DE3415431A1

DE3415431A1 - Rotating magnet

Info

Publication number: DE3415431A1
Application number: DE19843415431
Authority: DE
Inventors: Peter Dr. Andelfingen Isliker; Werner Klein-Andelfingen Mohler
Original assignee: ISLIKER MAGNETE AG ANDELFINGER CH
Current assignee: ISLIKER MAGNETE AG ANDELFINGER CH
Priority date: 1983-05-25
Filing date: 1984-04-25
Publication date: 1984-11-29
Also published as: CH659725A5

Abstract

An armature (22) is seated on a shaft (18) which can rotate but cannot be displaced axially. Said armature (22) interacts with at least one fixed-position core (15) which is surrounded by an energising coil (20), both the armature (22) and the core (15) having mutually facing pole surfaces (33, 32) which have the shape of a helical surface and, between them, bound an axial working air gap. The width of this working air gap with respect to the core (15) changes during a revolution of the armature (22). In order, in particular, to achieve greater freedom in the selection of the maximum operating stroke (rotation angle) of the armature (22) with an initial torque which is as high as possible, both the armature (22) and the core (15) in each case have a single pole surface (33, 32), and a projection (34), which is coaxial with respect to the shaft (18), is like a hub, and engages in a depression (31) which is constructed in a matching manner in the core (15) or in the armature (22), thereby forming an essentially radial air gap (35), is constructed on the armature (22) or on the core (15), within the relevant pole surface. <IMAGE>

Description

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WUESTHOFF - v. PECHMAN&BEHRENS^:- GÖBTZ^: *: * schweigerstrasse 2WUESTHOFF - v. PECHMAN & BEHRENS ^: - GÖBTZ ^: *: * Schweigerstrasse 2

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1A-58 293 Isliker Magnete AG, Andelfingen, SckweärZ/ ~ .*1A-58 293 Isliker Magnete AG, Andelfingen, SckweärZ / ~. *

DrehmagnetRotary solenoid

Die Erfindung betrifft einen Drehmagneten der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art.The invention relates to a rotary magnet of the type specified in the preamble of claim 1.

Bei Drehmagneten kann grundsätzlich zwischen zwei Typen unterschieden werden, nämlich solchen mit axialem Arbeitsluftspalt und solchen mit radialem Arbeitsluftspalt. In beiden Fällen wird bei Erregung der Spule der Anker aufgrund der auftretenden Magnetkräfte bewegt, wobei die Bewegung des Ankers in eine Drehbewegung der Welle umgesetzt wird, um z.B. Schaltvorgänge durchzuführen.In the case of rotary solenoids, a basic distinction can be made between two types, namely those with an axial working air gap and those with a radial working air gap. In both cases, the armature is due to excitation of the coil moved by the occurring magnetic forces, the movement of the armature being converted into a rotary movement of the shaft e.g. to carry out switching operations.

Bei Drehmagneten mit radialem Arbeitsluftspalt führt aufgrund baulicher Gegebenheiten die in Axialrichtung unbewegliche Welle nur eine Drehbewegung aus, während bei Drehmagneten mit axialem Luftspalt neben der erwähnten Möglichkeit (axial unbewegliche Welle) auch so vorgegangen werden kann, dass die Welle auch eine (vergleichsweise geringe) Axialbewegung ausführt, die dann in eine Drehbewegung umgesetzt wird.In the case of rotary solenoids with a radial working air gap, this leads to structural conditions, the axially immovable shaft only makes a rotary movement, while with Rotary solenoids with an axial air gap in addition to the option mentioned (axially immovable shaft) also proceeded in this way it can be that the shaft also executes a (comparatively small) axial movement, which then turns into a rotary movement is implemented.

2020th

Die Erfindung betrifft somit einen Drehmagneten mit axialem Arbeitsluftspalt und axial unbeweglicher Welle, wobei die Polflächen in Form einer Wendelfläche den Vorteil haben, dass sie für jede Verdrehungslage des Ankers parallel zueinander sind.The invention thus relates to a rotary magnet with an axial working air gap and an axially immovable shaft, wherein the pole faces in the form of a helical face have the advantage that they are parallel for every twisted position of the armature are to each other.

