DE2214919C3

DE2214919C3 - Elektromagnetische Antriebs- und Hemmvorrichtung

Info

Publication number: DE2214919C3
Application number: DE2214919A
Authority: DE
Inventors: Cecil Frank Bath Somerset Clifford (Grossbritannien)
Original assignee: HORSTMANN CLIFFORD MAGNETICS Ltd BATH SOMERSET (GROSSBRITANNIEN)
Current assignee: HORSTMANN CLIFFORD MAGNETICS Ltd BATH SOMERSET (GROSSBRITANNIEN)
Priority date: 1971-03-30
Filing date: 1972-03-27
Publication date: 1978-05-03
Also published as: FR2132162B1; FR2132162A1; CH460972A4; GB1361672A; DE2214919A1; DE2214919B2; CH586927B5

Description

Die Erfindung betrifft eine elektromagnetische Antriebs- und Hemmvorrichtung mit einem scheibenförmigen Läufer der aus ferromagnetischem Material einstückig ausgebildet ist und an seinem Umfang eine gerade Anzahl von abwechselnd nach der einen und der anderen Seite der Scheibenebene ausgebogenen Teilen aufweist, die eine Magnetspur bilden, mit der ein in Achsrichtung des Läufers schwingendes magnetisches Schwingglied antreibend und hemmend zusammenwirkt

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art (DT-PS 8 09 420) bestehen die ausgebogenen Teile des als Hemmrad bezeichneten Läufers aus in Radialrichtung des Hemmrades verlaufenden Falten oder Kräuselungen, so daß sich ein sinusförmig gewellter Verlauf des Scheibenumfanges ergibt. Ein solches Hemmrad ist zwar durch Prägen einer flachen Scheibe relativ einfach herzustellen. Die Anzahl der rund um die Scheibe unterzubringenden Falten ist jedoch relativ klein bzw. bei größerer Faltenzahl ist deren Amplitude klein. Außerdem hat es sich gezeigt, daß die große Menge des in den Falten vorhandenen Vollmaterials der Scheibe im Betrieb zu erhöhten Verlustströmen Anlaß gibt. Ein derartiges Hemmrad ist deshalb für eine verlustarme Ankopplung an das Schwingglied, insbesondere bei höheren Frequenzen, weniger geeignet.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Vorrichtung der genannten Art einen einfach und einstückig herstellbaren Läufer zu schaffen, der ein besseres und verlustärmeres Betriebsverhalten insbeondere bei höheren Betriebsfrequenzen aufweist.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einer Vorrichtung der genannten Art dadurch gelöst, daß die abgebogenen Teile des Läufers aus an seinem Umfang durch Einschnitte ausgebildeten und abwechselnd symmetrisch nach der einen und anderen Seite aus der Scheibenebene abgebogenen Zähnen bestehen.

Hierbei sind die nur durch Länge und Abbiegewinkel der Zähne bestimmten Ausschläge der Magnetspur unabhängig von der Anzahl der Zähne, so daß die Anzahl der Zähne groß gewählt werden kann, was für den Betrieb bei hohen Frequenzen vorteilhaft ist.

Außerdem ergibt sich ein gutes Verhältnis der die Ankopplung an das Schwingglied bewirkenden Fläche der Zähne zu dem Vollmaterial der Scheibe, so daß die Veriustströme gering sind. Auch hinsichtlich des Trägheitsmomentes ist der erfindungsgemäße Läufer vorteilhafter als der bekannte.

Es ist zwar eine elektromagnetische Antriebsvorrichtung mit einem Läufer bekannt (DT-OS 1815 728), der an seinem Umfang durch Einschnitte ausgebildete, nur

ίο radial gerichtete Zähne aufweist, die abwechselnd nach der einen und anderen Seite gegenüber der Scheiben-Mittelebene versetzt sind. Die Versetzung kommt hierbei jedoch dadurch zustande, daß die Scheibe aus zwei nebeneinandergelegten, mit ihren Zähnen auf Lücke angeordneten Einzelscheiben besteht. Die axiale Versetzung der Zähne ist deshalb nicht größer als die Stärke einer Einzelscheibe, d. h. relativ gering.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung verlaufen die abgebogenen Zähne parallel zur Achsrichtung des Läufers. Hierdurch wird eine besonders starke Ankopplung an das Schwingglied erreicht

In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise dargestellt Es zeigt

F i g. 1 eine rein schematische Stirnansicht einer elektromagnetischen Antriebs- und Hemmvorrichtung nach einer Ausführungsform der Erfindung,

Fig.2 eir-OT Schnitt durch die Vorrichtung entlang der LinieII-II in F ig. 1,

F i g. 3 eine schematische Kantenansicht des Läufers der Vorrichtung gemäß F i g. 1 und 2,

F i g. 4 eine schematische Stirnansicht, ähnlich F i g. 1 zur Veranschaulichung einer elektromagnetischen Antriebs- und Hemmvorrichtung nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung und

F i g. 5 eine ausschnittsweise perspektivische Darstellung einer elektromagnetischen Antriebs- und Hemmvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

Die elektromagnetische Antriebs- und Hemmvorrichtung gemäß F i g. 1 und 2 weist einen Läufer 1 auf, der um seine Achse X-Xdrehbar montiert ist und von einem ringförmigen magnetischen Glied 2 koaxial umgeben ist. Das magnetische Ringglied 2 ist am freien Ende eines schwingfähigen Gliedes 3, beispielsweise einer Zinke einer Stimmgabel, derart gelagert, daß die mechanischen Schwingungen derselben in einer zur Achse des magnetischen Ringgliedes 2, d. h. auch zur Achse X-X des Läufers 1, parallelen Richtung auftreten.

