DE2703788C3 - Drehmomentmotor - Google Patents

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 Servoventil»!. Sie erfüllen ihre Aufgabe im allgemeinen nur in einem «deinen 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, als 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, I zeigt einen Querschnitt des erfindungsgemäßen Drehmomentmotors und Fig,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 1, den Ankerpolen 14

is 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 U veränderlicher Stärke. Den Anker 4 in Querrichtung umschließend sind Steuerspulen 6 angeordnet Die in Fig.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 11 veränderlicher Stärke und einen Magnetfluß Φμ2 in den Luftspalten 12 konstanter Stärke. Fließt ein elektrischer Strom durch die Steuerspulen 6, so entsteht eine magnetische Durchflutung, die einen magnetischen Steuerfluß <P_S im Anker 4 bewirkt Der magnetische Steuerfluß Φ₅ teilt sich auf die Luftspalte 11 und die Luftspalte 12 entsprechend ihren magnetischen Widerständen auf und überlagert sich in den Luftspalten 11 dem Magnetfluß Φμ\ und in den Luftspalten 12 dem Magnetfluß Φ mi- Als Ergebnis der Oberlagerungen 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 11 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 gegenüberliegenden 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 Φμί und dem senkrecht daraufstoßenden stromrichtungsabhängigen Steuerfluß Φ,

Der lineare Zusammenhang zwischen dem durch die

^ Steuerspulen 6 fließenden Steuerstrom und der Auslenkkraft des Ankers 4 beruht auf Addition der in gleiche Richtung wirkenden Kraftkomponenten der beiden Luftspalte 11 und 12, wobei die Kraftkomponen-

ten der Luftspalte It und 12 im kleinen Auslenkbereich jeweils in einem linearen Verhältnis zu dem durch die Steuerspulen 6 fließenden Steuerstrom stehen, bei größeren Auslenkungen jedoch die Kraftkomponente der großen Luftspalte 11 exponentiell zunimmt, weil sich die Ankerpole 14 den Feldeisenteilen 2 in Drehrichtung nähern und damit die magnetischen Widerstände der Luftspalte 11 in Drehrichtung verkleinern und entgegen der Drehrichtung vergrößern, wodurch in den Luftspalten 11 in Drehrichtung die fiberlagerten Magnetflüsse zunehmen und sich Ankerpole 14 und Feldeisenteile 2 entsprechend stärker anziehen und sich außerdem in den Luftspalten 11 entgegen der Drehrichtung durch Erhöhung der magnetischen Widerstände und damit Reduzierung der Überlagerten Magnetflüsse die Kraftwirkimg verringert und somit die Steilheit des exponentiellen Kraftanstiegs noch vergrößert wird. Die Kraftkomponente der Luftspalte 12 konstanter Stärke reduziert sich aber demgegenüber bei größeren Auslenkungen (Fig.3), weil sich die wirksamen magnetischen Widerstände der Luftspalte 12 durch Sättigungserscheinuingen vergrößern und damit die in den Luftspalten 12 wirksamen überlagerten Magnetflüsse verringert werden. Durch die gemeinsamen Kraftwirkungen der Luftspalte U und 12 ergibt sich ein wesentlich größerer linearer Auslenkbereich des Ankers 4 als der der einzelnen Kraftkomponenten (F i g. 3).

Das Trägheitsmoment des Ankers 4 bildet zusammen mit der Federzentrierung ein Masse-Feder-System, das durch die auf dem Anker 4 befindlichen Dämpfungswindüngen 5 ausreichend gedämpft wird. Eine ähnliche Dämpfungswirkung wird erzielt, wenn die Dämpfungswindungen 5 in dem Spulenraum der Feldeisenteile 2 angeordnet werden oder die Steuerspulen 6 selbst direkt oder über ein Impedanznetzwerk kurzgeschlossen werden. Mit Hilfe der Nullpunkteinstellschraube 10 kann der Nullpunkt des Drehmomentmotors verändert werden. Mit Hilfe der Bleche 15, die vor den Dauermagneten 1 angeordnet sind, und damit einen kleinen magnetischen Nebenschluß bilden, kann die Steilheit des Drehmomentmotors, d. h. die Abhängigkeit des Anker-Drehwinkels vom Steuerstrom, verändert werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

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 Vorsprünge (13) tragen, die zum Anker (4) zusätzliche Luftspalte (12) konstanter Stärke bilden, welche kleiner sind, als die Luftspalte (11) mit veränderlicher Stärke.