevorzugten Ausführungsformen, die in den anliegenden Zeichnungen dargestellt sind, wobei in den verschiedenen Figuren die gleichen Bezugszeichen verwendet werden, um die gleichen Elemente zu bezeichnen. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu und dienen in erster Linie der Veranschaulichung der Grundlagen der vorliegend beschriebenen Technologie.
1 ist eine perspektivische linke Vorderansicht eines Drehmagnets gemäß einer Beispiel-Ausführungsform;
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Drehmagnets gemäß dem Beispiel von 1, um neunzig Grad gedreht, wobei zusätzlich vier Befestigungselemente gezeigt sind;
3 ist eine Seitenansicht des Drehmagnets von 2;
4 ist eine perspektivische Ansicht der Unterseite des Drehmagnets von 2;
5 zeigt den Drehmagnet von 2 von oben;
6 ist eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung des Drehmagnets von 1;
7 ist eine perspektivische Seitenansicht einer Läuferanordnung des Drehmagnets von 1;
8 ist eine obere, perspektivische Seitenansicht eines Teils des Drehmagnets von 1;
9 ist eine schematische Darstellung eines Vorgangs des Zusammensetzens des Drehmagnets von 1;
10 ist eine schematische Darstellung einer Vergrößerung einer Einschubverbindung des Drehmagnets von 1;
11 ist eine Ansicht der Unterseite einer oberen Endkappe des Drehmagnets von 1;
12 ist eine Ansicht der Unterseite einer oberen Endkappe des Drehmagnets von 1, wobei auch die Platzierung des Magnetkerns dargestellt ist;
13 ist eine perspektivische Darstellung der Oberseite einer unteren Endkappe des Drehmagnets von 1;
14 ist eine perspektivische Seitenansicht der unteren Endkappen von 13, wobei ein Teil der unteren Endkappe abgeschnitten ist, um die Konstruktion im Inneren der Endkappe darzustellen;
15 ist ein perspektivische Ansicht des Drehmagnets des Typs von 1 von oben, wobei die Orientierung für eine Bewegung gegen den Uhrzeigersinn dargestellt ist und wobei auch ein Satz von Befestigungsflanschen an einer Endkappe gezeigt ist, die relativ zu Befestigungsflanschen an der anderen Endkappe um neunzig Grad gedreht sind, und von zwei Befestigungselementen;
16 ist eine perspektivische Ansicht der Unterseite des Drehmagnets von 1, wobei die Orientierung für eine Bewegung mit dem Uhrzeigersinn dargestellt ist und wobei auch ein Satz von Befestigungsflanschen an einer Endkappe gezeigt ist, die relativ zu Befestigungsflanschen an der anderen Endkappe um neunzig Grad gedreht sind, und von zwei Befestigungselementen;
17 ist eine perspektivische Seitenansicht eines Federhalters und einer Torsionsfeder, die den Drehmagnet von 1 umfasst;
18 ist eine perspektivische Oberseitenansicht des Federhalters von 17;
19 ist eine perspektivische Unterseitenansicht einer oberen Endkappe des Drehmagnets von 1 gemäß eines Variationsbeispiels der Ausführungsform;
20 ist eine perspektivische Unterseitenansicht des Verfahrens zum Zusammensetzen einer oberen Endkappe des Drehmagnets von 1 gemäß einem weiteren Variationsbeispiel der Ausführungsform; 20A ist eine Unterseitenansicht der zusammengesetzten Endkappe von 20; 20B ist eine Oberseitenansicht der zusammengesetzten Endkappe von 20; 20C ist eine perspektivische Seitenansicht der Unterseite der zusammengesetzten Endkappe von 20; und 20D ist eine geschnittene perspektivische Seitenansicht der Unterseite der zusammengesetzten Endkappe von 20;
21 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines Beispiels von gewählten Vorgängen oder Schritten gemäß einem Beispielverfahren oder Beispielablauf des Zusammenbaus bei der Herstellung eines Drehmagnets; 21A ist ein Flussidagramm zur Darstellung eines Verfahrens oder Ablaufs der Herstellung eines Drehmagnets, in welchem die Vorgänge von 21 enthalten sind;
22 ist eine perspektivische Seitenansicht einer Läuferanordnung des Drehmagnets, wobei der Läufer einen Magnet umfasst;
23 ist eine perspektivische Unteransicht des Verfahrens zum Zusammensetzen eines Drehmagnets, der eine Außenkappe oder Verstärkungs-Endkappe aufweist;
24A ist eine perspektivische Ansicht eines komplett zusammengesetzten Drehmagnets gemäß einer weiteren Beispielausführungsform von oben; 24B ist eine perspektivische Ansicht eines Drehmagnets von 24a, wobei eine obere Endkappe, untere Endkappe, Torsionsfeder, ein Federhalter und Leitungsdrähte entfernt wurden;
25 ist eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung eines Drehmagnets gemäß einer Beispielausführungsform von 24A.
DETAILBESCHREIBUNG
In der folgenden Beschreibung sind zu Erläuterungszwecken und ohne die Erfindung einzuschränken spezielle Details wie besondere Bauweisen, Schnittstellen, Techniken etc. angegeben, was dazu beitragen soll, die vorliegend beschriebene Technologie genau zu verstehen. Gleichwohl wird der Fachmann erkennen, dass die vorliegend offenbarte Technologie in anderen, von diesen speziellen Details abweichenden Ausführungsformen angewendet werden kann. Das heißt, der Fachmann wird in der Lage sein, verschiedene Anordnungen zu konzipieren, die vorliegend nicht explizit beschrieben oder dargestellt sind, aber dennoch den Grundgedanken der Erfindung verkörpern und im Geltungsbereich der Erfindung enthalten sind. In einigen Fällen wird der Übersichtlichkeit halber auf die detaillierte Beschreibung von hinreichend bekannten Vorrichtungen, Schaltungen und Verfahren verzichtet. Alle Angaben in der vorliegenden Beschreibung, die sich auf Grundlagen, Aspekte und Ausführungsformen der vorliegend beschriebenen Technologie beziehen, sowie spezielle Beispiele umfassen sowohl konstruktive als auch funktionale Äquivalente, wobei solche Äquivalente aktuell bekannte Äquivalente und in der Zukunft entwickelte Äquivalente, d. h. Elemente, die ungeachtet der Bauweise dieselbe Funktion erfüllen, gleichermaßen umfassen.
Die 1 bis 6 zeigen aus verschiedenen Blickwinkeln und in verschiedenen Ansichten eine Beispiel-Ausführungsform eines einfach zusammenzusetzenden Drehmagnets 20. Wie 6 gegebenenfalls am deutlichsten zeigt, umfasst ein gattungsgemäßer Drehmagnet 20 im Wesentlichen einen Magnetkern 22; eine Läuferanordnung 23 (die wiederum eine Welle 24 umfasst, die sich um die Läuferachse 25 des Läufers 26 dreht); und zwei Endkappen 28 und 30 (z. B. die obere Endkappe 28 und die untere Endkappe 30). In der nachstehenden Beschreibung beziehen sich die Begriffe ”axial” oder ”Achse” durchwegs auf die Achse 25 der Welle 24.
Der Kern 22 hat zwei Elektromagnetpole, die in zwei betreffenden Polflächen 32A und 32B enden. Insbesondere hat der Kern 22 zwei zusammenpassende Kernhalbelemente 22A und 22B, die aneinandergepresst und miteinander verblockt sind, so dass sie zwischen den Polflächen 32A und 32B jeweils einen vorgegebenen Abstand definieren. Die Kernhalbelemente 22A und 22B sind vorzugsweise aus Stahl hergestellt, entweder massiv oder als Schichten eines Lamellenpakets. In einer Beispiel-Implementierung haben die beiden Kernhalbelemente in einer zur Läuferachse 25 senkrechten Ebene jeweils im Wesentlichen eine ”E”-Form mit drei parallelen Zweigsegmenten 34, 35 und 36. Die drei parallelen Zweigsegmente 34, 35 und 36 liegen jeweils senkrecht zu dem Kernhauptsegment 37, mit dem die drei parallelen Zweigsegmente 34, 35 und 36 verbunden sind.
Bei jedem Kernhalbelement 22A, 22B bildet eine Mitte der Zweigsegmente (das Segment 35) den Pol und trägt als solcher einen Teil einer um ihn herumgeführten Spule einer Spulenanordnung 38. Wie in 6, 8 und im Detail in 10 gezeigt ist, sind die äußeren, nicht-mittigen oder endseitigen Zweigsegmente (die Segmente 34 und 36) für eine Einschubverbindung (Nut- und Federverbindung) mit dem anderen Kernhalbelement ausgebildet. Zum Beispiel ist in dem äußeren Segment 34A des Kernhalbelements 22A eine Nut 40A gebildet, die sich in einer Richtung parallel zur Achse 25 erstreckt. An einem dazu passenden äußeren Segment 34B des Kernhalbelements 22B ist eine Feder 42B gebildet, die sich ebenfalls in einer Richtung parallel zur Achse 25 erstreckt und die derart bemessen ist, dass sie in die entsprechende Nut 40A des das Gegenstück bildenden Kernhalbelements 22A eingeschoben (hineingedrückt werden) kann. Im Wesentlichen die gleiche oder eine ähnliche Einschubverbindung (Presspassung) besteht bei den anderen Segmenten 36A und 36B, wobei eines der äußeren Segmente 36A und 36B mit der Nut und das andere mit der Feder versehen ist, wobei jedoch jedes der zusammenpassenden Kernhalbelemente 22 ein mit einer Nut versehenes äußeres Segment und eine mit einer Feder versehenes äußeres Element aufweist, wie in den 6 und 8 dargestellt. Der Fachmann wird erkennen, dass auch andere Verriegelungskonfigurationen möglich sind.
