DE19510925B4 - Elektromagnetische Drehbetätigungsvorrichtung mit begrenztem Winkelschwenkbereich - Google Patents

Elektromagnetische Drehbetätigungsvorrichtung mit begrenztem Winkelschwenkbereich Download PDF

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Abstract

Elektromagnetische, um eine Achse drehbare Betätigungsvorrichtung umfassend einen zweipoligen Stator, der einen Statormagnetkreis (2) aus weichem ferromagnetischem Material umfaßt und zwei polare Erweiterungen (12, 14; 12', 14'; 12'', 14'') und eine elektrische Spule (3) zur Erregung aufweist, und einen Rotor mit einem Rotormagnetkreis (4; 4'; 4'') aus weichem ferromagnetischem Material, der gegenüber den polaren Erweiterungen des Statormagnetkreises (2) angeordnet ist, mit einer axialen Welle (21) verbunden ist und ein ringförmiges zweipoliges Magnetsystem (5; 5' ; 5'') umfaßt,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Statormagnetkreis (2) umfaßt:
einen inneren Pol (9), welcher aufweist
– einen zentralen Kern (11), welcher parallel zur Drehachse ist und von der Spule (3) koaxial umgeben ist,
– eine erste polare Erweiterung (12; 12'; 12''), welche den Kern an einem axialen Ende des Statorkreises verlängert und eine Winkelausdehnung von annähernd gleich 180° aufweist,
– wobei der Kern (11) und die Spule (3) relativ...

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft in allgemeiner Weise das Gebiet der elektromagnetischen Drehbetätigungsvorrichtungen mit begrenztem Winkelschwenkbereich und betrifft insbesondere Verbesserungen an denjenigen dieser Betätigungsvorrichtungen umfassend einen zweipoligen Stator, der einen Statormagnetkreis aus weichem ferromagnetischem Material umfaßt und zwei polare Erweiterungen und eine elektrische Spule zur Erregung aufweist, und einen Rotor mit einem Rotormagnetkreis aus weichem ferromagnetischem Material, der gegenüber den polaren Erweiterungen des Statormagnetkreises angeordnet ist, mit einer axialen Welle verbunden ist und ein ringförmiges Magnetsystem mit zwei Polen umfaßt.
  • Es ist bekannt, daß die beiden derart angeordneten Magnetkreise, festgelegt bzw. beweglich, im Bereich des Spalts, welcher zwischen den beiden magnetisch aktiven, jeweils zwei Pole umfassenden Flächen gebildet ist, magnetisch wechselwirken; die Wechselwirkung der beiden Magnetfelder, welche von der Wicklung bzw. den Magneten erzeugt werden, führt zu entsprechend der Relativstellung der beiden zweipoligen Systeme variierenden elektromagnetischen Kräften, wodurch Kräfte und/oder Drehmomente auf die beiden Magnetkreise einwirken; dadurch wird eine Relativverlagerung der beiden Magnetkreise möglich, wobei die derart gebildete Gesamtheit die Funktion eines Motors oder einer Betätigungsvorrichtung bewirkt.
  • Gegenwärtig sind zahlreiche Ausführungsformen derart aufgebauter Betätigungsvorrichtungen bekannt.
  • Unabhängig davon, welche der sehr unterschiedlichen Ausführungsformen für die Betätigungsvorrichtungen gewählt werden, sind jedoch die genaue Bestimmung und die genaue Anordnung der Wicklungen häufig kompliziert und können den Nachteil erhöhter Produktionskosten sowohl bei der Erzeugung der Wicklungen und ihrer Nachbearbeitung als auch bei ihrem Einbau in den festgelegten Magnetkreis aufweisen.
  • Diese Wicklungen können eine als Trommel bezeichnete, verteilte Aufwicklung bilden, welche auf einem Magnetkreis ausgebildet ist, dessen aktive Spaltfläche entweder innen oder außen zylindrisch ist, wobei Spulen in gemäß Axialmantellinien des Zylinders verteilte Schlitzen eingefügt sind.
