WO2002033803A2 - Torquemotor - Google Patents

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WO2002033803A2
WO2002033803A2 PCT/DE2001/004030 DE0104030W WO0233803A2 WO 2002033803 A2 WO2002033803 A2 WO 2002033803A2 DE 0104030 W DE0104030 W DE 0104030W WO 0233803 A2 WO0233803 A2 WO 0233803A2
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WO
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rotor
cavity
torque motor
motor according
stator
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PCT/DE2001/004030
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French (fr)
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WO2002033803A3 (de
Inventor
Wolfram Knis
Gerald Huhnen
Harald Laue
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
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Publication of WO2002033803A2 publication Critical patent/WO2002033803A2/de
Publication of WO2002033803A3 publication Critical patent/WO2002033803A3/de

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K26/00—Machines adapted to function as torque motors, i.e. to exert a torque when stalled
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/06—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices
    • H02K29/08—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices using magnetic effect devices, e.g. Hall-plates, magneto-resistors

Definitions

  • the invention relates to a torque motor according to the preamble of claim 1.
  • a stepper motor is known from US Pat. No. 3,991,332, which has a stator and an excitation winding.
  • a rotor is arranged inside the stator and is flattened on two opposite sides.
  • An air gap between the rotor and stator on the non-flattened sides is not constant because two semicircles of the stator, which form a cavity for the rotor, are offset from one another.
  • This construction of the stator is complex. No information is given on the possibility of influencing a torque characteristic using a rotor.
  • An actuating device is known from DE 30 13 984 AI or US Pat. No. 4,504,770 which has a rotor which is designed in such a way that the torque is linear over a certain angle of rotation range of the actuating device. This is achieved by a complex wedge-shaped design of the end faces of the rotor From DE 30 39 521 AI an actuator is known which has a stator and an excitation winding. A rotor is arranged inside the stator and is flattened on two opposite sides. An air gap between the rotor and stator on the non-flattened sides is not constant because two semicircles of the stator, which form a cavity for the rotor, are asymmetrical to the rotor axis. This construction of the stator is complex. No information is given on the possibility of influencing a torque characteristic using a rotor.
  • An electric motor is known from DE 37 86 688 AI or ÜS-PS 4,656,553, in which a Hall sensor is arranged within a rotor.
  • the Hall sensor is located on the stator of the external rotor motor.
  • features of claim 1 have the advantage that the torque of the torque motor can be designed in a simple manner over a large rotation angle range.
  • the torque motor can be adjusted in an adjusting device, e.g. a throttle valve control of an internal combustion engine or as a stepper motor.
  • the rotor is flattened on two opposite flat sides and has an uneven outer radius on the intermediate sides between the flattened flat sides, because this allows the torque line to be influenced in a simple manner.
  • the cavity of the stator has depressions or grooves on its inside, because this allows the magnetic flux between the stator and the rotor and thus the torque of the rotor to be influenced in a simple manner.
  • the rotor axis does not correspond to the center line of the cavity because this specifies a preferred direction of rotation for the rotor.
  • the rotor has a rotor cavity and a tube element is arranged as a magnetic return element in the tube cavity, since this creates a symmetrical magnetic flux profile in the rotor.
  • a Hall sensor can advantageously be arranged in the magnetic field of the rotor cavity, because this eliminates the need for a magnetic sensor element for determining the position or rotational frequency of the rotor.
  • FIG. 1 shows a stator of a torque motor according to the invention
  • FIG. 2 shows a rotor of a torque motor according to the invention
  • FIG. 3 shows a torque motor according to the invention
  • FIG. 4 shows a stator with recesses and grooves
  • FIGS. 5a to 5c show different geometric shapes of the rotor, and FIG with respect to the cavity center line,
  • FIG. 1 shows a stator 1 of a torque motor 30 according to the invention (FIG. 3).
  • the stator 1 has a cavity 3 and a rectangular recess 7, for example.
  • the stator 1 consists, for example, of a laminated core, but can also be solid.
  • the cavity 3 is symmetrical to a cavity center line 70, for example has a circular shape in the radial cross section.
  • a coil 9 is arranged in the rectangular recess 7 in such a way that part of the coil 9 is located in the recess 7 and the remaining part of the coil 9 is arranged outside the stator 1.
  • a part of the stator 1 thus forms a core for the coil 9.