Wie 6 zeigt, hat die Spulenanordnung 38 Spulen-Halbwicklungen 38A, die das zentrale Kernsegment 35A des einen Kernzwillings 22A umschließen, und Spulen-Halbwicklungen 38B, die das zentrale Kernsegment 35B des anderen Kernzwillings 22B umschließen. Die Spulenanordnung 38 hat zwei gewickelte Spulen 38A und 38B, doch sind diese beiden gewickelten Spulen 38A und 38B elektrisch miteinander verbunden, so dass nur ein Stromflussweg durch die beiden Spulen 38A und 38B vorhanden ist. Aus diesem Grund werden die Spulenwicklungen 38A und 38B auch als Spulen-Halbwicklungen bezeichnet. Die Polflächen 32A und 32B werden elektromagnetisch, wenn Strom jeweils durch die Spulen-Halbwicklungen 38A und 38B fließt. Die Wicklungen 38A und 38 werden durch einen Spulenkörper 44, insbesondere durch Spulenkörper-Halbsegmente 44A und 44B, getragen und sind zum Beispiel jeweils um diese herumgewickelt und derart bemessen, dass sie über die jeweiligen zentralen Kernsegmente 35A und 35B passen. Elektrische Anschlussdrähte 46A und 46B sind vorgesehen, um die Spulenwicklungen 38A und die Spulenwicklungen 38B jeweils mit elektrischem Strom zu versorgen. An jeder Spulenwicklung 38A, 38B ist nur eine Leitung befestigt, doch wird die gesamte Spulenanordnung letztlich der Reihe nach von Strom durchflossen. Die Spulenkörper-Halbsegmente 44A und 44B mit ihren jeweiligen Spulen-Halbwicklungen 38A und 38B werden in einem Abstandsverhältnis zueinander gehalten und ihre jeweiligen Anschlussdrähte 46A, 46 von einem Spulenkörper-Verbindungselement 48 getragen. Vorzugsweise sind die Spulenkörper-Halbsegmente 44A, 44B und das Spulenkörper-Verbindungselement 48 einstückig gegossen/geformt.
Wie vorstehend erwähnt wurde und wie deutlicher in 7 dargestellt ist, umfasst die Läuferanordnung 23 die Welle 24 und den durch die Welle 24 getragenen (z. B. an der Welle montierten) Läufer 26. In der Beispiel-Ausführungsform von 7 besteht der Läufer vorzugsweise aus Stahl (z. B. massiv oder Lamellenschichten). Der Läufer 26 ist konfiguriert für die Aufnahme zwischen den beiden Polflächen 32A und 32B. In der dargestellten speziellen Beispiel-Ausführungsform, z. B. in 8, hat der Läufer 26 zwei vergrößerte Bereiche oder Läuferflügel 52, die um die Läuferachse 25 in einem Winkel von 180 Grad relativ zueinander orientiert sind. Wie auch die Polflächen 32A und 32B haben Endflächen 54 der Flügel 52 im Wesentlichen die gleiche halbzylindrische Konfiguration. Der Läufer 26 hat eine zentrale Läuferöffnung 56, die auf die Welle 24 aufgepresst ist.
Die beiden Endkappen, z. B. die obere Endkappe 28 und die untere Endkappe 30, sind an dem Kern 22 montiert. Die Welle 24 erstreckt sich durch die Endkappen 28, 30, für eine Drehbewegung der Läuferanordnung 23 relativ zu den Polflächen 32A, 32B, nachdem die beiden elektromagnetischen Pole, z. B. der Kernsegmente 35A und 35, unter Strom gesetzt wurden.
Zumindest eine und vorzugsweise beide Endkappen haben ein Abdeckelement und zwei sich axial erstreckende Wände. Die obere Endekappe 28, auch erste Endkappe genannt, hat als solche eine diesbezügliche Abdeckwand oder ein Abdeckelement 60, wie zum Beispiel in 11 gezeigt. Die Abdeckwand 60 der ersten Endkappe hat eine Innenfläche 61 (siehe 11), in der zentral eine diesbezügliche Öffnung 62 gebildet ist. Die Welle 24 erstreckt sich durch die Öffnung 62 der ersten Endkappe. Die obere oder erste Endkappe 28 hat auch mindestens eine diesbezügliche axiale Polflächen-Aufnahmewand 64, die sich von der Abdeckwand 60 der ersten Endkappe in Richtung der Achse 25 orthogonal erstreckt. Die axiale Polflächen-Aufnahmewand 64 der ersten Endkappe hat zwei Polflächenfenster 65A, 65B, in denen zumindest Teile der beiden Polflächen 32A und 32B angeordnet sind und durch die zumindest Teile der beiden Polflächen 32A und 32B nach dem Zusammensetzten zu dem Läufer 25 freigelegt sind. Das Vorsehen von zwei Polflächenfenstern 65 kann unter Umständen dazu führen, dass die axiale Polflächen-Aufnahmewand 64 der ersten Endkappe als separate Wände gesehen wird, weshalb die axiale Polflächen-Aufnahmewand 64 der ersten Endkappe gelegentlich als axiale Polflächen-Aufnahmewand(-wände) 64 der ersten Endkappe bezeichnet wird.
Die axiale Polflächen-Aufnahmewand (axialen Polflächen-Aufnahmewände) 64 stellen erste Polflächen-Ausrichtungsmerkmale 66 der ersten Endkappe bereit. Die Polflächen-Ausrichtungsmerkmale 66A1 und 66A2 der ersten Endkappe dienen zum Ausrichten und Positionieren der Polfläche 32A in dem Polflächenfenster 65A. Ähnlichen dienen die Polflächen-Ausrichtungsmerkmale 66B1 und 66B2 der ersten Endkappe zum Ausrichten und Positionieren der Polflächen 32B in dem Polflächenfenster 65B. Die Flächen-Ausrichtungsmerkmale 66A2 und 66B2 umfassen Kerben oder Nuten, die eine sich axial erstreckende erste Kante der jeweiligen Polfläche 32A, 32B fangen oder halten. Jedes Polflächen-Ausrichtungsmerkmal 66A2 und 66B2 der ersten Endkappe hat eine quasi ”V”-förmige Kerbe, wobei ein Schenkel des V so orientiert ist, dass er an eine Seitenfläche des Kernsegments 35 anstößt, und der andere Schenkel des V als halbzylindrische Fläche konfiguriert ist, um eine erste axiale Kante der Polfläche 22 zu fangen. Ein Ende der halbzylindrischen V-förmigen Fläche bildet eine erste axiale Begrenzung für das Polflächenfenster 65. Die Flächen-Ausrichtungsmerkmale 66A1 und 66A2 umfassen zum anderen Schultern, an die sich axial erstreckende zweite oder gegenüberliegende Kanten der jeweiligen Polfläche 32A, 32B anlegen können und die eine zweite axiale Begrenzung für das Polflächenfenster 65 bilden. Die Polflächen-Ausrichtungsmerkmale 66 der ersten Endkappe sind derart positioniert und konfiguriert, dass sie die beiden Polflächen 32A, 32B auf die Öffnung in der ersten Endkappen-Abdeckwand 60 ausrichten und dass sie als solche für die Selbstausrichtung der beiden Polflächen 32A, 32B auf einen Außendurchmesser des Läufers 26, z. B. auf die Endflächen 54 der Flügel 52, dienen.
Die axiale Polflächen-Aufnahmewand (axialen Polflächen-Aufnahmewände) 64 der ersten Endkappe stellen über das Polflächen-Ausrichtungsmerkmal 66 der ersten Endkappe hinaus auch weitere Merkmale bereit, unter anderem eine Endanschlagfläche 68. Eine Endanschlagfläche 68 jedes Flügels 52 des Läufers 26 ist eine läuferorientierte Fläche eines Vorsprungs der axialen Polflächen-Aufnahmewand 64 der ersten Endkappe, die derart positioniert ist, dass sie eine axiale Kante einer Polfläche zumindest teilweise verbirgt. Eine im Wesentlichen benachbarte Fläche des Vorsprungs, die die Endanschlagfläche 68 bildet, definiert zumindest teilweise ein Polflächen-Ausrichtungsmerkmal 66 der ersten Endkappe. Beide Endanschlagflächen 68 der Flügel 52 des Läufers 26 sind so konfiguriert, dass sie im Wesentlichen an einer gesamten Seitenfläche des Flügels 52, z. B. an einer anderen als der Fläche 54 des Flügels 52, anliegen.
Die obere oder erste Endkappe 28 hat auch eine diesbezügliche Stützwand 70, die sich von der Abdeckwand 60 der ersten Endkappe orthogonal in Richtung der Achse 25 erstreckt. Die Stützwand 70 ist zylindrisch, um die Achse 25 zentriert und im Wesentlichen konzentrisch zur Polflächen-Aufnahmewand 64. Die Stützwand 70 erstreckt sich axial und hat eine innenseitige Stützfläche, die im Wesentlichen mit einer Innenseitenfläche der Öffnung 62 der ersten Endkappe fluchtet. Der Abstand der Stützwand 70 von der Achse 25 ist daher geringer als jener der Polflächen-Aufnahmewand 64. Eine Innenfläche der Stützwand 70 stellt eine radiale Wellenlagerfläche bereit. An ihrem axialen Ende bildet die Stützwand 70 eine Läufer-Druckringfläche 72. Die Läufer-Druckringfläche 72, auch bekannt als Läuferdruckfläche, liegt an einer Fläche 73 eines Anschlussendes des Läufers 26 an (siehe 6 und 7) an und verhindert, dass sich die Läuferanordnung 23 zu weit in die axiale Richtung bewegt. Die radiale Lagerfläche der Welle und die Druckfläche 72 der Stützwand 70 erklären sich näher mit Bezug auf vergleichbare Merkmale einer Ausführungsform, die in 20 dargestellt ist, wobei in 20D die Druckfläche 72 zeigt.
