DE4026928A1 - Direct drive unit using commutatorless electromotor - having pairs of permanent magnets on rotor with opposite poles facing each other for setting adjuster in motor vehicle - Google Patents
Direct drive unit using commutatorless electromotor - having pairs of permanent magnets on rotor with opposite poles facing each other for setting adjuster in motor vehicleInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine elektromotorische kommutatorlose Direktantriebseinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an electromotive commutatorless Direct drive device according to the preamble of claim 1.
Derartige bekannte Direktantriebseinrichtungen werden bevorzugt in Kraftfahrzeugen zur Verstellung einer Drosselklappe eines Verbrennungsmotors oder eines sonstigen dessen Kraftstoff- Luftgemisch beeinflussenden Organs verwendet, insbesondere zur Leerlaufregelung. Ein anderer Anwendungsbereich ist die automatische Schlupfregelung in Kraftfahrzeugen, bei der es ebenfalls nur auf eine begrenzte Verstellung des Stellglieds ankommt.Such known direct drive devices are preferred in motor vehicles for adjusting a throttle valve Internal combustion engine or another of its fuel Air-influencing organ used, in particular for idle control. Another area of application is automatic slip control in motor vehicles, where it also only to a limited adjustment of the actuator arrives.
Generell stellen die elektromotorischen kommutatorlosen Direktantriebe eine vorteilhafte Alternative gegen sonst in Steuer- und Regelanlagen von Kraftfahrzeugen verwendete mechanisch oder elektronisch kommutierte Gleichstromgetriebe motoren dar. Die Gleichstromgetriebemotoren wirken in Stell antrieben in der Regel gegen vorgespannte Rückstellfedern, die das System bei Auftreten eines Defekts in eine bestimmte Position bringen sollen, beispielsweise bei einer Drossel klappenregelung in die Leerlaufstellung. Das Getriebe der Gleichstromgetriebemotoren kann bei tiefen Temperaturen in folge der dann höheren Viskosität der Schmierstoffe erheb liche Reibkräfte erzeugen, die durch entsprechend dimensio nierte Rückstellfedern überwunden werden müssen. Daraus ergibt sich insgesamt die Forderung nach einer großen Leistungsfähig keit der Gleichstromgetriebemotoren. Nachteilig ist bei mechanisch kommutierten Gleichstrommotoren weiterhin eine Störanfälligkeit der Kommutierung, wenn der Gleichstrommotor starken Beschleunigungen oder Schwingungen ausgesetzt wird. Störend ist weiterhin der Verschleiß des mechanischen Kommuta tors, der die Lebensdauer des gesamten Gleichstromgetriebe motors begrenzen kann. Wenn statt der mechanischen Kommutie rung eine elektronische Kommutierung verwendet wird, so ist für genau arbeitende Stellantriebe ein hoher Aufwand an Elektronik und Verkabelung vorzusehen. - Wenn bei den Gleich stromgetriebemotoren die durch die Getriebe geschilderten Nachteile hinsichtlich der Rückstellung des Stellantriebs bei niedrigen Temperaturen beseitigt werden sollen, so kann eine zusätzliche Kupplung an dem Stellantrieb vorgesehen sein, welche im Störungsfalle das Getriebe von den Rückstellfedern entkoppelt. Die Kupplung erfordert jedoch weiteren Bauraum und erhöht die Gesamtkosten des Stellantriebs.Generally, the electromotive commutatorless Direct drives an advantageous alternative to otherwise in Control and regulation systems of motor vehicles used mechanically or electronically commutated direct current gear motors. The DC geared motors act in Stell usually against preloaded return springs, the system into a certain when a defect occurs Position, for example, with a throttle flap control in the idle position. The transmission of the DC geared motors can operate at low temperatures then follow the higher viscosity of the lubricants Liche generate frictional forces by dimensio accordingly nated return springs must be overcome. It follows overall, the demand for great performance speed of DC geared motors. The disadvantage is mechanically commutated DC motors still one Commutation susceptible to interference when the DC motor exposed to strong accelerations or vibrations. The wear and tear of the mechanical commutation is still a problem tors of the life of the entire DC transmission motors can limit. If instead of mechanical commutation electronic commutation is used a lot of effort for precisely working actuators Provide electronics and wiring. - If the same current geared motors described by the gear Disadvantages with regard to the resetting of the actuator low temperatures should be eliminated, one can additional coupling can be provided on the actuator, which in the event of a malfunction the gearbox from the return springs decoupled. However, the coupling requires additional space and increases the overall cost of the actuator.