  • the coil 9 is used for magnetic excitation of the stator 1, which consists of a magnetic conductive material is made.
  • the stator 1 has, for example, at least one stator gap 11 in the region of the cavity 3, which can be bridged, for example, by at least one bridge 14.
  • the stator gap 11 can also be omitted.
  • the stator gaps 11 are arranged opposite one another, for example, and divide the part of the stator 1 around the cavity 3 approximately symmetrically to a connecting line between the two stator gaps 11.
  • FIG. 2 shows a rotor 20 of the torque motor 30 according to the invention, which has a rotor axis 22, which can also be an axis of symmetry, and which has an outer lateral surface 24.
  • the rotor 20 has a rotor shaft, not shown.
  • the rotor 20 has no circular shape in the radial cross section and can otherwise have any shape.
  • the rotor 20 has, for example, a first flattened flat side 31 and a second flattened flat side 32 on two opposite side surfaces of the lateral surface 24 (FIG. 3).
  • the flat sides 31, 32 can also take any other shape, e.g. also have a concave.
  • the flat sides 31, 32 do not necessarily have to be arranged symmetrically to one another and can take different forms from one another.
  • FIG. 3 shows the torque motor 30 according to the invention, which is composed, inter alia, of the stator 1 in FIG. 1 and the rotor 20 in FIG.
  • the coil 9 is switched such that a magnetic north N and south pole S is formed at two opposite points of the stator 1, whereby a stator magnetic field direction 50 in the stator 1 from south to north is achieved. Depending on the polarity of the coil 9, this stator magnetic field direction 50 can rotate through 180 °.
  • An air gap 40 results from the shortest distance between the outer surface 24 of the rotor 20 and an inner outer surface 42 of the cavity 3, i.e. the inner surface of the stator 1 opposite the outer surface 24.
  • the rotor 20 has at least two different radii r1 and r2 on the first or second intermediate side 35, 36, so that the air gap 40 between the intermediate sides 35, 36 and the stator 1 is not constant.
  • an air gap 40 changes at a certain point on the stator 1 due to these different distances r1, r2.
  • a torque of the rotor 20 or motor 30 can thus be influenced.
  • the rotor 20 is preferably made of plastic-bonded magnetic material, because this enables any geometry of the rotor 20 to be achieved inexpensively.
  • magnets that form the rotor which consist of hard ferrites, several time-consuming and costly grinding operations are still required after the blank has been pressed and sintered.
  • a rotor can be used to control the motor by means of a pulse-width modulated signal, a rotary movement that does not result in a linear relationship between the duty cycle and the angle of rotation.
  • a restoring element works against the magnetic field of the stator 1, which resets the rotor 20 to its starting position when the electrical voltage or electrical current at the stator 1 drops.
  • the deflection of the rotor 20 in the magnetic field of the stator 1 as a function of the applied duty cycle is different depending on the type of magnetization of the magnets and, recorded over the duty cycle, results in a relatively steep increase or decrease with very long defrosting zones.
  • the rotor works against the restoring torque of a restoring element, such as a spring.
  • the resulting torque curve of the rotor and spring leads to a large torque difference compared to the continuously increasing torques of the spring under certain duty cycles, which then results in a sharp increase in the torque characteristic of the motor 30.
  • the resulting characteristic curve of the motor 30 rises as constantly as possible over the entire range of the rotation angle, here 90 °. This enables good controllability of the actuating elements which are driven by torque motors 30. Any further shape of the torque characteristic can be adjusted by changing the geometry of the rotor 20.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of a stator 1 of the torque motor 30 according to the invention.
  • the cavity 3 is delimited by an inner base surface 58, which represents a type of envelope of the inner lateral surface 42. Starting from the inner base surface 58, the cavity 3 has at least one depression 54. Likewise, there can be at least one groove 56. By introducing wells 54 or grooves 56, different distances between the rotor 20 and the cavity 3 influence a magnetic flux profile and thus the torque of the rotor 20 at this point.
  • FIG. 5a shows a longitudinal section along the rotor axis 22 of the rotor 20.
  • the rotor 20 has a conical shape 61 with a variable base area 62.
  • the different radial distances d1, d2 of the lateral surface 24 of the rotor 20 from the, for example, cylindrical inner base surface 58 of the cavity are used for targeted purposes the magnetic flux profile in the cavity 3 and the torque of the rotor 20 influenced.