Die untere Endkappe 30, auch als zweite Endkappe bezeichnet, hat eine ähnliche Konstruktion wie die obere Endkappe 28, jedoch ist ihre Erstreckung in Richtung der Achse 25 größer. Die untere Endkappe 30 hat eine diesbezügliche Abdeckwand oder ein diesbezügliches Abdeckelement 80 (siehe z. B. 3 und 4). Die Abdeckwand 80 der zweiten Endkappe hat eine Innenfläche 82 (siehe 6 und 13), in der zentral eine diesbezügliche Öffnung 82 gebildet ist (siehe 13 und 14). Die Öffnung 82 der zweiten Endkappe ist derart bemessen und positioniert, dass sich das untere Ende der Welle 24 durch sie hindurch erstrecken kann. Eine sich axial erstreckende hohlzylindrische Wellenaufnahmebasis 83 ist an der Innenfläche 81 rund um die Öffnung 82 der zweiten Abdeckkappe gebildet, um eine radiale Lagerstütze für die Welle 24 in der radialen Richtung bereitzustellen.
Die untere Endkappe 30 hat auch eine diesbezügliche axiale Polflächen-Aufnahmewand 84, die sich orthogonal von der Abdeckwand 80 der zweiten Endkappe in Richtung der Achse 25 erstreckt. Die axiale Polflächen-Aufnahmewand 84 der zweiten Endkappe hat zwei Polflächenfenster 85A, 85B, in denen zumindest Teile der beiden Polflächen 32A und 32B angeordnet sind und durch welche zumindest Teile der beiden Polflächen 32A und 32B zu dem Läufer 26 freigelegt sind. Wie im Fall der oberen Endkappe 28 kann das Vorsehen der beiden Polflächenfenster 85 dazu führen, dass die axiale Polflächen-Aufnahmewand 84 der zweiten Endkappe als separate Wände gesehen wird, weshalb die axiale Polflächen-Aufnahmewand 83 der zweiten Endkappe gelegentlich als axiale Polflächen-Aufnahmewand(-wände) 84 der zweiten Endkappe bezeichnet wird.
Die axiale Polflächen-Aufnahmewand (axialen Polflächen-Aufnahmewände) 84 stellt (stellen) Polflächen-Ausrichtungsmerkmale 86 der zweiten Endkappe bereit. Die Polflächen-Ausrichtungsmerkmale 86A1 und 86A2 der zweiten Endkappe dienen zum Ausrichten der Polfläche 32A in dem Polfenster 85A; die Polflächen-Ausrichtungsmerkmale 86B1 und 86B2 der zweiten Endkappe dienen zum Ausrichten und Positionieren der Polfläche 32B in dem Polfenster 85B. Die Flächen-Ausrichtungsmerkmale 86A2 und 86B2 umfassen Kerben oder Nuten, die eine sich axial erstreckende erste Kante der jeweiligen Polfläche 32A, 32B fangen oder halten. Wie bei der oberen Endkappe hat jedes Polflächen-Ausrichtungsmerkmal 86A2 und 86B2 der zweiten Endkappe eine quasi ”V”-förmige Kerbe, wobei der eine Schenkel des V derart orientiert ist, dass er an eine Seitenfläche des Kernsegments 35 anstößt, und wobei ein weiterer Schenkel des V als halbzylindrische Fläche konfiguriert ist, um eine erste axiale Kante der Polfläche 32 zu fangen. Ein Ende der halbzylindrischen V-förmigen Fläche bildet eine erste axiale Begrenzung für das Polflächenfenster 85A. Die Flächen-Ausrichtungsmerkmale 86A1 und 86B1 haben zum anderen auch Schultern, an die sich axial erstreckende zweite oder gegenüberliegende Kanten der jeweiligen Polflächen 32A, 32B anlegen können und die eine zweite axiale Begrenzung für die Polflächenfenster 85A, 85B bilden. Die Polflächen-Ausrichtungsmerkmale 86 der zweiten Endkappe sind so positioniert und konfiguriert, dass sie die beiden Polflächen 32A, 32B auf die Öffnung 82 in der Abdeckwand 80 der zweiten Endkappe ausrichten und dass sie auch zur Selbstausrichtung der beiden Polflächen 32A, 32B auf einen Außendurchmesser des Läufers 26, z. B. auf die Flächen 54 der Flügel 52, dienen.
Die axiale Polflächen-Aufnahmewand (axialen Polflächen-Aufnahmewände) 84 stellen wie bei der oberen Endkappe 28 über die Polflächen-Ausrichtungsmerkmale 86 der zweiten Endkappe hinaus auch weitere Merkmale bereit, unter anderem eine Endanschlagfläche 88. Eine Endanschlagfläche 88 jedes Flügels 52 des Läufers 26 ist eine läuferorientierte Fläche eines Vorsprungs der axialen Polflächen-Aufnahmewand 84 der zweiten Endkappe, die derart positioniert ist, dass sie eine axiale Kante einer Polfläche zumindest teilweise verbirgt. Eine im Wesentlichen benachbarte Fläche des Vorsprungs, die die Endanschlagfläche 88 bildet, definiert zumindest teilweise ein Polflächen-Ausrichtungsmerkmal 86 der zweiten Endkappe. Beide Endanschlagflächen 88 der Flügel 52 des Läufers 26 sind so konfiguriert, dass sie im Wesentlichen an einer gesamten Seitenfläche des Flügels 52, z. B. an einer anderen als der Fläche 54 des Flügels 52, anliegen.
Die untere oder zweite Endkappe 30 hat auch eine diesbezügliche Stützwand 90, auch als Wellenaufnahmebasis 83 bezeichnet, die sich von der Abdeckwand 80 der zweiten Endkappe orthogonal in Richtung der Achse 25 erstreckt. Die Stützwand 90 ist zylindrisch, um die Achse 25 zentriert und im Wesentlichen konzentrisch zur Polflächen-Aufnahmewand 84. Die Stützwand 90 erstreckt sich axial und hat eine innenseitige Stützfläche, die im Wesentlichen mit einer Innenseitenfläche der ersten Endkappenöffnung 82 fluchtet. Der Abstand der Stützwand 90 von der Achse 25 ist daher geringer als jener der Polflächen-Aufnahmewand 84. Eine Innenfläche der Stützwand 90 stellt eine radiale Wellenlagerfläche bereit.
Die obere Endkappe 28 und die untere Endkappe 30 haben daher vergleichbare Merkmale, die sich beim Zusammensetzen des gesamten Drehmagnets 20 aufeinander ausrichten. Das heißt, wenn die Welle 24 (die den Läufer 26 trägt) in der Wellenaufnahmebasis 83 verankert ist, der Kern 22 um die axiale Polflächen-Aufnahmewand 84 der zweiten Endkappe herum festgelegt und installiert ist und die obere Endkappe 38 über dem Kern 22 und der unteren Endkappe 30 (mit der sich durch die obere Endkappe 28 erstreckenden Welle 24) positioniert ist, sind die internen Merkmale der oberen Endkappe 28 und der unteren Endkappe 30 aufeinander ausgerichtet. Zum Beispiel wirken zwei Polflächenfenster 85A, 85B der unteren Endkappe 30 mit zwei Polflächenfenstern 65A, 65B der oberen Endkappe 28 zusammen, um zusammengesetzte Fenster zu bilden, über welche die beiden Polflächen 32A und 32B orientiert und relativ zur Läuferanordnung 23 gehalten werden können. Der Kern 22 ist z. B. durch Spiel- oder Presspassung zwischen der unteren Endkappe 30 und der oberen Endkappe 28 gehalten. Die Polausrichtungsmerkmale 66 der ersten Endkappe und die Polausrichtungsmerkmale 86 der zweiten Endkappe stimmen dann überein, wie auch die Endanschlagflächen 68 und die Endanschlagflächen 88 der jeweiligen Endkappen 28 und 30 übereinstimmen, und wirken zusammen, um zusammengesetzte Ausrichtungsmerkmale zu bilden, die übereinstimmend wirken, um ihren Zweck zu erfüllen, unter anderem zum Beispiel den Zweck der Selbstausrichtung.
Wie zum Beispiel in 13 weiter dargestellt ist, hat die untere Endkappe 30 eine sich axial erstreckende Umfangswand oder ein Gehäuse 100, die oder das einen Raum oder ein Volumen für die Einhausung des Kerns definiert. In der Nähe ihres Übergangs zur Abdeckwand 80 der zweiten Endkappe hat die sich axial erstreckende Umfangswand 100 zwei Magnetbefestigungsflansche 104, die in einem Winkel von 180 Grad um die Achse 25 positioniert sind. Die Magnetbefestigungsflansche 104 haben jeweils Magnetbefestigungsöffnungen 106, über welche Befestigungselemente 108 oder dergleichen den Drehmagnet 20 an einer umliegenden Halterung oder Anwendungskonstruktion festlegen können. In der Nähe ihres oberen oder distalen Endes hat die sich axial erstreckende Umfangswand 100 der unteren Endkappe 30 vier Kappen-Schließflansche 110, die an ihr gebildet sind und durch die sich Kappen-Schließstifte oder andere Befestigungselemente 112 erstrecken können. Die obere Endkappe 28 hat vier komplementäre Kappen-Schließflansche 113, die so positioniert sind, dass sie die Kappen-Schließbefestigungselemente 112 aufnehmen, wenn die obere Endkappe 28 und die untere Endkappe 30 mit der sich durch sie hindurch erstreckenden Welle 24 aufeinander ausgerichtet sind. Die obere Endkappe 28 hat ebenfalls Magnetbefestigungsflansche 114, die jeweils Magnetbefestigungsöffnungen 116 aufweisen, über welche Befestigungselemente 118 oder dergleichen den Drehmagnet 20 an einer umliegenden Halterung oder Anwendungskonstruktion festlegen können.
