CH638645A5

CH638645A5 - Elektromagnetischer steller.

Info

Publication number: CH638645A5
Application number: CH1201278A
Authority: CH
Inventors: Daniel C Garvey
Original assignee: Woodward Governor Co
Priority date: 1978-01-09
Filing date: 1978-11-23
Publication date: 1983-09-30
Also published as: JPS5911254B2; CA1113992A; JPS54101110A; US4164722A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektromagnetischen Steller gemäss dem Oberbegriff im Anspruch 1. Solche Steller erzeugen über einen begrenzten Bewegungsbereich des Ankers ein Drehmoment oder eine Kraft. Eine typische Anwendung solcher Steller ist beispielsweise die Bewegung von Drosselklappen grosser, geregelter Maschinen, wobei sie die Befehle eines Reglers ausführen.

Die Betriebseigenschaften eines theoretisch idealen elektromagnetischen Stellers sind derart, dass die magnetisch erzeugte Kraft (oder das Drehmoment) bei jeder Stellung des Ankers proportional zum Speisestrom einer Erregerspule ist. Die vorliegende Erfindung ist auf solche «lineare» Steller mit geradliniger oder drehender Bewegungsart anwendbar.

Es ist ferner erwünscht, dass die Ankerkraft oder das

-drehmoment bei einem gegebenen Spulenerregungsstrom im wesentlichen über den ganzen Bewegungsbereich konstant bleibt, um den Steuerstrom im Betrieb in engen Grenzen zu halten. Die Abmessungen des Stellers sollen so gewählt werden, damit die Oberfläche zur Abgabe der bei Dauerbetrieb unter der höchstzulässigen Eingangsleistung entstehenden Wärme ausreicht.

Um die Abmessungen minimal zu halten, ist es deshalb wünschbar, den Unterschied zwischen kleinster und grösster Eingangsleistung, welche zur Bewegung des Ankers über den ganzen Arbeitsbereich benötigt wird, möglichst gering zu halten, wobei auch die Temperaturerhöhung des Ankers möglichst gering sein soll. Eine Temperaturerhöhung des Ankers von beispielsweise 30 °C erfordert eine Ankergrössenkennzahl von etwa 0,1 W/cm2, sodass eine andauernde Leistungsaufnahme von 50 W eine Ankeroberfläche von etwa 500 cm2 erfordert. Bei gleichförmiger magnetischer Drehmomentcharakteristik wird nur eine kleine Änderung des Steuerstromes benötigt, um den Anker von einer Extremlage zur anderen zu bewegen, wobei nur minimale Temperaturerhöhungen auftreten und deshalb nur relativ kleine Oberflächen zur Kühlung erforderlich sind.

Ein Hauptzweck der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines verbesserten elektromagnetischen Stellers, der nicht nur die gewünschten «linearen» Betriebseigenschaften besitzt, sondern auch wirtschaftlich günstig herstellbar und klein ist. Im speziellen wird die Benützung einer konventionellen Spulenanordnung angestrebt.

Im weiteren wird ein hohes Leistungs-Volumenverhältnis anvisiert, d.h. hohe Ausnützung des durch Anker, Stator und Erregerspulen beanspruchten Volumens. Ferner wird ein relativ hohes Drehmoment angestrebt, das den Einsatz einer kräftigen Rückstellfeder erlaubt; trotzdem soll auch eine geringe Kraft für die Rückstellung ausreichen.

