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Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf elektrische magnetische
Stellantriebe und insbesondere auf Drehmomentmotoren, die in den
Vorsteuerstufen von elektrohydraulischen oder elektropneumatischen
Ventilen benutzt werden können.
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Allgemeiner Stand der Technik
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Drehmomentmotoren
sind auf dem Stand der Technik, der sich auf elektrohydraulische
Servoventile sowie andere Typen von Ventilen, die bei Direktantrieb
oder auf pneumatischem Gebiet verwendet werden, bezieht, wohl bekannt.
Derartige Drehmomentmotoren werden typischerweise aus einem Paar
Polschuhe, einem Anker, gebogenen oder schwenkenden Mitteln zum
Lokalisieren des Ankers innerhalb der Drehmomentmotorstruktur, einem
Paar Spulen, einem Paar Magneten und einem Motorgehäuse konstruiert.
Derartige Drehmomentmotoren sind beim Betrieb von Ventilen und bei
der Steuerung des Fluidflusses von verschiedenen Typen nützlich und
können
ebenfalls bei anderen Anwendungen benutzt werden.
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Bei
zahlreichen Anwendungen, die Drehmomentmotoren involvieren, sind
Stabilität
und Betriebssicherheit entscheidend. Die Fähigkeit, unter extremen Temperaturwechselbedingungen
der sich wiederholenden Art zu funktionieren, ist genauso entscheidend
wie der Widerstand gegenüber
Vibrationen.
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Verschiedene
Bemühungen
sind unternommen worden, um Drehmomentmotoren mit der gewünschten
Sicherheit und Stabilität
bereitzustellen und um die Betriebscharakteristiken wie oben beschrieben
zu erhalten. Derartige Techniken wie Füllräume zwischen gewissen Betriebskomponenten des
Drehmomentmotors mit polymeren Füllstoffen, die
haftende Materialien benutzen, um Teile in richtiger Betriebsposition
zu halten, und das Zusammenklemmen von Komponenten unter Benutzung
verschiedener Strukturen, die nach innen gerichtete komprimierende
Kräfte
oder dergleichen ausüben, sind
benutzt worden. Typische solcher Strukturen sind diejenigen, die
in den Patenten 5,473,298 und 5,679,989 des Stands der Technik gezeigt
werden. Während
derartige Strukturen relativ gut funktionieren, erfordern sie eine
große
Anzahl von Teilen, und sobald sie zusammengebaut und in Betrieb
gesetzt sind, können
sie nicht leicht in Stand gehalten oder repariert werden, ohne vollständig auseinandergebaut
zu werden, und in zahlreichen Fallen ist es schwierig, sie zu der
Zeit der Herstellung einzustellen, um die erforderliche Betriebsstabilität bereitzustellen.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein Drehmomentmotor mit einer Basis, oberen und unteren
Polschuhen, ersten und zweiten Permanentmagneten, die zwischen den
Polschuhen angeordnet sind, einem Paar elektromagnetischer Spulen,
die um die Enden eines Ankers, der durch die Basis getragen wird,
positioniert sind, und einem Paar Distanzscheiben, die zwischen
dem unteren Polschuh und der Basis eingeklemmt sind, bereitgestellt.
Jede der Basis und der Polschuhe definiert Öffnungen dort hindurch, während die
Distanzscheiben und die Polschuhe Schlitze oder Rillen darin definieren.
Die Löcher,
Schlitze und Rillen sind aufeinander abgestimmt, und eine Vielzahl
von Befestigungsmitteln ist durch die Öffnungen, Schlitze und Rillen
positioniert und sind in in der Basis bereitgestellte Öffnungen
gewindet. Nachdem die Komponententeile richtig eingestellt sind,
um eine mechanische und magnetische Null bereitzustellen, werden
die Befestigungsmittel gesichert, um die Komponenten des Drehmomentmotors
in richtig abgestimmter Betriebsposition zu halten.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine auseinander gezogene Ansicht, die die verschiedenen Komponenten
eines Drehmomentmotors, der gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung konstruiert ist, darstellt;
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2 ist
eine vordere Ansicht im Aufriss des Drehmomentmotors, gezeigt in
seiner zusammengebauten Form;
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3 ist
eine teilweise Querschnittsansicht des zusammengebauten Drehmomentmotors
aus 2, genommen entlang den Linien 3-3 davon;
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4 ist
eine teilweise Querschnittsansicht des Drehmomentmotors aus 2,
genommen entlang den Linien 4-4 davon;
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5 ist
eine Querschnittsansicht eines Drehmomentmotors, der gemäß der vorliegenden
Erfindung konstruiert ist, zusammengebaut auf dem Gehäuse eines
elektrohydraulischen Servoventils; und
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6 ist
eine Querschnittsansicht des Drehmomentmotors und Ventils aus 5,
genommen entlang den Linien 6-6 davon.