Für begrenzten Stellwinkel wird daher von elektronischen kommutatorlosen Direktantriebseinrichtungen der eingangs genannten Gattung Gebrauch gemacht, die somit ohne Getriebe und ohne Kupplung direkt mit dem zu verstellenden Organ ver bunden sein können. Bei zum Stand der Technik gehörenden elektronischen kommutatorlosen Direktantrieben weisen die An triebe wenigstens eine Spule auf, die außerhalb der Polschuhe des Stators seitlich an diesem angeordnet ist. Eine Variante eines bekannten elektromotorischen kommutatorlosen Direktan triebs hat beispielsweise zwei Spulen in einem annähernd zylindrischen Stator. Jede der beiden Spulen ist auf einem Steg angeordnet, welcher einen Polschuh mit einem äußeren zylindrischen magnetischen Rückfluß verbindet. Ein Eisenkern, der auf zwei gegenüberliegenden Seiten außen mit je einer Magnetschale versehen ist, stellt den Rotor dar, der konzen trisch zu den Polschuhen des Stators drehbar bzw. schwenkbar gelagert ist. - Nachteilig ist bei diesen bekannten Direktan trieben der im Vergleich zum Außendurchmesser des Antriebs verhältnismäßig kleine magnetisch wirksame Durchmesser des Drehmagneten. Dadurch ist das erzeugbare Drehmoment begrenzt. Zur Erhöhung des Drehmoments ist also eine Vergrößerung des magnetisch wirksamen Durchmessers erforderlich. Dies ist jedoch nur dann sinnvoll, wenn die Bauraumzunahme und die Gewichtszunahme des Drehmagneten geringer als die Zunahme des magnetisch wirksamen Durchmessers sind. Diese Forderung läßt sich mit bekannten Direktantrieben nicht ohne weiteres ver wirklichen. Nachteilig ist weiterhin insbesondere bei dem letztgenannten Direktantrieb, bei dem die beiden Spulen in dem annähernd zylindrischen Stator angeordnet sind, daß die Spulen verhältnismäßig kurz und dick sind. Die ohm′schen Verluste in den Spulen sind damit relativ groß.For limited setting angle is therefore used by electronic commutatorless direct drive devices of the input mentioned genre made use of, thus without gear and without coupling directly with the organ to be adjusted can be bound. With those belonging to the state of the art electronic commutatorless direct drives instruct drive at least one coil outside the pole pieces of the stator is arranged laterally on this. A variant of a known electromotive commutatorless directan For example, drive has approximately two coils in one cylindrical stator. Each of the two coils is on one Bridge arranged which has a pole piece with an outer connects cylindrical magnetic reflux. An iron core, the one on two opposite sides with one each Magnetic shell is provided, the rotor represents the conc tric rotatable or pivotable to the pole shoes of the stator is stored. - The disadvantage of these well-known directors driven compared to the outer diameter of the drive relatively small magnetically effective diameter of the Rotary magnets. This limits the torque that can be generated. To increase the torque, an increase in the magnetically effective diameter required. This is however only makes sense if the increase in installation space and the Weight gain of the rotary magnet is less than the increase in magnetically effective diameter. This demand leaves not easily ver with known direct drives real. Another disadvantage is in particular the last-mentioned direct drive, in which the two coils in the approximately cylindrical stator are arranged that the Coils are relatively short and thick. The ohmic Losses in the coils are therefore relatively large.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elektromotorische kommutatorlose Direktantriebseinrichtung der eingangs genannten Gattung so weiterzubilden, daß dessen magnetisch wirksamer Durchmesser bezogen auf seine Baugröße und sein Gewicht verhältnismäßig groß ist. Die Direktantriebs einrichtung soll so ausgebildet sein, daß sie die Unterbringung einer im Verhältnis zur Dicke relativ langen Spule ermöglicht.The present invention is therefore based on the object an electromotive commutatorless direct drive device to further develop the genus mentioned at the outset so that its magnetically effective diameter based on its size and its weight is relatively large. The direct drive facility should be designed so that it accommodates allows a relatively long coil in relation to the thickness.
Diese Aufgabe wird durch die Ausbildung der Direktantriebsei nrichtung mit den in dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmalen ermöglicht.This task is accomplished by training the direct drive egg Direction with in the characterizing part of claim 1 features mentioned allows.