Diese und andere Zielsetzungen wurden mit einem Steller erreicht, dessen erfindungsgemässe Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 offenbart sind.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen erflndungsgemässen Steller im Längsschnitt;

Fig. 2 eine Axialansicht des Stellers gemäss Fig. 1 von rechts, teilweise in Schnittdarstellung;

Fig. 3 einen Querschnitt 3-3 gemäss Fig. 1, wobei der Anker in einer Lage ist, bei der die in Fig. 2 dargestellte vom Anker mitgedrehte Skala «0°» anzeigt;

Fig. 4 eine Darstellung gemäss Fig. 3, wobei der Anker auf «15°» steht;

Fig. 5 eine Darstellung gemäss Fig. 3, wobei der Anker auf «30°» steht;

Fig. 6 das Kennlinienfeld des in Fig. 1 bis 5 offenbarten Stellers, wobei horizontal die Lage des Ankers und vertikal das magnetische Drehmoment (Tm) bzw. das Moment der Rückstellfeder (Ts) aufgetragen sind;

Fig. 7 A und 7B zeigen den zeitlichen Verlauf des Erregungsstromes I bzw. die Ankerbewegung bei einer plötzlichen Änderung der an die Erregerspule gelegten Spannung;

Fig. 8 den Zusammenhang von Ankerstellung und magnetischem Drehmoment für einen Steller mit drei Paaren von Polen mit konstantem Radius, und

Fig. 9 den gleichen Zusammenhang für einen Steller mit vier Polpaaren mit variablem Radius.

In Fig. 1 und 2 ist ein elektromagnetischer Rotationssteiler dargestellt, dessen Gehäuse aus einem Zylinderstück 10 und aus Endstücke 11 und 12 gebildet wird. Längs durch dieses Gehäuse verläuft eine Welle 13, die beidseits mittels je eines am Endstück 11 bzw. 12 befestigten Kugellagers 14 bzw. 15 gelagert ist. In Längsrichtung wird die Lage der Welle 13

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durch die Halteringe 16 und 17 bestimmt. Die Welle 13 trägt ein Paar von unter sich identisch gestalteten Ankerelementen 18 und 19. Sie sind an den gegenüberliegenden Enden eines zylindrischen Distanzstückes 20 mittels Schrauben 20a befestigt. Die Verbindung mit der Welle 13 erfolgt durch ein Paar Radialschrauben 19a (Fig. 3 bis 5).

Diese Ankerelemente 18 und 19 sowie das Distanzstück 20 sind aus magnetisch permeablem Material hergestellt und im folgenden gesamthaft mit «Anker» bezeichnet.

Um den Anker gemäss Fig. 2 im Uhrzeigersinn zu drehen, sind Statorelemente 21 und 22 an gegenüberliegenden Enden des Zylinderstückes 10 montiert und mit einem Haltebügel 25 verbunden. Die Statorelemente 21 und 22 umgeben die Ankerelemente 18 und 19 und sind in Längsrichtung mit diesem ausgerichtet. Auch die Statorelemente 21 und 22 sowie das Zylinderstück 10 sind aus magnetisch permeablem Material hergestellt und werden nachfolgend gesamthaft mit «Stator» bezeichnet.

Zur Erzeugung eines magnetischen Flusses im Stator und im Anker ist in einem ringförmigen Raum zwischen dem Zylinderstück 10 und dem Distanzstück 20 eine Spule 23 untergebracht. Der Aussendurchmesser des Hauptteiles des Ankers (das Distanzstück 20) ist wesentlich geringer als der Innendurchmesser des gegenüberliegenden Zylinderstückes 10, wodurch ein ringförmiger Raum zur Aufnahme der Spule 23 gebildet wird. Die Spule 23 ist über Verbindungen an eine geeignete Leistungsquelle angeschlossen; wird die Spule erregt, so entsteht eine elektrische Durchflutung, welche im Anker, im Stator und in den dazwischenliegenden Luftspalten einen magnetischen Fli^ss erzeugt (Fig. 1). Der magnetische Fluss verläuft im besonderen axial durch das Zylinderstück 10 und das Distanzstück 20, und radial durch die verschiedenen Pole, welche durch gegenüberliegende Anker- und Statorelemente 18 und 19 bzw. 21 und 22 gebildet werden. Weil das Eisen oder das gewählte magnetisch permeable Material die Spule 23 gänzlich umgibt, wird das durch Anker und Stator belegte Volumen wirksam ausgenützt; dies erlaubt die Einhaltung von allen Anforderungen genügenden, geringen Aussen-massen des Stellers.