  • Figure 5b shows a radial cross section through the rotor
  • the rotor 20 has an oval shape 63 in radial cross section.
  • the radial distances d1, d2 on the lateral surface 24 of the rotor 20 differ from the inner base surface 58 of the stator 1.
  • Figure 5c shows a further embodiment of the rotor 20 in radial cross section.
  • the rotor 20 has at least two cutouts 66 on its outer surface.
  • the cutouts 66 can be flattened portions or oval depressions.
  • the recess 66 are symmetrical to one
  • FIG. 6 shows a special arrangement of the rotor 20 in the cavity 3 of the stator 1.
  • the rotor axis 22 about which the rotor 20 rotates does not coincide with the cavity center line 70, so that the rotor 20 is given a preferred direction of rotation.
  • FIG. 7a shows a rotor 20 which has a rotor cavity 71 which, for example, runs symmetrically to the rotor axis 22 and bswp. represents a passage.
  • a magnetic field prevails in the rotor cavity 71, the alignment of which can be detected by means of a Hall sensor 75, which is not attached to the rotor.
  • FIG. 7b shows that the rotor 20 has a tubular element 73 within the rotor cavity 71 which is connected to the rotor 20 in a positive and non-positive manner.
  • the tubular element 73 can be made of plastic or metal, in which case it then forms a magnetic return element.
  • a magnetic field with a rotor magnetic field direction 78 prevails within the rotor cavity 71.
  • the Hall sensor 75 is inserted into the rotor cavity 71 and its sensitive surface is aligned along this rotor magnetic field direction 78. Another angle setting of the Hall sensor 75 to the rotor magnetic field direction 78 can also be selected.
  • Rotor magnetic field direction 78 and encloses an angle with the sensitive surface of the Hall sensor 75, which then leads to a Hall voltage that can be detected.
  • the Hall sensor 75 uses the existing magnetic field of the rotor 20 and does not require any additional magnetic field transmitters.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Iron Core Of Rotating Electric Machines (AREA)

Abstract

Bei einem Torquemotor nach dem Stand der Technik wird ein nicht konstanter Luftspalt zwischen Rotor und Stator, bestehend aus Blechlaminaten, durch aufwändige Konstruktionen am Stator erzeugt. Ein erfindungsgemässer Torquemotor (30) hat einen unsymmetrischen Rotor (20), der einen nicht konstanten Luftspalt zwischen Rotor (20) und Stator (1) erzeugt.

Description

Torquermotor
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Torquemotor nach der Gattung des Anspruchs 1.
Aus der US-PS 3,991,332 ist ein Schrittmotor bekannt, der einen Stator und eine Erregerwicklung aufweist. Innerhalb des Stators ist ein Rotor angeordnet, der an zwei gegenüberliegenden Seiten abgeflacht ist. Ein Luftspalt zwischen Rotor und Stator an den nicht abgeflachten Seiten ist nicht konstant, weil zwei Halbkreise des Stators, die einen Hohlraum für den Rotor bilden, gegeneinander versetzt ausgebildet sind. Diese Konstruktion des Stators ist aufwendig. Über eine Möglichkeit zur Beeinflussung einer Drehmomentkennlinie mittels Rotor werden keine Angaben gemacht.
Aus der DE 30 13 984 AI bzw. US-PS 4,504,770 ist eine Stelleinrichtung bekannt, die einen Rotor hat, der so ausgebildet ist, dass es zu einem linearen Verlauf des Drehmoments über einen bestimmten Drehwinkelbereich der Stelleinrichtung kommt. Dies wird durch eine aufwendige keilförmige Gestaltung der Stirnflächen des Rotors erreich Aus der DE 30 39 521 AI ist ein Stellmotor bekannt, der einen Stator und eine Erregerwicklung aufweist. Innerhalb des Stators ist ein Rotor angeordnet, der an zwei gegenüberliegenden Seiten abgeflacht ist. Ein Luftspalt zwischen Rotor und Stator an den nicht abgeflachten Seiten ist nicht konstant, weil zwei Halbkreise des Stators, die einen Hohlraum für den Rotor bilden, asymmetrisch zur Rotorachse ausgebildet sind. Diese Konstruktion des Stators ist aufwendig. Über eine Möglichkeit zur Beeinflussung einer Drehmomentkennlinie mittels Rotor werden keine Angaben gemacht .
