DE3702417A1 - Anordnung zum einstellen eines rotors - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Einstellen eines Rotors in n mögliche Stellungen gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1.

Es ist aus der DE-OS 34 41 728 ein Hohlleiterschalter mit insbesondere vier Rotorstellungen bekannt. Der Rotor dieses Hohlleiterschalters wird mit einem Schrittmotor nahe einer beliebigen Schaltstellung gedreht. Ein als Kipphebel ausgebildetes, elektromagnetisch in Bereitschaftsstellung gehaltenes, Rastglied wird nach Abschalten des Schrittmotors durch Feder­ kraft in die Raststellung gekippt. Durch permanentmagnetische Kräfte des Rastglieds wird der Rotor in eine durch das Rastglied vorgegebene exakte Schaltstellung gedreht.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Anordnung zum Einstellen eines Rotors in n Stellungen zu schaffen, die sich durch einen im Schalter integrierten Antrieb sowie einer permanentmagnetischen Rastanordnung aus­ zeichnet.

Diese Aufgabe wird durch die im ersten Patentanspruch angegebenen Merkmale gelöst.

Der Vorteil dieser Erfindung besteht insbesondere darin, daß zur elektrischen Ansteuerung der Anordnung nur eine Leitung und ein Stromimpuls bestimmter Polarität benötigt wird, daß die Rotoreinstellung durch einen in die An­ ordnung integrierten Antrieb erfolgt und daß der Rotor durch berührungslos arbeitende Rastelemente exakt in die einzelne Raststellung bewegt und ge­ halten wird.

Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung. So ergibt sich durch die im Anspruch 2 genannte Magnetpolzahl ein größeres Drehmoment. Durch die im Anspruch 6 genannte Verjüngung der Rastmagnete wird eine exakte Positionierung des Rotors erreicht.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 eine Anordnung in prinzipieller Darstellung für acht Schaltstel­ lungen in einer Teilabwicklung,

Fig. 2 die Momentenkennlinien der in Fig. 1 dargestellten Abwicklung.

Die Anordnung gemäß Fig. 1 zeigt in Fig. 1a einen Antrieb mit einem Stator 1 und einem Rotor 2 für acht Schaltstellungen wie sie z.B. für das Schalten von Koaxial- oder Hohlleiterschaltern verwendet werden kann. Der Stator 1 enthält 16 hintereinander geschaltete Antriebswicklungen 5, hier symbolisch als einfacher Leiter mit eingezeichneter Stromrichtung als Ausschnitt in einer Abwicklung dargestellt. Die Wicklungsanordnung ist ge­ genüber den Magnetstoßstellen des Rotors 2 um ca. 5,5° aus der Raststellung versetzt, um in dem Moment, wenn die Spulen von einem Strom durchflossen werden, ein definiertes Drehmoment bestimmter Richtung zu erhalten.

Der Rotor 2 enthält acht um jeweils 45° versetzte Permanentmagnetpaare 3, deren Polfolge abwechselt und einen magnetischen Rückfluß 4.

In Fig. 1b sind einige der Rastanordnungen (Detend-Elemente) 6, 7, 8/9, 10/ 11, 12 dargestellt. Die Rastanordnungen 6, 7, 8/9, 10/11, 12 sind auf dem Rotor 2 und auf dem Stator 1 angeordnet. Auf dem Stator 1 befinden sich acht um jeweils 45° versetzte Permanentmagnetpaare 6, 7/9, 10/11, 12, wovon der eine ein Permanentmagnet geringerer Feldstärke 7/10/12 ist. Die beiden radial entgegengesetzt magnetisierten Permanentmagnete 6, 7/9, 10/11, 12 der Rastanordnung 6, 7, 8/9, 10/11, 12 des Stators 1 sind um ca. 13° zueinander versetzt angeordnet.

Auf dem Rotor 2 befindet sich ein zum Magneten 6 entgegengesetzt magneti­ sierter Permanentmagnet 8, der in der Schaltstellung S ₁ dem Magneten 6 gegenüber angeordnet ist. Die Rastmagnete 6, 8 der Rastanordnung 6, 7, 8/9, 10/ 11, 12 verjüngen sich auf der einander zugewandten Seite.

Der Antrieb 3, 4, 5 und die Rastanordnung 6, 7, 8/9, 10/11, 12 befinden sich in verschiedenen Ebenen.

In Fig. 2 sind Momentenkennlinien dargestellt. Hier zeigt die Kurve A den Verlauf des Antriebsmoments M _A im Bereich der Raststellungen S ₁ bis S ₂.

Die Kurve B zeigt den Verlauf des Rastmoments M _D ebenfalls im Bereich der Raststellungen S ₁ bis S ₂.

Das gleichbleibende Reibmoment M _R wird durch die Kurve C dargestellt.

Das Antriebsmoment M _A wird durch die hintereinandergeschalteten Antriebs­ wicklungen 5 des Stators 1 hervorgerufen und erzeugt im gezeigten Beispiel ein Moment, welches den Rotor 2 aus der Raststellung S ₁ nach rechts in Richtung der Raststellung S ₂ treibt. bis etwa 13° wird durch die Rastan­ ordnung 6, 7, 8/9, 10/11, 12 ein gegenüber dem Antriebsmoment (Kurve A) klei­ neres entgegengesetzt gerichtetes Rastmoment (Kurve B) erzeugt.