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Ausführliche Beschreibung
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Nun
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen und insbesondere auf 1 wird
darin ein Drehmomentmotor 10 dargestellt, der gemäß den Prinzipien der
vorliegenden Erfindung konstruiert wird und in auseinander gezogener
Weise gezeigt wird, so dass die verschiedenen Komponententeile leichter
betrachtet und verstanden werden können. Wie darin gezeigt wird,
umfasst der Drehmomentmotor 10 eine Basis 12,
die eine Vielzahl von Öffnungen 14, 16, 18, 20 und
eine zusätzliche Öffnung (nicht
gezeigt), die der Öffnung 18 diametral
gegenüberliegt,
sowie eine zusätzliche Öffnung (nicht
gezeigt), die der Öffnung 14 diametral
gegenüberliegt,
definiert. Die Öffnungen 16, 18, 20 und
die eine der Öffnung 18 diametral
gegenüberliegende
sind zum Zweck der Aufnahme eines Befestigungsmittels gewindet,
wie unten detaillierter beschrieben werden wird. Die Basis 12 trägt einen
Anker 22, der ein Abschnitt eines Strahlrohrzusammenbaus 24 ist.
Strahlrohrzusammenbauten besonders zur Verwendung bei elektrohydraulischen Servoventilen
sind alt und auf dem Stand der Technik wohl bekannt. Zum Beispiel
die in den Patenten 5,679,989 und 5,473,298 dargestellten, auf die
oben Bezug genommen wird. Daher wird hier eine genauere Beschreibung
des Strahlrohrzusammenbaus nicht bereitgestellt, da der Fachmann über angemessenes
Wissen über
die Konstruktion und Funktion eines solchen Zusammenbaus verfügt. Obwohl
ein Strahlrohrzusammenbau als ein Abschnitt der detaillierten Darstellungen
und Zeichnungen in dieser Anmeldung dargestellt wird, versteht es
sich ausdrücklich,
dass der Drehmomentmotor der vorliegenden Erfindung ebenfalls bei
anderen Anwendungen benutzt werden kann. Wie zum Beispiel als eine
Prallplatte-Düsen-Struktur,
ein Direktantriebventil, ein pneumatisches Ventil oder dergleichen.
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Ein
Paar Distanzscheiben 26 und 28 sind auf der oberen
Oberfläche 13 der
Basis 12 angeordnet. Die Distanzscheibe 26 definiert
ein Paar Schlitze 32 und 30 und eine Durchgangsöffnung oder
einen Spalt 31, während
die Distanzscheibe 28 ein Paar Schlitze 34 und 36 und
eine Durchgangsöffnung
oder einen Spalt 35 definiert. Wie unten detaillierter
beschrieben werden wird, werden die Schlitze 30 bis 36 und
die Spalten 31 und 35 bereitgestellt, um ein leichtes
Entfernen der Distanzscheiben 26 und 28 von dem
zusammengebauten Drehmomentmotor während der angemessenen Einstellung
davon und ein leichteres Auswechseln anderer Distanzscheiben unterschiedlicher
Dicken zu ermöglichen,
um die gewünschten Betriebscharakteristiken
und die Stabilität
des Drehmomentmotors der vorliegenden Erfindung bereitzustellen.
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Ein
unterer Polschuh, der im Allgemeinen bei 38 gezeigt wird,
wird auf den Distanzscheiben 26 und 28 angeordnet.