Bei der erfindungsgemäßen Konfiguration der Dauermagnete bevorzugt an dem Rotor, alternativ an dem Stator zu der Spule bevorzugt an dem Stator, alternativ an dem Rotor, steht in der Ruhelage des Rotors die Längsachse der Spule senkrecht zu der das Nutzmoment erzeugenden tangentialen Komponente der durch den magnetischen Fluß der Daumagneten erzeugten resul tierenden Kraft. Der Vektor der resultierenden Kraft schneidet die gedachte Längsachse der Spule in einem Abstand zu der Drehachse, so daß sie ein den Rotor drehendes Drehmoment bildet. - Wichtig ist, daß die zwischen den sich diametral gegenüberstehenden Dauermagneten zentral angeordnete Spule den Raum zwischen diesen Dauermagneten bei einer langen und verhältnismäßig dünnen Ausbildung der Spule gut ausfüllt. Damit ergibt sich eine kompakte und unkompliziert herzustel lende Antriebseinrichtung mit einem großen magnetisch wirk samen Durchmesser der Spule, die außerdem infolge ihrer verhältnismäßig großen Längserstreckung verlustarm ist. Insgesamt zeichnet sich die Direktantriebseinrichtung durch folgende günstige Relationen aus:In the configuration of the permanent magnets according to the invention preferably on the rotor, alternatively on the stator to the coil preferably on the stator, alternatively on the rotor, is in the rest position of the rotor perpendicular to the longitudinal axis of the coil of the tangential component generating the useful torque resul generated by the magnetic flux of the thumb magnets force. The vector of the resulting force intersects the imaginary longitudinal axis of the coil at a distance from the Axis of rotation so that it has a torque rotating the rotor forms. - It is important that the between the diametrically opposite permanent magnet centrally arranged coil the space between these permanent magnets in a long and comparatively thin design of the coil fills well. This results in a compact and uncomplicated to manufacture lending drive device with a large magnetic effect seed diameter of the coil, which is also due to its relatively large longitudinal extension is low loss. Overall, the direct drive device is characterized following favorable relations:
Bauvolumen zu magnetisch wirksamem Durchmesser
Drehmoment zu elektrischer Verlustleistung
Drehmoment zu Gewicht.Construction volume to a magnetically effective diameter
Torque to electrical power loss
Torque to weight.
Weitere Vorteile bestehen darin, daß die den magnetischen Fluß führenden Teile besonders kompakt ausgebildet werden können, woraus sich auch kurze magnetische Wege ergeben, die den Wirkungsgrad weiter erhöhen. - Der Rotor hat typisch einen Drehweg, der kleiner als 45° ist, was durch die Konfiguration der Dauermagnete in der Nähe der Längsachse der Spule in deren Ruhestellung bedingt ist. Bei maximaler Auslenkung des Rotors aus der genannten stromlosen Ruhelage überdeckt jeweils einer der Polschuhe der Spule, die sich am Ende eines sich in Längsrichtung erstreckenden Spulenkerns befinden, einen Pol eines der Dauermagnete. In diesem Fall wird das an dem Rotor resultierende Moment Null. Dies ergibt einen Sicherheitsfaktor beispielsweise bei der Leerlaufregelung eines Kraftfahrzeug motors. Other advantages are that the magnetic River leading parts are particularly compact can, which also results in short magnetic paths that further increase efficiency. - The rotor typically has one Rotation path that is less than 45 °, due to the configuration the permanent magnet near the longitudinal axis of the coil in whose rest position is conditional. At maximum deflection of the Rotors from the currentless rest position mentioned each covered one of the pole shoes of the coil, which is at the end of one Longitudinal extending coil core are a pole one of the permanent magnets. In this case it will be on the rotor resulting moment zero. This gives a security factor for example in the idle control of a motor vehicle motors.
Durch die Anordnung der insgesamt vier Dauermagnete nach Anspruch 2 wird ein bidirektionaler Betrieb der Direktantriebs einrichtung erreicht, d. h. je nach Stromrichtung durch die Spule, erzeugt der Rotor ein Drehmoment im Uhrzeigersinn oder entgegengesetzt des Uhrzeigersinns. Die Anordnung der Dauer magnete ist dabei zu der (gedachten) Drehachse des Rotors rotationssymmetrisch.By arranging the total of four permanent magnets Claim 2 is a bidirectional operation of the direct drive facility reached, d. H. depending on the current direction through the Coil, the rotor generates a clockwise or torque counterclockwise. The arrangement of the duration The magnet is to the (imaginary) axis of rotation of the rotor rotationally symmetrical.