Ab etwa 13° addiert sich das Rastmoment (Kurve B) mit dem Antriebsmoment (Kurve A) und der Rotor 2 wird bei noch anliegendem Strom bis über 13° hinaus verdreht. Hier kann der Strom abgeschaltet werden. Jetzt wirkt nur noch das Rastmoment (Kurve B), welches im Bereich von etwa 22° seinen niedrigsten Wert erreicht aber immer noch etwa fünfmal größer ist als das z.B. durch Lagerreibung hervorgerufene Reibmoment (Kurve C). Das bis etwa 40° zunehmende Rastmoment (Kurve B) treibt den Rotor 2 in Richtung der Raststellung S _2. Ab etwa 40° nimmt das Rastmoment (Kurve B) steil ab und wird bei 45° zu Null. Die Magnete 8 und 9 stehen sich jetzt gegenüber (Raststellung S ₂).

Soll der Rotor 2 in die nächste Raststellung (S ₃) gedreht werden, so wird ein neuer Stromimpuls gleicher Polarität auf der gleichen Leitung benötigt.

• Bezugszeichenliste 1Stator2Rotor3Permanentmagnete, Antrieb, rotorseitig4magnetischer Rückfluß5Antriebswicklung, statorseitig6, 7, 8Rastanordnung6, 8Rastmagnete7, 10, 12Permanentmagnet geringerer Feldstärke9, 10Rastanordnung11, 12RastanordnungS₁Raststellung S₁ S₂Raststellung S₂ S₃Raststellung S₃ Kurve AAntriebsmoment M _A Kurve BRastmoment M _D Kurve CReibmoment M _R

Claims (7)

1. Anordnung zum Einstellen eines Rotors in n mögliche Stellungen ent­ haltend einen zeitweise eingeschalteten Antrieb mit rotorseitigen Per­ manentmagneten und statorseitigen Antriebswicklungen und eine magnetische Rastanordnung mit rotor- und statorseitigen Permanentmagneten zum Stellen des Rotors in die einzelnen Raststellungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Rastanordnung (6, 7, 8/9, 10/11, 12) statorseitig n Permanentmagnete (6, 7/9, 10/11, 12) aufweist, deren dem Rotor (2) zugewandte Pole alle die gleiche Polarität aufweisen und rotorseitig wenigstens einen Permanent­ magneten (8) aufweist der dem Stator (1) zugewandt eine entgegengesetzte Polarität aufweist (Rastmagnete (6, 8/9/11)), daß den rotor- oder stator­ seitigen Permanentmagneten (6, 8/9/11) ein entgegengesetzt gepolter um einen vorgegebenen Winkel versetzter Permanentmagnet (8) geringerer Feld­ stärke zugeordnet ist, daß der Stator (1) n oder 2n parallel und/oder hin­ tereinander geschaltete Antriebswicklungen (5) gleichmäßig verteilt auf­ weist, daß diese Antriebswicklung an eine Ansteuerleitung angeschaltet ist, wobei im Falle 2n benachbarte Antriebswicklungen entgegengesetzt gerichtete Magnetfelder erzeugen und wobei die Achsen benachbarter Antriebswicklungen einen Winkel von 360°/n bzw. 360°/2n aufweisen und daß die Statorwicklungen (5) und die rotorseitigen Permanentmagnete (3) des Antriebs in den einzel­ nen Raststellungen (S ₁, S ₂, S ₃) derart gegeneinander versetzt sind, daß bei Einschalten des Antriebsstromes ein Drehmoment in nur einer bestimmten Richtung erzeugt wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb rotorseitig 360°/2n nebeneinander liegende Magnetpole (3) wechselnder Pola­ rität aufweist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der An­ trieb rotorseitig einen magnetischen Rückschluß (4) aufweist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die rotorseitigen Magnete (3) des Antriebs mit einer ihrer Stoßstellen in der jeweiligen Raststellung (S ₁, S ₂, S ₃) stehen und daß die statorseitigen Antriebswicklungen (5) einen kleinen Winkelversatz bezogen auf die Stoß­ stellen der Magnete (3) des Rotors (2) aufweisen.

5. Anordnung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die rotor­ seitigen Magnete (3) des Antriebs einen kleinen Winkelversatz bezogen auf die Raststellung (S ₁, S ₂, S ₃) des Rotors (2) aufweisen, während eine Seite einer der statorseitigen Antriebswicklungen (5) in der Raststellung (S ₁, S ₂, S ₃) steht.

6. Anordnung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Rastmagnete (6, 8) auf der gegeneinander zugewandten Seite verjüngen.

7. Anordnung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ma­ gnete geringerer Feldstärke (7, 10, 12) der Rastanordnung (6, 7, 8/9, 10/11, 12) um ca. 360°/3,5n entgegen der Drehrichtung gegenüber den Rastmagneten (6, 8) versetzt sind.