DE1663071B1 - Elektrischer Stellmotor - Google Patents

Description

• Die- Erfindung betrifft einen Elektromotor mit durch elektromagnetische Kräfte aus der Ruhelage verdrehbarem Anker, der vom Erregerfluß längs durchflossen ist, und mit an den vorspringenden Polen des Ständers und des Ankers in den zueinander weisenden Polflächen ausaebildeten Schlitzen. Solche Motoren werden als Schwingankermotoren oder als Stellmotoren z. B. zur Steuerung von Ventilen in hydraulischen oder pneumatischen Anlagen verwendet, wobei deren bekannter Vorteil ausgenutzt wird, daß man mit großer Genauigkeit sehr kleine Verdrehungen des Rotors gegenüber dem Stator erzeugen kann. üblicherweise vermögen solche Stellmotoren steuerbare Ausschläge bis zu etwa 15' in beiden Richtungen auszuführen.
• Bei Stellmotoren kommt es darauf an, daß sie im Bereich der Ruhestellung eine möglichst kleine Totzone haben. Weiterhin will man eine Stellhäufigkeit von mehr als 20 je Sekunde erreichen, ohne eine erhebliche Dämpfung in Kauf nehmen zu müssen.
• Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde,-die Ruhelage (Nullpunkt) des Ankers möglichst genau zu fixieren und die Stellhäufigkeit zu erhöhen.
• Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß zur Verwendung als Stellmotor der Weicheisenständer im Bereich jedes Luftspaltes einen Dauermagneten zur Erzeugung der Rückstellkraft aufweist und daß jeder Ständerpol zwischen Dauermagnet und Polfläche in Achsrichtung durch ein nichtmagnetisches Element derart unterteilt ist, daß der Dauerinagnetfluß sich beidseits des nichtmagnetischen Elementes über den Ankerpol schließt.
• Im Falle eines bekannten Schwinganker-Motors dienen längs verlaufende Schlitze an den Stellen der magnetischen Kopplung mit dem Statorjoch dazu, das Drehmoment des Schwinganker-Motors zu erhöhen (französische Patentschrift 1159 817). Wie sich aus der weiter unten folgenden Erläuterung ergeben wird, erreicht man bei nach der Erfindung ausgebildeten Stellmotoren eine dämpfungslose Stellhäufigkeit bis zu 100 je Sekunde;, die Größe der Totzone läßt sich um fast eine Größenordnung verkleinern. Außerdem wird als vorteilhaft empfunden, daß die bekannte Wirkung der Drehmomentvergrößerung erreicht wird, was im vorliegenden Falle heißt, daß man das Rückstellmoment bei gleichem Magnetfluß vergrößert.
• Im folgenden wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel unter Hinweis auf die Zeichnung erläutert.
• F i g. 1 stellt einen Vertikalschnitt durch einen Stellmotor gemäß der Erfindung dar; F i g. 2 ist eine Schnittansicht des in F i g. 1 dargestellten Motors, wobei der Schnitt entlang der Linie II-II in F i g. 1 geführt ist; F i g. 3 zeigt in einem Diagramm, wie bei dem in F i g. 1 gezeigten Motor das Anker-Rückstellmoment bei wachsender Schlitztiefe größer wird; F i g. 4 zeigt in einem Diagramm, wie bei dem in F i g. 1 gezeigten Motor die Anker-Totzone bei wachsender Schlitztiefe abnimmt; F i g. 5 zeigt in einem Diagramm die Verbesserung der Stellhäufigkeit des in F i g. 1 gezeigten Motors gegenüber einem Motor mit unverändertem Anker, und F i g. 6 zeigt in einem Diagramm, wie bei dem in F i g. 1 dargestellten Motor das Anker-Rückstellmoment mit wachsender Schlitzbreite zunimmt.
• In F i g. 1 und 2 weist ein Anker 11 eine im wesentlichen flache, rechteckige Blockform auf, der auf einer. Welle 12 um seine mittlere Längsachse drehbar gelagert ist. Der Anker 11 arbeitet mit einem Weicheisenständerjoch 13 derart zusammen, daß die in Längsrichtung liegenden Polflächen des Ankers in der Ruhestellung des Ankers 11 über Luftspalte 14 und 15 Ständerzonen gegenüberliegen, die in Längsrichtung durch nichtmagnetische Elemente 16 und 17 unterteilt sind. Das Joch 13 weist im Bereich der Ständerzonen Dauermagnete 18 und 19 auf, wobei die Anordnung derart ist, daß die von den Magneten 18 und 19 kommenden permanenten Magnetflüsse, wie durch die gestrichelte Linie 20 dargestellt, vom Joch 13 auf einer Seite der nichtmagnetischen Elemente 16 und 17 zum Anker 11, durch diesen hindurch und zurück zum Joch 13 auf der anderen Seite der nichtmagnetischen Elemente 16 und 17 fließen. Die an einer Längskante des Ankers 11 durch den durch diese hindurchtretenden permanenten Magnetfluß erzeugte Kraft wird in der Ruhelage durch die Kraft ausgeglichen, die auf gleiche Weise an der anderen Längskante des Ankers 11 erzeugt wird. Schlitze 21 und 22 mit konstantem, rechteckigem Querschnitt sind in den Längskanten des Ankers 11 ausgebildet und verlaufen über die ganze Länge des Ankers 11 entlang den Längsmittellinien der Polflächen.