Wie aus Fig. 3 bis 5 klar ersichtlicht ist, bilden die verschiedenen Anker- und Statorteile ausgeprägte Pole, sodass der bei Erregung der Spule 23 entstehende magnetische Fluss in den Luftspalten den Anker zu einer Drehung im Uhrzeigersinn veranlassen.

Um nun den Anker im Gegenuhrzeigersinn zu bewegen (entgegen dem Drehsinn der magnetischen Kräfte), ist eine Rückstellfeder 30 am einen Ende der Welle 13 angeordnet. Diese Feder 30 ist eine Band-Torsionsfeder mit einer Wickel-Vorspannung, wobei ihr eines Ende an der Haube 31 und ihr anderes Ende an der Welle 13 befestigt ist.

An der Welle 13 ist ferner ein Anschlaghebel 32 befestigt, der sich radial von der Welle weg erstreckt und in eine Aussparung 33 des Endstückes 12 ragt. Die beiden gegenüberliegenden Enden der Aussparung 33 bilden die Anschläge für den Anschlaghebel 32, wodurch die Drehbewegungen der Welle 13 auf einen Bereich von etwa 30° begrenzt werden.

Um die momentane Winkelstellung der Welle 13 anzuzeigen, ist eine Skalenscheibe 34 an der Aussenseite des Anschlaghebels 32 befestigt. Mittels einer von 0° bis 30° geeichten Skala kann die Lage des Ankers abgelesen werden, und zwar an einer an der Haube 31 angebrachten Markierung 35.

Es ist zumindest ein Polpaar an Anker und Stator mit konstanten Krümmungsradien vorgesehen; die dazwischen liegenden Luftspalte haben im wesentlichen eine konstante Breite, sodass das erzeugte Drehmoment mit zunehmender Auslenkung des Ankers aus der Lage mit gegenüberliegenden Polen zunimmt. Ferner ist zumindest ein Polpaar an Anker und Stator mit variablem Krümmungsradius vorgesehen, wodurch die Breite der Luftspalte von der momentanen Lage des Ankers abhängt; durch diese Pole wird auf den Anker ein magnetisches Drehmoment ausgeübt, welches bei zunehmender Auslenkung des Ankers aus der Lage mit gegenüberliegenden Polen abnimmt. Diese beiden gegenläufigen Drehmomentcharakteristiken kompensieren sich.

Der in Fig. 3 bis 5 gezeigte Steller hat ein erstes Paar von Polen 40 und 41 mit konstantem Krümmungsradius, die in Wechselwirkung zu einem Paar von Statorpolen 42 und 43 mit ebenfalls konstantem Krümmungsradius stehen. Wegen dieser Formgebung der Pole haben die zugehörigen Luftspalten eine konstante Breite, unabhängig von der Stellung des Ankers. Demgegenüber ändert sich jedoch das auf den Anker ausgeübte magnetische Drehmoment mit dessen Lage innerhalb seines Bewegungsbereiches.

Ein zweites Paar von Ankerpolen 44 und 45 mit variablem Krümmungsradius steht in magnetischer Wechselwirkung mit einem weiteren Paar von Statorpolen 46 und 47 mit ebenfalls variablem Krümmungsradius. Wegen dieser Formgebung der gegenüberliegenden Pole 44 und 46 bzw. 45 und 47 ändern sich die dazwischenliegenden Luftspalte mit der Lage des Ankers; ebenso ändert sich deshalb das magnetische Drehmoment, welches auf den Anker ausgeübt wird, mit dessen Lage innerhalb seines Bewegungsbereiches.