  • Die Wicklungen können auch so verteilt sein, daß sie eine sogenannte Ringwicklung bilden, welche um einen festgelegten Magnetkreis mit Toroidform und rechtwinkligem Querschnitt ausgebildet ist, wobei die aktive Spaltfläche entweder die innere oder die äußere zylindrische Seite des Torus oder sogar eine der Seitenflächen dieses Torus sein kann.
  • Andere Ausführungsformen führen zu Spulen in "Bohnen"-Form, welche den festgelegten Magnetkreis umgeben, der seinerseits Pole in Bohnenform aufweist, wobei die aktive Spaltoberfläche entweder die bohnenförmigen, flachen Enden der Pole oder die innere oder äußere zylindrische Oberfläche dieser Pole sein kann.
  • Weitere Ausführungsformen führen zu Spulen mit quadratischer oder rechtwinkliger Form, welche vorspringende, in der inneren zylindrischen Oberfläche des festgelegten Magnetkreises ausgebildete Pole umgeben.
  • Bei einer noch weiteren Ausführungsform wird eine auf einem Kern zentrierte Spule ausgebildet, wobei der Kern einen Teil des festgelegten Magnetkreises bildet und zwischen den Polen dieses Magnetkreises querliegend angeordnet wird. Dabei kann die aktive Oberfläche des Spalts unterschiedliche Formen aufweisen, insbesondere eine der im Vorhergegangenen angeführten Formen aufweisen.
  • Somit führen die Herstellung, die Nachbearbeitung und die Anordnung der Wicklungen auf dem festgelegten Magnetkreis bei den im Vorhergehenden dargelegten, unterschiedlichen Ausführungsformen zu Schwierigkeiten, welche überwunden werden können, letztendlich jedoch zu bleibenden Verwendungs- oder Kostennachteilen führen.
  • Die JP 56 061 102 A beschreibt eine Betätigungsvorrichtung mit zwei Grundpositionen und einer Auslenkung von 45°. In die Vorrichtung ist keine Vorspannfeder integriert, wobei die Funktion einer Feder von einem Satz von 4 Magneten erfüllt wird, die an einem Rotor angeordnet sind und sich bei jeder der zwei Endpositionen der Rotor vor Polen, die auf einem Stator vorgesehen sind, befindet. Ein erhöhter Lagerwiderstand entsteht durch die Magneten, wenn kein Strom durch die Magnetspulen fließt.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Betätigungsvorrichtung mit zwei Polpaaren bereitzustellen, welche in origineller Weise derart ausgebildet ist, daß sie die unterschiedlichen Erfordernisse der Technik in Hinblick auf Leistungsdaten erfüllt, einen niedrige Herstellungskosten bedingenden, deshalb für die Großserie geeigneten einfachen Aufbau aufweist und ferner einen möglichst hohen spezifischen Wirkungsgrad bzw. Wirkungsgrad pro Masse aufweist.
  • Dazu ist eine im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebene elektromagnetische Drehbetätigungsvorrichtung erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß der Statormagnetkreis umfaßt:
    einen inneren Pol, welcher aufweist
    • – einen zentralen Kern, welcher parallel zur Drehachse ist und von der Spule koaxial umgeben ist,
    • – eine erste polare Erweiterung, welche den Kern an einem axialen Ende des Statorkreises verlängert und eine Winkelausdehnung von annähernd gleich 180° aufweist,
    • – wobei der Kern und die Spule relativ zur Drehachse exzentrisch angeordnet sind,
    und einen äußeren Pol, welcher aufweist
    • – einen seitlichen Anker in Rohrsektorform, welcher außerhalb der Spule und im wesentlichen parallel zum Kern des inneren Pols angeordnet ist, und
    • – eine zweite polare Erweiterung, welche den Anker an dem axialen Ende des Statorkreises verlängert und eine Winkelerstreckung von annähernd gleich 180° aufweist,
    und daß die zu den jeweiligen polaren Erweiterungen entgegengesetzten Enden des zentralen Kerns des inneren Pols und des Ankers des äußeren Pols jeweils Flächen für den gegenseitigen Kontakt aufweisen.
