DE2048996A1 - Einrichtung zum Einstellen des Null stromes bei Drehkraft oder Schubkraft motoren - Google Patents

Description

ABEX CORPORATION
Fifth Avenue, New York, USA.

Einrichtung zum Einstellen des Nullstromes bei Drehkraft- oder Schubkraftmotoren

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum schnellen, leichten und genauen Einstellen des Nullstroms bei Drehkraft- und Schubkraftmotoren, der kein Ausgangsdrehmoment oder keine Ausgangsschubkraft erzeugt, während sich der Anker in seiner Mittellage befindet. Der Zweck dieser Einrichtung ist es, einen gegebenen Nullstrom, der normalerweise Null ist, durch Gegenwirken oder Entfernen der schädlichen Wirkungen umgebender Magnetfelder, Temperaturschwankungen und Herstellungsungenauigkeiten konstant zu halten.

Ein Drehkraftmotor ist ein elektrischer Wandler zum Erzeugen eines Drehkraftausgangs an einem Anker, der sich zu einem elektrischen Eingangsstrom proportional verhält oder auf diesen bezogen ist. Die Ausgangsdrehkraft kann zum Betätigen und/oder Regeln verschiedener Mechanismen dienen. Drehkraftmotor werden vielfach angewendet, beispielsweise zum Regeln hydraulischer oder pneumatischer Servoventile.

Ein Schubkraftmotor ist im allgemeinen einem Drehkraftmotor ähnlich, liefert aber eine lineare Bewegung und eine Ausgangskraft an einem Anker, die einem elektrischen Eingangsstrom proportional oder auf diesen be-r zogen ist. Die Erfindung bezieht sich hauptsächlich auf

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Drehkraftmotor, kann aber auch in Verbindung mit üchubkraftmotoren verwendet werden.

Eine bekannte Art eines Drehkraftmotors besitzt einen Anker, der sich winkelig in einem begrenzten Uaße entsprechend einem auf die oteuerwicklungen des Motors gegebenen Stromsignale bewegt. Der Anker ist drehbar gelagert und besitzt Endteile, die im Gegentakt in Luftspalte angeordnet sind, die durch die Anker- und Polflächen gegeben sind. Die Gegentaktanordnung wird durch Permanentmagnete erzeugt, die an den Luftspalten einen magnetischen .Fluß bilden, der allgemein als PoIarisierungßfluß bekannt ist.

Die Wirkung des Polarisierungsflusses kann durch einen durch die Steuerwicklungen im Motor erzeugten Steuerfluß verändert werden, wenn an diese ein elektrisches Signal angelegt wird. Wenn beispielsweise der Motor zwei Paare von Luftspalten besitzt, vergrößert der oteuerfluß den Fluß in einem Luftspaltpaar, so daß der Anker von einem Polpaar angezogen und durch das andere Paar abgestoßen wird, so daß er sich in den Luftspalten winkelig bewegt oder dreht. Gewöhnlich wirkt einer solchen Bewegung des Ankers aus seiner Mittellage eine Feder oder eine andere Vorspannvorrichtung entgegen, die den Anker in der Mittellage zu halten versucht. Der Anker kann gewöhnlich nur um einen kleinen Bogen gedreht werden. Die Richtung der Ankerdrehung hängt von der Polarität des angelegten Signals ab und die Drehkraft am Anker ändert sich mit ihr und kann sich zur Größe des elektrischen Eingangssignals proportional verhalten.

Da£ie Verwendung von Drehkraftmotoren sehr oft mit Steuerfunktionen verbunden ist, müssen solche Motore diese mit Präzision ausführen können. Ihre Arbeitsweise ist von dem durch die Magnete erzeugten Polarisierungs-

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fluß abhängig mad auch deshalb sind die Motore so konstruiert, daß der Anker den richtigen Nullstrom führt, was jedoch als ziemlich schwierig festgestellt worden ist. Diese Schwierigkeit ergibt sich hauptsächlich aus ProKLeinen der genauen Herstellung und des Zusammenbaus der Motorteile. Verhältnismäßig geringe Unterschiede im Aufbau können bei der Herstellung und dem Zusammenbau der einzelnen Teile unerwünschte Unsymmetrie!! hervorrufen, was einen falschen Nullstrom zur Folge hat. Solche Unstimmigkeiten versuchen, obwohl sie gering sind, individualistische betriebliche Veränderungen für jeden Drehkraftmotor hervorzurufen und jeder Motor mußte mühselig und sorgfältig abgeglichen werden, um diese Abweichungen zu beseitigen, damit der Motor mit seinem richtigen Nullstrom läuft. Dieses Abgleichen ist gewöhnlich ein langer, langsamer und schwieriger Schlußschritt beim Aufstellen von DrehkraftJaotoren und ist absolut kritisch.

