DE3926909A1

DE3926909A1 - ELECTROMAGNETIC TURNTABLE

Info

Publication number: DE3926909A1
Application number: DE3926909A
Authority: DE
Inventors: Harald Dipl Ing Kalippke; Friedrich Wendel; Erhard Dipl Ing Renninger; Claus Dr Ing Dr Kramer; Johannes Dr Ing Dr Meiwes; Dieter Dick; Herbert Becker
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1989-08-16
Filing date: 1989-08-16
Publication date: 1991-02-21
Also published as: EP0487551A1; EP0487551B1; DE59003633D1; AU6048190A; WO1991003063A1; BR9007598A; JPH04507328A; KR920704321A

Abstract

The aim of the invention is to simplify a rotating actuator (1) with a magnetic reset element (18), in particular for controlling the cross-section of a choke, and to improve the torque profile of the reset element (18). To this end, the reset element (18) is made of ferromagnetic material and is arranged in the region of the permanent magnet segments (10) of the servomotor (2). The reset element (18) catches on the recesses (30) in the permanent magnets (10). This increases the precision with which the element (18) swings into its locking position. The rotating actuator (1) is particularly suitable as an idling rotating actuator in internal combustion engines.

Description

State of the art.

Die Erfindung geht aus von einem Drehsteller nach der Gattung des Anspruchs 1. Aus der JP-GM-OS 60-88 044 ist bereits ein solcher Dreh steller mit einem magnetischen Rückstellelement bekannt, das bei Ausfall der Stromversorgung des Stellmotors den Anker des Dreh stellers in eine definierte Ruhelage überführt. Das bekannte Rück stellelement besteht neben den gehäusefesten Permanentmagneten aus zwei weiteren, mit dem Anker verbundenen Permanentmagneten. Dies führt infolge des kleinen Drehmomentgradienten in der Ruhelage zu einer relativ geringen Rückstellkraft. Andererseits ist das dem Regeldrehmoment entgegenwirkende Maximaldrehmoment des Rückstell elements unerwünscht groß. Außerdem entstehen hohe Kosten durch die zusätzlichen Magnete.The invention relates to a rotary actuator according to the genus Claim 1. From JP-GM-OS 60-88 044 such a turn is already known with a magnetic reset element, which at Failure of the power supply to the servomotor the anchor of the rotation stellers transferred to a defined rest position. The well-known back In addition to the permanent magnets attached to the housing, the control element consists of two further permanent magnets connected to the armature. This leads to at rest due to the small torque gradient a relatively low restoring force. On the other hand, that's it Control torque counteracting maximum torque of the reset elements undesirably large. In addition, there are high costs additional magnets.

Advantages of the invention

Der erfindungsgemäße Drehsteller mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß das Rückstell element bei einem wesentlich vereinfachten Aufbau eine günstigere Drehmomentenkennlinie aufweist und preiswerter herstellbar ist. The turntable according to the invention with the characteristic features of claim 1 has the advantage that the reset element with a much simplified structure a cheaper one Has torque characteristic and is cheaper to manufacture.

Ein weiterer Vorteil ist in der Montageerleichterung und dem Wegfall einer Einstellung des Notlaufpunktes in montiertem Zustand des Dreh stellers zu sehen. Darüberhinaus bleiben die Winkeltoleranzen auch bei Großserienfertigung klein genug. Weiterhin läßt sich durch Formvariation von Luftspalt, Überdeckungswinkel mit den Permanent magneten und Dicke der Kontur des Rückstellelements der Dreh momentenverlauf leicht optimieren.Another advantage is the ease of assembly and the elimination an adjustment of the emergency point in the assembled state of the rotation to see. In addition, the angular tolerances remain small enough for mass production. Furthermore, can by Shape variation of air gap, overlap angle with the permanent magnets and thickness of the contour of the return element of the rotation Easily optimize the torque curve.