In einer Beispiel-Ausführungsform umfasst mindestens eine der beiden Endkappen (z. B. die obere Endkappe 28 und die untere Endkappe 30) ein Kunststoffmaterial, und die Öffnung 62, 82 der mindestens einen Endkappe 28, 30 dient jeweils als Kunststofflager für die Welle. Zum Beispiel können die Abdeckwand und die axiale Wand bei einer oder bei beiden Endkappen 28, 30 einstückig aus Kunststoff geformt sein. Diesbezüglich eignet sich jeder Kunststoff, der über einen niedrigen Reibungskoeffizienten verfügt, wie (zum Beispiel) Acetale (sowohl das Homopolymer als auch das Copolymer) der Marke Delrin^®, Celon^®, Ultraform^®, Duracon^® etc.
In einer weiteren Beispielausführungsform, die bezüglich der oberen Endkappe 28(19) in 19 gezeigt ist, können die obere Endkappe oder die untere Endkappe oder beide an der Stelle der jeweiligen Öffnung eine Rille oder andere Mittel zur Aufnahme von Kugellagern 120 zum Stützen der Welle aufweisen. Mit anderen Worten: die einstückigen Kunststofflager in beiden Endkappen sind durch Kugellager zum Stützen der Welle ersetzt. Diese Anpassung kann ohne Weiteres erfolgen, indem in den Kunststoff oder in die als Druckgussteil hergestellte Endkappe, die das Lager aufnimmt, eine Lagertasche eingeformt wird, wie in 19 gezeigt. Die Lagertasche spaltet nicht die in die Endkappe eingeformten entscheidenden Merkmale für die Positionierung des Kerns.
19 zeigt auch, dass die komplementären Kappen-Schließflansche 113 in anderen Ausführungsformen in anderer Anzahl und an anderer Stelle vorgesehen sein können. In einer Beispiel-Ausführungsform können die Befestigungselemente durch Hohlniete oder Ösen eingeführt werden, die an Flanschen oder anderswo an dem Magnet vorgesehen sind, um den Magnet an einer Haupt- oder Anwendungsvorrichtung zu montieren.
In einer noch weiteren Beispielausführungsform, die in 20 und 20A dargestellt ist – in 20D bezüglich der oberen Endkappe 28(20) – kann die Abdeckwand (durch die Abdeckwand 60(20) in 20 dargestellt) der oberen Endkappe oder der unteren Endkappe oder beider Endkappen derart ausgebildet sein, dass diese aus Gründen der Wärmeableitung metallisches Material umfasst. In der Ausführungsform in 20 ist ein Lagereinsatz 122, der vorzugsweise aus Kunststoff besteht, an der Innenfläche 61(20) des Abdeckelements 60(20) befestigt. Der Lagereinsatz 122 dient zur Bereitstellung einer Polflächen-Aufnahmewand 64(20) und einer Stützwand 70(20), ähnlich den vergleichbar nummerierten Elementen anderer Ausführungsformen, und ist an der Innenfläche 61(20) des Abdeckelements 60(20) befestigt. Der Kunststofflagereinsatz 122, der als axiale Polflächen-Aufnahmewand dient, umfasst einen im Wesentlichen hohlzylindrischen Bund 124, dessen innere axiale Wand eine Stützwand 70(20) für die Welle 24 bereitstellt. Die Befestigung des Kunststofflagereinsatzes 122, der als axiale Polflächen-Aufnahmewand 64(20) dient, an der Innenfläche 61(20) kann durch Stifte oder Befestigungselemente 126 erfolgen, die sich von der Innenfläche 61(20) axial erstrecken und sich in komplementäre Nuten in dem Kunststofflagereinsatz 122 einfügen, der als axiale Polflächen-Aufnahmewand dient. 20D zeigt zusätzlich eine Läufer-Ringlagerdruckfläche 72(20), wenn die Endkappe eine obere oder erste Endkappe ist. Wie vorstehend angegeben, befindet sich die Läufer-Ringlagerdruckfläche 72(20) in Kontakt mit der Fläche 73 eines Anschlussendes des Läufers und verhindert, dass sich die Läuferanordnung zu weit in die axiale Richtung bewegt. 20D zeigt eine Federhalter-Druckringfläche 74(20) der Stützwand 70(20). Die Federhalter-Druckringfläche 74(20) befindet sich in Kontakt mit der Unterseite eines Federtellers oder Federhalters 134. Der Federhalter 134 ist auf die Welle 24 aufgepresst. Eine Unterseitenfläche des Federhalters 134 befindet sich in Kontakt mit der Federhalter-Druckringfläche 74(20), sollte dies während des Betriebs notwendig sein. Die Federhalter-Druckringfläche 74(20) verhindert dadurch eine exzessive Bewegung der Wellen/Läufer-Anordnung in die andere Richtung entlang der Drehachse. Die Federhalter-Druckringfläche 74(20) ist in dem Querschnitt von 20D in Form von zwei kleinen ”Dreiecken” dargestellt, die nach unten zeigen.
Metallkomponenten leiten Wärme wirksamer zu deren Befestigungsfläche, die als Wärmesenke dient. Die Nennleistung ist bei Ganzmetall-Drehmagneten höher als die Nennleistung bei Einheiten, die mit Kunststoffendkappen hergestellt sind. Werden höhere Nennleistungen gewünscht, kann die Grundbauform des Magnets wie in 20 ohne Weiteres durch Metall-Endkappen aufgerüstet werden, die die Wärmeübertragung der Einheit zu ihrer Befestigungsfläche drastisch verbessern und dadurch die Nennleistung erhöhen. Eine Metall-Endkappe, die durch ein Druckgussverfahren hergestellt ist, würde zwar die Wärmeübertragung verbessern, doch würde sie eine schlechte Lagerfläche für die Welle bilden. Dieser Nachteil lässt sich ohne Weiteres beseitigen, indem die durch ein Druckgussverfahren hergestellte Endkappe mit dem Lagereinsatz 122 ergänzt wird, der sämtliche vorstehend beschriebenen Merkmale wie Ausrichtung, Lagerung und Endanschlag bietet. Der Lagereinsatz 122 bietet auch Raum für die Aufnahme des Kugellagers, sofern der Kunde eine höhere Leistung und eine längere Lebensdauer der Einheit wünscht.
Eine der beiden Endkappen 28 und 30, vorzugsweise die obere Endkappe 28, hat einen Federanker 130. Der Federanker 130 kann ein Stift oder ein Vorsprung sein, der an einer Außenfläche der Kappen-Abdeckwand 60 gebildet ist, wie in 5 und in 6 dargestellt. Ein erstes Ende einer Torsionsfeder 132 ist konfiguriert für den Eingriff mit dem Federanker 130. Ein Federhalter 134, der zum Beispiel in 17 und 18 gezeigt ist, ist dort an der Welle 24 befestigt, wo die Welle 24 aus der Öffnung 62 der oberen Endkappe 28 vorspringt. Der Federhalter 134 ist auf eine Rändelung an der Welle 24 aufgepresst, so dass sich der Federhalter 134 mit der Welle 24 dreht. Der Federhalter 134 umfasst einen Federhalterkörper 136, um den eine Spirale der Torsionsfeder 132 mindestens einmal herumgeführt ist. Der Federhalter 134 umfasst ferner einen Federhalter-Festlegepunkt 138 zum Halten eines zweiten Endes der Torsionsfeder. Der Federhalterkörper 136 ist mit einer oder mehreren vergrößerten Nasen 140 konfiguriert, um ein Entfernen der Torsionsfeder 132 entlang einer Richtung der Wellenachse 25 zu verhindern, nachdem die Torsionsfeder 132 festgelegt wurde. In der dargestellten Beispiel-Ausführungsform sind drei solche vergrößerte Nasen 140 vorgesehen.
Die Torsionsfeder 132 ist konfiguriert für die Rückstellung der Welle 24 in eine Ausgangsposition, wenn die beiden Magnetpole nicht unter Strom gesetzt sind. Die Torsionsfeder 132 umfasst eine Federspirale, die in einem ersten Ende der Torsionsfeder, das sich mit dem Anker 130 in Eingriff befindet, und in einem zweiten Ende der Torsionsfeder, das durch den Festlegepunkt 138 des Federhalters gehalten wird, endet.
Es werden nunmehr verschiedene Aspekte und Merkmale der vorstehenden Ausführungsform herausgearbeitet und/oder herausgestellt. Ein erster solcher Beispielaspekt betrifft ein Verfahren oder einen Ablauf für die Herstellung des Kerns 22. Typische Drehmagneten mit einem radialen Luftspalt haben einen einstückigen Kern, der aus einem Lamellenpaket oder aus einem massiven Metallstück hergestellt sein kann. Die innere kreisförmige Öffnung des typischen Kerns, in der sich der Läufer dreht, variiert hinsichtlich der Dimension von Kern zu Kern, was durch die Herstellungsverfahren bedingt ist, und kann eine Quelle für Bedenken in Bezug auf sich häufende Toleranzabweichungen sein und aufgrund der Variation des Luftspalts zu Leistungsabweichungen führen. Der zweiteilige Einschubkern 22 der vorliegend beschriebenen Technologie beseitigt diese Probleme und Belange des Standes der Technik durch eine Bildung des Kerns 22 aus zwei zusammenpassenden Halbkernelementen 22A und 22B und Ausrichten der beiden zusammenpasssenden Halbkernelemente 22A und 22B auf die Läuferanordnung 23.