Der Läufer 1 besteht bei dieser Ausführungsform der Erfindung aus einer Scheibe aus ferromagnetischem Material, beispielsweise aus Mümetall oder Weicheisen, das aus einem dünnen kreisförmigen Blechstück ausgestanzt ist. In den Umfang des ausgestanzten Rohlings werden in gleichen Abständen entlang des Umfangs zur Bildung radial verlaufender Zähne 4 in gerader Anzahl Radialschlitze geschnitten. Die Zähne werden dann in einem gleichen Maß axial ausgebogen, und zwar werden in der Umfangsrichtung der Scheibe aufeinanderfolgende Zähne aus der Ebene der Scheibe, also der Symmetrieebene des Läufers, abwechselnd in der einen und in der anderen Axialrichtung herausgebogen, so daß die radial äußeren Enden einer jeweils gleichen Anzahl von Zähnen symmetrisch zu gegenüberliegenden Seiten der Scheibenebene liegen (F i g 3). Die Verformung oder der Versatz dieser Zähne 4 hat wirkungsmäßig die Bildung eines ringförmig umlaufenden welligen Luftspaltes entlang des Umfanges des

Läufers 1 zur Folge. Dieser ringförmig umlaufende wellige Luftspalt ist von den radial äußeren Enden der Zähne 4 begrenzt und bildet wirkungsmäßig eine wellenförmige magnetische Spur 5, die zwischen Bereichen relativ hoher magnetischer Permeabilität in der Umfangsrichtung verläuft- Diese wellenförmige magnetische Spur 5, deren Wellen in einer zur Achse des Läufers 1 koaxialen Zylinderfläche liegen, ist in F i g. 3 in unterbrochener Linie veranschaulicht

Natürlich kann diese wellenförmige magnetische Spur 5 auch auf andere Weise erzeugt werden. Beispielsweise kann der Läufer 1 aus einer massiven Scheibe bestehen, deren Umfang in geeigneter Weise durch Kräuseln verformt ist, so daß die wellenförmige magnetische Spur in dem magnetischen Material selbst gebildet ist. Derartige Läufer sind bei älteren Typen magnetischer Hemmvorrichtungen bekannt.

Der Vorteil der Verwendung des Hemmrades mit verformten Zähnen als Läufer 1 bei dieser Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß das Hemmrad die Vorzüge eines geringen Trägheitsmomentes und einer besonders starken magnetischen Koppelung mit dem magnetischen Ringglied 2 vereinigt, insbesondere wenn bei der Bildung der Zähne 4 das Minimum an Metall von der kreisförmigen Metallscheibe entfernt wird. Der Läufer 1 ist außerdem verhältnismäßig leicht herzustellen.

Das magnetische Ringglied 2 ist mit einer Anza I von radial einwärts vorspringenden Polzähnen 6 gebildet, die entlang des Umfanges in regelmäßigen Abständen angeordnet sind, und die Anzahl der Polzähne 6 in gleich der Anzahl der ganzen Wellen der an dem Läufer

1 gebildeten, wellenförmigen magnetischen Spur 5. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel bedeutet dies, daß die Anzahl der Polzähne 6 gleich der halben Anzahl der Zähne 4 des Läufers i ist. Die Teilung der wellenförmigen magnetischen Spur 5, die in F i g. 3 schematisch dargestellt und mit ρ bezeichnet ist, ist derart gewählt, daß sie mit der Teilung oder dem Mittellinienabstand der Polzähne 6 übereinstimmt. Die Anzahl der Polzähne 6 an dem magnetischen Ringglied

2 kann ein beliebiger geradzahliger Teiler der Anzahl der Zähne 4 des Läufers 1 sein, vorausgesetzt, daß die erforderliche additive Koppelung zwischen den betreffenden Polzähnen 6 und den Zähnen 4 des Läufers 1 erzielt wird.

Bei dieser Ausführungsform der Erfindung ist das magnetische Ringglied 2 dauermagnetisch, und die Polzähne 6 des magnetischen Ringgliedes 2 sind mit abwechselnder Polarität, wie in F i g. 1 mit N bzw. 5 bezeichnet, unter Verwendung einer geeigneten Vori ichtung magnetisiert.

Eine abgewandelte Ausführungsform des magnetischen Ringgliedes 2 ist in Fig.4 dargestellt. Hier weist das magnetische Ringglied 2 zwei diametral gegenüberliegende, C-förmige Glieder 2A, 2ß auf, die mit entgegengesetzter Polarität magnetisiert und mit einem Dauermagneten 2C hoher Koerzitivkraft gekoppelt sind, der von dem schwingfähigen Glied 3 getragen ist. Von dem schwingfähigen Glied 3 können zwei Dauermagnete getragen sein, deren ungleichnamige Pole mit den C-förmigen Gliedern verbunden sind.