Ein solcher im Oberbegriff des Patentanspruches 1 ge-Such in the preamble of claim 1

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nannter Drehmagnet ist bekannt. Dieser besitzt sowohl am Anker als auch am Kern zumindest zwei einander zugekehrte Polflächen je in Form eines Abschnittes oder Sektors einer Wendelfläche. Diese Wendelflächen haben - um ein hohes, an der Welle abgreifbares Drehmoment zu erhalten eine vergleichsweise hohe Steigung. Somit ist der mögliche Verdrehungswinkel beim bekannten Drehmagneten auf etwa 90° begrenzt, sofern die Polflächen einander diametral gegenüberliegen und am Kern eine "Bogenlänge" von etwa 180° aufweisen.said rotary magnet is known. This owns both on Armature as well as at least two mutually facing pole faces on the core, each in the form of a section or sector a helical surface. These helical surfaces have - in order to obtain a high torque that can be tapped on the shaft comparatively high slope. Thus, the possible angle of rotation in the known rotary magnet is approximately 90 °, provided that the pole faces are diametrically opposed to each other and an "arc length" of approximately at the core Have 180 °.

Andererseits ist beispielsweise aus der DE-OS 27 54 569 (Kl.H 01 F 7/14, offengelegt am 19. April 1979) ein Drehmagnet bekannt, bei dem die den axial den Luftspalt begrenzende Polfläche des Kerns in einer zur Achse der Welle schiefwinklig angeordneten Ebene liegt. Die den Arbeitsluftspalt am Anker begrenzende Polfläche liegt ebenfalls in einer Ebene, die um denselben Winkel zur Achse der Welle geneigt ist. Dies führt dazu, dass die beiden Polflächen nur in erregtem Zustand der Spule etwa parallel zueinander sind und den geringsten Abstand voneinander aufweisen, während in allen übrigen Verdrehungslagen der Arbeitsluftspalt die Form eines Keils hat. Dieser bekannte Drehmagnet vermag ebenfalls nur einen maxi-On the other hand, for example from DE-OS 27 54 569 (Kl.H 01 F 7/14, published April 19, 1979) a rotary magnet known, in which the axially delimiting the air gap pole face of the core in a to the axis of the Wave is at an oblique angle arranged plane. The pole face delimiting the working air gap on the armature lies also in a plane which is inclined at the same angle to the axis of the shaft. This leads to the both pole faces are approximately parallel to one another only when the coil is excited and the smallest distance from one another have, while in all other twisted positions the working air gap has the shape of a wedge. This known rotary magnet is also only capable of a maximum

o malen Drehwinkel der Welle von nur wenig mehr als 90 zu bieten, ganz abgesehen davon, dass sein Anfangsdrehmoment vergleichsweise bescheiden ist.o paint the shaft's angle of rotation of just a little more than 90, not to mention its starting torque is comparatively modest.

Um einen brauchbaren Anlauf zu erzielen, sollte der Arbeitsluftspalt in entregtem Zustand eine bestimmteIn order to achieve a usable start-up, the working air gap should be a specific one in the de-energized state

Maximalbreite nicht übersteigen. Dagegen soll der Arbeitsluftspalt in erregtem Zustand nicht gleich Null werden, um ein "Kleben" des Ankers am Kern zu verhüten. Wollte man nun den maximalen Arbeitsdrehwinkel über die genannten etwa 90 hinaus vergrössern, ohne die genannte Maximalbreite des Arbeitsluftspaltes in entregtem Zustand zu überschreiten, müsste beim bekannten Drehmagneten die Anzahl und die Steigung der wendelflächenförmigen Polflächen vermindert werden mit dem Ergebnis, dass das Anfangsdrehmoment wegen der geringeren Steigung ungenügend wird.Do not exceed the maximum width. In contrast, the working air gap should not be zero in the excited state, to prevent the anchor from "sticking" to the core. If you wanted the maximum working angle of rotation over the mentioned about 90 without increasing the maximum width of the working air gap in the de-energized state exceed, the number and the slope of the helical pole faces would have to be exceeded in the known rotary magnet can be reduced with the result that the initial torque is insufficient because of the smaller slope will.