Durch die in den Ansprüchen 2ff aufgeführten Maßnahmen sind vorteil hafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angege benen Drehstellers möglich. Besonders vorteilhaft ist die Anpassung der Ausschnitte in den Polen des Rückstellelements an die Breite der Umfangslücken zwischen den Permanentmagnetsegmenten. Dadurch wird eine sehr genaue Einhaltung der Raststellung erreicht, in die sich das Rückstellelement in stromlosem Zustand des Stellmotors zurück dreht. Durch die Verwendung der Permanentmagneten des Antriebs auch für die Rückstelleinrichtung werden Teile gespart. Die scheiben förmige Bauform reduziert die axiale Baulänge der Rückstellein richtung. Durch die geringe radiale Breite der Arme des Rückstell elements wird die magnetische Remanenz gering gehalten und ein ge naueres Einhalten der Raststellung erreicht.The measures listed in claims 2ff are advantageous Adherent further training and improvements specified in claim 1 level rotary actuator possible. The adjustment is particularly advantageous of the cutouts in the poles of the restoring element to the width of the Circumferential gaps between the permanent magnet segments. This will achieved a very precise adherence to the rest position, in which the reset element in the de-energized state of the servomotor turns. By using the permanent magnets of the drive too parts are saved for the reset device. The slices shaped design reduces the axial length of the reset direction. Due to the small radial width of the arms of the reset elements the magnetic remanence is kept low and a ge more precise adherence to the rest position reached.

drawing

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.An embodiment of the invention is shown in the drawing represents and explained in more detail in the following description.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Drehsteller, Fig. 1 shows a longitudinal section through a rotary disc,

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch den Drehsteller gemäß Linie II-II in Fig. 1. FIG. 2 shows a section through the turntable according to line II-II in FIG. 1.

Description of the embodiment

Der Drehsteller 1 hat einen Stellmotor 2, dessen Rotor auf ein Drosselorgan 3 wirkt, das in einer Bypassleitung 4 zu einem Ansaug rohr 5 mit Drosselklappe für die Regelung der Leerlaufverbrennungs luft einer Brennkraftmaschine angeordnet ist. Das Drosselorgan 3 ist als Drehschieber ausgebildet, der eine Steueröffnung 6 in der Bypassleitung 4 mehr oder weniger verschließt. Der Stellmotor 2 besteht aus einem zentralen Stator 7 mit Feldwicklungen 8 und einem becherförmigen Rotor 9, der zwei an seiner zylindermantelförmigen Wand angeordnete, einander gegenüberliegende vorzugsweise ungleich polige Permanentmagnetsegmente 10 aufweist. Diese Permanentmagnet segmente sind schalenförmig und bedecken einen Winkelbereich von je etwa 135°. Der Rotor 9 besitzt eine Welle 11, die in zwei in einem Gehäuse 12 gehaltenen Lagern 13, 14 reibungsarm gelagert ist. An der Welle 11 ist das Drosselorgan 3 drehfest angebracht.The rotary actuator 1 has a servomotor 2 , the rotor of which acts on a throttle element 3 which is arranged in a bypass line 4 to an intake pipe 5 with a throttle valve for controlling the idle combustion air of an internal combustion engine. The throttle element 3 is designed as a rotary slide valve, which more or less closes a control opening 6 in the bypass line 4 . The servomotor 2 consists of a central stator 7 with field windings 8 and a cup-shaped rotor 9 , which has two permanent magnet segments 10 , which are arranged opposite one another on its cylinder-jacket-shaped wall and are located opposite one another, preferably with different poles. These permanent magnet segments are bowl-shaped and cover an angular range of approximately 135 ° each. The rotor 9 has a shaft 11 which is mounted in two bearings 13 , 14 held in a housing 12 with low friction. The throttle element 3 is mounted on the shaft 11 in a rotationally fixed manner.

Der Stator 7 ist an einer Gehäusekappe 16 montiert, die den Rotor 9 und den Stator 7 überdeckt und mit dem Gehäuse 12 verbunden ist. Der Stator 7 trägt auf seiner Achse 17 dem Gehäuse 12 zugewandt ein Rückstellelement 18 aus ferromagnetischem Werkstoff. Das Rückstell element 18 ist somit, wie der Stator 7 undrehbar. Es ist als dünne Scheibe ausgebildet und befindet sich im Wirkungsbereich der Permanentmagnetsegmente 10 des Rotors 9. Das Rückstellelement er streckt sich radial bis nahe an die Permanentmagnete 10, ohne diese zu berühren. Um Randeffekte zu vermeiden, überragen die Permanent magnetsegmente 10 das Rückstellelement 18 in axialer Erstreckung. Das Rückstellelement kann auch auf dem dem Gehäuse 12 abgewandten Ende der Achse 17 angeordnet sein.The stator 7 is mounted on a housing cap 16 , which covers the rotor 9 and the stator 7 and is connected to the housing 12 . The stator 7 carries on its axis 17 facing the housing 12 a restoring element 18 made of ferromagnetic material. The reset element 18 is thus, like the stator 7, non-rotatable. It is designed as a thin disk and is located in the effective area of the permanent magnet segments 10 of the rotor 9 . The restoring element extends radially to close to the permanent magnets 10 without touching them. In order to avoid edge effects, the permanent magnet segments 10 protrude beyond the return element 18 in the axial extent. The restoring element can also be arranged on the end of the axis 17 facing away from the housing 12 .