Zum unidirektionalen Antrieb genügen hingegen nach Anspruch 3 zwei einander diametral gegenüberstehende Dauermagnete, die in der Ruhestellung des Rotors zu der Längsachse der Spule um den gleichen Winkel versetzt sind.For unidirectional drive, however, are sufficient according to claim 3 two diametrically opposed permanent magnets, the in the rest position of the rotor to the longitudinal axis of the coil are offset by the same angle.
Bei der unidirektionalen Ausführung der Direktantriebseinrich tung muß der Rotor durch eine zusätzliche Kraft in seine Ruhestellung bzw. Ausgangsposition gebracht werden, wenn die Spule stromlos ist. - Dies kann nach Anspruch 4 durch mindestens eine Rückstellfeder erfolgen, die bevorzugt außerhalb der eigent lichen Direktantriebseinrichtung angeordnet ist und mit deren Rotorwelle in kraftleitender Verbindung steht.In the unidirectional version of the direct drive device tion, the rotor must be in its by an additional force Rest position or starting position are brought when the Coil is de-energized. - This can be according to claim 4 by at least one Return spring take place, which is preferably outside the actual Lichen direct drive device is arranged and with their Rotor shaft is in a force-conducting connection.
Bevorzugt sind nach Anspruch 5 die Spule und die Polschuhe Bestandteile eines Stators, während die Dauermagnete an dem Rotor derart angebracht sind, daß sich gleichsinnige Pole diagonal gegenüberstehen. - Bei dieser Anordnung ist also die Spule als Bestandteil des Stators ortsfest, wodurch die Stromzuführung zu der Spule unkompliziert gestaltet werden kann.According to claim 5, the coil and the pole shoes are preferred Components of a stator, while the permanent magnets on the Rotor are attached such that there are poles in the same direction face diagonally. - So with this arrangement it is Coil as part of the stator stationary, whereby the Power supply to the coil can be designed easily can.
In einer Ausführungsform nach Anspruch 6 kann der Rotor einen annähernd U-förmigen Rahmen aus magnetisch leitendem Material aufweisen, an dessen einander gegenüberliegenden Schenkeln die Dauermagnete angebracht sind. Der annähernd U-förmige Rahmen besteht auch hier aus magnetisch leitfähigem Material. Der Rahmen dient damit nicht nur zur Halterung der Dauermagnete in der bevorzugten Ausführungsform, sondern auch zur Führung des magnetischen Flusses als Rückschlußelement.In one embodiment according to claim 6, the rotor can one approximately U-shaped frame made of magnetically conductive material have, on the opposite legs the permanent magnets are attached. The almost U-shaped Here too, the frame is made of magnetically conductive material. The frame is not only used to hold the permanent magnets in the preferred embodiment, but also for guidance of the magnetic flux as an inference element.
Bei der Ausbildung des Rotors mit dem U-förmigen Rahmen wird dieser bevorzugt gemäß Anspruch 9 einseitig fliegend gelagert.When the rotor is designed with the U-shaped frame this preferably mounted on one side overhung.
In einer anderen Ausführungsform der Direktantriebseinrichtung nach Anspruch 7 kann aber der Rotor auch als geschlossener rechteckförmiger Rahmen aus magnetisch leitendem Material aus gebildet sein, der den Stator umgreift. Durch die geschlossene Form des Rotors wird die Leitung des magnetischen Flusses noch verbessert. - Insbesondere kann der Rotor in einfacher Weise beidseitig gelagert werden. Durch diese Maßnahme wird die Schwingungsfestigkeit der Direktantriebseinrichtung verbessert. Die letztere Ausführungsform bietet sich daher vor allem zum Einbau im Bereich eines Kraftfahrzeugmotors an.In another embodiment of the direct drive device according to claim 7 but the rotor can also be a closed rectangular frame made of magnetically conductive material be formed, which encompasses the stator. Through the closed The shape of the rotor is the conduction of the magnetic flux still improved. - In particular, the rotor can be simpler Be stored on both sides. This measure will the vibration resistance of the direct drive device improved. The latter embodiment is therefore available especially for installation in the area of a motor vehicle engine.
Fertigungsgünstig kann der Rotor mit Ausnahme der Dauermagneten als einheitliches gesintertes Teil gemäß Anspruch 8 ausgebildet sein. Insbesondere kann dadurch zur Herstellung eines rahmen förmigen Rotors die sonst erforderliche Anbringung eines Stegs an einem U-förmigen Rotorteil entfallen.With the exception of the permanent magnets, the rotor can be manufactured favorably formed as a uniform sintered part according to claim 8 be. In particular, this can be used to manufacture a frame shaped rotor the otherwise necessary attachment of a There is no need for webs on a U-shaped rotor part.