In vorstehender Hinsicht zeigt 21 beispielhaft repräsentative Abläufe oder Schritte gemäß einem Beispielverfahren/Beispielablauf für die Herstellung des Kerns. Vorgang 21-1 umfasst das Einlegen einer Präzisionsdurchmesser-Stiftlehre jeweils zwischen die beiden Polflächen 32A und 32B der beiden Kernhälften 22A, 22B. Vorgang 21-2- umfasst das Aneinanderpressen der beiden Kernhälften (22A, 22B sind im Wesentlichen identische Teile) in einem vorgegebenen Maß/in einer vorgegebenen Richtung, wie das durch ”Einpresskraft”-Pfeile in 9 dargestellt ist. Während die beiden Kernhälften 22A, 22B aneinandergepresst werden, richten sich die Geometrien ihrer Einschubverbindung aufeinander aus (z. B. werden die Federn 42 in die Nuten 40 hineingedrückt). Die Kernhälften werden dann gegen den Durchmesser der Präzisions-Stiftlehre an einen Festanschlag gedrückt. Die Presspassungen der beiden Einschubverbindungen halten die beiden Kernhälften 22A, 22B zusammen. Wenn die Präzisions-Stiftlehre entfernt wird (Vorgang 21-3), hat man eine einzige und perfekt wiederholbare Dimension für den Abstand zwischen den Polflächen 32A, 32B der Kernhälften erzielt. Dieser Vorgang kann für alle Kerne wiederholt werden, wenn diese zusammengesetzt werden, wodurch Probleme hinsichtlich der oben erwähnten Toleranzabweichungen beseitigt werden. Ein weiterer Vorteil dieses Pressvorgangs, der eine Kraft in der Größenordnung von mehreren hundert Pfund erfordert, ist, dass (z. B. infolge der Kraft) Oberflächenunregelmäßigkeiten wie hohe Stellen an den Polflächen jeder Kernhälfte nunmehr ”geglättet” werden, wodurch sich eine sehr einheitliche radiale Geometrie der Polflächen für den Luftspalt (der zwischen der Polfläche und dem Läufer 26 vorhanden sein muss) ergibt, wodurch die Wiederholbarkeit der Ausführung des Magnets verbessert wird.
21A zeigt einen Beispiel-Ablauf des Zusammensetzens eines Drehmagnets einschließlich Kernherstellung, wobei die Beispielabläufe von 21 in Verbindung mit anderen Vorgängen, die an anderer Stelle beschrieben sind, in dem Ablauf enthalten sind. Vorgang 21A-1 umfasst die Durchführung der Vorgänge 21-1 und 21-2 und als solcher das Zusammensetzen der beiden zusammenpassenden Kernhalbelemente 22A, 22B eines Ständers, bis die beiden jeweiligen Polflächen 32A, 32B der beiden zusammenpassenden Kernhalbelemente gegen einen Präzisions-Durchmesserstift, der zwischen den beiden zusammenpassenden Kernhalbelementen positioniert ist, an einen Festanschlag drücken, so dass die beiden zusammenpassenden Kernhalbelemente an dem Festanschlag miteinander verblockt werden. Vorgang 21A-2 umfasst (wie Vorgang 21-3) das Entfernen des Präzisions-Durchmesserstiftes, um einen sich axial erstreckenden Raum bereitzustellen, der einen vorgegebenen Abstand zwischen den beiden jeweiligen Polflächen 32A, 32B vorsieht. Vorgang 21A-3 umfasst das Einpressen der Ständeranordnung (umfassend die beiden zusammenpassenden Kernhalbelemente 22A, 22B) in die obere Endkappe 28. Dabei dienen die Polflächen-Ausrichtungsmerkmale 66A1 und 66A2 der ersten Endkappe zum Ausrichten der der Polfläche 32A in dem Polflächenfenster 65A und die Polflächen-Ausrichtungsmerkmale 66B1 und 66B2 der ersten Endkappe zum Ausrichten und Positionieren der Polfläche 32B in dem Polflächenfenster 65B. Vorgang 21A-4 umfasst das Einsetzen der den Läufer 26 aufweisenden Läuferanordnung 23 in den sich axial erstreckenden Raum zwischen den beiden jeweiligen Polflächen 32A, 32B und durch die Öffnung 62 der ersten Endkappe. Die Welle 24 befindet sich somit in der Stützwand 70 der oberen Endkappe 28 und wird dort an Ort und Stelle gehalten, während weitere Vorgänge durchgeführt werden. In einer Beispiel-Ausführungsform, in der der Federhalter 134 verwendet wird, umfasst Vorgang 21A-5 (in dem Flussdiagramm nicht gezeigt) das Montieren oder Aufpressen des Federhalters 134 auf das obere Ende der Läuferwelle 24, während das obere Ende der Läuferwelle 24 durch die Öffnung 62 der ersten Endkappe hindurch vorspringt. Der Federhalter 134 sorgt, wenn er verwendet wird, für eine genaue und endgültige axiale Positionierung der Läuferanordnung 23. Vorgang 21A-6 (in dem Flussdiagramm nicht angegeben) umfasst das Anbringen der unteren Endkappe 30 an der Ständeranordnung (z. B. an den beiden zusammenpassenden Kernhalbelementen 22A, 22B). Beim Aufsetzen der unteren Endkappe 30 auf die Ständeranordnung dienen die Polflächen-Ausrichtungsmerkmale 86A1 und 86A2 der unteren Endkappe zum Ausrichten der Polfläche 32A in dem Polflächenfenster 85A. Die Polflächen-Ausrichtungsmerkmale 86B1 und 86B2 dienen zum Ausrichten und Positionieren der Polfläche 32B in dem Polflächenfenster 85B. An diesem Punkt sind die beiden zusammenpassenden Kernhalbelemente 22A, 22B und mindestens ein Teil des Läufers zwischen den einander gegenüberliegenden Endkappen 20, 30 genau axial positioniert, wobei das untere Ende der Läuferanordnung 23 in der Wellenaufnahmebasis 83 positioniert und in dem sich axial erstreckenden Raum zwischen den beiden zusammenpassenden Kernhalbelementen 22A, 22B drehbar ist. Mit den Polflächen-Ausrichtungsmerkmalen, die an den beiden einander gegenüberliegenden Endkappen vorgesehen sind, sie die beiden Polflächen derart aufeinander ausgerichtet, dass die beiden Polflächen 32A, 32B in einer vorgegebenen Position relativ zu dem Läufer 26 gehalten werden.
Ein zweiter Beispielaspekt der vorliegend beschriebenen Technologie betrifft bestimmte Merkmale der vorliegend beschriebenen Magnet-Endkappen. Bei sämtlichen Drehmagneten müssen die Magnetkomponenten, durch welche die Welle an jedem Ende des Magnets austritt, die Wellen-Läufer-Anordnung mit den Polflächen des Kerns konzentrisch halten, ungeachtet der Anzahl von Polen. Obwohl die bevorzugten Kern-Merkmale für die Positionierung der Endkappen die Pole des Kerns oder die Polflächen sind, sind diese Merkmale wegen des Spulenkörpers und der Wicklungen auf den Spulen normalerweise nicht zugänglich. Deshalb wählen aktuelle Bauformen andere Kern-Merkmale, zum Beispiel die äußere Geometrie des Kerns, oder Positionierungsmerkmale, mit denen der Kern speziell ergänzt wird, um beide Endkappen und damit die Wellen-Läufer-Anordnung in dem Kern zu positionieren. Die Toleranzabweichungen von den Merkmalen und Komponenten sind größer als erwünscht und führen zu einem Luftspalt, der größer als erwünscht ist, um die Toleranzabweichungen zu kompensieren. Diese Zustände führen zu einer verringerten Leistung und ebenso zu Leistungsschwankungen, wenn der Luftspalt mit jeder Bauart variiert. Die Toleranzabweichungen verschärfen sich, wenn in jeder Metallendkappe Taschen eingearbeitet und Lager in diese Taschen eingepresst sind, um die Lebensdauer zu verlängern.
Die Ausgestaltung der Endkappe gemäß der vorliegend beschriebenen Technologie löst viele der eben beschriebenen Probleme und schafft zusätzliche Vorteile. Die Endkappen der vorliegend beschriebenen Technologie umfassen Merkmale, die in jede Endkappe eingeformt sind, um die Toleranzabweichungen drastisch zu verringern, indem der Kern direkt an seinen Polflächen aufgefunden wird und nicht an Merkmalen des Kerns, die nicht entscheidend sind. Da diese Merkmale in der Endkappe gleichzeitig mit dem Herstellen der Durchgangsöffnung oder Öffnung in der Endkappe, z. B. die Öffnung, an der die Welle aus der Einheit austritt, geformt werden, sind alle diese Merkmale an derselben Mittelline geformt, wodurch es möglich ist, den Läufer konzentrisch zur Polflächenöffnung anzuordnen, die zu einem früheren Zeitpunkt mit der vorgegebenen Präzisions-Stiftlehre festgelegt wurde. Die eben erwähnten Auffindungsmerkmale umfassen zum Beispiel die Polflächen-Ausrichtungsmerkmale 66 der oberen Endkappe 28 und die Polflächen-Ausrichtungsmerkmale 86 der unteren Endkappe 30.
Das Formen der Endkappen 28 und 30 aus Kunststoff wie Delrin oder einem anderen Material mit einem niedrigen Reibungskoeffizienten ermöglicht, dass die jeweiligen Öffnungen oder Austrittsöffnungen 62, 82 eine radiale Lagerstütze für die Welle 24 bilden, wodurch die Notwendigkeit separater Lagerkomponenten an jedem Ende der Einheit entfällt.