Bei der beschriebenen Anordnung erzeugen die sich abwechslungsweise folgenden Polpaare entweder ein mit im Uhrzeigersinn zunehmendem Drehwinkel des Ankers zunehmendes oder ein abnehmendes magnetisches Drehmoment. Dreht der Anker im Gegenuhrzeigersinn, so erzeugt jedes zweite sich gegenüberliegende Polpaar ein abnehmendes und das jeweils dazwischenliegende Polpaar ein zunehmendes Drehmoment. Bei einem vorgegebenen Erregerstrom resultiert deshalb über dem ganzen Drehbereich des Ankers ein verhältnismässig konstanter Verlauf des magnetischen Drehmomentes.

In Fig. 6 ist dieser Verlauf des magnetischen Drehmomentes Tm in Funktion der Ankerstellung des in Fig.l bis 5 offenbarten Stellers graphisch als Kurvenschar dargestellt, wobei die verwendete Erreger-Spule 23450 Windungen eines 2 mm 0 Kupferdrahtes aufweist. Parameter ist die Erregerstromstärke I, die von Ii = 2,22 A bis In = 17,8 A variiert. Man erkennt, dass das magnetische Drehmoment über den Bewegungsbereich des Ankers von 30° nur innerhalb relativ enger Grenzen schwankt, und dies bei beliebigem Erregerstrom. Der Kompensationseffekt der unterschiedlich geformten Polpaares wird anhand der in Fig. 3 bis 5 dargestellten Winkelstellung des Ankers besser verständlich.

In Fig. 3 befindet sich der Anker in der 0°-Endstellung, bei der das Drehmoment der Rückstellfeder am geringsten ist. Die Pole mit konstantem Radius überlappen sich hier am wenigsten, sodass der gesamte magnetische Fluss durch eine schmale Zone der Luftspalte mit konstanter Breite verläuft, und zwar jeweils in der Nähe der einen Kante der betreffenden Ankerpole. Dabei entsteht ein Drehmoment auf den Anker, welches den Uhrzeigersinn hat und dem Betrage nach in dieser Lage des Ankers am grössten ist. Der durch die Luftspalte mit konstanter Breite verlaufende magnetische Fluss hat immer die Tendenz, den Anker in eine Lage mit kleinster magnetischer Reluktanz zu bringen. Diese Lage ist erreicht, wenn sich die Anker- und Statorpole paarweise gegenüberliegen. Je grösser die Auslenkung aus dieser Lage ist, umso grösser ist das magnetische Drehmoment, das den Anker in diese Lage zu bringen bestrebt ist.

In der Ankerstellung gemäss Fig. 3 sind die Pole mit variablem Radius hingegen in einer Lage mit dem kleinsten magnetischen Drehmoment. Das durch diese Pole erzeugte Moment ist abhängig von der Breite des durch sie gebildeten Luftspal-

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tes; sie nimmt bei Drehung des Ankers im Gegenuhrzeigersinn zu. Aus diesem Grunde ist das von diesen Polen ausgehende Drehmoment dann am kleinsten, wenn der Anker nach Drehung im Gegenuhrzeigersinn am Anschlag steht.

Dieses Moment wirkt ebenfalls im Uhrzeigersinn, weil die Breite der Luftspalte auf der Uhrzeigersinn-Seite der Pole geringer ist, als auf der'Seite im Gegenuhrzeigersinn hin.

In Fig. 4 ist der Anker in einer mittleren Stellung bei 15° Drehung gegenüber der Lage gemäss Fig. 3 dargestellt. Das Moment der Rückstellfeder ist hier höher als dort, sodass die magnetische Kraft zunehmen muss, um den Anker von der 0°-Lage in die 15°-Lage zu bewegen. Die Überlappung der gegenüberliegenden Pole mit konstantem Radius ist hier grösser als in der 0°-Lage, wodurch das von ihnen ausgeübte magnetische Drehmoment kleiner als in der 0°-Lage ist.

