DE2703788B2 - Drehmomentmotor - Google Patents
DrehmomentmotorInfo
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F7/00—Magnets
- H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
- H01F7/08—Electromagnets; Actuators including electromagnets with armatures
- H01F7/14—Pivoting armatures
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehmomentmotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs, vorzugsweise zur Betätigung eines Servo-Drehventils.
Unter einem Drehmomentmotor beispielsweise zur Betätigung eines Servo-Drehventils versteht man einen
elektromechanischen Wandler, dessen Aufgabe darin besteht, elektrische Eingangssignale in Form von
elektrischen Strömen in proportionale mechanische Ausgangsgrößen umzuwandeln, wie beispielsweise
Drehmoment, Kraft, Drehwinkel oder Weg. Die als Steuermotore bekannten Drehmomentmotore, auch
Torque-Motore genannt, dienen u. a. zur Ansteuerung von Servoventilen. Sie erfüllen ihre Aufgabe im
allgemeinen nur in einem kleinen Drehwinkel- oder Wegbereich, beispielsweise im Drehwinkelbereich bis
etwa 2 Grad, also im Bereich proportionaler Beziehung zwischen mechanischer Ausgangsgröße zu mechanischer Eingangsgröße. Bei größerem Drehwinkel als
etwa 2 Grad ändert sich die Ausgangsgröße bezogen auf die Eingangsgröße systembedingt exponentiell, so
daß in diesem Bereich eine proportionale Beziehung zwischen Ein- und Ausgangsgröße nicht mehr besteht
und daher dieser Bereich, der mehr als die Hälfte des geometrisch möglichen Bereiches ausmacht, üblicherweise nicht ausgenutzt werden kann. Eine Vergrößerung des Drehwinkelbereiches über etwa 2 Grad, bei
gleichzeitig proportionaler Beziehung zwischen Ein- und Ausgangsgröße und gleicher Kraft bzw. gleichem
Drehmoment läßt sich bei den bekannten Drehmomentmotoren aber nur durch eine Vergrößerung des
Gesamtvolumens erreichen.
Aus der DE-AS 11 49 446 ist bereits ein Drehmomentmotor bekannt geworden, bei dem zwischen Anker
und Stator, den Ankerpolen radial gegenüberliegend, die Feldeisenteile mit Vorsprüngen versehen sind,
derart, daß zwischen Anker und Feldeisenteilen große und kleine Luftspalte vorhanden sind, wobei die
Kraftkomponenten der großen und kleinen Luftspalte eine Gesamtkraft ergeben, deren Linearitätsbereich
wesentlich größer ist, al? der Linearitätsbereich der
einzelnen Kraftkomponenten. Auch bei dieser Ausführungsform des Drehmomentmotors ist ein Drehwinkelbereich von nur 2 bis 3 Grad zu erreichen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Drehmomentmotor zu schaffen, der einen erheblichen größeren
Drehwinkelbereich als 2 Grad bei gleichem Drehmoment und gleichem Gesamtvolumen besitzt und eine
proportionale Beziehung zwischen Ein- und Ausgangsgröße hat Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch
die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs angegebenen Merkmale gelöst
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt
F i g. 1 zeigt einen Querschnitt des erfindungsgemäßen Drehmomentmotors und F i g. 2 einen Querschnitt
der dem Drehmomentmotor zugehörigen Federzentrierung. Fig.3 zeigt ein Diagramm des Auslenkdrehmomentes bzw. Drehwinkels über den Steuerstrom.
ίο In F i g. 1 sind mit 1 die Dauermagnete bezeichnet, die
von zwei Feldeisenteilen 2 teilweise umschlossen sind Auf der Antriebswelle 3 befindet sich der Anker 4, der
mit Dämpfungswindungen 5 versehen ist Zwischen Anker 4 und Dauermagneten I, den Ankerpolen 14
radial gegenüberliegend, sind die Feldeisenteile 2 mit Vorsprüngen 13 versehen, so daß zwischen Anker 4 und
Feldeisenteilen 2 sowohl Luftspalte 12 konstanter Stärke als auch Luftspalte 11 veränderlicher Stärke
vorhanden sind. Die Luftspalte 12 konstanter Stärke
sind kleiner als die Luftspalte 11 veränderlicher Stärke.
Den Anker 4 in Querrichtung umschließend sind Steuerspulen 6 angeordnet Die in F i g. 2 dargestellte
Federzentrierung besteht aus Hebelarm 7, Federn 8, Federaufnahmeteilen 9 und Nullpunkteinstellschraube
10.
Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Drehmomentmotors ist folgende:
Die beiden Dauermagnete 1 bewirken einen Magnetfluß Φμ\ in den Luftspalten U veränderlicher Stärke
so und einen Magnetfluß Φμι in den Luftspalten 12
konstanter Stärke. Fließt ein elektrischer Strom durch die Steuerspulen 6, so entsteht eine magnetische
Durchflutung, die einen magnetischen Steuerfluß Φ, im Anker 4 bewirkt Der magnetische Steuerfluß Φ5 teilt
J 3 sich auf die Luftspalte U und die Luftspalte 12
entsprechend ihren magnetischen Widerständen auf und überlagert sich in den Luftspalten 11 dem
Magnetfluß Φμι und in den Luftspalten 12 dem Magnetfluß Φ mi- Als Ergebnis der Überlagerungen der
Magnetflüsse entsteht eine Auslenkkraft am Anker 4 und damit ein Auslenkdrehmoment, das den Anker 4 in
eine Drehbewegung versetzt bis das von der Federzentrierung, von dem Hebelarm 7 und den Federn 8
aufgebrachte Gegendrehmoment im Betrag gleich groß,
aber in Richtung dem Auslenkdrehmoment entgegengesetzt ist und dadurch den Anker 4 stillsetzt Der
Drehwinkel des Ankers 4 ist innerhalb des durch die Geometrie der Luftspalte U und 12 bestimmten
Bereiches proportional der Größe und Richtung des
durch die Steuerspulen 6 fließenden Stromes.
Die Auslenkkraftwirkung des Ankers 4 beruht in den Luftspalten 11 veränderlicher Stärke auf der Differenz
der in Drehrichtung und entgegen der Drehrichtung wirkenden Anziehungskräfte der sich gegenüberliegen-
r>5 den und von den überlagerten Magnetflüssen durchsetzten Teile, nämlich Feldeisenteile 2 und Ankerpole 14,
und in den Luftspalten 12 konstanter Stärke auf der Kraftwirkung zweier senkrecht aufeinanderstellender
magnetischer Felder, im vorliegenden Fall der die
Luftspalte 12 durchfließenden und in den Ankerpolen 14
querfließenden Magnetflüsse Φμ2 und dem senkrecht
daraufstoßenden stromrichtungsabhängigen Steuerfluß
Φ,
gleiche Richtung wirkenden Kraftkomponenten der
beiden Luftspalte 11 und 12, wobei die Kraftkomponen-
3 4
ten der Luftspalte 11 und 12 im kleinen Auslenkbereich Bern und damit die in den Luftspalten 12 wirksamen
jeweils in einem linearen Verhältnis zu dem durch die überlagerten Magnetflüsse verringert werden. Durch
Steuerspulen 6 fließenden Steuerstrom stehen, bei die gemeinsamen Kraftwirkungen der Luftspalte 11 und
größeren Auslenkungen jedoch die Kraftkomponente 12 ergibt sich ein wesentlich größerer linearer
der großen Luftspalte 11 exponentiell zunimmt, weil 5 Ausienkbereich des Ankers 4 als der der einzelnen
sich die Ankerpole 14 den Feldeisenteilen 2 in Kraftkomponenten (F i g. 3).
Drehrichtung nahem und damit die magnetischen Das Trägheitsmoment des Ankers 4 bildet zusammen
Widerstände der Luftspalte 11 in Drehrichtung mit der Federzentrierung ein Masse-Feder-System, das
verkleinern und entgegen der Drehrichtung vergrößern, durch die auf dem Anker 4 befindlichen Dämpfungswin-
wodurch in den Luftspalten 11 in Drehrichtung die 10 düngen 5 ausreichend gedämpft wird. Eine ähnliche
überlagerten Magnetflüsse zunehmen und sich Anker- Dämpfungswirkung wird erzielt, wenn die Dämpfungs-
pole 14 und Feldeisenteile 2 entsprechend stärker windungen 5 in dem Spulenraum der Feldeisenteile 2
anziehen und sich außerdem in den Luftspalten 11 angeordnet werden oder die Steuerspulen 6 selbst
entgegen der Drehrichtung durch Erhöhung der direkt oder über ein Impedanznetzwerk kurzgeschlos-
magnetischen Widerstände und damit Reduzierung der 15 sen werden. Mit Hilfe der Nullpunkteinstellschraube 10
überlagerten Magnetflüsse die Kraftwirkung verringert kann der Nullpunkt des Drehmomentmotors verändert
und somit die Steilheit des exponentiellen Kraftanstiegs werden. Mit Hilfe der Bleche 15, die vor den
noch vergrößert wird. Die Kraftkomponente der Dauermagneten 1 angeordnet sind, und damit einen
Luftspalte 12 konstanter Stärke reduziert sich aber kleinen magnetischen Nebenschluß bilden, kann die
demgegenüber bei größeren Auslenkungen (Fig.3X 20 Steilheit des Drehmomentmotors, d. h. die Abhängigkeit
weil sich die wirksamen magnetischen Widerstände der des Anker-Drehwinkels vom Steuerstrom, verändert
Luftspalte 12 durch Sättigungserscheinungen vergrö- werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- Patentanspruch:Drehmomentmotor mit einem aus zwei Dauermagneten und zwei Feldeisenteilen zusammengesetzten Ständer und einem innerhalb des Ständers angeordneten, langgestreckten Anker mit Antriebswelle und zwei Steuerspulen, wobei in Bewegungsrichtung gesehen, den Polen des Ankers Polnasen der Feldeisenteile unter Bildung von Luftspalten veränderlicher Stärke gegenüberstehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Polnasen radial außerhalb des Ankers (4) liegende Vorspränge (13) tragen, die zum Anker (4) zusätzliche Luftspalte (12) konstanter Stärke bilden, welche kleiner sind, als die Luftspalte (11) mit veränderlicher Stärke.
Priority Applications (6)
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