Es ist daher als ein Zweck der Erfindung anzusehen, einen Drehmagneten der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die oben geschilderten Probleme weitgehend gelöst sind, und mit dem Verdrehungswinkel der Welle bis über 180 hinaus an sich möglich sind.It is therefore to be regarded as a purpose of the invention to create a rotary magnet of the type mentioned at the beginning which the problems outlined above have largely been solved, and with the angle of rotation of the shaft up to over 180 are also possible in themselves.

Dieser Zweck wird beim vorgeschlagenen Drehmagneten durch die im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale erreicht.This purpose is given in the proposed rotary solenoid by those specified in the characterizing part of claim 1 Features achieved.

Merkmale bevorzugter Ausfuhrungsformen sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
25Features of preferred embodiments can be found in the dependent claims.
25th

Nachstehend ist ein Ausführungsbeispiel des vorgeschlagenen Drehmagneten anhand der Zeichnung näher erläutert.An exemplary embodiment of the proposed rotary magnet is explained in more detail below with reference to the drawing.

Es zeigt:
30It shows:
30th

Fig. 1 einen Axialschnitt durch einen Drehmagneten, und1 shows an axial section through a rotary magnet, and

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Fig. 2 in perspektivischer und etwas auseinan-Fig. 2 in perspective and somewhat apart

dergezogenen Darstellung den Anker und den mit diesem zusammenwirkenden Teil des Kerns des Drehmagneten gemäss Fig. 1. 5the drawing shows the anchor and the part of the core that interacts with it of the rotary magnet according to Fig. 1. 5

Der in Fig. 1 dargestellte Drehmagnet 10 ist in einem magnetischen Rückschlussgehäuse 11 aus Weicheisen eingeschlossen, das beispielsweise wie in der CH-PS 552 884 ausgebildet sein kann. Im Gehäuse 11 sind zwei koaxiale und gleichgrosse, durchgehende Oeffnungen 12, 13 vorhanden, in die je ein Teil 14 bzw. 15 eines zweigeteilten Kerns aus Weicheisen drehfest eingesetzt ist.The rotary magnet 10 shown in Fig. 1 is enclosed in a magnetic yoke housing 11 made of soft iron, which can be designed, for example, as in CH-PS 552 884. In the housing 11 are two coaxial and continuous openings 12, 13 of the same size, in each of which a part 14 or 15 of a two-part Core made of soft iron is inserted non-rotatably.

Im Teil 14 und im Teil 15 ist je ein Kugellager 16 bzw. 17 eingesetzt, in denen eine Welle 18 aus amagnetischem Material, beispielsweise rostfestem Stahl, drehbar gelagert ist. Die im wesentlichen als Drehteile ausgebildeten Teile 14, 15 des Kerns greifen mit einem Abschnitt ihrer Mantelfläche in eine Distanzhülse 19 aus amagnetischem Material, beispielsweise aus Messing, ein, wobei die Anordnung so getroffen ist, dass die noch freien Abschnitte der Mantelfläche der Teile 14, 15 mit der Mantelfläche der Distanzhülse 19 fluchten. Die Teile 14, 15 sowie die Distanzhülse 19 sind von einem mit einer Erregerwicklung 20 bewickelten Spulenträger 21 umschlossen.In part 14 and in part 15 a ball bearing 16 or 17 is used, in which a shaft 18 made of non-magnetic Material, such as stainless steel, is rotatably mounted. The essentially designed as turned parts Parts 14, 15 of the core engage with a portion of their outer surface in a spacer sleeve 19 made of non-magnetic Material, for example made of brass, the arrangement being such that the sections that are still free the outer surface of the parts 14, 15 are aligned with the outer surface of the spacer sleeve 19. The parts 14, 15 as well as the Spacer sleeves 19 are enclosed by a coil carrier 21 wound with an excitation winding 20.