Diese Pole befinden sich hier näher der Extremlage mit minimaler Reluktanz. Anderseits verkleinert sich bei der Drehung des Ankers im Uhrzeigersinn die Breite der Luftspalte zwischen den Polen mit variablem Radius, sodass das davon ausgehende Drehmoment in der 15°-Lage wesentlich höher als jenes in der in der 0°-Lage ist. Dieses Drehmoment wirkt aber immer im Uhrzeigersinn. Die Summe dieser beiden sich betragsmässig gegenläufig ändernden Drehmomente bleibt bei Drehung des Ankers aus der 0°-Lage gemäss Fig. 3 in die 15°-Lage gemäss Fig. 4 nahezu konstant.

In der 30°-Extremlage des Ankers gemäss Fig. 5 ist das Drehmoment der Rückstellfeder am grössten, sodass der benötigte Erregerstrom zur Bewegung des Ankers von der 15°-Lage ansteigt. In dieser Extremlage des Ankers liegen sich nun die Pole mit konstantem Krümmungsradius paarweise genau, gegenüber; die Ankerpole überragen jedoch die Statorpole nach der Richtung im Gegenuhrzeigersinn hin, weil der Umfang dieser Ankerpole etwas grösser als jener der entsprechenden Statorpole gewählt ist. Wegen dieser Asymmetrie üben die Pole mit konstantem Krümmungsradius auch in dieser Extremlage noch ein im Uhrzeigersinn gerichtetes Drehmoment auf den Anker aus.

Die Luftspalte der zwischen den Polen mit variablem Krümmungsradius sind in dieser 30°-Extremlage des Ankers am kleinsten und das davon ausgehende magnetische Drehmoment auf den Anker demnach am grössten.

Das durch Erregung der Spule 23 erzeugte magnetische Drehmoment ist immer dem auf die Welle 13 des Ankers wirkenden mechanischen Drehmoment der Rückstellfeder 30 ent-gengengesetzt. Für jeden Wert des Erregerstromes der Spule 23 ist das magnetische Drehmoment Tm über den ganzen Drehbereich des Ankers ungefähr konstant; es kann jedoch durch Variation des Erregerstromes verändert werden. Für jeden vorgegebenen Wert des Erregerstromes bewegt sich demnach der Anker in eine Lage, bei der das magnetische Moment Tm des Ankers gleich der Summe des Rückstellmomentes Ts der Feder 30 und des Lastmomentes TL aufgebürdeten mechanischen Last ist. Der Anker verharrt dann in einer neuen Gleichgewichtslage, bis der Erregerstrom oder die mechanische Last geändert werden.

Für jede vorgegebene, auf die Welle 13 wirkende Last muss der in die Spule 23 gespeiste Erregerstrom gross genug sein, um ein magnetisches Drehmoment Tm zu erzeugen, das ausreicht, um den Anker mit der aufgebürdeten externen Last in die gewünschte Lage zu bewegen und dabei das Gegenmoment Ts der Rückstellfeder auszugleichen. Bei jedem vorgegebenen Erregerstrom sollen die Schwankungen des magnetischen Drehmomentes innerhalb des begrenzten Bewegungsbereiches des Ankers kleiner sein als jene des Rückstellfedermomentes, sodass der Anker bei der gewünschten Zwischenstellung angehalten werden kann. Dies bedeutet, dass die Neigung der Drehmomentcharakteristik geringer sein soll als jene der Rückstellfedercharakteristik. Dieser Sachverhalt ist in Fig.