Alternativ kann dieser Abschnitt der Struktur als die Distanzscheiben 26 und 28,
eingeklemmt zwischen dem unteren Polschuh 38 und der oberen
Oberfläche 13 der
Basis 12 aufweisend betrachtet werden. Wie in 1 gezeigt
wird, umfasst der untere Polschuh 38 einen ersten Teilabschnitt 40 und
einen zweiten Teilabschnitt 42, die als separate und verschiedene
Elemente, die voneinander getrennt sind, konstruiert sind. Eine
derartige Konstruktion stellt den leichten Zusammenbau des Polschuhs 38 auf
der Basis 12 bereit, selbst nachdem er als eine Einheit
hergestellt worden ist, die den Anker 22 und den Strahlrohrzusammenbau 24 trägt. Es wird
von dem Fachmann verstanden werden, dass, wenn der untere Polschuh 38 als
ein einzelnes Element gefertigt wird, der Polschuh auf der Basis 12 vor
dem Zusammenbau des Strahlrohrzusammenbaus und des Ankers auf der
Basis 12 zusammengebaut werden müsste. Derartiges würde einen
viel schwierigeren und teureren Zusammenbauprozess erfordern, und daher
vereinfacht die Struktur der vorliegenden Erfindung, bei der der
untere Polschuh aus separaten und verschiedenen Teilabschnitten,
die voneinander getrennt sind, gebildet ist, den Zusammenbau und
den Aufbau des Drehmomentmotors. Der erste Teilabschnitt 40 des
unteren Polschuhs 38 definiert ein Paar Öffnungen 44 und 46 dort
hindurch, während der
zweite Teilabschnitt 42 des unteren Polschuhs 38 die Öffnungen 48 und 50 dort
hindurch definiert.
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Ein
erster Permanentmagnet 52 wird durch eine obere Oberfläche 41 des
ersten Teilabschnitts 40 des unteren Polschuhs 38 getragen,
während
ein zweiter Permanentmagnet 54 durch die obere Oberfläche 43 des
zweiten Teilabschnitts 42 des unteren Polschuhs 38 getragen
wird. Der Permanentmagnet 52 definiert ein paar Rillen 56 und 58,
während
der Permanentmagnet 54 ein Paar Rillen 60 und 62 und eine Öffnung 63 definiert.
Eine ähnliche Öffnung (nicht
gezeigt) wird in dem Permanentmagnet 52 bereitgestellt.
Die Rillen 56 bis 62 sind auf den äußeren Oberflächen der
Permanentmagnete 52 und 54 gebildet. Der Zweck
der Rillen und der Öffnungen
wird aus der unten dargelegten Beschreibung ersichtlich werden.
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Ein
paar Spulen 64 und 66 werden bereitgestellt und
so angeordnet, dass sich die gegenüberliegenden Enden des Ankers 22 durch
die Öffnungen 65 und 67,
die in den Spulen 64 bzw. 66 bereitgestellt sind,
erstrecken. Die unteren Oberflächen
der Spulen 64 und 66 werden ebenfalls auf den
oberen Oberflächen 41 und 43 des
ersten und zweiten Teilabschnitts 40 bzw. 42,
die voneinander getrennt sind, des unteren Polschuhs 38 aufgenommen.
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Ein
oberer Polschuh 68, der eine Vielzahl von Öffnungen 70 bis 80 definiert,
wird bereitgestellt. Die Öffnungen 78 und 80 sind
gewindet, um Ankereinstellungsschrauben 82 aufzunehmen
(von denen nur eine dargestellt wird). Die Ankereinstellungsschrauben
erstrecken sich durch die oberen Pole 67 und 69 und
erstrecken sich um einen kleinen Betrag darunter, um die Menge an
Bewegung des Ankers 22 als Reaktion auf elektrische Signale,
die auf die Spulen 64 und 66 angewendet werden,
zu steuern. Wenn gewünscht,
kann ein Spulenhalter 88 benutzt werden, um beim Halten
der Spulen 64 und 66 intern an der Stelle innerhalb
der Drehmomentmotorstruktur zu helfen.
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Nun
unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 wird in
verschiedenen Ansichten der Drehmomentmotor wie in 1 dargestellt
in auseinander gezogener Form in seiner zusammengebauten Form dargestellt.