  • Aufgrund dieser Anordnung ist es möglich, das Volumen des ferromagnetischen Materials des Statormagnetkreises und/oder das Volumen der Spule zu vergrößern und so den Drehmomentwirkungsgrad der Betätigungsvorrichtung zu erhöhen.
  • Die Abmessungen der unterschiedlichen Abschnitte des festgelegten Magnetkreises und insbesondere ihr Querschnitt wird derart bestimmt, daß die magnetische Nicht-Sättigung gewährleistet ist.
  • Für die Ausführungsform und die Art der verwendeten ferromagnetischen Materialien steht die Wahl zwischen unterschiedlichen Technologien frei, zum Beispiel das Herausarbeiten aus einem massiven Block, das Gießen in einer Gießerei, das Schmieden, das Sintern von ferromagnetischem Pulver oder das Heißpressen mit einem Bindemittel, ..., wobei sich die Auswahl aus dem besten Kompromiß zwischen der Leistung im Hinblick auf magnetische Permeabilität und den Herstellungskosten ergibt.
  • Bei einer Ausführungsform, welche wegen der sich aus ihr ergebenden begrenzten Anzahl der den Statorkreis bildenden Teile bevorzugt ist, weist der äußere Pol eine Sohle auf, welche sich im wesentlichen quer zum seitlichen Anker von dem der zweiten polaren Erweiterung entgegengesetzten Ende desselben erstreckt und an welcher der zentrale Kern des inneren Pols anliegt.
  • Der Rotormagnetkreis, welcher über die aktive Oberfläche seiner Magnetpole magnetisch mit der von den Polen des Statormagnetkreises gebildeten aktiven Oberfläche wechselwirkt, kann unterschiedliche Formen aufweisen, welche an die für den Statormagnetkreis gewählte Anordnung angepaßt sind:
    • – die Magnetpole können in einer ebenen aktiven Oberfläche angeordnet sein, welche in einer zur Achse der Betätigungsvorrichtung orthogonalen Ebene liegt und sich an einem der Enden des festgelegten Magnetkreises befindet; der bewegliche Magnetkreis hat die Gestalt eines flachen Zylinders oder einer Scheibe, welche an einer ihrer ebenen Endflächen ein in der Axialrichtung flaches, ringartiges Magnetsystem mit Axialmagnetisierung aufweist, wobei die derart mit einem Magnetsystem versehene Fläche gegenüber den beiden Polen des festgelegten Magnetkreises angeordnet ist; zwischen den beiden aktiven Flächen des festgelegten und des beweglichen Kreises ist der Bereich des Spalts festgelegt, in welchem die von der Spule und dem Magnetsystem erzeugten Magnetfelder wechselwirken;
    • – die Magnetpole können in einer aktiven inneren Zylinderfläche liegen, welche koaxial zur Drehachse ist und sich an einem der Enden des festgelegten Magnetkreises befindet; der bewegliche Magnetkreis nimmt dann die Form eines flachen rotationszylindrischen (oder scheibenförmigen) Elements an, welches auf seiner äußeren Zylinderfläche mit einem ringartigen Magnetsystem von geringer radialer Dicke und mit radialer Magnetisierung versehen ist, wobei die äußere aktive zylindrische Oberfläche des beweglichen Magnetkreises gegenüber den beiden Polen des festgelegten Magnetkreises angeordnet ist; zwischen den beiden sich gegenüber liegenden Flächen des festen und des beweglichen Kreises ist der Bereich des Spalts festgelegt;
    • – die beiden Magnetpole können in einer aktiven äußeren Zylinderfläche liegen, welche koaxial zur Drehachse ist und sich an einem der Enden des festgelegten Magnetkreises befindet; der bewegliche Magnetkreis hat also die Form eines flachen rotationszylindrischen (oder scheibenförmigen) Elements, welches auf seiner inneren Zylinderfläche mit einem ringartigen Magnetsystem von geringer radialer Dicke und mit radialer Magnetisierung versehen ist, wobei die innere aktive zylindrische Oberfläche des beweglichen Magnetkreises gegenüber den beiden Polen des festgelegten Magnetkreises angeordnet ist; zwischen den beiden Flächen des festen und des beweglichen Kreises ist der Bereich des Spalts festgelegt.