Auf der Welle 18 sitzt ein Anker 22 aus Weicheisen, der beispielsweise mit der Welle 18 verstiftet ist, wie bei 23 (Fig. 2) angedeutet. Der Anker 22 weist einen nabenförmigen Fortsatz 24 auf, der mit geringem Spiel (höchstensOn the shaft 18 sits an armature 22 made of soft iron, for example is pinned to the shaft 18, as indicated at 23 (Fig. 2). The armature 22 has a hub-shaped Extension 24 on, the one with little play (at most

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einige Zehntel eines mm) in eine das Kugellager 16 aufnehmende Sackbohrung 25 im Teil 14 eingreift. Zwischen der Bohrung 25 und dem Fortsatz 24 ist also ein geringer radialer Luftspalt 26 vorhanden. Anschliessend an den Fortsatz 24 weist der Anker einen Bund 27 auf, der gegen den Teil 14 hin durch eine ebene Ringfläche 28 begrenzt ist. Ebenso endet der Teil 14 des Kern an seiner dem Anker 22 zugekehrten Seite in einer ebenen Ringfläche 29, so dass zwischen den Ringflächen 28 und 29 ein axialer Luftspalt von konstanter und möglichst geringer Breite entsteht.a few tenths of a mm) engages in a blind hole 25 receiving the ball bearing 16 in part 14. Between the bore 25 and the extension 24 therefore have a small radial air gap 26. Subsequently to the With extension 24, the armature has a collar 27 which is delimited towards part 14 by a flat annular surface 28 is. Likewise, the part 14 of the core ends on its side facing the armature 22 in a flat annular surface 29, so that between the annular surfaces 28 and 29 an axial air gap of constant and as small a width as possible arises.

Wie der Fig. 2 zu entnehmen ist, weist der Teil 15 des Kerns ebenfalls eine zylindrische Sackbohrung 31 zur Aufnähme des Kugellagers 17 auf. Gegen den Anker 22 hin weist der Teil 15 eine Polfläche 32 in der Form eines bei-As can be seen from FIG. 2, the part 15 of the core also has a cylindrical blind bore 31 for receiving of the ball bearing 17. Towards the armature 22, the part 15 has a pole face 32 in the form of a two

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nahe 360 umfassenden Sektors einer Wendelfläche auf. Dieser gegenüberliegend weist.der Anker 22 eine ebenfalls in der Form eines Sektors einer Wendelfläche ausgebildete Polfläche 33 auf. Ausserdem weist der Anker 22 unmittelbar an den inneren Rand der Polfläche 33 angrenzend einen Fortsatz 34 auf, der unter Freilassung eines radialen Luftspaltes 35 (Fig. 1) in die Sackbohrung 31 eingreift. Die Mantelfläche dieses Fortsatzes hat eine variable Höhe, weil sie durch den inneren Rand der Polfläche 31 begrenzt ist. Dasselbe gilt für die Innenwand der Sackbohrungclose to 360 comprehensive sector of a helical surface. Opposite this, the armature 22 also has a the shape of a sector of a helical surface formed pole face 33. In addition, the armature 22 has a directly adjacent to the inner edge of the pole face 33 Extension 34 which engages in the blind bore 31 leaving a radial air gap 35 (FIG. 1) free. The outer surface of this extension has a variable height because it is limited by the inner edge of the pole surface 31 is. The same applies to the inner wall of the blind hole

An der tiefsten Stelle der Polfläche 32 ist in dem Teil ein diesen durchsetzender Anschlagzapfen 36 eingetrieben. Dieser wirkt mit den Flanken 37, 38 einer in den AnkerAt the lowest point of the pole face 32 is in the part a stop pin 36 penetrating this is driven in. This acts with the flanks 37, 38 one in the armature

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in radialer Richtung eingefrästen Ausnehmung 39 zusammen, die sich im vorliegenden Beispiel in Umfangsrichtung des Ankers gesehen etwa über 100 erstreckt. Im Zusammenwirken mit dem Anschlagzapfen 36 begrenzt somit die Ausnehmung 39 den Drehwinkel des Ankers 22 in bezug auf die Teile 14 und 15.recess 39 milled in the radial direction, which in the present example extends in the circumferential direction of the Anchor extends roughly over 100. In cooperation with the stop pin 36, the recess thus delimits 39 shows the angle of rotation of armature 22 in relation to parts 14 and 15.