Insbesondere unter Bezugnahme auf 2 wird gezeigt,
dass die durch den oberen und den unteren Polschuh gebildeten Pole,
wenn sie angrenzend an den Anker 22 zusammengebracht werden,
einen Arbeitsluftspalt bereitstellen, wie etwa bei 90 dargestellt,
gebildet durch den Pol 67, der dem Pol gegenüberliegt, der durch die sich
nach oben erstreckenden Abschnitte 51, 53 der
Polschuhteilabschnitte 40 und 42 des unteren Polschuhs 38 gebildet
wird. Wie den Fachleuten wohl bekannt ist, verursachen, wenn ein
elektrisches Signal zum Beispiel auf die Spulen 64 und 66 angewendet
wird, die erzeugten magnetischen Kräfte, dass der Anker 22 innerhalb des
Luftspalts 90 ablenkt. Eine derartige Ablenkung stellt
durch das Arbeiten der ersten Stufe des Strahlrohrs, wie oben beschrieben,
ein geeignetes Ausgabesignal bereit. Wie in 3 gezeigt,
erstrecken sich die Einstellungsschrauben 82 unterhalb
der unteren Oberflächen
der Pole 67 und 69, so dass die Menge an Ablenkung
des Ankers durch das Erstrecken der Schrauben 82 weiter
in den Luftspalt 90 oder je nach Fall deren Herausziehen
weiter aus dem Luftspalt eingestellt und gesteuert werden kann.
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Unter
Berücksichtigung
der in den 1 bis 4 gezeigten
Darstellungen wird das Verfahren der Herstellung des Drehmomentmotors,
der gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung konstruiert wird, im Ganzen verständlicher.
Bei dem Verfahren der Herstellung werden die magnetischen Spulen 64 und 66 zuerst
auf den gegenüberliegenden
Enden des Ankers 22 positioniert. Danach werden die Teilabschnitte 40 und 42 des
unteren Polschuhs 38 zwischen den Spulen und der oberen
Oberfläche 13 der Basis 12 in
Position eingesetzt. Die Magnete 52 und 54 werden
dann auf der oberen Oberfläche 41 des Teilabschnitts 40 und
der oberen Oberfläche 43 des Teilabschnitts 42 des
unteren Polschuhs 38 in Position platziert. Anschließend wird
der obere Polschuh 68 auf der Oberseite des ersten und
zweiten Magneten positioniert. Um den Zusammenbau der Teile wie gerade
beschrieben zu erleichtern, werden die Permanentmagneten 52 und 54 vor
dem Zusammenbaubetrieb vorgeladen. Das Vorladen der Magneten 52 und 54 hilft
beim Zusammenhalten der verschiedenen Teilstücke, während sie einer auf dem anderen zusammengebaut
werden.
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Nachdem
die Teilstücke
so zusammengebaut werden, werden die erste und die zweite Distanzscheibe
zwischen der oberen Oberfläche 13 und der
Basis 14 und dem unteren Polschuh 38 eingesetzt.
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Es
sollte nun erkannt werden, dass, nachdem die Distanzscheiben, der
obere und der untere Polschuh, die Spulen und Magnete auf der Basis,
die den Strahlrohrzusammenbau trägt,
zusammengebaut sind, die Öffnungen,
Schlitze und Rillen richtig abgestimmt sind, um die Befestigungsmittel 84 aufzunehmen.
Die Öffnung 70 ist
zum Beispiel auf die Rille 56 abgestimmt, die auf die Öffnung 44 abgestimmt
ist, die auf den Schlitz 36 abgestimmt ist, der wiederum
auf die gewindete Öffnung 16 in
der Basis 12 abgestimmt ist. Die Schraube 84 mit
der bezüglich darauf
passend positionierten Unterlegscheibe wird dann durch die abgestimmten Öffnungen,
Schlitze und Rillen eingesetzt und wird schraubbar innerhalb der
gewindeten Öffnung 16 aufgenommen.