Die Läuferdruckfläche 72 und die Endanschläge 68 können auch in die erste Endkappe 28 eingeformt sein, und Endanschläge 88 können in die zweite Endkappe 30 eingeformt sein. Dadurch erfüllt jede Endkappenkomponente die folgenden Aufgaben: sie sichert und positioniert den Kern 22; sie positioniert den Läufer 26 konzentrisch in dem Kern 22; sie stellt radiale und (im Fall der ersten Endkappe) Druckflächen für die Läuferanordnung 23 bereit; und sie schafft für den Läufer 26 einen individuell angepassten Satz von Endanschlagflächen in beiden Bewegungsrichtungen.
Typische Drehmagnete haben Befestigungsstifte, die in ein Ende der Einheit hineingedrückt sind, oder Gewindeöffnungen für die Aufnahme von Befestigungselementen. In einigen Fällen finden sich Gewindeöffnungen an beiden Endkappen, vorausgesetzt, sie behindern nicht die extern angeordnete Rückstellfeder und deren Halter oder werden für die Positionierung und Befestigung von externen Endanschlägen verwendet. All diese Vorgehensweisen erfordern Metall-Endkappen, die in einigen Fällen auch als elektromagnetischer Flussweg dienen können. Ebenso erfordern diese Vorgehensweisen nachgeschaltete Aktionen wie das Bohren, Schneiden und/oder Pressen von Merkmalen, deren Kosten zu den Gesamtkosten der Einheit hinzukommen. Wenn das Montageschema auf eine Seite des Magnets beschränkt ist, erfordert die Drehung der Welle in beiden Richtungen (mit und gegen den Uhrzeigersinn) häufig zwei separate Spulenkörper mit internen Endanschlagmerkmalen an unterschiedlichen Positionen, wodurch zusätzliche Kosten entstehen und die Verwendung einer zweiten Teilebezeichnung erforderlich wird, die im angeschalteten Zustand die Drehrichtung identifiziert.
Das in den 15 und 16 dargestellte Montageschema demonstriert die Flexibilität, die es erlaubt, mit einer endgültigen Anordnung (und Teilebezeichnung) sowohl eine Drehung in Uhrzeigerrichtung als auch in Gegenuhrzeigerrichtung zu erhalten, indem das Teil lediglich umgedreht wird. Durch diese Vorgehensweise erübrigen sich sämtliche nachgeschalteten Aktionen wie das Bohren, Schneiden und/oder Pressen von zusätzlichen Merkmalen an den Endkappen. Da keine der Endkappen Teil des elektromagnetischen Flussweges ist und da die Endkappen entweder aus Kunststoff oder aus Gussmetall hergestellt sind, können in dem Werkzeug für jede Endkappe in unbegrenzter Zahl Modelle für Befestigungsflansche integriert sein.
Ein weiterer vorteilhafter Aspekt der vorliegend beschriebenen Technologie betrifft die Konstruktion und Funktion der Rückholfeder. Bei typischen Drehmagneten wird eine Drehfeder verwendet, um mechanisch das Drehmoment aufzubringen, das die Wellen-Läufer-Anordnung in ihre ”Ausgangs”-Position zurückbringt, wenn die Einheit abgeschaltet wird. In der typischen Weise wird ein Ende der Drehfeder durch ein Merkmal gehalten, das an der Welle gefräst wurde, während das andere Ende selektiv an einer von zahlreichen Arretierungen an einem Metall-Federhalter, der an der Endkappe verankert ist, positioniert ist. Zum Einstellen der Feder muss eine Bedienungsperson die Feder mit einer geeigneten Anzahl von Umdrehungen ”aufziehen”, die Feder an einer Raste an dem Halter festlegen und anschließend den Drehmomentwert der Feder testen, um sicherzustellen, dass die Einstellung korrekt ist. Ist die Federeinstellung nicht korrekt, muss die Feder aus der Raste an dem Halter gelöst, auf die richtige Raste eingestellt und erneut getestet werden. Dieser langwierige und verwickelte Vorgang erfordert zusätzliche Arbeitszeit und auch teure Komponenten sowohl für die Drehfeder als auch für den Federhalter des Magnets.
Die vorliegend beschriebene Technologie stellt zum Beispiel den Federhalter 134 besonders heraus. Der Federhalter 134 ist aus Kunststoff geformt und einfach auf eine Rändelung an der Feder 24 aufgepresst, wodurch die Stückkosten sowohl der Welle 24 als auch des Federhalters 134 reduziert werden. Der Kunststoff-Federhalter 134 hat ein einziges Merkmal 138 für die Festlegung der Feder 138, wodurch sich das Festlegen, Testen und erneute Festlegen nach derzeitiger Praxis bei Drehfedern erübrigt. Auch die Wicklung der Standard-Torsionsfeder 132 gemäß vorliegend beschriebener Technologie erfordert weniger als eine komplette Drehung, wodurch nicht nur die Montagezeit verkürzt wird, sondern auch eine einfachere Anbringung der Feder 132 an dem Federhalter 134 ermöglicht wird. Wenngleich die Feder 132 während der Montage zunächst über drei Nasen 140 platziert wurde, verkleinert sich der Innendurchmesser, sobald die Feder 132 gewickelt und festgelegt ist, so dass sich die Feder nicht mehr von dem Federhalter 134 lösen kann. Das heißt, die Feder 132 wird nicht nur an Ort und Stelle gehalten, sondern wird auch so festgehalten, dass sie sich niemals von dem Federhalter 134 lösen kann, nachdem sie einmal festgelegt wurde.
Die Läuferanordnung 23 des Basis-Drehmagnets 20 dreht sich einem Bewegungsbereich von 45 Grad. Es gibt Anwendungen, die ein Einrasten in einem von zwei Zustanden erfordern. Konstrukteure von Drehmagneten haben sich mit dieser Anforderung befasst und ein Schema festgelegt für die Befestigung eines Magnets an eine Welle, wobei der Magnet der ”Läufer” ist. In einigen Fällen wird die Welle mit dem Magneten umspritzt, während in anderen Fällen eine komplexe Behelfslösung mit verschiedenen Komponenten und Klebstoffen angewendet wird. 22 zeigt dagegen eine sehr einfache und kostengünstige Lösung für die Befestigung eines Magnetläufers 26(22) an einer Welle 22. In einer Ausführungsform mit bistabiler magnetischer Verriegelung, wie jene in 22, dreht sich die Läuferanordnung 23(22) in einem Bewegungsbereich von 90 Grad.
Die Läuferanordnung 23(22) von 22 umfasst eine Welle 24; einen Magnetläufer 26(22), der von der Welle 24 getragen wird (z. B. an der Welle montiert ist); und einen Magnetläufer-Halter 50. Der Magnetläufer 26(22) ist konfiguriert für die Aufnahme zwischen zwei Polflächen 32A und 32B. Der Magnetläufer 26(22) hat zwei vergrößerte Bereiche oder Flügel 52(22), die relativ zueinander in einem Winkel von 180 Grad orientiert sind. Endflächen 54(22) der Flügel 52 haben ebenso wie die beiden Polflächen 32A und 32B eine im Wesentlichen halbzylindrische Konfiguration. Die Welle 24 hat Segmente mit unterschiedlichem Durchmesser. Das untere Ende der Welle 24 enthält das Segment 24A mit dem Nenndurchmesser der Welle. Bei Position 24B an der Welle 24, an der der Magnetläufer 26(22) montiert werden muss, ist der Durchmesser stufenförmig verringert und bildet das Segment 24C, an dem der Magnet befestigt ist. Die Welle 24 hat noch weitere Abschnitte mit fortschreitend reduziertem Durchmesser, wie zum Beispiel die Segmente 24D und 24E, die in 22 dargestellt sind.
Der Magnetläufer 26(22) hat eine zentrale Läuferöffnung 56(22), die sich in Richtung der Achse 25 erstreckt und derart bemessen ist, dass sie auf das Segment 24C, an dem der Magnet befestigt ist, aufgepasst werden kann, jedoch einen Durchmesser hat, der kleiner als der des Segments 24A mit dem Nenndurchmesser der Welle ist, so dass der Magnetläufer 26(22) an der gestuften Position 24B liegt oder sitzt. Der Magnetläufer-Halter 50 ist normalerweise kreis- oder scheibenförmig, hat jedoch eine Läufer-Aufnahmenut 58, die in seiner Unterseite eingeschnitten oder anderweitig gebildet ist. Der Magnetläufer-Halter 50 hat eine zentrale Öffnung, die an einer gestuften Position 24D auf die Läuferwelle 24 aufgepresst ist. Die Läufer-Aufnahmenut 58 ist durch gurtähnliche Halteschultern 59 definiert, die von der Unterseite des 50 herabhängen. Die Läufer-Aufnahmenut 58 ist derart bemessen und konfiguriert, dass sie über einen oberen Bereich des Magnetläufers 26(22) passt, wobei die gurtähnlichen Halteschultern 59 konfiguriert sind für das Halten des Magnetläufers 26(22) an der Welle 22 derart, dass sich der Magnetläufer 26(22) in Übereinstimmung mit der Drehung der Welle 24 um die Achse 25 dreht.
Wie sich aus vorstehender Beschreibung ergibt, umfasst die Läuferwelle 24 in einer Beispiel-Implementierung mindestens einen gestuften Bereich (z. B. 24B). Der Magnetläufer 26(22) hat eine Durchgangsöffnung oder Öffnung 56(22), die konfiguriert ist für die Aufnahme der Welle 24 derart, dass der Magnetläufer 25(22) an dem gestuften Bereich 24B der Welle anliegt. Der Läufer-Halter 50 ist derart konfiguriert, dass er die Welle 24 in einem Presssitz umschließt und verhindert, dass der Magnetläufer 26(22) sich relativ zur Welle 24 in einem Winkel bewegt, um zum Beispiel sicherzustellen, dass die Drehung des Magnetläufers 26(22) in einem Winkel um die Achse 25 mit der Welle 24 stattfindet.