  • Die Auswahl des Magnettyps wird durch technische und wirtschaftliche Überlegungen bestimmt, um einen akzeptablen Kompromiß zwischen den technischen Leistungsdaten der Betätigungsvorrichtung und dem zum Realisieren dieser Funktion gewünschten Preis zu erzielen, wobei sich das Auswahlkriterium auf das abgegebene Drehmoment bezieht, welches bei gegebenem Winkelweg, bei gegebenem Leistungsverbrauch, bei gegebenem Gewicht und Platzbedarf und bei gegebenen Kosten erzielt wird.
  • Zur Vereinfachung der Konzeption der Gesamtheit ist es generell vorteilhaft, wenn der Stator- und der Rotorkreis und die Spule im allgemeinen rotationszylindrisch sind oder Rotationszylindern ähneln.
  • Der bewegliche Magnetkreis ist vorteilhafterweise mit einer zur Drehachse koaxialen Welle verbunden, welche von mit dem festgelegten Magnetkreis verbundenen Lagern drehgeführt ist; gegebenenfalls kann diese Welle den festgelegten Magnetkreis durch eine Bohrung durchsetzen, welche zu diesem Zweck vorgesehen ist und es dadurch gestattet, an jedem Ende über einen Wellenausgang zu verfügen, falls dies als notwendig erachtet wird. In der Praxis ist die Rotorwelle von zwei Lagern gehalten, welche jeweils mit einer Endfläche eines den Stator und den Rotor umgebenden Gehäuses verbunden sind; um den Zusammenbau und die Wartung zu erleichtern, ist die Welle vorteilhafterweise mit dem Lager verbunden, welches von der rotorseitigen Endfläche des Gehäuses getragen ist, welche entfernbar ist.
  • Die folgende Beschreibung bestimmter bevorzugter, in nicht einschränkender Weise lediglich beispielhafter Ausführungsformen dient dem Verständnis der Erfindung. Diese Beschreibung bezieht sich auf die beigefügten Zeichnungen, in denen:
  • 1 ein Querschnitt entlang eines Durchmessers einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektromagnetischen Drehbetätigungsvorrichtung ist;
  • 2 ein Querschnitt nach der Linie II-II der Betätigungsvorrichtung von 1 ist;
  • 3 ein Querschnitt nach der Linie III-III der Betätigungsvorrichtung von 1 ist;
  • 4 ein Querschnitt entlang eines Durchmessers einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektromagnetischen Drehbetätigungsvorrichtung ist; und
  • 5 ein Querschnitt entlang des Durchmessers einer dritten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen elektromagnetischen Drehbetätigungsvorrichtung ist.
  • In den 1, 2 und 3 wird zuerst eine elektromagnetische Drehbetätigungsvorrichtung 1 mit begrenztem Winkelschwenkbereich beschrieben. Sie umfaßt einen Stator- oder festgelegten Magnet kreis 2, welcher mit einer zylindrischen Ringspule 3 ausgestattet ist. Ferner umfaßt die Betätigungsvorrichtung einen mit einem Multipolmagnetsystem 5 versehenen Rotor- oder beweglichen Magnetkreis 4 und ein Gehäuse 6. Zur Produktionsvereinfachung und Materialkostenverringerung und zum Erreichen einer gegebenen Kraft und/oder eines gegebenen Drehmoments kann die Betätigungsvorrichtung derart ausgebildet sein, daß sie im allgemeinen eine rotationszylindrische Form aufweist, das heißt daß die Spule, der festgelegte Magnetkreis und der bewegliche Magnetkreis, sowie das Gehäuse rotationszylindrisch sind oder allgemein auf einem Rotationszylinder basierend ausgebildet sind. Diese Anordnung ist in den beigefügten Zeichnungen dargestellt.