Zur Herabsetzung der magnetischen Verluste sind die den magnetischen Fluß führenden Teile des Stators und des Rotors vorteilhaft gemäß Anspruch 11 geblecht.To reduce the magnetic losses are the magnetic flux-carrying parts of the stator and the rotor advantageous according to claim 11 laminated.
Die Erfindung wird im folgenden anhand einer Zeichnung mit fünf Figuren näher erläutert. Es zeigen:The invention is based on a drawing with five figures explained in more detail. Show it:
Fig. 1a einen Schnitt durch eine erste unidirektionale Ausführungsform der Direktantriebseinrichtung, Fig. 1a shows a section through a first unidirectional embodiment of the direct drive means,
Fig. 1b eine Draufsicht auf die erste Ausführungsform, FIG. 1b shows a top view of the first embodiment,
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform der Direktantriebseinrichtung, Fig. 2 is a plan view of a second embodiment of the direct drive means,
Fig. 3a einen Schnitt durch eine dritte Ausführungsform der Antriebseinrichtung, die unidirektional ist, und Fig. 3a shows a section through a third embodiment of the drive means is unidirectional, and
Fig. 3b eine Draufsicht auf die dritte Ausführungsform nach Fig. 3a. FIG. 3b is a plan view of the third embodiment according to Fig. 3a.
Der Schnitt gemäß Fig. 1a und die Draufsicht gemäß Fig. 1b sind in unterschiedlichen Maßstäben dargestellt. Zur Veran schaulichung sind weiterhin Luftspalte S1-S4 in Fig. 1a vergrößert wiedergegeben.The section according to FIG. 1a and the top view according to FIG. 1b are shown on different scales. For the sake of clarity, air gaps S 1 - S 4 are also shown enlarged in FIG. 1 a .
In sämtlichen Figuren sind gleiche Teile mit übereinstimmenden Bezugszeichen versehen.In all figures, the same parts have the same parts Provide reference numerals.
In Fig. 1 ist mit 1 eine als Zylinderspule ausgeführte Spule bezeichnet, die einen Stator 2 als Spulenkern einschließt. Zylindrisch gewölbte Stirnseiten des Stators werden als Pol schuhe 3 und 4 bezeichnet. Eine gedachte Längsachse, die achsensymmetrisch durch die Spule 1 und den Stator 2 hindurch geht, trägt das Bezugszeichen 5.In Fig. 1, 1 denotes a coil designed as a cylindrical coil, which includes a stator 2 as the coil core. Cylindrical curved end faces of the stator are referred to as pole shoes 3 and 4 . An imaginary longitudinal axis, which passes through the coil 1 and the stator 2 in an axisymmetric manner, bears the reference symbol 5 .
Senkrecht zu der Längsachse 5 ist eine gedachte Drehachse 6 eines Rotors 7 angeordnet. Der Rotor besteht aus einem an nähernd U-förmigen Teil aus magnetisch leitfähigem Material, siehe auch Fig. 1b.An imaginary axis of rotation 6 of a rotor 7 is arranged perpendicular to the longitudinal axis 5 . The rotor consists of an approximately U-shaped part made of magnetically conductive material, see also FIG. 1b.
An einander gegenüberliegenden Schenkeln 8 und 9 des Rotors sind innen diametral einander gegenüberstehend Paare von Dauermagneten 10, 11 bzw. 12, 13 angeordnet. Die Dauermagnete sind so ausgerichtet, daß ihre Pole nur annähernd in Richtung der Längsachse 5 zeigen, so daß die Flächennormale der Pole der Dauermagnete im Abstand X zu der Drehachse 6 verlaufen. Die Flächennormale liegen in Richtung der noch zu erörternden resultierenden Kräfte Fres.On opposite legs 8 and 9 of the rotor, pairs of permanent magnets 10 , 11 and 12 , 13 are arranged diametrically opposite one another on the inside. The permanent magnets are aligned so that their poles only point approximately in the direction of the longitudinal axis 5 , so that the surface normal of the poles of the permanent magnets are at a distance X from the axis of rotation 6 . The surface normals lie in the direction of the resulting forces F res still to be discussed.