Der Magnetläufer 26(22) wird über die Durchgangsöffnung 56(22) auf die Welle 24 aufgeschoben, bis er an einer Stufe 24B in der Welle 24 anliegt. Der Magnet-Halter 50 wird dann auf eine Rändelung an der Welle 24 aufgepresst und auf diese Weise an einer Drehung gehindert. Wenn die beiden ebenen Flächen der Halteschultern 59 des Magnet-Halters 50 an den beiden Abflachungen (z. B. ebenen Flächen) an dem Magnetläufer 26(22) zur Anlage kommen, dreht sich der Magnetläufer 26(22) nunmehr in Verbindung mit der Wellendrehung. 22 zeigt den Ablauf des Zusammenbaus, der schnell und effizient ist, da Kleber, komplizierte Komponenten und teure Umspritzwerkzeuge entfallen.
Eine Aufgabe, die bei einem Magnet mit einer magnetischen Verriegelung an zwei Position zu bewältigen ist, ist die hohe Stoßbelastung der Einheit bei Bewegungsende. In manchen Situationen können die internen Kunststoff-Anschläge in den beiden Endkappen, die vorstehend beschrieben wurden, ersetzt werden, damit den Stoßkräften bei Bewegungsende besser standgehalten werden kann. Dementsprechend kann die Einheit ”extern” mit einem zusätzlichen Endanschlagmechanismus ausgestattet sein. Manche Konstrukteure von Drehmagneten bewerkstelligen diese Aufgabe, indem sie die Drehwelle zusätzlich mit einem Drehmerkmal und die Endkappe mit einer Metallkomponente versehen, die die Bewegung auf den vorgegebenen Winkel einschränkt. Einige sehen sogar Puffer vor, um die Aufpralllast abzuschwächen. Durch die Metallkomponente und die damit verbundenen Befestigungselemente erhöhen sich die Kosten des Magnets und auch die Zeit für dessen Zusammenbau.
23 zeigt einen Drehmagnet, bei dem die Welle 24 über mindestens eine der Endkappen (z. B. die obere Endkappe 28 und/oder die untere Endkappe 30) hervorsteht und ein Anschlagelement 150 trägt, das sich in Verbindung mit dem Läufer 26 dreht. Eine Außenkappe oder Verstärkungs-Endkappe 152 ist vorgesehen und überragt eine der darunterliegenden Endkappen. Die Verstärkungs-Endkappe 152 definiert eine oder mehrere Anschlagflächen 154 für das Anschlagelement 150, wobei in 23 zum Beispiel vier solche verstärkenden Anschlagflächen 154 dargestellt sind.
Solchermaßen zeigt 23 eine kostengünstige Vorgehensweise, da die Endanschläge 154 als Teil einer aus Kunststoff geformten Außenkappe integriert sind. Die sich drehende Komponente ist in ihrer Art diametral und ermöglicht, dass die Verstärkungs-Anschlagflächen 154 Anpralllasten bei Bewegungsende dämpfen, wobei jede Anschlagfläche 154 die halbe Anpralllast dämpft. Die Außenkappe 152 erfordert unter Umständen keine zusätzlichen Befestigungselemente, da sich durch den vorliegenden Ablauf, der die gesamte Einheit zusammenhält, an dem Magnet befestigt werden kann. Der gesamte Anschlagmechanismus kann unter der Kunststoff-Außenabdeckung 152 liegen. Dies verhindert auch, dass sich Schmutzpartikel in dem Bereich des Magnets ansammeln, und dient als Sicherheitsabdeckung, dass während des Betriebs des Magneten ein Finger in diesen Bereich gerät und eingeklemmt wird.
Werden verschiedene Merkmale der vorliegend beschriebenen Technologie kombiniert, ist das Ergebnis ein sehr kostengünstiger Drehmagnet in der reinen Bauform, das heißt, es gibt keine Vorgänge, die speziell auf die jeweilige Einheit zugeschnitten sind, mit dem Ergebnis, dass die Komponenten zusammenpassen, wie sie sind. Sollte eine Anwendung eine längere Lebensdauer oder eine höhere Leistung erfordern, ist es ohne Weiteres möglich, in Anpassung an diese Anwendung Merkmale zu integrieren. Die Grundbauform eignet sich für eine Umgestaltung in einen Zweipositions-Magnet mit magnetischer Verriegelung, sollte eine Anwendung dies rechtfertigen.
Die vorliegend offenbarte Technologie beschreibt auch, wie die Grundbauform modifiziert/aufgerüstet werden kann, so dass diese bessere Lagersysteme und andere Materialien aufweist, um die Lebensdauer der Grundbauform und ihre Nennleistung zu verbessern. Der Basis-Drehmagnet kann auch konvertiert werden in einen Zweipositions-Magnet mit magnetischer Verriegelung und bidirektionaler Drehung.
Die vorliegend offenbarte Technologie bietet zum Beispiel unter anderem die folgenden Vorteile und folgenden Nutzen:

– Kernpolflächen 32A, 32B, die durch den Spulenkörper hindurch vorspringen und in Einrichtungen angeordnet sind, die den Innendurchmesser solcher Polflächen auf die Öffnung(en) 62, 82 in der(den) Endkappe(n) 28, 30 ausrichten, durch welche die Welle 24 hindurch ragt, d. h. eine Selbstausrichtung der Polflächen 32A, 32B auf den Außendurchmesser des Läufers 26;
– Magnetgehäuse (oder Endkappen etc.), die in der typischen Weise aus Metall hergestellt sind, um die Leitung des Magnetflusses zu unterstützen, damit die Einheit arbeitet. Daher ist dort, wo die Welle aus dem Gehäuse ragt, ein separates Lager erforderlich, um die Lebensdauer der Einheit zu verlängern. Bei einer Ausgestaltung mit einer Kunststoff-Endkappe (obere Endkappe 28 und untere Endkappe 30), die den Magnetfluss nicht leitet (da der Magnetfluss auf den Kern beschränkt ist), wie in der vorliegend offenbarten Technologie beschrieben, kann ein Kunststofflager in die Endkappe eingeformt sein, so dass ein Bauteil eingespart wird. (Wie vorliegend gezeigt, können Einheiten mit einer höheren Lebensdauer erzielt werden, indem ein radiales Kugellager in die Endkappe eingesetzt wird, was jedoch ein standardmäßiges Vorgehen ist);
– Der Kunststoff-Federhalter oder Federhalter 134 ist inhärent geeignet zum Sichern (sowie Halten) der Feder 132. Die Feder 132 passt ohne Weiteres über die Nasen 140 des Federhalters, doch sobald die Feder 132 durch das Aufziehen der Feder 132 auf ihren festgelegten Lastpunkt eingestellt ist, ist der Durchmesser der Feder 132 kleiner als der Außendurchmesser der Feder-Haltenasen 140, so dass sich die Feder während der Lebensdauer des Produkts niemals lösen würde;
– Um Magnete an Wellen zu halten, ist der Magnet in der typischen Weise mit Kunststoff umspritzt oder wird durch Klebestoff an Ort und Stelle gehalten, da das Aufpressen eines Magnets auf eine Welle dazu führen würde, dass der Magnet aufbricht. Als ein Aspekt der vorliegend beschriebenen Technologie ist der Magnetläufer 26(22) an einer Stufe an der Welle 24 gesichert, wofür ein eingepresster Magnethalter 50 aus Kunststoff verwendet wird;
– Die Einschubverbindung in der Art von Nut und Feder jeder Kernhälfte, kombiniert mit einem Maß einer Einpresskraft, das durch eine entfernbare Präzisions-Stiftlehre festgelegt wird, beseitigt das Problem von sich häufenden Toleranzabweichungen bezüglich der Dimensionen. Wenn die Polflächen in den Positionierungseinrichtungen aus Kunststoff sitzen, sorgt dies für eine automatische Ausrichtung auf die Lager-Durchgangsöffnung.

Wenngleich die vorstehende Beschreibung viele spezifische Aspekte enthält, sind diese nicht als Einschränkung des Geltungsbereichs der vorliegend offenbarten Technologie gedacht, sondern dienen lediglich dem Zweck der Darstellung von bevorzugten Ausführungsformen der vorliegend offenbarten Technologie. Aus diesem Grund wird der Schutzumfang der vorliegend offenbarten Technologie durch die anliegenden Ansprüche und deren Äquivalente definiert. Es versteht sich, dass innerhalb des Geltungsbereichs der vorliegend offenbarten Technologie weitere Ausführungsformen erfasst sind, die sich dem Fachmann gegebenenfalls erschließen, weshalb der Geltungsbereich der vorliegend offenbarten Technologie alleine durch die anliegenden Ansprüche eingeschränkt ist, in denen die Bezugnahme auf ein Element im Singular, sofern nicht ausdrücklich so erwähnt, nicht ”ein und nur ein” Element bedeutet, sondern vielmehr ”ein oder mehrere” Elemente. Auf sämtliche konstruktiven, chemischen und funktionsmäßigen Äquivalente zu den Elementen der vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsform, die dem Durchschnittsfachmann bekannt sind, wird hiermit ausdrücklich verwiesen, wobei diese Äquivalente durch die vorliegenden Ansprüche erfasst sind. Darüber hinaus ist es nicht notwendig, dass eine Vorrichtung oder ein Verfahren jedes einzelne Problem anspricht, das durch die vorliegend offenbarte Technologie gelöst werden soll, damit dieses durch die vorliegenden Ansprüche erfasst ist. Ferner ist kein Element, keine Komponente und kein Verfahrensschritt in der vorliegenden Offenbarung für die Öffentlichkeit bestimmt, ungeachtet dessen, ob das Element, die Komponente oder der Verfahrensschritt in den Ansprüchen ausdrücklich genannt ist.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Drehmagnets, umfassend: das Zusammenfügen von zwei zusammenpassenden Kernhalbelementen eines Ständers, bis zwei jeweilige Polflächen der beiden zusammenpassenden Kernhalbelemente gegen einen Präzisions-Durchmesserstift, der zwischen den beiden zusammenpassenden Kernhalbelementen positioniert ist, an einen Festanschlag drücken und die beiden zusammenpassenden Kernhalbelemente an dem Festanschlag miteinander verblockt werden; das Entfernen des Präzisions-Durchmesserstiftes, um einen sich axial erstreckenden Raum bereitzustellen, der einen vorgegebenen Abstand zwischen den beiden betreffenden Polflächen aufweist; das Einsetzen eines Läufers in den sich axial erstreckenden Raum; das Einpassen der beiden zusammenpassenden Kernhalbelemente und des Läufers zwischen den einander gegenüberliegenden Endkappen.