Auch bei gutem Abgleichen beim ersten Zusammenbau kann der Polarisationsfluß und somit der Nullstrom durch Umweltbedingungen verändert werden, unter denen der Drehkraftmotor betrieben wird. V/enn beispielsweise der Drehkraftmotor sehr nahe bei einer ferromagnetischen Metallmasse, wie beispielsweise an einem großen Gußeisengestell einer Werkzeugmaschine arbeitet, kann der äußere Eisenkreis im Motor einen solchen Umfang annehmen, daß sich daraus eine große Veränderung des Nullströmeε ergibt. Auch Temperaturschwankungen in Nähe des Motors können den Polarisationsfluß im Motor ändern und dadurch den Nullstrom beeinflussen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Nulleinstellungseinrichtung zum "Abstimmen" des Polarisierungsflusses in Drehkraft- und Schubkraftmotoren anzugeben, mit der der Nullstrom genau und ohne Rücksicht auf kleine Herstel-

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lungsungenauigkeiten, betriebliches Abweichen, Tempera türSchwankungen oder ferromagnetische Umgebung, in der der Motor betrieben wird, eingestellt werden kann.

Ein magnetisch betriebener Drehkraft- oder Schubkraftmotor, bei dem ein Anker durch Polarisationsmagnete in Nullstellung gehalten wird, wobei Abweichungen des Ankers aus seiner Nullstellung durch Verändern eines Steuerflusses bewirkt werden können, besitzt die NuIlstromeinstelleinrichtung nach der Erfindung einen magneten, der so beweglich gelagert ist, daß beim Zusammenwirken seines Feldes mit dem Feld der Polarisationsmagnete verändert werden kann.

Die Nulleinstelleinrichtung nach der Erfindung genügt somit dem objektiven Ziel und korrigiert größere Fehler, als es bisher möglich gewesen ist, sie kann bei einem Drehkraft- oder einem Schubkraftmotor ohne Abnehmen des üblichen Gehäuses verwendet werden.

Vorzugsweise ist der Magnet in einer Kappe gelagert, die über die Außenseite des Motorgehäuses gleitet und in verschiedene WinkelStellungen gebracht werden kann.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen erläutert. In diesen ist:

Figur 1 eine perspektivische Darstellung eines Drehkraftmotors mit einer bevorzugten Ausführung einer Nulleinstelleinrichtung nach der Erfindung;

Figur 2 ein Querschnitt eines Drehkraftmotors zum Betrieb eines hydraulischen Ventils einer Düse mit einer Nulleinstelleinrichtung nach der Erfindung j

Figur 3 die Ansicht eines gebrochenen Teils eines anderen Drehkraftmotor zum Betrieb eines hydrauli-

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sehen Ventils in Klappenform mit einer Nulleinstelleinrichtung nach der Erfindung; und

Figur 4 ein Diagramm, das zeigt, wie die magnetischen Flüsse einander entgegenwirken, um den Nullstrom gemäß der Erfindung einzustellen.

Figur 1 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Nulleinstelleinrichtung 1o mit einem kappenförmigen Körper 11, der auf dem zylindrischen Gehäuse 13 des in ihm eingeschlossenen Drehkraftmotors passend gleitet, ohne daß dieses abgenommen werden muß. Durch den Drehkraftmotor wird eine übliche Einrichtung 12 gesteuert. Die Nulleinstelleinrichtung 1o wird in Form einer zylindrischen Kappe 11 dargestellt, die an einem Ende geschlossen ist und einen etwas größeren Innendurchmesser als der Außendurchmesser des Gehäuses 13 besitzt. Die Kappe 11 ist so bemessen, daß sie über das Gehäuse 13 dichtend gleiten und sich an ihm zur Winkeleinstellung drehen kann. Sie greift das Gehäuse durch Reibung an und ist mit einem Schlitz 14 an einer Seite und einem Flansch 15 versehen, der den offenen Hand der Kappe 11 umgibto Der Flansch 15 ist über den Schlitz 14 durch eine Schraube verbunden. Die Kombination von Flansch 15 und Schraube ergibt eine Klammer zum Befestigen der Kappe 11 am Gehäuse 13, so daß die Kappe 11 in einer gewählten Winkelstellung am Gehäuse 13 gehalten werden kann.