Eine ähnliche
Operation wird an jeder der anderen vier Ecken ausgeführt, wobei
alle der Teile operativ einer bezüglich des anderen abgestimmt
und positioniert werden. Ein angemessener Abstand wird dann zwischen den
Flächen
der Pole wie zum Beispiel bei 69 und 55/67 (1)
ausgeführt,
um den gewünschten Luftspalt 90 für Operationen
gemäß der bestimmten involvierten
Anwendung zu bilden. Wenn sich herausstellt, dass der Luftspalt
zu klein oder zu groß ist, können die
Distanzscheiben 26 und 28 leicht wegen der darin
gebildeten Schlitze 30–36 durch
das Einsetzen eines Werkzeugs oder eines Fingernagels in die Spalten 31 oder 35 entfernt
werden, ohne die Struktur auseinander zu bauen. Auf ähnliche
Weise können
neue Distanzscheiben eingesetzt werden, um den gewünschten
Abstand zwischen den Polen zu erhalten, um den gewünschten
Luftspalt bereitzustellen, da die Schlitze 30–36 den
Distanzscheiben das leichte Einsetzen in die Struktur ermöglichen.
Wenn dies ausgeführt
worden ist und der Anker 22 richtig positioniert ist, um
die magnetische Null zu erreichen, werden die Befestigungsmittel 84 dann
sicher eingegriffen und auf der Basis 12 an der Stelle
verriegelt, wodurch der Zusammenbau des Drehmomentmotors gemäß den Prinzipien
der vorliegenden Erfindung vervollständigt wird. In dem Fall, dass
eine geringfügige
Einstellung nach dem angemessenen Test benötigt wird, kann ein Werkzeug
durch die Öffnung 63 in
den Magneten eingesetzt werden, und der Draht 95 des Stahlrohrzusammenbaus 24 kann
leicht gebogen werden, im Gegensatz zum Ersetzen einer Distanzscheibe.
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Nun
unter Bezugnahme auf die 5 und 6 wird der
zusammengebaute Drehmomentmotor 10 positioniert auf einem
Gehäuse 92 der
zweiten Stufe 94 eines elektrohydraulischen Servoventils
gezeigt, das den Fluss von Fluid von einer Quelle (nicht gezeigt)
zu einer Last (nicht gezeigt) durch die Bewegung einer angemessenen
Spule 96, die wechselseitig innerhalb des Gehäuses 92 angeordnet
ist, steuert. Erneut ist dieser Vorgang den Fachleuten wohlbekannt
und wird hier nicht umfassender beschrieben. Wie besonders in 5 dargestellt
wird, werden geeignete Befestigungsmittel 100 und 102 verwendet,
um den Drehmomentmotor 10 an dem Gehäuse 92 durch das Laufen
durch die Öffnung 14 und
die Öffnung
diametral gegenüberliegend
zu 14 auf der Basis 12 zu sichern (4).
Eine geeignete Abdeckung 96 ist über dem Drehmomentmotor 10 positioniert
und an der Stelle auf dem Gehäuse 92 gesichert,
wie den Fachleuten wohl bekannt ist. Es wird ebenfalls von den Fachleuten
erkannt werden, dass, nachdem der Drehmomentmotor 10 auf
dem Gehäuse 92 positioniert
ist, er etwas bewegt werden kann, um ein Anpassen der hydraulischen
und magnetischen Nullen für
die Ventile auszuführen,
bevor die Befestigungsmittel 100 festgezogen werden.
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Es
wird von den Fachleuten erkannt, dass durch die Konstruktion des
Drehmomentmotors und dessen Positionierung auf dem
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Gehäuse eines
angemessenen Ventils gemäß den Prinzipien
wie oben beschrieben ein Drehmomentmotor bereitgestellt wird, der
im Wesentlichen weniger Teile aufweist als Drehmomentmotoren ähnlicher
Anwendung in der Vergangenheit und eine Struktur bereitstellt, wobei
die Wartung des Drehmomentmotors leicht ohne den vollständigen Auseinanderbau
davon ausgeführt
werden kann, und falls gewünscht,
ist der Auseinanderbau relativ leicht auszuführen, und der Ersatz von verschiedenen
Komponententeilen kann im Vergleich zu Drehmomentmotoren des Stands
der Technik leicht ausgeführt
werden.