Aus der DE 37 86 688 AI bzw. ÜS-PS 4,656,553 ist ein elektrischer Motor als bekannt, bei dem ein Hallsensor innerhalb eines Rotors angeordnet ist. Der Hallsensor sitzt bei dem Aussenläufermotor auf dem Stator.
Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemässe Torquemotor mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass auf einfache Art und Weise das Drehmoment des Torquemotors über einen grossen Drehwinkelbereich gestaltet werden kann. Der Torquemotor kann in einer VerStelleinrichtung, wie z.B. einer Drosselkiappensteuerung einer Brennkraftmaschine oder als Schrittmotor eingesetzt werden.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Massnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 genannten Torquemotors möglich.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich dann, wenn die Drehmomentkennlinie über einen Rotordrehwinkelbereich bis etwa 90° ungefähr linear verläuft, weil dadurch der Torquemotor sehr einfach anzusteuern ist.
Weiterhin vorteilhaft ist es, den Rotor aus kunststoffgebundenem Magnetmaterial herzustellen, weil dies die Formgebung und Herstellung des Rotors vereinfacht.
Es ist vorteilhaft, wenn der Rotor an zwei gegenüberliegenden Flachseiten abgeflacht ist und an den Zwischenseiten zwischen den abgeflachten Flachseiten einen ungleichmässigen Aussenradius hat, weil dadurch die Drehmomentlinie auf einfache Art und Weise beeinflusst werden kann.
Es ist vorteilhaft, wenn der Hohlraum des Stators an seiner Innenseite Vertiefungen oder Nuten aufweist, weil dadurch der magnetische Fluss zwischen Stator und Rotor und so das Drehmoment des Rotors auf einfache Art und Weise beeinflusst werden kann .
Es ist vorteilhaft, wenn die Rotorachse nicht der Hohlraummittellinie entspricht, weil dadurch eine Vorzugsdrehrichtung für den Rotor vorgegeben ist.
Es ist vorteilhaft, wenn der Rotor einen Rotorhohlraum aufweist und in dem Rohrhohlraum ein Rohrelement als ein magnetisches Rückschlusselement angeordnet ist, da dadurch ein symmetrischer magnetischer Flussverlauf im Rotor erzeugt wird.
Auf vorteilhafte Weise kann ein Hallsensor im Magnetfeld des Rotorhohlraums angeordnet sein, weil dadurch ein magnetisches Geberelement zur Bestimmung der Lage oder Drehfrequenz des Rotors entfallen kann. Zeichnung
Mehrere Ausführungsbeispiel der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 einen Stator eines erfindungsgemässen Torquemotors, Figur 2 einen Rotor eines erfindungsgemässen Torquemotors, Figur 3 einen erfindungsgemässen Torquemotor, Figur 4 einen Stator mit Vertiefungen und Nuten, Figur 5a bis 5c verschiedene geometrische Formen des Rotors, Figur 6 eine Anordnung von einer Rotorachse bezüglich der Hohlraummittellinie,
Figur 7a, b, einen Rotor, der einen Hallsensor enthält, der innerhalb des Rotors angeordnet wird.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Figur 1 zeigt einen Stator 1 eines erfindungsgemässen Torquemotors 30 (Fig. 3) . Der Stator 1 hat einen Hohlraum 3 und eine bspw. rechteckige Ausnehmung 7. Der Stator 1 besteht bspw. aus einem Blechpaket, kann aber auch massiv sein. Der Hohlraum 3 ist symmetrisch zu einer Hohlraummittellinie 70, bspw. weist im radialen Querschnitt eine Kreisform auf. Eine Spule 9 ist in der rechteckigen Ausnehmung 7 so angeordnet, dass ein Teil der Spule 9 sich in der Ausnehmung 7 befindet und der restliche Teil der Spule 9 ausserhalb des Stators 1 angeordnet ist. Ein Teil des Stators 1 bildet also einen Kern für die Spule 9. Die Spule 9 dient zur magnetischen Erregung des Stators 1, der aus einem magnetischen leitenden Material hergestellt ist. Der Stator 1 hat im Bereich des Hohlraums 3 bspw. zumindest einen Statorspalt 11, der bspw. durch zumindest eine Brücke 14 überbrückt werden kann. Der Statorspalt 11 kann auch entfallen. In diesem Ausführungsbeispiel gibt es zwei Statorspalte 11. Die Statorspalte 11 sind bspw. gegenüberliegend angeordnet und teilen den Teil des Stators 1 um den Hohlraum 3 ungefähr symmetrisch zu einer Verbindungslinie zwischen den zwei Statorspalten 11 auf.
Figur 2 zeigt einen Rotor 20 des erfindungsgemässen Torquemotors 30, der eine Rotorachse 22 hat, die auch eine Symmetrieachse sein kann, und der eine äussere Mantelfläche 24 aufweist. Der Rotor 20 weist eine nicht gezeigte Rotorwelle auf.
Der Rotor 20 hat im radialen Querschnitt keine kreisförmige Form und kann ansonsten ede beliebige Form aufweisen. Der Rotor 20 hat bspw. an zwei gegenüberliegenden Seitenflächen der Mantelfläche 24 eine erste abgeflachte Flachseite 31 und eine zweite abgeflachte Flachseite 32 (Fig. 3) . Die Flachseiten 31, 32 können auch jede andere Form annehmen, sie können z.B. auch eine Konkave aufweisen. Die Flachseiten 31, 32 müssen nicht zwangsläufig symmetrisch zueinander angeordnet sein und können voneinander verschiedene Formen annehmen.
Auch ausserhalb der Flachseiten 31, 32 ist der Radius des Rotors 20 nicht konstant, sondern ändert sich je nach Winkelstellung eines Radialvektors (rl, r2, Fig. 3). Für jeden Radius dieses Ausführungsbeispiels gilt jedoch, dass bei einer Verschiebung des Radialvektors in axialer Richtung der Radius konstant bleibt. Figur 3 zeigt den erfindungsgemässen Torquemotor 30, der sich u.a. aus dem Stator 1 der Figur 1 und dem Rotor 20 der Figur 2 zusammensetzt.
Die Spule 9 ist so geschaltet, dass an zwei gegenüberliegenden Stellen des Stators 1 ein magnetischer Nord- N und Südpol S ausgebildet ist, wodurch eine Statormagnetfeldrichtung 50 im Stator 1 von Süd nach Nord erzielt wird. Diese Statormagnetfeldrichtung 50 kann sich je nach Polung der Spule 9 um 180° drehen. Zwischen den zwei abgeflachten Flachseiten 31, 32 gibt es eine erste Zwischenseite 35 und eine zweite Zwischenseite 36.
Ein Luftspalt 40 ergibt sich aus dem kürzesten Abstand der Mantelfläche 24 des Rotors 20 und einer inneren Mantelfläche 42 des Hohlraums 3, d.h. der der Mantelfläche 24 gegenüberliegenden Innenfläche des Stators 1. Der Rotor 20 hat an der ersten oder zweiten Zwischenseite 35, 36 zumindest zwei verschiedene Radien rl und r2, so dass der Luftspalt 40 zwischen den Zwischenseiten 35, 36 und dem Stator 1 nicht konstant ist. Wenn sich der Rotor 20 dreht, kommt es aufgrund dieser verschiedenen Abstände rl, r2 an einer bestimmten Stelle des Stators 1 zu einem sich verändernden Luftspalt 40. Ein Drehmoment des Rotors 20 bzw. Motors 30 kann so beeinflusst werden.
Der Rotor 20 wird vorzugsweise aus kunststoffgebundenem Magnetmaterial hergestellt, weil sich dadurch eine beliebige Geometrie des Rotors 20 kostengünstig erreichen lässt. Bei Magneten, die den Rotor bilden, die aus Hartferriten bestehen, sind nach dem Press- und Sintervorgang des Rohlings noch mehrere zeit- und kostenaufwendige Schleifvorgänge notwendig.