Die Figuren 2 und 3 zeigen zwei Ausführungsbeispiele der Kappe 11 an zvei verschieden gesteuerten Einrichtungen An der Innenseite des geschlossenen Oberteils der Kappe 11 befindet sici\ ein Stabmagnet 2o, der durch geeignetes Haftmaterial, beispielsweise einem Epoxyzement 21, in einer ^leinen Taeche 22 an der Innenfläche der Kappe 11 befesuigt isG. ^ie Kappe 11 besteht aus nicht-magnetischem Material wie Plastik oder Aluminium.

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Bei dem in Figur 2 gezeigten Beispiel besteht die Kappe aus einem geformten Plastikmaterial, wobei die Tasche in die Wand der Kappe 11 eingeformt ist. uie Kappe 11 kann auch, wie in Figur 3 gezeigt, aus einem tiefgezogenen nicht-magnetischen Metall wie Aluminium bestehen, wobei die Tasche 22 aus dem Metall herausgedrückt ist.

Der Drehkraftmotor }o nach Figur 2 wird kurz beschrieben, um die Einwirkung der Nulleinstelleinrichtung 1o zu erläutern. Der Drehkraftmotor 3o (in der i;Iittellage dargestellt) enthält einen Anker 31 > der sich an einem Lager (nicht dargestellt) an seinem Mittelpunkt 52 befindet. Zwischen den Enden 33 und 34- des Ankers 31 und den Polen 37, 37' und 38, 38· befinden sich Luftspalte. Die Permanentmagnete 48 und 48' sind in Figur 4 schematisch dargestellt und in Figur 2 nicht zu sehen. Sie erzeugen in den Polen, der Armatur und in den Luftspalten einen magnetischen Polarisierungsfluß. In den Steuerwicklungen 39 - 39' und 4o -4ο' wird ein Steuerfluß erzeugt. Die Luftspalten 35i 36' bilden ein Paar, das zusammen arbeitet und die Spalte 35'» 36 ein zweites solches Paar. Der Steuerfluß vergrößert den Fluß in dem einen Luftspaltpaar und verringert ihn in dem anderen. Somit wird der Anker von einem Polpaar angezogen und durch das andere abgestoßen, so daß er winkelig in den Luftspalten bewegt oder gedreht wird. Einer solchen Bewegung des Ankers aus seiner Mittellage wirkt eine Feder oder eine andere Vorspanneinrichtung entgegen, die den Anker wieder in seine Mittellage zu bringen versucht. Der Anker wird durch den Steuerfluß gewöhnlich nur über einen kleinen Bogen bewegt. Die Drehrichtung des Ankers hängt von der Polarität des angelegten Signals ab und das Drehmoment am Anker ändert sich mit der Größe des elektrischen Eingangssignals und proportional zu diesem.

Der Drehkraftmotor nach Figur 2 ist in einer üblichen Anwendung gezeigt, bei der er einen Flüssigkeitsmotor

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steuert. An der Flüssigkeitsquelle befindet sich eine vertikale Stange mit einer Mittelbohrung und einer Düse am unteren Ende. Die Stange ist am Anker befestigt, so daß beim Drehen von Anker und Stange Flüssigkeit in eine oder mehrere Düsen unter dem Drehkraftmotor gegeben wird und somit in das eine oder das andere Ende des Zylinders des Flüssigkeitsmotors, was den Kolben zum einen oder anderen Ende des Zylinders bringt. Eine andere Anwendung wird in Figur 3 gezeigt, in der der Drehkraftmotor ein Klappenventil steuert. In diesem Fall besitzt die vertikale Stange abgeflachte Vorderteile und bewegt sich zwischen zwei Düsen und ändert somit den Druckabfall an aen Düsen zur Außenluft.

In Figur 4 wird der Polarisationsfluß durch die Linien 45 und 45' und der Steuerfluß durch die Linien 46 und 46' dargestellt.

