DE3640188A1 - Stellglied - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Stellglied zur Durchführung mechanischer Drehbewegungen mit einem zwi­ schen zwei elektromagnetisch erregbaren sich gegenüberlie­ genden Polstücken drehbar gelagerten, permanentmagneti­ schen Anker, der die Form eines langgestreckten an zwei sich gegenüberliegenden Seiten abgeflachten Rundstabes auf­ weist, wobei die beiden runden Seiten mit dem Nord- bzw. den Südpol bilden.

Für bestimmte Anwendungen z.B. bei der Laserstrahlablen­ kung, bei Infrarotsuchköpfen zum Öffnen und Schließen mechanischer oder elektrischer Kontakte, beim Regeln von Durchflußmengen oder auch als Abtastglied bei Infrarot- Nachtsichtanlagen für Hubschrauberpiloten, werden elektro­ magnetische Stellglieder benötigt, die über einen möglichst großen Winkelbereich einfach zu regeln sind, d.h. mechanische Drehbewegungen durchführen, die eine hohe Dynamik innerhalb eines Winkelbereiches von 50 bis 70° ge­ währleisten.

Aus der DE-OS 33 15 682 ist ein Winkelstellglied mit einem ersten Element bekannt, das mit entgegengesetzten magneti­ schen Polaritäten magnetisiert ist und mit einem zweiten Element, das mit drei Magnetpoleinrichtungen versehen ist, die um vorbestimmte Winkelabstände voneinander entfernt sind, wobei die beiden Elemente relativ zueinander verdreh­ bar sind, wenn die Poleinrichtungen geeignet magnetisiert sind.

Zwei der Polanordnungen sind dabei in unterschiedlicher Weise magnetisch erregbar, so daß sie einmal einen Südpol und einmal einen Nordpol bilden, während die dritte Polan­ ordnung immer mit der gleichen Polarität magnetisierbar ist; eine derartige Anordnung eignet sich insbesondere als Mikrowellenschalter, d.h. als Schalter, der eine Mikrowel­ len-Kopplungsanordnung zwischen zwei diskreten Positionen bewegt, in denen jeweils ein entsprechender Weg für Mikro­ wellenenergie angekoppelt wird.

Ferner ist aus der DE-OS 30 05 921 ein monostabiles Drehan­ kersystem zur Verwendung in elektromagnetischen Antrieben mit einem zwischen zwei elektromagnetisch erregbaren Polen drehend beweglichem Anker bekannt, wobei der Drehanker aus weichmagnetischem Werkstoff mit mindestens einem einge­ setzten Permanentmagneten versehen ist und der permanent­ magnetische Pol unmittelbar neben einem weichmagnetischen Pol des Drehankers angeordnet ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein elektromag­ netisches über den Winkelbereich von 50 bis 70° einfach zu regelndes Stellglied für mechanische Drehbewegungen zu schaffen, das eine besonders hohe Dynamik innerhalb des gesamten Winkelbereiches aufweist, bei besonders einfachem Aufbau und geringem Gewicht.

Ausgehend von einem Stellglied der eingangs näher genann­ ten Art wird zur Lösung dieser Aufgabe vorgeschlagen, daß jedes Polstück die Form eines konkaven Kreissegments aufweist, wobei der Radius der beiden Kreissegmente gering­ fügig größer als der Radius des Nord- und Südpols des An­ kers ist, und die abgeflachten Seiten des Rundstücks den Polstücken jeweils gegenüberliegen, wenn sich der Rundstab in der Mitte des Arbeitsbereiches befindet, wobei die beiden den Anker umgebenden Polstücke im Abstand voneinan­ der angeordnet sind.

Bei einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel weist der An­ ker Seltene Erden auf z.B. eine Co-Sm-Legierung, wobei der Anker entweder an beiden Enden oder nur an einem Ende mit einer axial angeordneten Welle verbunden ist.

Mit der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Stellgliedes wird bei bewegtem Anker der Vorteil erzielt, daß die magne­ tisch wirksame Fläche, d.h. der Querschnitt des Luftspalts über den gesamten nutzbaren Winkelbereich konstant bleibt. Dabei werden alle zur Verfügung stehende Luftspalte sowohl bei Linksdrehung als auch bei Rechtsdrehung ausgenutzt, so daß sich ein konstantes spezifisches Drehmoment über den ganzen Winkelbereich ergibt. Das magnetische Grundmoment ändert sich linear mit dem ausgelenkten Winkel, so daß ins­ gesamt der Vorteil einer Konstanz der Regeleigenschaften über den ganzen nutzbaren Winkelbereich gewährleistet ist. Durch die Verwendung der vier zur Verfügung stehenden Luft­ spalte wird ferner eine Wirkungsgraderhöhung erzielt.

Da bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung keine mechanisch wirkende Rückstellfeder für den Anker erforder­ lich ist, tritt auch keine Resonanzfrequenz auf; es sind beliebig viele Winkel-Zeitfunktionen im Rahmen der Dynamik realisierbar, bei gleichzeitig einfacherem mechanischen Aufbau, da z.B. keine Hohlwelle für eine Torsionsfeder be­ nötigt wird, wodurch auch die Wellenenden auf beiden Sei­ ten des Ankers nutzbar gemacht werden können.

Die Verwendung von Seltenen Erden, z.B. Co-Sm als Magnetma­ terial ermöglicht eine hohe Beschleunigungsfähigkeit, da der Magnet bei Beschleunigungsspitzen, d.h. hohen Strömen, nicht entmagnetisiert wird, so daß auch mit sehr hohen Frequenzen gearbeitet werden kann.