Wenn das schwingfähige Glied 3 in Richtung des Pfeiles O nach F i g. 2 parallel zur Achse X-X schwingt, tritt eine Wechselwirkung zwischen den magnetisierten Polzähnen 6 und den Zähnen 4 des Läufers 1. in einer Weise auf, die analog der Wechselwirkung ist, die zwischen den Polzähnen 6 und einer wellenförmigen magnetischen Spur 5 entspricht, so daß die magnetische Koppelung zwischen jedem Polzahn 6 und den Zähnen 4 des Läufers 1 ein Drehmoment in der gleichen Richtung ausübt, das eine Drehung des Läufers 1 veranlaßt Dem Läufer 1 wird eine ausreichende Drehenergie übermittelt um ihn bei fortdauernder ίο Schwingung des schwingfähigen Gliedes 3 in Drehung zu halten. Dies bedeutet daß in der ersten Halbperiode der Schwingung des schwirigfähigen Gliedes 3 die dem ruhenden Läufer 1 übermittelte Energie mindestens

gleich —y-- ist worin /dasTrägheitsmoment des Läufers

1 und ω die Winkelgeschwindigkeit des Läufers 1 bei der vorgeschriebenen Drehzahl! ist In der Praxis hat es sich gezeigt daß mit einer solchen Konstruktion der Antrieb bei Frequenzen bis zu 300 Hz und darüber selbstanlaufend ist.

Bei einer abgewandelten Ausführungsform der Erfindung kann die wellenförmige magnetische Spur 5 an dem von dem schwingfähigen Glied 3 getragenen magnetischen Ringglied 2 gebildet sein und mit einer Anzahl magnetischer Pole am Umfang des Läufers 1 zusammenwirken, der beispielsweise entlang seines Umfanges Radialzähne abwechselnder Polarität aufweist.
Bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen, bei denen der Läufer 1 Zähne 4 aufweist, deren äußere Enden abwechselnd zu beiden Seiten der zur Drehachse des Läufers unter rechtem Winkel stehenden Symmetrieebene, d. h. der Ebene der Läuferscheibe, liegen, hat die Läufer-Antriebsvorrichtung der Wirkung nach eine isochrone Kompensation. Die Schwingfrequenz des schwingfähigen Gliedes 3, das beispielsweise eine Stimmgabel sein kann, ist im allgemeinen amplitudenabhängig, und zwar ist für kleine Amplituden die Schwingfrequenz höher als für große. Um diesen Fehler auszugleichen, ist erforderlich, die Schwingungen mit kleinen Amplituden gegenüber den Schwingungen mit großen Amplituden zu verlangsamen. Bei der Anordnung gemäß der Erfindung, beispielsweise gemäß Fig. 2, werden die Polzähne 6 des magnetischen Ringgliedes 2 von den Zähnen 4 des Läufers 1 gegen die größte Amplitude unter Überwindung der Rückstellkraft angezogen, die auf das schwingfähige Glied 3 einwirkt; dadurch werden Schwingungen, deren Amplitude kleiner if t als der Axialabstand der äußeren Enden der Zähne 4 des Läufers 1 verlangsamt. Schwingungen, deren Amplitude größer ist als dieser Abstand, veranlassen die Polzähne 6 an den Zähnen 4 vorbeizuschwingen, so daß bei den größten Amplituden der Schwingungen das magnetische Ringglied 2 gegen seine Ruhestellung hin angezogen wird, was zur Folge ha·., daß die Schwingungen größerer Amplitude beschleunigt werden.

F i g. 5 veranschaulicht schematisch eine Anordnung, ähnlich jener nach F i g. 1 und 2, bei der die Polzähne 6 an dem magnetischen Ringglied 2 und die Zähne 4 an dem Läufer 1 durchweg parallel zur Läuferachse X-X angeordnet sind, was zu einer kräftigen magnetischen Koppelung zwischen dem Läufer 1 und dem magnetischen 'iingglied 2 führt und der Anordnung besonders

fts gute Selbstanlaufeigenschaften verleiht.

Hierzu 3 BIaIi Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektromagnetische Antriebs- und Hemmvorrichtung mit einem scheibenförmigen Läufer, der aus ferromagnetischem Material einstückig ausgebildet ist und an seinem Umfang eine gerade Anzahl von abwechselnd nach der einen und der anderen Seite der Scheibenebene ausgebogenen Teilen aufweist, die eine Magnetspur bilden, mit der ein in Achsrichtung des Läufers schwingendes magnetisches Schwingglied antreibend und hemmend zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß die abgebogenen Teile des Läufers (1) aus an seinem Umfang durch Einschnitte ausgebildeten und abwechselnd symmetrisch nach der einen und anderen Seite aus der Scheibenebene abgebogenen Zähnen (4) bestehen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abgebogenen Zähne (4) parallel zur Achsrichtung (X-X)de& Läufers (1) verlaufen.