  • Der festgelegte Magnetkreis 2 ist aus zwei Teilen gebildet, nämlich einem inneren festgelegten Pol 9 und einem äußeren festgelegten Pol 10, wobei diese beiden Teile durch irgenein geeignetes, nicht dargestelltes Mittel verbunden sind. Die Unterteilung in die Pole 9 und 10 gestattet das Anordnen oder das Wickeln der Spule 3 auf dem festgelegten Magnetkreis 2. Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform weist der innere festgelegte Pol 9 einen zentralen Kern 11 auf, welcher rotationszylindrisch und parallel zur Drehachse ist, und eine polare Erweiterung 12 auf, welche an einem ersten Ende (oberes Ende in der Zeichnung) des Kerns 11 beginnt und sich über einen Winkelsektor erstreckt, welcher annähernd gleich (höchstens gleich und vorzugsweise geringfügig kleiner als) 180° ist.
  • Der festgelegte äußere Pol 10 umfaßt:
    • – eine Sohle 131 , welche sich gegenüber dem anderen Ende des Kerns 11 erstreckt und in Kontakt mit diesem ist;
    • – einen seitlichen Anker 132 , welcher sich orthogonal zur Sohle 131 und konzentrisch zum Kern 11 erstreckt und die Form eines Rohrsektors aufweist;
    • – eine polare Erweiterung 14, welche zur polaren Erweiterung 12 identisch ist und sich über einen Winkelsektor erstreckt, der annähernd gleich (höchstens gleich und vorzugsweise geringfügig kleiner als) 180° ist. Die beiden derart ausgebildeten Pole weisen deshalb am oberen Ende des festgelegten Magnetkreises 2 ebene aktive Oberflächen 15 bzw. 16 auf, welche in einer gleichen Ebene im wesentlichen orthogonal zur Drehachse angeordnet sind.
    • Bei einer Ausführungsvariante hätte die Sohle 131 in einer vom seitlichen Anker 132 gesonderten Weise hergestellt werden können, wobei das Anordnen der Spule 3 gleichfalls in entsprechender Weise erleichtert ist, was jedoch zu einer vergrößerten Anzahl von Teilen führt.
  • Die den festgelegten Magnetkreis 2 bildenden Teile sind aus einem ferromagnetisch weichem Material gebildet, wobei der Querschnitt des Kreises in dem Weg zwischen den polaren Oberflächen 15 und 16 derart ist, daß der Durchgang magnetischen Flusses ohne Sättigung ermöglicht ist.
  • Die rotationssymmetrische Ringspule 3 nimmt auf dem zentralen Kern 11 konzentrisch zu diesem Platz. Es sei auf die Einfachheit der genauen Festlegung dieser Spule hingewiesen, welche sich in perfekter Weise für eine automatische Großserienproduktion mit im Vergleich mit den üblicherweise bei diesem Vorrichtungstyp begegneten Wicklungen geringen Einbaukosten eignet.
  • Bei noch einer weiteren Ausführungsvariante hätte die Sohle 131 in einstückiger Weise mit dem Kern 11 des inneren Pols gebildet werden können. Daraus hätte sich jedoch eine Komplizierung der Herstellung der Spule 3 ergeben, welche dadurch direkt auf den Kern 11 hätte aufgespult werden müssen, woraus sich eine schwierigere Herstellung und höhere Kosten ergäben.