Zum mechanischen Aufbau der Direktantriebseinrichtung wird noch im Blick auf Fig. 1b darauf hingewiesen, daß eine Rotor welle 14 auf einer Seite des Rotors 7 in Lagern 15, 16 drehbar gelagert ist.For mechanical construction of the direct drive device, it is pointed out in FIG. 1b that a rotor shaft 14 is rotatably mounted in bearings 15 , 16 on one side of the rotor 7 .
In Fig. 1a ist die Ruhestellung des Rotors gegenüber dem Stator dargestellt, wenn die Spule des Stators stromlos ist. Die Pole der Dauermagnete 10-13, die zu jeweils einem Paar einander gegenüberliegender Dauermagnete 10, 12 bzw. 11, 13 gehören, sind einander entgegengerichtet. In der in Fig. 1 dargestellten Stromrichtung durch die Spule befindet sich ferner ein Nordpol an dem Polschuh 3 und ein Südpol an dem Polschuh 4. Dem Polschuh 3 steht dabei ein entgegengesetzter Südpol an dem Dauermagnet 10 gegenüber und dem Polschuh 4 ein entgegengesetzter Nordpol des Dauermagneten 12. Der bei dem Bestromen der Spule 1 erzeugte magnetische Fluß wird durch den Stator 2, über den Luftspalt S1 und den Permanentmagneten 10 in den Rotor 7 geleitet. In diesem verlaufen die Feldlinien zu dem diagonal gegenüberliegenden Dauermagneten 12 und schließen sich über den Luftspalt S2 in dem Stator 2. Bei diesem Feldlinienverlauf werden an den Polen der Dauermagnete 10 und 12 in Verbindung mit den durch die Spule 1 aufmagneti sierten Polschuhen 3 und 4 des Stators 2 angreifende Kräfte Fres erzeugt. Von diesen Kräften ist nur die Kraft Fres in Fig. 1 dargestellt, die an den Dauermagneten 10 und 12 an greift. Ein Nutzmoment an dem Rotor 7 wird durch eine Tangen tialkomponente der Kraft Ft der an den Dauermagneten angrei fenden resultierenden Kraft Fres in Verbindung mit einem Hebelarm b erzeugt, der dem Abstand der Normalen der Polfläche zu der Drehachse 6 gleich ist. Axialkomponenten Fa der resul tierenden Kraft Fres greifen hingegen mit einem Hebelarm c an der Drehachse 6 bzw. der Rotorwelle 14 an und erzeugen damit ein dem Nutzmoment entgegenwirkendes Verlustmoment. Solange die Pole der Dauermagnete 10 und 12 die ihnen gegenüberstehen den Polschuhe des Stators 2 nicht vollständig überdecken, ist das Nutzmoment größer als das Verlustmoment, so daß ein resultierendes Drehmoment in Richtung +ϕ an der Rotorwelle 14 abgegriffen werden kann. Erst bei vollständiger Überdeckung der Pole der Dauermagnete durch die Polschuhe des Stators sinkt das resultierende Drehmoment auf Null ab, wodurch eine zusätzliche Sicherung gegen eine unerwünschte Verstellung eines Stellglieds gegeben ist.In Fig. 1a, the rest position of the rotor is shown relative to the stator, when the coil of the stator is de-energized. The poles of the permanent magnets 10-13 , which each belong to a pair of opposing permanent magnets 10 , 12 and 11 , 13 , are directed in opposite directions. In the direction of current through the coil shown in FIG. 1 there is also a north pole on the pole piece 3 and a south pole on the pole piece 4 . The pole shoe 3 is opposed by an opposite south pole on the permanent magnet 10 and the pole shoe 4 by an opposite north pole of the permanent magnet 12 . The magnetic flux generated when the coil 1 is energized is passed through the stator 2 , via the air gap S 1 and the permanent magnet 10 into the rotor 7 . The field lines run in this to the diagonally opposite permanent magnet 12 and close via the air gap S 2 in the stator 2 . In this field line course are generated at the poles of the permanent magnets 10 and 12 in connection with the magnetized by the coil 1 magnetized pole shoes 3 and 4 of the stator 2 forces F res . Of these forces, only the force F res is shown in FIG. 1, which engages with the permanent magnets 10 and 12 . A useful torque on the rotor 7 is generated by a tangential component of the force F t of the resultant force F res acting on the permanent magnet in conjunction with a lever arm b, which is the distance between the normal of the pole face to the axis of rotation 6 . Axial components F a of the resulting force F res , on the other hand, engage with a lever arm c on the axis of rotation 6 or the rotor shaft 14 and thus generate a loss torque counteracting the useful torque. As long as the poles of the permanent magnets 10 and 12, which face them, do not completely cover the pole shoes of the stator 2 , the useful torque is greater than the loss torque, so that a resulting torque can be tapped in the direction + abg on the rotor shaft 14 . Only when the poles of the permanent magnets are completely covered by the pole shoes of the stator does the resulting torque drop to zero, which provides additional security against an undesired adjustment of an actuator.