Aus physikalischen Gründen heraus erreicht man mit einem Rotor nach dem Stand der Technik bei Ansteuerung des Motors mittels eines pulsweiten modulierten Signals eine Drehbewegung, die keinen linearen Zusammenhang zwischen Tastverhältnis und Drehwinkel ergibt. Gegen das Magnetfeld des Stators 1 arbeitet bei einem Torquemotor 30 ein Rückstellelement, dass den Rotor 20 bei abfallender elektrischer Spannung oder abfallendem elektrischen Strom am Stator 1 wieder in seine Ausgangsposition zurückstellt. Die Auslenkung des Rotors 20 im Magnetfeld des Stators 1 in Abhängigkeit vom angelegten Tastverhältnis fällt je nach Magnetisierungsart der Magnete unterschiedlich aus und ergibt über dem Tastverhältnis aufgezeichnet einen relativ steilen Anstieg oder Abfall mit sehr langen Auslautzonen . Der Rotor arbeitet gegen das Rückstelldrehmoment eines Rückstellelements, wie z.B. einer Feder. Die resultierende Drehmomentkurve von Rotor und Feder führt bei gewissen Tastverhältnissen zu einer grossen Drehmomentdifferenz gegenüber den kontinuierlich ansteigenden Drehmomenten der Feder, was dann einen starken Anstieg der Drehmomentkennlinie des Motors 30 zur Folge hat. Durch eine einfache Gestaltung des Rotors 20 (Fig. 2) steigt die resultierende Kennlinie des Motors 30 über den kompletten Drehwinkelbereich, hier 90°, möglichst konstant an. Dies ermöglicht eine gute Regelbarkeit der Stellelemente, die mit Torquemotoren 30 angetrieben werden. Jede weitere Form der Drehmomentkennlinie ist durch eine Geometrieänderung des Rotors 20 einstellbar.
Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Stators 1 des erfindungsgemässen Torquemotors 30. Der Hohlraum 3 wird begrenzt durch eine Innengrundfläche 58, die eine Art Umhüllende der inneren Mantelfläche 42 darstellt. Ausgehend von der Innengrundfläche 58 weist der Hohlraum 3 zumindest eine Vertiefung 54 auf. Ebenso kann zumindest eine Nut 56 vorhanden sein. Durch die Einführung von Vertiefungen 54 oder Nuten 56 wird durch verschiedene Abstände von Rotor 20 und Hohlraum 3 an dieser Stelle ein magnetischer Flussverlauf und damit das Drehmoment des Rotors 20 beeinflusst .
Figur 5a zeigt einen Längsschnitt entlang der Rotorachse 22 des Rotors 20. Der Rotor 20 hat eine Kegelform 61 mit variabler Grundfläche 62. Durch die verschiedenen radialen Abstände dl, d2 der Mantelfläche 24 des Rotors 20 zu der bspw. zylindrischen Innengrundfläche 58 des Hohlraums wird gezielt der magnetische Flussverlauf im Hohlraum 3 und das Drehmoment des Rotors 20 beeinflusst.
Figur 5b zeigt einen radialen Querschnitt durch den Rotor
20. Der Rotor 20 weist im radialen Querschnitt eine Ovalform 63 auf. Auch hier sind die radialen Abstände dl, d2 an der Mantelfläche 24 des Rotors 20 zu der Innengrundfläche 58 des Stators 1 verschieden.
Figur 5c zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des Rotors 20 in radialem Querschnitt. Der Rotor 20 hat auf seiner Mantelfläche zumindest zwei Aussparungen 66. Die Aussparungen 66 können Abflachungen oder ovale Vertiefungen sein. Die Aussparung 66 sind symmetrisch zu einer
Spiegelebene 68 angeordnet, in der die Rotorachse 22 verläuft .
Figur 6 zeigt eine spezielle Anordnung des Rotors 20 in dem Hohlraum 3 des Stators 1. Die Rotorachse 22, um die sich der Rotor 20 dreht, fällt nicht mit der Hohlraummittellinie 70 zusammen, sodass der Rotor 20 eine bevorzugte Drehrichtung erhält . Figur 7a zeigt einen Rotor 20, der einen Rotorhohlraum 71 aufweist, der bspw. symmetrisch zur Rotorachse 22 verläuft und bswp. einen Durchgang darstellt. In dem Rotorhohlraum 71 herrscht ein Magnetfeld, dessen Ausrichtung mittels eines Hallsensors 75, der nicht am Rotor befestigt ist, detektiert werden kann.
In Figur 7b ist gezeigt, dass der Rotor 20 innerhalb des Rotorhohlraums 71 ein Rohrelement 73 aufweist das form- und kraftschlüssig mit dem Rotor 20 verbunden ist. Das Rohrelement 73 kann aus Kunststoff oder Metall sein, wobei es dann ein magnetisches Rückschlusselement bildet. Innerhalb des Rotorhohlraums 71 herrscht ein Magnetfeld mit einer Rotormagnetfeldrichtung 78. Der Hallsensor 75 ist in den Rotorhohlraum 71 eingeführt und mit seiner sensitiven Fläche entlang dieser Rotormagnetfeldrichtung 78 ausgerichtet. Es kann auch eine andere Winkeleinstellung des Hallsensors 75 zur Rotormagnetfeldrichtung 78 gewählt werden. Wenn sich der Rotor 20 dreht, wobei der Hallsensor 75 seine Position behält, dreht sich die
Rotormagnetfeldrichtung 78 und schliesst mit der sensitiven Fläche des Hallsensors 75 einen Winkel ein, der dann zu einer Hallspannung führt, die detektiert werden kann. Der Hallsensor 75 nutzt das vorhandene Magnetfeld des Rotors 20 aus und benötigt keine zusätzlichen Magnetfeldgeber.