• Zwei Efregerspulen 23 und 24 umfassen den Anker 11 und sind im Weicheisenjoch 13 montiert. Beim Einschalten der Spulen 23 und 24 werden Magnetflüsse aufgebaut, die durch den Anker 11 hindurchtreten, wobei, wie mit der gestrichelten Linie 25 dargestellt, diese an einer Längskante eintreten und an der anderen Längskante austreten. Die Anordnung ist derart, daß der von den Spulen 23 und 24 erzeugte Magnetfluß den an einer Seite der Polfläche des Ankers eintretenden permanenten Fluß vergrößert und dem auf der anderen Seite der Polfläche heraustretenden Magnetfluß entgegengerichtet ist, wodurch ein Störmoment auf den Anker 11 erzeugt wird. Die von den Spulen erzeugten Magnetflüsse beeinflussen den permanenten Magnetfluß, der an der anderen Polfläche des Ankers 11 ein- und austritt, und erzeugen ein genauso gerichtetes Stönnoment auf den Anker.
• Es wurde gefunden, daß die Charakteristika eines Drehmomentmotors bei der Herstellung und Konstruktion genauer und einfacher gesteuert werden können, wenn man einen geschlitzten Anker verwendet. Durch entsprechende Wahl der Tiefe und Breite des Schlitzes kann die Charakteristik eines Motors sehr genau eingestellt werden.
• Die Ergebnisse von Versuchen, die mit einem Motor durchgeführt wurden, wie er zuvor beschrieben wurde, sind in den F i g. 3 bis 6 dargestellt. Aus F i g. 3 ist zu erkennen, daß ein Anwachsen der Schlitztiefe das Rückstellmoment des Motors vergrößert. Ein Anwachsen der Schlitztiefe verkleinert auch, wie in F i g. 4 dargestellt, die Totzone des Ankers. Ein Anwachsen der Schlitztiefe erhöht auch die Stellhäufigkeit des Motors, wie das aus F i g. 5 zu ersehen ist. Ein Anwachsen der Schlitzbreite erzeugt, wie aus F i g. 6 ersichtlich ist, ähnliche Effekte wie das Anwachsen der Schlitztiefe.
• Es können Schlitze mit unregelmäßigen Seiten, geraden Seiten und kreisförmigem Boden nach Wunsch benutzt werden, die entweder die gleiche Wirkung wie der rechteckige Schlitz oder eine weniger ausgeprägte Wirkung auf die Motorcharakteristika haben. Desgleichen können im geringen Abstand voneinander anaeordnete Ausnehmungen, die entweder radial in die Polfläche des Ankers oder in Längsrichtung nahe dieser Fläche gebohrt sind, nach Wahl benutzt werden.
• Auch können Schlitze oder Schlitzkombinationen unterschiedlicher Abmessungen, die sich jeweils an einem Teil der Ankerfläche entlang erstrecken, auf einer oder beiden Ankerflächen benutzt werden, um den Bereich der möglichen Charakteristika auszudehnerl.

Claims (2)

1. Patentansprüche: 1. Elektromotor mit durch elektromagnetische Kräfte aus der Ruhelage verdrehbarem Anker, der vom Erregerfluß längs durchflossen ist, und mit an den vorspringenden Polen des Ständers und des Ankers in den zueinander weisenden Polflächen ausoebildeten Schlitzen, dadurch C Crekennzeichnet, daß zur Verwendung als Stellmotor der Weicheisenständer (13) im Bereich jedes Luftspaltes (14, 15) einen Dauermacrneten (18, 19) zur Erzeugung der Rückstellkraft aufweist und daß jeder Ständerpol zwischen Dauermagnet und Polfläche in Achsrichtung durch ein nichtmaanetisches Element (16, 17) derart unterteilt ist, daß der Dauermagnetfluß (20) sich beidseits des nichtmaanetischen Elementes (16, 17) über den Ankerpol schließt.
2. 2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker die Gestalt eines flachen Blockes (11) hat und daß die Schlitze (21, 22) sich über die ganze Ankerlänge erstrecken. 3. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch aekennzeichnet, daß die Schlitze (21. 22) rechtecki-en Querschnitt haben. C