Die Arbeitsweise der Nulleinstellvorrichtung kann aus Figur 4 entnommen werden, wo gezeigt wird, daß sich der Magnet 2o der Iftilleinstelleinrichtung 1o in unmittelbarer Nähe zur Außenseite des Gehäuses 13 befindet und sein Fluß 47 zu de.n Magnetfeldern im Anker beiträgt. In Figur 4 wird der Nulleinstellfluß des Magneten 2o als zu den Magnetfeldern im Gehäuse 13 beitragend in solcher Vifeise graphisch dargestellt, daß er den Polarisationsfluß 45 des Magneten 48 im Luftspalt 35 führt, während er dem Polarisationsfluß 45' des Magneten 48' im Luftspalt 36 entgegenwirkt. Der jUiker bewegt sich somit in Linksrichtung in Figur 4. Durch Drehen des Magneten 2o am Gehäuse 13 ändert sich die ,Yirkung des Flusses 47 des Magneten 2o und die Nulleinstellsdrehkraft am Anker 31 ändert sich in Größe oder Richtung oder in beidem. Ein Umkehren des Magneten durch Drehen der Kappe 11 um 18o° am Gehäuse I3 kehrt auch die Richtung der Drehkraft am Anker 31 um. Wenn sich die

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Kappe 11 in verschiedenen Zwischenstellungen dreht, gibt die Nulleinstelldrehkraft dieselbe Abweichung in der einen oder anderen Richtung. Es gibt dort zwei ungefähr diametral entgegengesetzte Zwischenpunkte oder Winkel-Stellungen, in denen keine Nulleinstellkraft am Anker 31 über den Drehpunkt 32 ausgeübt wird.

Bei zylindrischen Flächen von Gehäuse 13 und Kappe. 11 ist eine fortlaufende Dreheinstellung möglich. Wo keine fortlaufende Winkelstellung möglich ist, kann die Nulleinstelleinrichtung nach der Erfindung über diskrete Winkelstellungen durch Verändern der vertikalen Lage der Kappe 11 am Gehäuse 13 eingestellt werden. Solche vertikalen Veränderungen ergeben eine Abnahme der Größe des magnetischen Flusses 47 des Magneten 2o, wenn der Abstand des Magneten 2o über dem Drehkraftmotor 3o zunimmt.

Durch Verwendung einer entsprechend geformten und bemessenen Kappe 11 kann die Nulleinstelleinrichtung 1o in einem weiten Bereich dee Drehkraftmotors angelegt werden, wodurch eine Nulleinstellung erfolgt. In dieser Verbindung muß das vorhandene Gehäuse des Motors nicht entfernt oder auch abgenommen werden. Die Kappe 11 kann eingestellt werden, indem sie über ihm gleitet, wodurch die gewünschte Nulleinstellwirkung bewirkt wird. Hierauf wird in der richtigen Lage festgemacht.

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Claims (4)

1. ABEX CORPORATION

   Patentansprüche

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   Mi Einrichtung zum Einstellen des Mullstromes "bei magnetisch betriebenen Drehkraft- oder Schubkraftmotoren, bei denen, ein Anker durch polarisierende Magnete in Nullstellung gehalten wird und Abweichungen des Ankers von der Nullstellung durch Verändern eines Steuerflusses bewirkt werden können, dadurch gekennzeichnet, daß die Nulleinstelleinrichtunfe (1o) einen Magneten (2o) besitzt, der zur Relativbewegung zum Anker (31) so gelagert ist, daß er durch Zusammenwirken seiner Felder mit dem Feld der Polarisationsmagnete verändert werden kann,
2. 2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnet ein Permanentmagnet ist.
3. 3· Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagerung eine nicht-magnetische Kappe (11) enthält, an dem der Magnet (2o) befestigt ist und die über dem Gehäuse 13 des Motors gleitend oder drehbar aufgepaßt ist, und daß eine Klammer (15) zum Befestigen der Kappe (11) am Gehäuse (13) in beliebiger vertikaler Lage vorgesehen ist.
4. 4. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Außenflächengehäuse (13) zylindrisch ist und die Kappe (11) eine InnenfJLjache ven etwas größerem Durchmesser als dem der Außenfläche del Gehäuses ist, wodurfh die NulleinstelleinricJÄMfeg iif beliebiger Winkellage am Gehäuse befestigt werft« kanu,

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