Das Rückstellelement 18 besteht (siehe Fig. 2) aus einem auf die Achse 17 z.B. aufgepreßten Mittelteil 19 mit zentraler Bohrung 20, das zwei gegenüberliegende speichenförmig sich erstreckende radiale Fortsätze 21 trägt. An den äußeren Enden der Fortsätze 21 sind rad kranzförmig jeweils zwei seitlich weggerichtete gleichlange Arme 22, 23, 24, 25 angebracht, die sich etwa entlang einer den Umfang des Rückstellelements 18 bildenden Kreislinie erstrecken. Jeweils zwei Arme 22 und 25 bzw. 24 und 23 bilden zusammen magnetische Pole 26 und 27 des Rückstellelements 18.The restoring element 18 (see FIG. 2) consists of a central part 19, for example pressed onto the axis 17, with a central bore 20 , which carries two radial extensions 21 extending opposite one another in the form of spokes. At the outer ends of the extensions 21 , two arm 22 , 23 , 24 , 25 of equal length, which are directed away laterally, are attached in a wheel-shaped manner and extend approximately along a circular line forming the circumference of the restoring element 18 . Two arms 22 and 25 or 24 and 23 together form magnetic poles 26 and 27 of the restoring element 18 .

In Fig. 2 sind gestrichelt die Magnetfeldlinien durch die Pole 26 und 27 und durch die Permanentmagnetsegmente 10 eingezeichnet. Das obere Permanentmagnetsegment 10 bildet an seiner dem Rückstellele ment 18 zugewandten Innenseite einen magnetischen Nordpol, das untere Segment 10 einen Südpol. Am Pol 26 des Rückstellelements 18 bildet sich dann ein magnetischer Südpol und am Pol 27 ein magne tischer Nordpol aus. Da jeder Pol 26, 27 zwei Arme aufweist, bilden sich zwei Systeme von geschlossenen Magnetfeldlinien an jedem Pol aus. Zwischen jeweils zwei Armen 22, 25 beziehungsweise 23, 24 besteht ein Abstand von beispielsweise 45°, so daß sich die freien Enden der Arme 22 bis 25 nicht berühren.In Fig. 2, the magnetic field lines are drawn in broken lines through the poles 26 and 27 and through the permanent magnet segments 10 . The upper permanent magnet segment 10 forms on its Rückstellele the element 18 inside facing a north magnetic pole, the lower segment 10 has a south pole. At the pole 26 of the restoring element 18 , a magnetic south pole then forms and at the pole 27 a magnetic north pole. Since each pole 26 , 27 has two arms, two systems of closed magnetic field lines form at each pole. There is a distance of, for example, 45 ° between two arms 22 , 25 and 23, 24 , respectively, so that the free ends of the arms 22 to 25 do not touch.

Zwischen den Polen 26, 27 hat das Rückstellelement 18 in Richtung der Fortsätze 21 kreissegmentförmige Ausschnitte 28, 29. Die Aus schnitte sind etwa so breit, wie die von den Magnetsegmenten 10 ge bildeten gegenüberliegenden gleichbreiten Umfangslücken 30 von jeweils ca. 45°. Die radiale Breite der Arme 22 bis 25 ist gering; sie ist vorzugsweise kleiner als die in Richtung der Achse 17 gemessene Dicke des Rückstellelements 18.Between the poles 26 , 27 , the restoring element 18 has cutouts 28 , 29 in the form of segments of a circle in the direction of the extensions 21 . The cuts are approximately as wide as the ge of the magnetic segments 10 formed opposite equal circumferential gaps 30 of about 45 ° each. The radial width of the arms 22 to 25 is small; it is preferably smaller than the thickness of the restoring element 18 measured in the direction of the axis 17 .