Die Polflächen 32 und 33 begrenzen zwischen sich einen axialen Arbeitsluftspalt, dessen Breite je nach Verdre-· hungslage des Ankers 22 in bezug auf den Teil 15 variabel ist, wobei aber die Polflächen 32 und 33 stets parallel zueinander bleiben. Ausserdem ist auch der radiale Luftspalt 35 ein Arbeitsluftspalt, der zwar eine konstante Breite hat, doch ist bei diesem der sich überdeckende Anteil der Innenwand der Sackbohrung 31 und der Mantelfläche des Portsatzes 34 in Abhängigkeit der Verdrehungslage des Ankers 22 in bezug auf den Teil 15 variabel. Dieser Anteil wird umso grosser je kleiner die Breite des axialen Arbeitsluftspaltes zwischen 32 und 33 ist.The pole faces 32 and 33 delimit an axial working air gap between them, the width of which depends on the torsional The position of the armature 22 with respect to the part 15 is variable, but the pole faces 32 and 33 are always parallel stay to each other. In addition, the radial air gap 35 is also a working air gap, although it is a constant one Has width, but in this case is the overlapping portion of the inner wall of the blind hole 31 and the outer surface of the port set 34 as a function of the rotational position of the armature 22 with respect to the part 15 is variable. This The proportion becomes greater the smaller the width of the axial working air gap between 32 and 33 is.

Eine nicht dargestellte, an der Welle 18 oder an einem von dieser betätigten Gerät angreifende Rückstellfeder hält den Anker 22 (bei entregter Wicklung 20) in jener Stellung, in der die Flanke 38 am Anschlagzapfen 36 anliegt. Der axiale Arbeitsluftspalt zwischen den Polflächen 32 und hat seine grösste Breite. Die sich überdeckenden Abschnitte der Innenwand der Bohrung 31 und der Mantelfläche des Portsatzes 34 haben den Mindestwert erreicht. Bei Erregung der Wicklung 20 hat der Arbeitsluftspalt zwischen und 33 die Tendenz, sich zu verengen und die Flächenüberdeckung zwischen 31 und 34 sich zu vergrössern. Obwohl dieA return spring, not shown, acts on the shaft 18 or on a device actuated by the latter the armature 22 (with the winding 20 de-energized) in that position in which the flank 38 rests on the stop pin 36. Of the axial working air gap between the pole faces 32 and has its greatest width. The overlapping sections the inner wall of the bore 31 and the outer surface of the port set 34 have reached the minimum value. When excited of the winding 20, the working air gap between and 33 has the tendency to narrow and the surface overlap between 31 and 34 to enlarge. Although the

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Steigung der Polflächen 32, 33 vergleichsweise gering ist, ist das an der Welle 18 in Richtung des Pfeiles 40 abgreifbare Ausgangsdrehmoment vergleichsweise gross, weil eben zur Wirkung des sich verringernden axialen Arbeitsluftspaltes die sich vergrössernde Flächenüberdeckung im radialen Luftspalt 35 hinzukommt.The slope of the pole faces 32, 33 is comparatively low, this can be tapped on the shaft 18 in the direction of the arrow 40 Output torque comparatively large, because it is precisely because of the effect of the decreasing axial working air gap the increasing surface coverage in the radial air gap 35 is added.

Zu erwähnen bleibt, dass zwischen der Stirnseite des Fortsatzes 34 und dem Innenring des Kugellagers 17 ein Di-IQ stanzröhrchen 41, beispielsweise aus Messing, eingesetzt ist, so dass der Anker 22 und mit ihm die Welle 18 gegen eine Axialverschiebung gesichert sind.It should be mentioned that between the end face of the extension 34 and the inner ring of the ball bearing 17 a Di-IQ punch tube 41, for example made of brass, is used, so that the armature 22 and with it the shaft 18 against axial displacement are secured.