Das erfindungsgemäße Stellglied eignet sich insbesondere als Höhenscanner für die vertikale Ablenkung des Strahlen­ ganges in einem Warmebildgerät, wie es in Nachtsichtanla­ gen gefordert wird. Die Ablenkbewegung besteht dabei aus der Überlagerung der eigentlichen Scan-Bewegung (sägezahn­ förmige Bewegung) mit einer Nachführbewegung (niederfre­ quente Bewegung), wobei die Ablenkung in beiden Fällen proportional zum vorgegebenen Stellkommando erfolgt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, in der ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Es zeigen:

Die Fig. 1 und 2 einen Querschnitt durch ein erfindungs­ gemäßes Stellglied in unterschiedlichen Erregungszuständen.

In den Figuren sind mit 1 und 2 die beiden Polstücke eines magnetischen Kreises bezeichnet, der durch eine elektri­ sche Spule 4 erregt werden kann. Die beiden Polstücke 1 und 2 weisen jeweils die Form eines konkaven Kreissegments auf und umgeben einen permanentmagnetischen Anker 3, der die Form eines langgestreckten an zwei sich gegenüberliegenden Seiten abgeflachten Rundstabes aufweist, wobei die beiden runden Seiten den Nordpol N bzw. den Südpol S bilden. Der Anker ist drehbar zwischen den beiden Polstücken 1 und 2 aufgehängt und besitzt zwei in axialer Verlängerung austre­ tende Wellen, mit denen er z.B. mit einem Ablenkspiegel ge­ koppelt werden kann. Der Radius der beiden Halbzylinder der Polstücke 1 und 2 ist dabei geringfügig größer als der Radius des Nordpols und des Südpols des Ankers, wobei die beiden Polstücke 1 und 2 in einem geringen Abstand vonein­ ander angeordnet sind, so daß ein Luftspalt zwischen ihnen und dem Anker 3 entsteht.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die Stromrichtung in der elektrischen Spule 4 so gewählt, daß das Polstück 1 den Nordpol und das Polstück 2 den Süd­ pol bildet, wodurch sich der Anker 3 in Richtung des Pfei­ les F dreht. Der Grad der Winkelbeschleunigung des Ankers 3 ist dabei eine Funktion der Stromstärke in der Spule 4.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Stromrichtung in der elektrischen Spule 4 umgekehrt ge­ wählt, so daß das Polstück 1 den Südpol und das Polstück 2 den Nordpol bildet, wodurch sich der Anker 3 in entgegen­ gesetzter Richtung in Richtung des Pfeiles F′ dreht.

Innerhalb des vorgegebenen Drehbereiches, d.h. eines Win­ kelbereichs von ca. bis 70° für den Anker 3 zwischen den beiden Maximalstellungen in der Spule 4, bleibt die Fläche 5 des wirksamen Luftspaltes 5 konstant. Durch die vollständige Ausnutzung aller zur Verfügung stehenden Luftspalte 5 bei der Verdrehung des Ankers 3 in Links­ bzw. Rechtsrichtung erhält man ein konstantes spezifisches Drehmoment über den gesamten Winkelbereich, wobei sich das magnetische Grundmoment linear mit dem ausgelenkten Winkel F, F′ ändert.

Der Anker 3 weist vorteilhafterweise Seltene Erden, z.B. Co-Sm als Magnetmaterial auf, so daß sehr hohe Frequenzen für die Verdrehung des Ankers 3 einsetzbar sind.

Wie man sieht, ist das erfindungsgemäße elektromagnetische Stellglied von besonders einfachem Aufbau, wodurch z.B. in seinem Einsatz in einem Infrarot-Sichtgerät für Nachtflug­ geräte von Hubschraubern eine Raum- und Kostenersparnis von 60 bis 70% gegenüber herkömmlichen Stellgliedern erzielt werden kann. Es weist eine besonders hohe Dynamik über einen großen Winkelbereich und eine gute Reproduzierbarkeit der mechanischen Bewegungen in diesem Winkelbereich auf, ohne daß eine Torsionsfeder für die Rückstellung benötigt wird.

Claims (5)

1. Elektromagnetisches Stellglied zur Durchführung mechani­ scher Drehbewegungen mit einem zwischen zwei elektromag­ netisch erregbaren sich gegenüberliegenden Polstücken drehbar gelagerten permanentmagnetischen Anker, der die Form eines langgestreckten, an zwei sich gegenüberlie­ genden Seiten abgeflachten Rundstabes aufweist, wobei die beiden runden Seiten den Nord- bzw. den Südpol bil­ den, und die abgeflachten Seiten des Rundstabes den Polstücken jeweils gegenüberliegen, wenn sich der Rundstab in der Mitte des Arbeitsbereiches befindet, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Polstück (1, 2) die Form eines konkaven Kreissegments aufweist, wobei der Radius der beiden Kreissegmente geringfügig größer ist als der Radius des Nord- und Südpols des Ankers (3), und daß die beiden den Anker umgebenden Polstücke im Ab­ stand voneinander angeordnet sind.

2. Elektromagnetisches Stellglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker Seltene Erden aufweist.

3. Elektromagnetisches Stellglied nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker aus einer CO-Sm-Legierung besteht.

4. Elektromagnetisches Stellglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker an beiden Enden mit einer axial angeordneten Welle versehen ist.

5. Elektromagnetisches Stellglied nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Anker an einem Ende mit einer axial angeordneten Welle versehen ist.