Das Rückstellelement 18 hat die Aufgabe, den Rotor und damit das Drosselorgan 3 in stromlosem Zustand des Stellmotors 2 in eine definierte Lage, nämlich die Leerlauf-Ruhestellung zu überführen und dort zu halten, um mittels des Drosselorgans in der Bypassleitung 4 die Öffnung eines Notlaufquerschnittes zu gewährleisten, über den ausreichend Luft für den sicheren Weiterlauf der Brennkraftmaschine strömen kann. Dazu muß in jeder Betriebslage des Drosselorgans 3 ein ausreichendes Rückstelldrehmoment zur Verfügung stehen. Gleichzeitig darf das Maximum des Rückstelldrehmoments nicht das Regeldrehmoment des Stellmotors überschreiten.The reset element 18 has the task of transferring the rotor and thus the throttle element 3 in the de-energized state of the servomotor 2 into a defined position, namely the idle idle position and holding it there, in order to open the emergency cross-section by means of the throttle element in the bypass line 4 ensure over which sufficient air can flow for the safe continued operation of the internal combustion engine. For this purpose, a sufficient restoring torque must be available in every operating position of the throttle element 3 . At the same time, the maximum of the restoring torque must not exceed the control torque of the servomotor.

In der Leerlauf-Ruhestellung des Rotors befindet sich das Rückstell element 18 in seinem in Fig. 2 gezeigten magnetischen Rastpunkt. In diesem Rastpunkt liegen die Ausschnitte 28, 29 des Rückstell elements 18 genau gegenüber den Umfangslücken 30 der Permanent magnetsegmente 10.In the idle idle position of the rotor, the reset element 18 is in its magnetic locking point shown in FIG. 2. At this point, the cutouts 28 , 29 of the restoring element 18 lie exactly opposite the circumferential gaps 30 of the permanent magnet segments 10 .

Der Drehmomentenverlauf des Rückstellelements 18 über dem Drehwinkel ist gegenüber einem herkömmlichen Drehsteller im Maximum flacher und in der Raststellung steiler, so daß diese auf einen engen Winkelbe reich von 2° bis 3° begrenzt bleibt. Zu der großen Genauigkeit, mit der die Ruhestellung eingehalten wird, trägt maßgeblich die Rastung der Ausschnitte 28, 29 auf den Lücken 30 der Permanentmagnetsegmente 10 bei, die genauer ist als bei Rückstellelementen ohne Ausschnitte, deren ununterbrochene Pole auf Magnetmitte rasten.The torque curve of the restoring element 18 over the angle of rotation is flatter compared to a conventional turntable in the maximum and steeper in the locking position, so that this remains limited to a narrow Winkelbe range of 2 ° to 3 °. The latching of the cutouts 28 , 29 on the gaps 30 of the permanent magnet segments 10 contributes significantly to the great accuracy with which the rest position is maintained, which is more precise than in the case of restoring elements without cutouts, the uninterrupted poles of which snap onto the magnet center.

Claims

1.Electromagnetic rotary actuator, in particular for controlling a throttle cross section in an operating medium-carrying line of an internal combustion engine, with a servomotor with a stator which is fixed relative to a housing and a rotatable rotor, one of which has opposite permanent magnet segments arranged symmetrically to the axis of rotation and the other has field windings through which current flows, and with a magnetic one acting non-contact resetting element , which is in the field of two non- polar permanent magnets, characterized in that the resetting element ( 18 ) consists of a non-permanently magnetic magnetisable material and two poles ( 26 , 27 ) that come close to the permanent magnet segments ( 10 ), and that the poles ( 26 , 27 ) are separated from one another by cutouts ( 28 , 29 ) which are arranged on the circumference of the restoring element ( 18 ) and at least weaken its magnetic effect with respect to the permanent magnet segments ( 10 ) .

2. Rotary actuator according to claim 1, characterized in that the cuts ( 28 , 29 ) on the restoring element ( 18 ) are approximately as wide as the circumferential gaps ( 30 ) formed between the permanent magnet segments ( 10 ).

3. Rotary actuator according to claim 1 or 2, characterized in that the restoring element ( 18 ) is in the field of the permanent magnet segments ( 10 ) for this purpose ( 10 ) of the servomotor ( 2 ).

4. Rotary actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the restoring element ( 18 ) consists of a thin disk in the axial stretching.

5. Rotary actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the return element ( 18 ), starting from its radial axis, each has four arms extending approximately along a circular line ( 22 to 25 ) and two arms ( 22 and 25 ) respectively ( 23 and 24 ) form a magnetic pole ( 26 ) or ( 27 ).

6. Turntable according to one of the preceding claims, characterized in that the arms ( 22 to 25 ) are only thin in radial extension.

7. Rotary actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the field windings ( 10 ) and the return element ( 18 ) on the stator ( 7 ) of the servomotor ( 2 ) are arranged.

8. Rotary actuator according to one of the preceding claims, characterized in that the rotor ( 9 ) of the servomotor ( 2 ) cup-shaped the stator ( 7 ) is formed encompassing and the permanent magnet elements ( 10 ) arranged on the cylindrical walls of the rotor ( 9 ) are.