  • Der bewegliche Magnetkreis 4 ist aus einem flachen zylindrischen Anker 17 aus weichem ferromagnetischem Material gebildet; auf seiner ebenen Innenfläche (in der Zeichnung) gegenüber den Oberflächen 15 und 16 der polaren Erweiterungen 12 und 14 ist ein ringartiges Magnetsystem 5 befestigt, welches in der Axialrichtung flach ist und eine zweipolige Axialmagnetisierung aufweist. Die beiden derart gebildeten Magnetpole bieten somit ihre jeweiligen aktiven ebenen Oberflächen dar, welche sich in einer im wesentlichen zur Drehachse der Betätigungsvorrichtung 1 orthogonalen, gleichen Ebene befinden; die beiden Magnetpole sind halbringartig mit aktiven Flächen 18 und 19 (siehe 3). Der derart geschaffene Spaltbereich 20 zwischen den aktiven Oberflächen des festgelegten und des beweglichen Magnetkreises ist der Bereich, in welchem die das Bewegungsdrehmoment der Betätigungsvorrichtung erzeugenden Magnetfelder wechselwirken.
  • Eine zum beweglichen Magnetkreis 4 koaxiale Welle 21 ist an dieser axial und drehbar angebracht und ermöglicht den Drehbetrieb und die Übertragung des Drehmoments auf das äußere, anzutreibende System, indem die Welle durch den Kern 11 in einer achsparallelen Bohrung 22 hindurchgeht.
  • Das Gehäuse 6 hält den festgelegten und den beweglichen Magnetkreis funktionell zusammengefügt. Ein Drehlager 7 ist an einer Endfläche (Boden in 1) des Gehäuses 6 vorgesehen, um das dem Anker 17 gegenüberliegende Ende der Welle 21 frei drehbar aufzunehmen, während ein Lager 8 zum gleichen Zweck an der entgegengesetzten Endfläche des Gehäuses vorgesehen ist. Diese letztere Endfläche ist vorzugsweise in Form eines Deckels 61 ausgebildet, welcher relativ zum Gehäuse 6 entfernbar ist, wobei die den Anker 17 tragende Welle 21 unter Axialblockierung an dem Lager 8 gehalten ist, welches seinerseits derart mit dem Deckel 61 verbunden ist, daß auf diese weise eine vormontierbare Einheit gebildet ist, welche schließlich auf dem Gehäuse 6 angebracht wird, in deesem Inneren die Ringspule 3 und die Pole 7 und 10 eingefügt und positioniert worden sind.
  • Im Hinblick auf die einfache Herstellung einer ringartigen, vorzugsweise rotationszylindrischen Wicklung und die erleichterte Anordnung dieser Wicklung auf dem gleichfalls vorzugsweise rotationszylindrischen, zentralen Kern, ist ferner die deutliche Vergrößerung des Ausfüllgrads der Gesamtheit der Betätigungsvorrichtung und des ferromagnetischen Materialvolumens des Statormagnetkreises und/oder des Volumens der Spule erwünscht, wodurch die technischen Leistungen im Hinblick auf den Massenwirkungsgrad verbessert werden. Zu diesem Zweck wird die von dem zentralen Kern 11 und der Spule 3, welche zueinander koaxial sind, gebildete Gesamtheit merklich exzentrisch (in 1 nach links) angeordnet, wobei diese Gesamtheit derart parallel zur Drehachse gehalten wird, daß der Bereich, in welchem sich der seitliche Anker 132 nicht erstreckt, ausgefüllt wird. In 1 ist die Drehachse a (Achse der Welle 21) und die Achse b der Spule 3 des zentralen Kerns 11 strichpunktiert eingezeichnet.