Claims

Patentansprüche
1. Torquemotor, mit einem Stator, mit einem Rotor, der eine Rotorachse hat, um die er sich dreht, und zumindest teilweise in dem Stator angeordnet ist, mit einem Luftspalt zwischen Stator und Rotor, der nicht konstant ist, wobei der Stator einen Hohlraum für den Rotor aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Hohlraum (3) eine Innengrundfläche (58) hat, die symmetrisch zu einer Hohlraummittellinie (70) ist, und dass der Rotor (20) keinen kreiszylinderförmigen
Radialquerschnitt aufweist, und so einen nicht konstanten Luftspalt (40) zwischen dem Rotor (20) und der Innengrundfläche (58) erzeugt.
2. Torquemotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (20) an zwei gegenüberliegenden Flachseiten (31,32), zu der die Rotorachse (22) parallel verläuft, abgeflacht ist, und dass der Rotor (20) bzgl. der Rotorachse (22) an den nicht abgeflachten Zwischenseiten (35,36) einen ungleichmässigen Aussenradius (rl,r2) hat, und so einen nicht konstanten Luftspalt (40) zwischen dem Rotor (20) und der Innenfläche (58) erzeugt .
3. Torquemotor nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, dass
der Rotor (20) an einer ersten und einer zweiten gegenüberliegenden Flachseite (31,32), die nicht einen magnetischen Pol (N,S) des Rotors (20) umfassen, abgeflacht ist .
. Torquemotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
der Hohlraum (3) an seiner Innenseite zumindest eine Vertiefung (54) aufweist.
5. Torquemotor nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass
der Hohlraum (3) an seiner Innenseite zumindest eine Nut (561 aufweist .
6. Torquemotor nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass
der Querschnitt des Rotors (20) entlang seiner Rotorachse (22 ] eine Kegelform (61) aufweist.
7. Torquemotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1,2 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass
der Radialquerschnitt des Rotors (20) senkrecht zu seiner Rotorachse (22) eine Ovalform (63) aufweist.
8. orquemotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
die Rotorachse (22) nicht der Hohlraummittellinie (70) entspricht .
9. Torquemotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet,
dass der Rotor (20) Aussparungen (66) an seiner Mantelfläche (24) hat, und dass der Rotor (20) symmetrisch zu einer Spiegelebene (68) ist, in der die Rotorachse (22) verläuft.
10. Torquemotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 2, 6, 7 oder 9, dadurch gekennzeichnet,
dass der Rotor (20) einen Rotorhohlraum (71) aufweist.
11. Torquemotor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
dass in dem Rotorhohlraum (71) ein Rohrelement (73) angeordnet ist .
12. Torquemotor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
dass das Rohrelement (73) ein magnetisches Rückschlusselement ist .
13. Torquemotor nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet,
dass in dem Rotorhohlraum (71) ein Hallsensor (75) angeordnet ist.
14. Torquemotor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
dass der Rotor (20) im Rotorhohlraum (71) ein magnetisches Feld aufweist, und dass eine sensitive Fläche des Hallsensors (75) in Ausgangsstellung parallel zur Rotormagnetfeldrichtung (78) im Rotorhohlraum (71) ausgerichtet ist.
15. Torquemotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass zwischen Rotor (20) und Stator (1) ein Drehmoment wirkt, dass der Rotor (20) so gestaltet ist, dass eine
Drehmomentkennlinie über einen Rotordrehwinkelbereich bis etwa 90° ungefähr linear verläuft.
16. Torquemotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, 6, 7, 9, 10, 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass
der Rotor (20) aus kunststoffgebundenen Magnetmaterial besteht.
17. Torquemotor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1, 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet,
dass der Hohlraum (3) einen konstanten Radius zu der Hohlraumlinie (70) hat,
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