Neben den besonders günstigen magnetischen Eigenschaften ist der beschriebene Drehmagnet 10 auch besonders einfach und kostengünstig in der Herstellung, ohne dass eine qua- , litative Einbusse in Kauf genommen werden müsste. ^{> In addition to the particularly favorable magnetic properties, the rotary magnet 10 described is also particularly simple and inexpensive to manufacture, without having to accept a loss of quality. ^{ >

Das Rückschlussgehäuse besteht hier aus zwei identischen U-förmig aufgebogenen Blechteilen, die mit gegeneinander weisenden Schenkeln und in bezug aufeinander um 90 verdreht ineinander geschachtelt sind. Für weitere Einzelheiten bezüglich des Rückschlussgehäuses wird auf die bereits genannte CH-PS 552 884 verwiesen. Der Teil 14 des Kernes ist ein einfaches, auf einem Drehautomaten herstellbares Drehteil. Ausgangsteil für den Teil 15 des Kernes ist ein zum Teil 14 identisches Stück, an welchem in zusätzlichen Operationen die Polfläche 32 angefräst und die zur Aufnahme des Anschlagstiftes 36 dienende Bohrung gebohrt wird. Ausgangsstück für den Anker 22 ist ebenfalls ein einfaches Automatendrehteil, an dem nur dieThe yoke housing here consists of two identical U-shaped sheet metal parts that are bent up against each other pointing legs and rotated by 90 with respect to one another are nested. For more details With regard to the yoke housing, reference is made to the aforementioned CH-PS 552 884. Part 14 of the Kernes is a simple turned part that can be produced on an automatic lathe. Starting part for part 15 of the The core is a partially 14-identical piece on which the pole face 32 is milled in additional operations and the hole serving to receive the stop pin 36 is drilled. Starting piece for the anchor 22 is also a simple automatic turned part on which only the

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wendelflächenformige Polfläche anzufräsen ist und - je nach gewünschtem Drehwinkel - die Ausnehmung 39 einzufrasen ist. Ebenso ist die Montage des dargestellten Drehmagneten denkbar einfach.Helical pole face is to be milled and - depending according to the desired angle of rotation - to mill the recess 39 is. The assembly of the illustrated rotary magnet is also very easy.

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Claims

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TELEFON: (089) 662051 PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE TELEGRAMM- PROTECTPATENTTELEPHONE: (089) 662051 PROFESSIONAL REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFFICE TELEGRAM PROTECT PATENT

MANDATAIRES AGRF.E.S PRES LOFFlCE EUROPiEN DES BREVETS TELEX: 524070MANDATAIRES AGRF.E.S PRES LOFFlCE EUROPiEN DES BREVETS TELEX: 524070

1A-58 293 Isliker Magnete AG, Andelfingen, Switzerland

PATENT CLAIMS

l / rotary magnet with a rotatable, axially immovable Shaft (18) firmly seated armature (22) and at least one stationary surrounded by an excitation coil Core (15), the armature (22) and the core (15) extending transversely to the shaft (18) and facing each other have the shape of a helical surface having pole surfaces (33; 32) which have an axial working air gap between them limit its width when the armature rotates (22). with respect to the core (15) changes, characterized in that 'both the anchor <22) as also the core (15) each have a single pole face (33 or 32) and that on the armature or on the core within the relevant Pole face a coaxial to the shaft, hub-like extension (34) is formed, which forms an im essentially radial air gap (35) engages in a recess (31) formed in opposite directions in the core or in the armature.

2. Rotary magnet according to claim 1, characterized in that that both the envelope surface of the extension (34) and the recess (31) are cylindrical and direct connect to the inner edge of the relevant poI area (33 or 32).

3. Rotary magnet according to claim 1 or 2, characterized in that that the extension (34) on the anchor (22) and the

9.5.1983 A 4706 CH.,

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Depression (31) is formed in the core (15).

4. Rotary magnet according to one of claims 1 or 2, characterized characterized in that the extension (34) is formed in one piece with the armature (22) or the core.

5. Rotary magnet according to one of the preceding claims, characterized in that the pole face (32) spans approximately 360 on the core (15).

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