  • Eine weitere Ausführungsform der Betätigungsvorrichtung ist in 4 dargestellt, in welcher die gegebenenfalls mit einem ' für die veränderten Teile oder Elemente versehenen Bezugszeichen beibehalten werden, um die Teile und Elemente zu bezeichnen, welche denjenigen von 1 entsprechen. Bei dieser Ausführungsvariante sind an der Stelle und anstelle der ebenen Oberflächen der Ausführungsform der 1 bis 3 die jeweiligen aktiven Oberflächen des festgelegten und des beweglichen Magnetkreises rotationszylindrisch; die aktiven Oberflächen 15' und 16' der polaren Erweiterungen 12' und 14' des festgelegten Magnetkreises 2 sind rotationszylindrisch und nach innen hin gerichtet. Die aktiven Oberflächen 18' und 19' des Magnetsystems 5' des beweglichen Magnetkreises 4' sind rotationszylindrisch und nach außen hin gerichtet, wobei diese Obeflächen zur Drehachse koaxial und konzentrisch sind, und auf diese Weise zwischen sich einen Spaltbereich 20' festlegen, welcher rohrartig und koaxial zur Drehachse ist; die Zirkulation des Magnetflusses erfolgt in diesem Bereich radial und nicht mehr axial, wie in der Ausführungsform der 1 bis 3.
  • Es werden die resultierenden Umgestaltungen der polaren Erweiterungen 12' und 14' des festgelegten Magnetkreises 2' und des beweglichen Magnetkreises 4', des Ankers 17' und des Magnetsystems 5' verständlich, welcher ein Rohrabschnitt mit geringer Radialdicke und radialer Multipolmagnetisierung wird und auf der äußeren Umfangsfläche des Ankers 17' festgelegt ist. Die übrige Betätigungsvorrichtung und insbesondere die auf dem zentralen Kern 11 angeordnete Ringspule 3 bleiben unverändert.
  • 5 zeigt eine noch weitere Ausführungsform, welche sich von der in 4 dargestellten dadurch unterscheidet, daß der bewegliche Magnetkreis 4'' derart angeordnet ist, daß er außerhalb der polaren Erweiterungen 12'' und 14'' des festgelegten Magnetkreises 2 angeordnet ist (die den Abschnitten und Elementen der 1 bis 4 analogen Abschnitte und Elemente sind durch die gleichen Bezugszeichen, im Falle einer Veränderung gegebenenfalls durch Hinzufügung von '' bezeichnet). In diesem Fall ist der Multipolmagnetsystem 5'' in Form eines Rohrabschnitts geringer Radialdicke ausgebildet, welcher an der Innenfläche einer den scheibenförmigen Anker 17'' einfassenden Umfangsschürze 171 festgelegt ist.
  • Durch die Maßnahmen der Erfindung weist eine erfindungsgemäße Betätigungsvorrichtung eine verringerte Anzahl von Teilen auf, hat nur wenige bearbeitete Oberflächen und ist einfach zusammenzubauen. Dabei kann die Spule gesondert durch ein kostenverringerndes automatisches Verfahren hergestellt werden. Es ist somit möglich, elektromagnetische Drehbetätigungsvorrich tungen mit geringen Herstellungskosten in Großserie herzustellen, wobei die Leistungsdaten denjenigen der Betätigungsvorrichtungen traditioneller Bauweise entsprechen.

Claims (9)

  1. Elektromagnetische, um eine Achse drehbare Betätigungsvorrichtung umfassend einen zweipoligen Stator, der einen Statormagnetkreis (2) aus weichem ferromagnetischem Material umfaßt und zwei polare Erweiterungen (12, 14; 12', 14'; 12'', 14'') und eine elektrische Spule (3) zur Erregung aufweist, und einen Rotor mit einem Rotormagnetkreis (4; 4'; 4'') aus weichem ferromagnetischem Material, der gegenüber den polaren Erweiterungen des Statormagnetkreises (2) angeordnet ist, mit einer axialen Welle (21) verbunden ist und ein ringförmiges zweipoliges Magnetsystem (5; 5' ; 5'') umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß der Statormagnetkreis (2) umfaßt: einen inneren Pol (9), welcher aufweist – einen zentralen Kern (11), welcher parallel zur Drehachse ist und von der Spule (3) koaxial umgeben ist, – eine erste polare Erweiterung (12; 12'; 12''), welche den Kern an einem axialen Ende des Statorkreises verlängert und eine Winkelausdehnung von annähernd gleich 180° aufweist, – wobei der Kern (11) und die Spule (3) relativ zur Drehachse exzentrisch angeordnet sind, und einen äußeren Pol (10), welcher aufweist – einen seitlichen Anker (132 ) in Rohrsektorform, welcher außerhalb der Spule (3) und im wesentlichen parallel zum Kern (11) des inneren Pols (9) angeordnet ist, und – eine zweite polare Erweiterung (14; 14'; 14''), welche den Anker (132 ) an dem axialen Ende des Statorkreises verlängert und eine Winkelerstreckung von annähernd gleich 180° aufweist, und daß die zu den jeweiligen polaren Erweiterungen entgegengesetzten Enden des zentralen Kerns (11) des inneren Pols (9) und des Ankers (13) des äußeren Pols (10) jeweils Flächen für den gegenseitigen Kontakt aufweisen.