Drehmagnet, umfassend: einen Kern mit zwei Elektromagnetpolen, die in betreffenden Polflächen enden; eine Welle; einen Läufer, der an der Welle montiert ist; zwei Endkappen, die an dem Kern montiert sind und durch die sich die Welle erstreckt, für eine Drehbewegung relativ zu den Polflächen entsprechend der Versorgung der beiden elektromagnetischen Pole mit Strom, wobei mindestens eine der Endkappen umfasst: ein Abdeckelement mit einer Öffnung, durch die sich die Welle erstreckt; eine axiale Wand, die sich von dem Abdeckelement in Richtung einer Wellenachse erstreckt und die konfiguriert ist für die Bereitstellung eines Merkmals, das die beiden Polflächen auf die Öffnung in dem Abdeckelement ausrichtet, für eine Selbstausrichtung der beiden Polflächen auf einen Außendurchmesser des Läufers.
Drehmagnet, umfassend: einen Kern mit zwei Elektromagnetpolen, die in zwei betreffenden Polflächen enden; eine Welle, die eine Wellenachse definiert; einen Läufer, der an der Welle montiert ist; zwei Endkappen, die an dem Kern montiert sind und durch die sich die Welle erstreckt, für eine Drehbewegung relativ zu den Polflächen entsprechend der Versorgung der beiden elektromagnetischen Pole mit Strom, wobei mindestens eine der Endkappen umfasst: ein Abdeckelement mit einer Öffnung, durch die sich die Welle erstreckt; eine axiale Wand, die sich von dem Abdeckelement in Richtung einer Wellenachse erstreckt und die derart konfiguriert ist, dass sie eine Endanschlagfläche für den Läufer bereitstellt.
Drehmagnet nach Anspruch 3, wobei die axiale Wand zwei Endanschlagflächen für den Läufer bereitstellt.
Drehmagnet nach Anspruch 3, wobei die axiale Wand ferner konfiguriert ist für die Bereitstellung einer Lagerfläche für die Welle.
Drehmagnet nach Anspruch 2 oder 3, wobei die beiden Endkappen eine erste Endkappe und eine zweite Endkappe umfassen; wobei die erste Endkappe umfasst: ein Abdeckelement der ersten Endkappe mit einer Öffnung, der ersten Endkappe durch welche sich die Welle erstreckt; eine axiale Wand der ersten Endkappe, die sich von dem Abdeckelement der ersten Endkappe in Richtung der Wellenachse erstreckt und die seitens der ersten Endkappe ein Merkmal aufweist, das die beiden Polflächen auf die Öffnung in dem Abdeckelement der ersten Endkappe ausrichtet, für eine Selbstausrichtung der beiden Polflächen auf den Außendurchmesser des Läufers; eine erste Endanschlagfläche für den Läufer und eine erste Lagerfläche für die Welle; wobei die zweite Endkappe umfasst: ein Abdeckelement der zweiten Endkappe mit einer Öffnung, der zweiten Endkappe durch die sich die Welle erstreckt; eine axiale Wand der zweiten Endkappe, die sich von dem Abdeckelement der zweiten Endkappe in Richtung der Wellenachse erstreckt und die seitens der zweiten Endkappe ein Merkmal aufweist, das die beiden Polflächen auf die Öffnung in dem Abdeckelement der zweiten Endkappe ausrichtet, für eine Selbstausrichtung der beiden Polflächen auf den Außendurchmesser des Läufers; eine zweite Endanschlagfläche für den Läufer und eine zweite Lagerfläche für die Welle.
Drehmagnet nach Anspruch 6, wobei das Merkmal der ersten Endkappe, das die beiden Polflächen auf die Öffnung in dem Abdeckelement der ersten Endkappe ausrichtet, und das Merkmal der zweiten Endkappe, das die beiden Polflächen auf die Öffnung in dem Abdeckelement der zweiten Endkappe ausrichtet, Fenster bilden, in denen zumindest Teile der beiden Polflächen angeordnet sind und durch die zumindest Teile der beiden Polflächen zu dem Läufer freiliegen.
Drehmagnet nach Anspruch 2 oder 3, wobei zumindest eine der beiden Endkappen ein Kunststoffmaterial umfasst und wobei die Öffnung der zumindest einen Endkappe als Kunststofflager für die Welle dient.
Drehmagnet nach Anspruch 2 oder 3, wobei zumindest eine der Endkappen eine Rille aufweist, die für die Aufnahme von Kugellagern zum Stützen der Welle gebildet ist.
Drehmagnet nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Abdeckelement und die Wand von zumindest einer der beiden Endkappen einstückig aus Kunststoff hergestellt sind.
Drehmagnet nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Abdeckelement von zumindest einer der beiden Endkappen metallisch ist und die Wand der mindestens einen Kappe ein Wandeinsatzelement aus Kunststoff umfasst, das an einer Innenfläche des Abdeckelements befestigt ist, wobei der Wandeinsatz aus Kunststoff eine zweite Öffnung aufweist, die eine Lagerfläche für die Welle und Druckringflächen für den Läufer bereitstellt.
Drehmagnet, umfassend: einen Kern mit zwei Elektromagnetpolen, die in zwei betreffenden Polflächen enden; eine Welle mit einem Anschlagelement; einen Läufer, der an der Welle montiert ist; zwei Endkappen, die an dem Kern montiert sind und durch die sich die Welle erstreckt, für eine Drehbewegung relativ zu den Polflächen entsprechend der Versorgung der beiden elektromagnetischen Pole mit Strom, wobei mindestens eine der Endkappen umfasst: ein Abdeckelement mit einer Öffnung, durch die sich die Welle erstreckt, wobei sich die Welle mit dem Anschlagelement durch die Öffnung erstreckt; und eine Verstärkungs-Endkappe, die derart vorgesehen ist, dass sie die mindestens eine Endkappe überragt und eine Verstärkungskappen-Endanschlagfläche für das Anschlagelement definiert.
Drehmagnet, umfassend: einen Kern mit zwei Elektromagnetpolen, die in zwei jeweiligen Polflächen enden; eine Welle; einen an der Welle montierten Läufer; zwei Endkappen, die an dem Kern montiert sind und durch die sich die Welle erstreckt, für eine Drehbewegung relativ zu den Polflächen entsprechend der Versorgung der beiden elektromagnetischen Pole mit Strom, wobei eine der beiden Endkappen einer Ankermerkmal aufweist; eine Torsionsfeder, die konfiguriert ist für die Rückstellung der Welle in eine Ausgangsposition, wenn die beiden Magnetpole nicht unter Strom gesetzt sind, wobei die Torsionsfeder eine Spirale umfasst, die in einem ersten Ende der Torsionsfeder und einem zweiten Ende der Torsionsfeder endet, wobei das erste Ende der Torsionsfeder konfiguriert ist für den Eingriff mit dem Ankermerkmal; einen Federhalter, der an der Welle befestigt ist und der einen Halterkörper hat, um den die Spirale der Torsionsfeder mindestens einmal herumgewunden ist, wobei der Federhalter ferner einen Festlegepunkt zum Halten des zweiten Endes der Torsionsfeder aufweist, wobei der Federhalterkörper mit mindestens einer vergrößerten Nase konfiguriert ist, um nach dem Festlegen der Torsionsfeder ein Entfernen der Torsionsfeder entlang einer Richtung der Wellenachse zu verhindern.
Drehmagnet, umfassend: einen Kern mit zwei Elektromagnetpolen, die in zwei Polflächen enden; eine Läuferanordnung, umfassend: eine Welle; einen Magnetläufer, der von der Welle getragen wird und konfiguriert ist für die Aufnahme zwischen zwei Polflächen; einen Halter, der konfiguriert ist für das Halten des Magnets an der Welle; zwei Endkappen, die an dem Kern montiert sind und durch die sich die Welle erstreckt, für eine Drehbewegung relativ zu den beiden Polflächen entsprechend der Versorgung der beiden elektromagnetischen Pole mit Strom.
Drehmagnet nach Anspruch 14, wobei: die Welle einen gestuften Bereich aufweist; der Magnetläufer eine Durchgangsöffnung hat, die konfiguriert ist für die Aufnahme der Welle derart, dass der Magnet an dem gestuften Bereich anliegt; und der Magnethalter derart konfiguriert ist, dass er auf die Welle aufgepasst ist, um den Magnet an einer Bewegung in einem Winkel relativ zur Welle zu hindern.