Wenn die Richtung des Stromflusses durch die Spule 1 umgekehrt wird, so ändert sich die magnetische Polarität an den Stirn seiten des Stators 2 bzw. an den Polschuhen 3 und 4. Ein in dem Stator 2 erzeugter magnetischer Fluß wird über den Luft spalt S3, den Dauermagneten 11 über den Rotor 7, den Dauer magneten 13 und den Luftspalt S4 geschlossen. Das Drehmoment wirkt jetzt im Uhrzeigersinn in Richtung -ϕ.If the direction of current flow through the coil 1 is reversed, the magnetic polarity changes on the end faces of the stator 2 or on the pole pieces 3 and 4 . A magnetic flux generated in the stator 2 is closed via the air gap S 3 , the permanent magnet 11 via the rotor 7 , the permanent magnet 13 and the air gap S 4 . The torque now acts clockwise towards -ϕ.
Aus den in Fig. 1a eingezeichneten Kräften kann als wesentlich ersehen werden, daß die das Nutzmoment erzeugenden tangentialen Kraftkomponenten Ft der durch den magnetischen Fluß erzeugten resultierenden Kraft Fres senkrecht zu der Längsachse 5 der Spule gerichtet sind.From the forces shown in Fig. 1a can be seen as essential that the tangential force components F t generating the useful moment of the resulting force F res generated by the magnetic flux are directed perpendicular to the longitudinal axis 5 of the coil.
Die in den Figuren 1a und 1b dargestellte Ausführungsform der Direktantriebseinrichtung kann, wie im einzelnen erläutert, in beiden Drehrichtungen gegen ein externes Drehmoment arbei ten. Im stromlosen Zustand der Spule wird der Rotor durch die externen Drehmomente, die Gegenmomente sind, in eine konstruk tiv vorgegebene Stellung eingestellt, die zwischen beiden möglichen Endlagen des Rotors liegt.The embodiment shown in Figures 1a and 1b Direct drive device can, as explained in detail, work in both directions against an external torque When the coil is de-energized, the rotor is replaced by the external torques, which are counter torques, in a construct tiv predetermined position set between the two possible end positions of the rotor.
Die in Fig. 2 dargestellte bidirektionale zweite Ausführungs form der Direktantriebseinrichtung unterscheidet sich von derjenigen in den besprochenen Fig. 1a und 1b dargestellten Ausführungsform durch die Form des Rotors und dessen Lagerung. Gemäß Fig. 2 ist der Rotor 17 als offener Rahmen ausgebildet, im Unterschied zu dem U-förmigen Rotor 7 gemäß den Fig. 1a und 1b. (Fig. 1a stellt einen Schnitt entlang der Schnittlinie B-B in Fig. 1b dar.)The bidirectional second embodiment of the direct drive device shown in FIG. 2 differs from that shown in the discussed FIGS. 1a and 1b embodiment by the shape of the rotor and its storage. Referring to FIG. 2, the rotor 17 is formed as an open frame, U-shaped in contrast to the rotor 7 shown in FIGS. 1a and 1b. ( Fig. 1a shows a section along the section line BB in Fig. 1b.)
Der kastenförmige Rotor 17 in Fig. 2 verbindet also einander gegenüberliegende nicht bezeichnete Schenkel des Rotors, an denen die Dauermagnete, z. B. 10 und 13, angebracht sind, durch zwei Verbindungsstege miteinander, die beide den magnetischen Fluß leiten. Die Lagerung des Rotors 17 erfolgt hier auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten. Hierzu sind außen an den Verbindungsstegen Rotorwellen 18 und 19 angebracht, die in Lagern 20, 21 drehbar gelagert sind. Die Lagerung des Rotors ergibt hier also eine besonders robuste Ausführungsform.The box-shaped rotor 17 in Fig. 2 thus connects opposite, not designated legs of the rotor, on which the permanent magnets, for. B. 10 and 13 , are attached by two connecting webs to each other, both of which conduct the magnetic flux. The rotor 17 is supported here on two opposite sides. For this purpose, rotor shafts 18 and 19 are mounted on the outside of the connecting webs and are rotatably mounted in bearings 20 , 21 . The bearing of the rotor thus results in a particularly robust embodiment.