  2. Elektromagnetische Drehbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Pol (10) eine Sohle (131 ) aufweist, welche sich im wesentlichen quer zum seitlichen Anker (132 ) von dessen der zweiten polaren Erweiterung entgegengesetzten Ende erstreckt und an welcher der zentrale Kern (11) des inneren Pols (9) anliegt.
  3. Elektromagnetische Drehbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite polare Erweiterung (12, 14) jeweilige Flächen aufweisen, die zur Achse im wesentlichen orthogonal und zur gegenüberliegenden, zur Achse gleichfalls im wesentlichen orthogonalen Fläche des Rotormagnetkreises (4) im wesentlichen parallel sind, und daß der Rotorringmagnet eben ist und an der Fläche des Rotatormagnetkreises (4) festgelegt ist.
  4. Elektromagnetische Drehbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite polare Erweiterung (12', 14') jeweilige Flächen aufweisen, welche zur Achse im wesentlichen parallel sind und sich einander zugewandt gegenüberliegend in konzentrischen Kreisbögen erstrecken, und daß der Ringmagnet ein Rohrabschnitt ist, welcher auf der Umfangsfläche des Rotatormagnetkreises (4') festgelegt ist, welcher rotationszylindrisch ist und zwischen den polaren Erweiterung (12', 14') angeordnet ist.
  5. Elektromagnetische Drehbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite polare Erweiterung (12'', 14'') jeweilige Flächen aufweisen, welche zur Achse im wesentlichen parallel sind und sich voneinander abwendend in konzentrischen Kreisbögen erstrecken, und daß der Rotatormagnetkreises (4'') über den polaren Erweiterungen angeordnet ist und eine rotationszylindrische Schürze (171 ) aufweist, welche sich gegenüber der äußeren Fläche der polaren Erweiterungen erstreckt, wobei der Ringmagnet (5'') ein an der Innenfläche der Schürze (171 ) festgelegter Rohrabschnitt ist.
  6. Elektromagnetische Drehbetätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator- und der Rotormagnetkreis und die Spule im allgemeinen rotationszylindrisch sind oder Rotationszylindern ähneln.
  7. Elektromagnetische Drehbetätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Pol (9) eine den zentralen Kern (11) durchsetzende Bohrung (22) zum frei verdrehbaren Durchtritt der Welle (21) des Rotors aufweist.
  8. Elektromagnetische Drehbetätigungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (21) des Rotors durch zwei Lager (7, 8) gehalten ist, welche mit den jeweiligen Endflächen eines den Stator und den Rotor einschließenden Gehäuses (6) verbunden sind.
  9. Elektromagnetische Drehbetätigungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (21) mit einem Lager (8) verbunden ist, welches von der rotorseitigen Endfläche des Gehäuses (6) gehalten ist, wobei die Fläche entfernbar ist.
DE19510925A 1994-03-25 1995-03-24 Elektromagnetische Drehbetätigungsvorrichtung mit begrenztem Winkelschwenkbereich Expired - Lifetime DE19510925B4 (de)

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