DE3315682A1

DE3315682A1 - Winkelstellglied

Info

Publication number: DE3315682A1
Application number: DE19833315682
Authority: DE
Inventors: William Powell West Lothian Scotland Gray
Original assignee: Racal MESL Ltd
Current assignee: Garrett Motion UK Ltd
Priority date: 1982-05-13
Filing date: 1983-04-29
Publication date: 1983-11-17
Also published as: NL8301720A; FR2526993A1; IT8309426A1; GB8311783D0; FR2526993B3; IT1198600B; US4447793A; IT8309426A0; SE8302587L; SE8302587D0; GB2120463B; GB2120463A

Description

DIPL'ING. H, MARSCH,.«»,. ' 4000 Düsseldorf 1 3 3 1 5 C 0

DI PL-ING. K. SPARING hbt^^s

DIPL.-PHYS.DR.W.H.ROHL Telefon ««id 671034

PATENTANWÄLTE " r* TELEX 838 2542 SPRO D

ZVUEL. VKUTKETBH BEIM EDBOPXISCHKN PATENTAMT

RACAL-MESL MICROWAVE LIMITED 8/34

Lochend Industrial Estate

Newbridge

Midlothian EH28 8LP

Großbritannien

"WinkelStellglied"

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Stellglied, mit dem Drehmoment erzeugt werden kann, das nachstehend als Winkelstellglied bezeichnet ist. Gemäß einem besonderen Ausführungsbeispiel, das näher be- > schrieben wird, bezieht sich die Erfindung auf ein Winkelstellglied, das dazu verwendet werden kann, einen Mikrowellenschalter zu betätigen, d.h. einen Schalter, der befähigt ist, eine Mikrowellenkopplungsanordnung zwischen zwei diskreten Positionen zu bewegen, in denen er jeweils einen entsprechenden Weg für Mikrowellenenergie ankoppelt. Jedoch ist die Erfindung nicht auf Winkelstellglieder für diese Anwendungszwecke beschränkt.
Die Erfindung betrifft ein Winkelstellglied umfassend ein erstes Element, das zwei vorbestimmte Abschnitte aufweist, die mit entgegengesetzten magnetischen Polaritäten magnetisiert sind, und ein zweites Element, das einen ersten,zweiten und einen dritten Pol liefert, die um vorbostimmte Winkelabstände voneinander getrennt angeordnet sind, wobei eines der Elemente wenigstens teilweise von dem anderen umfaßt wird und die beiden Elemente relativ zueinander drehbeweglich sind, wobei die Pole in einen ersten Zustand magnetisierbar sind, in dem der erste Pol

ein Nordpol und der zweite Pol ein Südpol ist, sowie in 2ü oinen zweiton Zustend, in dem der erste Pol ein Südpol und

— -ζ —

der zweite Pol ein Nordpol ist, wobei sich die Elemente in eine erste oder zweite vorbestimmte relative Winkelposition entsprechend dem Magnetisierungszustand des ersten und zweiten Pols bewegen, während der dritte Pol so magnetisierbar ist, daß er immer die gleiche Polarität aufweist.

Die Erfindung betrifft ferner ein Winkelstellglied umfassend einen allgemein zylindrischen und massiven Rotor, von dem im wesentlichen ein halbzylindrischer Teil permanent magnetisiert ist, um einen Nordpol zu liefern, während der andere halbzylindrische Teil hiervon permanent magnetisiert ist, um einen Südpol zu liefern, ein stationäres Gehäuse, wobei drei Polelemente von dem Gehäuse um 120° um den Rotor herum versetzt aufgenommen werden, um magnetische Pfade zu liefern, die mit dem Rotor verbunden sind, elektrisch erregbare Spulen auf den Polelementen, Mittel zum Erregen der Spulen, so daß ein erstes Polelement eine der möglichen magnetischen Polaritäten gegenüber dem Rotor aufweist, das zweite Polelement immer die entgegengesetzte magnetische Polarität zum ersten Polelement und das dritte Polelement immer eine ungeänderte magnetische Polarität aufweist, wobei der Rotor in der Lage ist, die eine oder andere von zwei minimalen Reluktanzpositionen entsprechend den magnetisehen Polaritäten einzunehmen, die das erste und zweite Polelement aufweisen, wobei die beiden Positionen um 120° voneinander entfernt sind und jede derartige Position eine Position ist, in der einer der Teile des Rotors benachbart zu demjenigen ersten oder zweiten Polelement mit der entgegengesetzten magnetischen Polarität ist, während der andere Teil im wesentlichen mittig zwischen den anderen beiden Polelementen sich befindet und Mittel zum mechanischen Begrenzen der Bewegung des Rotors im wesentlichen 15° vor jeder solchen Position, um die maximale Drehung des Rotors auf im wesentlichen 90° zu begrenzen .

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung und den Ansprüchen zu entnehmen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand des in den beigefügten Abbildungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt durch ein Winkelstellglied gemäß der Linie I-I von Fig. 2.

Fig. 2 zeigt einen Längsschnitt durch das Winkelstellglied von Fig. 1 längs der Linie II-II. 15

Fig. 3 zeigt ein schematisches Schaltkreisdiagramm des Winkelstellgliedes.

Fig. 4 zeigt einen Längsschnitt gemäß der Linie IV-IV von Fig. 5 durch

einen Mikrowellenschalter, der durch das Winkelstellglied betätigbar ist.

Fig. 5 zeigt einen Querschnitt längs der

Linie V-V von Fig. 4 des Mikrowellen schalters von Fig. 4.

Das in Fig. 1 und 2 dargestellte Stellglied besitzt ein Gehäuse 5 aus einem Material zum Liefern eines magnetischen Pfades mit niedriger Reluktanz und trägt Magnetpolelemente 6,8 und 10, die in entsprechenden teilzylindrisch ausgebildeten Polstücken 12,14 und 16 enden. Die Polelemente 6,8 und 10 sind mit Spulen 18, 20 und 22 ver sehen.

A.

Ein Permanentmagnetrotor 30 ist drehbar in den Endkappen 5A und 5B (s. Fig. 2) des Gehäuses 5 über Lager 24 und 26 gelagert, wobei der Permanentmagnetrotor 30 permanent magnetisiert ist, um Nord- und Südpole zu liefern, wie in Fig. 1 angegeben ist. Der Rotor 30 besitzt eine Ausgarcswelle 32 (Fig. 2).

Die Spulen 18 und 20 können gleichzeitig in eine von zwei möglichen Konfigurationen erregt werden; eine Konfiguration macht aus dem Polstück 12 des Polelements 6 einen Nordpol und aus dem Polstück 14 des Polelements 8 einen Südpol, während die andere Konfiguration aus dem Polstück 12 einen Südpol und aus dem Polstück 14 einen Nordpol macht. Die Anordnung ist derart, daß dann, wann immer die Spulen 18 und 20 erregt werden, ebenfalls die Spule 22 erregt ist, jedoch wird die Spule 22 immer so erregt, daß das Polstück 16 des Polelements 10 ein Nordpol ist.

Wenn die Spulen 18 und 20 erregt werden, so daß das Polstück 12 ein Südpol und das Polstück 14 ein Nordpol ist, besitzt der Rotor 30 eine stabile Position, wie in Fig.1 dargestellt ist, wobei der Nordpol des Rotors 30 benachbart zum Südpol des PolStücks 12 und der Südpol des Rotors 30 mittig zwischen den Nordpolen sich befinden, die durch die Polstücke 14 und 16 gebildet werden, wobei dies den Flußweg mit der niedrigsten magnetischen Reluktanz darstellt. Wenn die Erregung der Spulen geändert wird, so daß das Polstück 12 ein Nordpol und das Polstück 14 ein Südpol wird, dreht sich der Rotor 30 um 120° im Uhrzeigersinn in eine neue stabile Position mit minimaler magnetischer Reluktanz, wobei der Nordpol des Rotors 30 nun benachbart zum Südpol des Polstücks 14 und der Südpol des Rotors 30 mittig zwischen den Nordpolen der Polstücke 12 und 16 angeordnet ist.

Vorzugsweise wird der Rotor 30 jedoch daran gehindert, sich um volle 120° zu drehen, und ist auf eine Bewegung um

90° begrenzt, indem entsprechende Anschläge (nicht dargestellt) vorgesehen sind. Anders ausgedrückt, wenn sich der Rotor 30 im Gegenuhrzeigersinn bewegt, kann er nicht die in Fig. 1 dargestellte Position erreichen, sondern wird 15° in Uhrzeigerrichtung vor dieser Position gestoppt. Wenn sich der Rotor 30 im Uhrzeigersinn in die andere stabile Position (120° im Uhrzeigersinn zu der Position von Fig. 3) bewegt, wird der Rotor 30 ebenfalls 15° vorher gestoppt. Wenn daher die Erregung der Spulen 18 und 20 geändert wird, dreht sich der Rotor 30 von einer der um 90° voneinander entfernten Winkelpositionen in die andere und wird in dieser Position durch das Drehmoment gehalten, das der magnetische Fluß noch auf den Rotor 30 ausübt, das versucht, diesen um weitere 15° in die Position mit minimaler Flußweglänge zu bringen.

Fig. 3 zeigt die Art und Weise, in der die Spulen 18,20 und 22 elektrisch erregt werden. Die Spule 18 besitzt zwei bifilare Windungen 18A und 18B und entsprechend besitzt die Spule 20 zwei bifilare Windungen 2OA und 20b. Die Spule 22 ist eine einzelne Spule. Eine Wechselstromquelle versorgt die Spulen über einen Wechselschalter 36 mit elektrischem Strom. Das Umlegen des Schalters 36 bewirkt die erforderliche Änderung der Polarität der Polelemente 6 und 8 infolge der Art und Weise,in der die bifilaren Windungen auf jedem der Polelemente 6 und 8 miteinander verbunden sind.

Die Drehmoment/Winkel-Charakteristik des Stellgliedes ist derart, daß das Drehmoment auf den Rotor 30 maximal ist, wenn dieser sich auf halbem Wege zwischen seinen beiden Winkelendpositionen befindet, so daß das Drehmoment minimal wird, wenn der Rotor jede der Begrenzungspositionen erreicht. Dies dient dazu sicherzustellen, daß der Rotor 30 weich zur Ruhe kommt,

Λ.

ohne gegen den Anschlag zu prallen. Das dritte Polelement 10 ist besonders vorteilhaft, da seine Anwesenheit das Anfangsdrehmoment vergrößert und das Drehmoment verkleinert, wenn der Rotor 30 in seine Begrenzungsposition kommt.

Das Stellglied kann für irgendeinen geeigneten Zweck verwendet werden, wo eine Winkeldiehbewegung zwischen zwei Position erforderlich ist.

Ein besonderes, jedoch nicht begrenzendes Beispiel für eine geeignete Verwendung ist in den Fig. 4 und 5 dargestellt, wo das Stellglied selbst durch einen Block 40 repräsentiert ist und mit seiner Ausgangswelle 32 eine Mikrowellenkopplungsanordnung 44 betätigt, die nur diagrammartig dargestellt ist.

Gemäß Fig. 4 umfaßt die Mikrowellenkopplungsanordnung 44 ein Gehäuse 50 von allgemein hohlzylindrischer Form mit vier öffnungen 52, 54, 56 und 58. Das Gehäuse 50 nimmt über Lager 60 und 62 drehbar einen Rotor aus geeignetem Material auf, der bearbeitet ist, um gekrümmte Wellenführungskanäle 66 und 68 zu liefern.

Der Rotor 64 ist mit der Ausgangswelle 32 gekoppelt und durch diese drehbar. Der Rotor 64 ist derart auf der Welle 32 montiert, daß in einer extremen Winkelstellung der Welle 32 der Wellenführungskanal 66 die öffnungen 52 und 54 und der Wellenführungskanal 68 die öffnungen 56 und 58 miteinander verbindet, wie insbesondere in Fig. 5 dargestellt ist. In der anderen Extremposition der Augangswelle 32 verbindet der Wellenführungskanal 66 die öffnungen 54 und 56 und der Wellenführungskanal 68 die öffnungen 52 und 58.

Ein manueller Steuerknopf 70 kann vorgesehen sein, um zu ermöglichen, den Rotor 64 manuell zwischen seinen beiden Winekelpositionen zu verstellen. Jedoch wird dann der Knopf 70 am gegenüberliegenden Ende der Anordnung, d.h. gegenüberliegend von dem Ende der Ausgangswelle angeordnet werden.

Obwohl das Stellglied mit permanent magnetisierten Nord- und Südpolen auf dem Rotor 30 und mit den drei Polstücken 10, 12 und 14 auf der stationären Armatur, die den Rotor 30 umgibt, beschrieben wurde, kann die Anordnung auch umgekehrt werden, d.h. der Rotor könnte die drei Polstücke 10, 12 und 14 (und natürlich die entsprechenden Polelemente und Spulen) tragen, die um 120° voneinander entfernt sind und sich nach außen in Richtung zur Armatur erstrecken, die zwei teilzylindrische Elemente umfassen würde, die einen permanenten Nordbzw. Südpol liefern und wenigstens teilweise den Rotor umgeben.

Lee rseite

Claims

3315632

RACAL-MESL MICROWAVE LIMITED

Lochend Industrial Estate

Newbridge

Midlothian EH28 8LP

Großbritannien 8/34

Ansprüche

Winkelstellglied mit einem ersten Element
(30) mit zwei vorbestimmten Abschnitten, die
mit entgegengesetzten magnetischen Polaritäten
magnetisiert sind, und einem zweiten Element

(5), das mit Magnetpoleinrichtungen (10,12,14)

versehen ist, die um vorbestimmte Winkelabstände
voneinander entfernt sind, wobei eines der Elemente (5 oder 30) das andere (30 oder 5) wenigstens teilweise umgibt und die beiden Elemente (5,30) rela-

tiv zueinander drehbar sind, wenn die Poleinrichtungen (10,12,14) geeignet magnetisiert sind,
dadurch gekennzeichnet, daß eine erste, eine zweite und eine dritte Polanordnung (12,14,10) vorgesehen
sind, die in einen ersten Zustand, in dem die erste Polanordnung (12) ein Nordpol und die zweite Polanordnung (14) ein Südpol ist, und einen zweiten Zustand magnetisierbar sind, in dem die erste Polanordnung (12) ein Südpol und die zweite Polanordnung (14) ein Nordpol ist, wobei die Elemente (5,30) entsprechend dem Zustand der Magnetisierung der ersten und zweiten Polanordnung (12,14) in eine erste oder zweite relative Winkelposition beweglich sind, während die dritte Polanordnung (10) in immer der gleichen Polarität magnetisierbar ist.
2. Winkelstellglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und zweite Polanordnung (12,14) um im wesentlichen 120° zueinander versetzt angeordnet sind.
3. Winkelstellglied nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mechanische Anschläge vorgesehen sind, um die maximale relative Winkelbewegung zu begrenzen.
4. Winkelstellglied nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mechanische Anschläge derart montiert sind, daß die maximale Winkelbewegung auf im wesentlichen 90° begrenzt wird, wobei die 90° symmetrisch innerhalb des Winkelabstandes von 120° zwischen der ersten und zweiten Polanordnung (12,14) liegt.
5. Winkelstellglied nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Spulen (18,20) zum Magnetisieren der ersten und zweiten Polanordnung (12,14) vorgesehen sind, wobei jede der Spulen (18,20) zwei bifilare Windungen umfaßt, die elektrisch derart miteinander verbunden sind, daß in einem Magnetisierungszustand eine der Windungen von einer der Spulen (z.B. 18) elektrisch erregt in Reihe mit einer der Windungen der anderen Spule (20) ist, während im zweiten Magnetisierungszustand die andere der Windungen der einen Spule elektrisch erregt in Reihe mit der anderen der Windungen der anderen Spule ist.
6. Winkelstellglied nach einem der Ansprüche 1

bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Element ein Rotor (30) und das zweite Element einaArmatur (5) ist, die die Poleinrichtungen (10,12,14) außerhalb von dem Rotor (30) trägt.
7. Winkelstellglied nach einem der Ansprüche

1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Element ein Rotor und das erste Element eine Armatur ist, die die TeIe außerhalb des Rotors trägt. 5
8. Winkelstellglied nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß es in Kombination mit einer Mikrowellenkopplungsanordnung angeordnet ist, die ein drehbares Element (64) aufweist, das zwischen zwei um im wesentlichen 90° zueinander versetzte Positionen drehbar ist, wobei die Mikrowellenkopplungsanordnung in jeder dieser Positionen einen anderen Mikrowellenpfad koppelt, wobei eine Einrichtung (32) zum Verbinden des Rotors (30) zum Antreiben des drehbaren Elements (64) vorgesehen ist.
9. Winkelstellglied nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (30) allgemein zylindrisch und massiv ist.