In den Fig. 3a und 3b ist schließlich eine unidirektionale Ausführungsform der Direktantriebseinrichtung dargestellt, die einen in der Draufsicht, siehe Fig. 3b, ebenfalls U-förmigen Rotor 22 aufweist. An diesem Rotor sind nur zwei Dauermagnete 10, 12 innen diametral einander gegenüberliegend angebracht, so daß hier die Rotorvolumina entfallen können, die bei der bidirektionalen Ausführung zur Anbringung und Flußführung der beiden anderen Dauermagnete dienen. Dies geht im einzelnen aus Fig. 3a hervor, die einen Schnitt entlang der Schnittlinie C-D in Fig. 3b darstellt.In FIGS. 3a and 3b, a unidirectional embodiment of the direct drive means is finally shown, having a, in plan view, see Fig. 3b, also U-shaped rotor 22. On this rotor, only two permanent magnets 10 , 12 are attached diametrically opposite one another on the inside, so that here the rotor volumes can be omitted, which are used in the bidirectional design for attaching and guiding the flux of the other two permanent magnets. This can be seen in detail from FIG. 3a, which represents a section along the section line CD in FIG. 3b.
Die unidirektionale Wirkungsweise der Ausführungsform gemäß den Fig. 3a und 3b ist gleich derjenigen, wie zu der bidirektionalen Ausführungsform gemäß den Figuren 1a und 1b für die Stromrichtung beschrieben, in welcher die Polflächen 3, 4 mit den Polen der Dauermagnete 10 und 12 zusammenwirken. Deswegen wird in der Ausführungsform nach den Fig. 3a und 3b ein resultierendes Drehmoment in der Richtung +ϕ erzeugt, und zwar nur in dieser Richtung +ϕ. Insoweit keine äußeren Rückstellkräfte auf den Rotor 22 einwirkend, dient hierzu eine separate Rückstellfeder 23, die bei stromloser Spule den Rotor 22 in seine in Fig. 3a dargestellte Ausgangsposition zurückstellt. - Der in der Draufsicht annähernd U-förmige Rotor 22 ist an einer Rotorwelle 24 einseitig fliegend ge lagert.The unidirectional operation of the embodiment shown in FIGS. 3a and 3b is that same as for the bi-directional embodiment according to Figures 1 a and 1 b for the flow direction described in which the pole faces 3, 4 with the poles of the permanent magnets 10 and 12 cooperate . Therefore, in the embodiment according to FIGS . 3a and 3b, a resultant torque is generated in the + Richtung direction, and only in this direction + ϕ. Insofar as no external restoring forces act on the rotor 22 , a separate restoring spring 23 is used for this purpose, which resets the rotor 22 into its starting position shown in FIG. 3a when the coil is de-energized. - The approximately U-shaped rotor 22 in plan view is superimposed on one side on a rotor shaft 24 .
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|---|---|---|---|
| DE19904026928 DE4026928A1 (en) | 1990-08-25 | 1990-08-25 | Direct drive unit using commutatorless electromotor - having pairs of permanent magnets on rotor with opposite poles facing each other for setting adjuster in motor vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19904026928 DE4026928A1 (en) | 1990-08-25 | 1990-08-25 | Direct drive unit using commutatorless electromotor - having pairs of permanent magnets on rotor with opposite poles facing each other for setting adjuster in motor vehicle |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE4026928A1 true DE4026928A1 (en) | 1992-02-27 |
Family
ID=6412923
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19904026928 Withdrawn DE4026928A1 (en) | 1990-08-25 | 1990-08-25 | Direct drive unit using commutatorless electromotor - having pairs of permanent magnets on rotor with opposite poles facing each other for setting adjuster in motor vehicle |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE4026928A1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013132329A1 (en) * | 2012-03-08 | 2013-09-12 | F.Q.N.K. | Electromagnetic actuator |
| CN113280186A (en) * | 2021-06-11 | 2021-08-20 | 北京交通大学 | Magnetic powder throttle valve |
-
1990
- 1990-08-25 DE DE19904026928 patent/DE4026928A1/en not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013132329A1 (en) * | 2012-03-08 | 2013-09-12 | F.Q.N.K. | Electromagnetic actuator |
| FR2987934A1 (en) * | 2012-03-08 | 2013-09-13 | F Q N K | ELECTROMAGNETIC ACTUATOR |
| CN113280186A (en) * | 2021-06-11 | 2021-08-20 | 北京交通大学 | Magnetic powder throttle valve |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |