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Drehmagnet
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Die Erfindung betrifft einen Drehmagneten mit wenigstens einer Erregerspule
einem zumindest einpoligen, einen Polschuh aufweisenden Magnetkörper und einem mit
dem Magnetkörper gleichpoligen5 um einen vorbestimmten Drehwinkel um eine Drehachse
drehbaren Anker.
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Bei einem bekannten Drehmagneten dieser Art umschließt die Erregerspule
den Anker konzentrisch und der Magnetfluß zwischen dem Anker und dem Magnetkörper
wirkt über einen sich in Abhängigkeit vom Drehwinkel
des Ankers
ändernden Luftspalt zwischen den Polen.
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Diese sog. "Luftspaltsteuerung" hat sich insofern als unzulänglich
erwiesen, als infolge der mit fortschreitendem Verdrehwinkel des Ankers eintretenden
Reduzierung der Luftspaltweiten eine sehr starke Zunahme des Magnetflusses und damit
eine nur begrenzt steuerbare Zunahme der Drehmomente auftritt.
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Bei diesen vorbekannten Drehmagneten ist es daher nur in engen Grenzen
möglich, den Verlauf der Drehmomentenkennlinie in Abhängigkeit vom Drehwinkel den
jeweiligen Erfordernissen entsprechend zu variieren. Insbesondere ist es nicht möglich,
sehr flache oder gar degressive Kennlinienverläufe zu verwirklichen.
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Angesichts dieser Unzulänglichkeit sind auch schon Magnete ausgeführt
worden, bei denen die Hubbewegung eines querschnittsgesteuerten Kolbens über ein
steilgängiges Gewinde in eine Drehbewegung umgesetzt wird.
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Derartige Magneten sind jedoch im Aufbau teuer und insofern auch störanfällig,
als es neben der einfachen Drehbewegung eines Bauteils der Umsetzung einer Linearbewegung
in eine rotatorische Bewegung bedarf. Darüber hinaus ist dieser vorbekannte Magnet
mit unzulänglichen Wirkungsgraden behaftet.
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Demgemäß besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Schaffung
eines im Aufbau einfachen, kostengünstig herstellbaren Drehmagneten, der hinsichtlich
des Verlaufs der Drehmomentenkennlinie in Abhängigkeit von den Drehwinkeln des Ankers
unproblematisch an beliebige Bedarfsfälle anpaßbar ist und auch sehr flache oder
gar degressive Kennlinienverläufe ermöglicht.
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Diese Aufgabe ist bei einem Drehmagneten nach dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Luftspalt zwischen den
Polen des Magnetkörpers und des Ankers über den gesamten Drehwinkelbereich gleichbleibend
ist und daß die wirksamen Eisenquerschnitte sich wenigstens über einen Teil des
Drehwinkelbereichs in Abhängigkeit von der jeweiligen Drehstellung des Ankers verändern.
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Durch diese Maßnahme gelingt es bei entsprechender Gestaltung der
Polquerschnitte in weiten Grenzen beliebige Kennlinienverläufe zu realisieren. Dabei
hat es sich in zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung als vorteilhaft erwiesen,
wenn der Polschuh des Nagnetkörpers und/oder der Pol des Ankers sich in Umfangsrichtung
verändernde Querschnitte aufweisen und in Abhängigkeit vom Drehwinkel des Ankers
der Magnetfluß durch die in der jeweiligen Drehwinkelstellung maßgeblichen Polquerschnitte
bestimmt ist.
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Wenn nach der weiteren Ausgestaltung gemäß Anspruch 3 der Polschuh
des Magnetkörpers und/oder der Pol des Ankers in Anzugrichtung des Ankers ansteigende
Querschnitte aufweisen, sind sehr weich anziehende Magneten mit in Abhängigkeit
von der Zunahme des Ankerdrehwinkels mehr oder weniger stark linear oder progressiv
ansteigenden Drehkräften verwirklichbar. Während im An£angsbereich der Ankerdrehung
infolge Sättigung der dann wirksamen, nur geringe Querschnitte aufweisenden Polbereiche
nur ein begrenzter Magnetfluß auftreten kann, nimmt der Magnetfluß mit fortschreitendem
Drehwinkel angesichts der entsprechend ansteigenden Querschnitte zu, was naturgemäß
zu einer entsprechenden Erhöhung der verwirklichten Drehkräfte führt.
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Im Rahmen der Erfindung sind auch bei entsprechender Gestaltung der
Polquerschnitte durchaus über vorbestimmte Drehwinkelbereiche gleichbleibende oder
abfallende Drehkräfte verwirklichbar.
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Ein anderes Ausgestaltungsmerkmal der Erfindung besteht darin, daß
die Pole des Ankers und des Magnetkörpers symmetrisch zu der durch die Lagerzapfen
bestimmten Ankerdrehachse angeordnet sind. Naturgemäß führt diese Magnetausbildung'zu
einer Reduzierung der Lagerbeanspruchungen und dazu, daß die Ankerdrehachse bzw.
die letztere bildenden Lagerzapfen im wesentlichen nur auf Torsion beansprucht werden.
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Eine andere Ausgestaltung ist durch die Anordnung der Pole des Magnetkörpers
und des Ankers koaxial zu der Erregerspule gekennzeichnet, was zu einer kompakten
Drehmagnetausbildung großer Leistungsfähigkeit in bezug auf das Volumen führt. Dies
insbesondere, wenn nach einem weiteren Ausgestaltungsmerkmal beidseitig zur Erregerspule
wenigstens -je ein Polschuh des Magnetkörpers und ein entsprechend poliger Anker
angeordnet und die beiden Anker drehfest miteinander verbunden sind.
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Selbstverständlich kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung die Erregerspule
sich auch zumindest teilweise axial über die Pole des Magnetkörpers und/oder des
Ankers hinauserstrecken.
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Eine Ausführungsform der Erfindung soll nachstehend anhand der beigefügten
Zeichnung erläutert werden. In schematischen Ansichten zeigen:
Fig.
1 einen erfindungsgemäßen Drehmagneten in einer Längsschnittansicht mit Schnittverlauf
gemäß der Linie 1-1 in Fig. 2, Fig. 2 einen Querschnitt durch den Drehmagneten gemäß
der Schnittlinie Il-Il in Fig.1 und Fig. 3 in einem Schaubild mögliche Verläufe
der Drehmomentenkennlinie in Abhängigkeit von den Verdrehwinkeln Bei dem in seiner
Gesamtheit mit 10 bezeichneten Drehmagneten besteht der Magnetkörper 11 aus einem
rohrförmigen Gehäusemittelteil 12 und zwei im Abstand voneinander angeordneten Ringkörpern
13, 14 mit je zwei einander gegenüberliegenden Polschuhen 15, 15' und 16, 16'. Das
rohrförmige GehAusemittelteil
12 ist beidseitig durch äußere Deckscheiben
17, 18 aus antimagnetischem Material abgeschlossen.
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Zwischen den Ringkörpern 13, 14 set den einander gegenüberliegenden
Polschuhen 15, 15' und 16, 16' ist eine im einzelnen hier nicht interessierende
Erregerspule 20 aufgenommen, die von dem rohrförmigen Gehäusemittelteil 12 konzentrisch
umschlossen ist und ihrerseits einen Drehkörper 21 konzentrisch umschließt, der
sich im wesentlichen über die axiale Baulänge derErregerspule 20 erstreckt. Mit
den beiden Stirnseiten des Drehkörpers 21 sind jeweils mit zwei Polen 23, 23' und
24, 24' versehene Ankerscheiben 25, 26 drehfest verbunden und der Drehkörper ist
mittels zweier Lagerzapfen 27, 28, die ebenfalls drehfest mit dem Drehkörper verbunden
sind und sich durch Ausnehmungen in den Ankerscheiben 25, 26 sowie den außenseitig
davon angeordneten Deckscheiben 17, 18 hindurcherstrecken, in Lagern 30, 31 im Bereich
der Drehscheiben drehbar, aber axialfest gelagert. Je eine der beiden Ankerscheiben
25, 26 ist in einer Ebene mit einem der die Erregerspule 20 zwischen sich aufnehmenden
Ringkörper 13, 14 angeordnet. Jeder der beiden Ringkörper besitzt zwei sich radial
einwärts und über gleiche Umfangswinkelbereiche erstreckende Polschuhe 15, 15' und
16, 16', die mit dem jeweiligen Ringkörper über massive Stege 32, 32' und 33, 33'
verbunden sind. Entgegen der durch den Pfeil 34 in Fig. 2 angedeuteten Arbeitsdrehrichtung
des Ankers erstrecken sich von diesen die Pol schuhe mit den Ringkörpern 13, 14
verbindenden Stege Zungen von den fort, deren Querschnitte zu den/Stegen entfernten
freien
Zungenenden hin stetig abnehmen. Zu den Ankerscheiben 25, 26 hin sind die Polschuhe
durch auf einer Kreislinie liegende bogenförmige Flächen begrenzt. Die einander
gegenüberliegenden Pole der beiden Ankerscheiben haben entsprechende bogenförmige
Begrenzungen und eine Umfangserstreckung gleich der Umfangserstreckung der Pol schuhe
der Ringkörper 13, 14. Bei den Ankerscheiben handelt es sich, wie die Draufsicht
gemäß Fig. 2 zeigt, um annähernd rechteckförmige Scheiben, deren Breite durch die
Umfangserstreckung der die Schmalseiten bildenden Pole 15, 15' und 16off 16 bestimmt
ist.
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In Fig. 2 ist in strichpunktierten Linien eine mit 35 bezeichnete
Ankerstellung zu Beginn des Anziehens gezeigt, in der die Ankerpole 15, 15' und
16, 16' mit jeweils nur sehr kurzen Umfangsabschnitten der von den Stegen 32, 32
und 332 33 entfernten freien Enden der Polschuhe 15off 152 und 16off 16' des Magnetkörpers
zusammenwirken. Angesichts der geringen Querschnitte dieser Polschuhenden können
infolge Sättigung nur kleine Magnetflüsse zWischen den Ankerpolen und in Polschuhen
des Magnetkörpers wirken, die mit fortschreitender Drehung des Ankers in Richtung
des Pfeils 34 entsprechend der Zunahme der Polschuhquerschnitte allmählich ansteigen.
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Entsprechend der Zunahme der Magnetflüsse steigen mit fortschreitender
Winkeldrehung die erzielbaren Drehmomente an. Es ist ersichtlich, daß bei anderer
Gestaltung der Pol schuhe ein völlig abweichendes Drehmomentverhalten in Abhängigkeit
von den Drehwinkeln erzielbar ist. So treten insbesondere dann
degressive
Kennlinienverläufe auf, wenn mit fortschreitender Ankerdrehung die wirksamen Polquerschnitte
kleiner werden.
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Das in Fig. 3 veranschulichte Diagramm zeigt den Drehmomentenverlauf
in Abhängigkeit von der Ankerdrehung. Für einen Drehlnagneten der in den Fig. 1
und 2 gezeigten und vorstehend erläuterten Art ist die von einem Anfangswert bei
einem Verdrehwinkel von Null Grad linear ansteigende Drehmomentenkennlinie 36 charakteristisch.
Der Anstieg der Kennlinie ist in einfacher Weise dadurch variierbar, daß die wirksamen
Polquerschnitte in Umfangsrichtung stärker oder schwächer ansteigen. Eine überproportinale
Zunahme der wirksamen Polquerschnitte in Umfangsrichtung führt zu progressiven Kennlinienverläufen,
wie bei 37 gezeigt. Folgende Kennlinienverläufe sind durch in Arbeitsdrehrichtung
des Ankers abnehmbare Polquerschnitte verwirklichbar,wie bei 38 gezeigt.
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Es ist ersichtlich, daß durch entsprechende Gestaltung der wirksamen
Polquerschnitte auch unregelmäßige Kennlinienverläufe realisierbar sind.