6 dargestellt; die den Verlauf des magnetischen Drehmomentes wiedergebenden Kurven sind mit Tmi bis Tmn bezeichnet, wobei als Parameter der von Ii bis In variierende Erregerstrom I dient. In die gleiche Darstellung ist auch der Verlauf des 5 Drehmomentes Ts der Rückstellfeder eingetragen. Man erkennt, dass die Ts-Kurve steiler ist als jene der Tm-Kurven. Die für sich jeden Wert des Erregerstromes I einstellende Lage des Ankers ergibt sich aus dem Kreuzungspunkt der zugehörigen Tm-Kurve mit der Ts-Kurve.

io Im dargestellten Beispiel würde der Erregerstrom h eine Auslenkung um 2°, 14 eine solche um 15° und I5 eine solche von 23° bewirken. Dies gilt natürlich nur unter der Voraussetzung, dass keine externe Last aufgebürdet wird. Mit einer externen Last würde sich die Steigung oder sogar die Form der 15 Ts-Kurve ändern.

Die Kurven gemäss Fig. 7A und Fig. 7B zeigen den zeitlichen Verlauf des Erregerstromes I und der Ankerstellung (in Winkelgraden), wenn der Anker von der 2°-Lage in die 15°-Lage bewegt wird. Es wird dabei angenommen, dass sich die 20 an die Spule angelegte Spannung sprunghaft ändert. Der sich einstellende Erregerstrom I ändert dabei seinen Wert von I3 auf I4 mit der durch die Induktivität der Spule bedingten Zeitkonstanten.

Um zu gewährleisten, dass der Anker beim Abschalten des 25 Erregerstromes in seine 0°-Extremlage zurückkehrt, muss die Rückstellfeder 30 eine ausreichend hohe Vorspannung aufweisen. Diese Vorspannung ist in Fig. 6 durch die mit Tsp bezeichnete Linie angedeutet. Die Vorspannung muss zur Bewegung des Ankers zunächst durch ein entsprechendes magnetisches 30 Drehmoment überwunden werden. Wegen der kompakten Bauweise des Stellers kann die Vorspannung relativ hoch angesetzt werden, ohne dass deshalb seineAbmessungen übermässig gross gewählt werden müssten.

Der für eine vorgegebene Auslenkung benötigte Erreger-35 ström kann auch mittels einer rückgekoppelten Regelung gesteuert werden, welche einen Positionsfühler zur Ermittlung der momentanen Lage des Ankers enthält, wie es z.B. in der US-PS Nr. 4041429 beschrieben wird. Es kann aber auch erwünscht sein, dass die Rückstellfeder eine geringe Vorspan-40 nung und eine kleine Federkonstante aufweist, damit der Anker mit kleinen Erregerströmen über seinen ganzen Drehbereich bewegt werden kann.

Um das Verständnis der Funktionsweise des geschilderten Stellers weiter zu erleichtern, sind in Fig. 8 und Fig. 9 zwei 45 weitere Kurvenscharen dargestellt, die den Verlauf des magnetischen Drehmomentes von zwei verschiedenen elektromagnetischen Stellern wiedergeben. Der eine besitzt drei Polpaare mit konstanten Krümmungsradien, wobei sich jeder Pol über einen Bogen von etwa 50° erstreckt. In der 0°-Extremlage des 50 Ankers dieses einen Stellers (Fig. 8) überlappen sich die Anker- und die Statorpole paarweise nur um etwa 5°. In der anderen Extremlage, bei 45° gemäss Fig. 8, liegen sich die Anker- und die Statorpole genau gegenüber.

Die in diesem Steller eingesetzte Erregerspule hat 500 Win-55 düngen und wird mit elf verschieden grossen Strömen zwischen 1 A und 10 A gespeist. Aus der Kurvenschar ist ersichtlich, dass das magnetische Drehmoment bei der 0°-Lage des Ankers immer am grössten und bei der 45°-Lage immer am geringsten ist. Bei jedem Wert des Stromes besteht ein 60 erheblicher Unterschied zwischen dem magnetischen Drehmoment bei 0° und bei 45° Drehwinkel des Ankers.

Die in Fig. 9 dargestellte Kurvenschar wurde mit einem elektromagnetischen Steller erhalten, der vier unter gleichen Abständen und symmetrisch angeordnete Polpaare mit varia-65 bien Krümmungsradien aufweist. Jeder Ankerpol erstreckt sich über einen Bogen von etwa 45° und weist eine Zunahme des Polradius von einer Kante zur anderen von etwa 10% auf. Jeder Statorpol erstreckt sich über einen Bogen von etwa 60°,

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wobei sein Krümmungsradius von einer Polkante zur anderen um etwa 20% zunimmt. Diese Zunahme der Krümmungsradien verläuft für die Statorpole und die Ankerpole im gleichen Drehsinn. In der einen Extremlage des Ankers, in Fig. 9 mit «40° » bezeichnet, ist die mittlere Breite des Luftspaltes zwi- 5 sehen je einem Ankerpol und einem gegenüberliegenden Statorpol am geringsten, und in der anderen Extremlage, der 0°-Lage des Ankers, sind umgekehrt die Luftspalte am breitesten. Der Verlauf des magnetischen Drehmomentes wurde mit dieser Anordnung bei verschieden grossen Erregerströmen Ii bis In gemessen, wobei immer ein erheblicher Unterschied zwischen den Drehmomenten in den beiden Extremlagen festgestellt wurde. Bei 40° wurde durchwegs ein grösseres Drehmoment gemessen als bei 0°.

Aus Fig. 8 und Fig. 9 ist ersichtlich, dass die durch die bei- 15 den geschilderten Poltypen erzeugten Drehmomente dem Betrage nach sich in Funktion der Ankerstellung gegenläufig ändern, jedoch den gleichen Drehsinn aufweisen. Es ist deshalb leicht einzusehen, dass bei einer Anordnung mit gemischter Polbestückung gemäss Fig. 3 bis 5 der resultierende Drehmomentverlauf bei variablem Drehwinkel des Ankers flach ist, d.h. dass das magnetische Drehmoment über den ganzen Drehbereich des Ankers nahezu konstant ist.

Aus den bisherigen Ausführungen erkennt man, dass der geschilderte, verbesserte elektromagnetische Steller nicht nur eine «lineare» Betriebscharakteristik aufweist, sondern auch einfach und billig herzustellen ist, kleine Abmessungen aufweist und mit konventionellen Erregerspulen arbeitet. Das damit erzeugte magnetische Drehmoment ist nicht nur über den ganzen Drehbereich des Ankers nahezu konstant, sondern auch hoch genug, den Einsatz von kräftigen und stark vorgespannten Rückstellfedern zu erlauben. Wegen des flachen Verlaufes der Drehmomentcharakteristik können aber auch weiche und gering vorgespannte Rückstellfedern verwendet werden. Schliesslich ergibt die gewählte Konstruktion, bei der das Eisen oder das magnetisch permeable Material, aus dem Anker und Stator hergestellt sind, die Erregerspule völlig umschliesst, eine hohe Volumenausnützung.

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4 Blatt Zeichnungen

Claims

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1. Elektromagnetischer Steller mit einem Stator (10, 11, 12) und einem dazu innerhalb eines begrenzten Bereiches bewegbar angeordneten Anker (18, 19, 20), beide aus magnetisch permeablem Material und mit je mindestens zwei Paaren von ausgeprägten Polen (40,41,42,43, 44,45,46,47), die in Abständen so angeordnet sind, dass jedem Ankerpol unter Bildung eines Luftspaltes ein Statorpol gegenüberliegt, und mit einer elektrischen Erregerspule (23) zur Erzeugung eines durch die Pole und die dazwischenliegenden Luftspalte verlaufenden magnetischen Flusses, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein erstes Polpaar (40,41 bzw. 42,43) von Anker und Stator Luftspalte mit konstanter Breite und mindestens ein zweites Polpaar (44,45 bzw. 46,47) von Anker und Stator Luftspalte mit nach einer Seite zunehmender Breite bildet, wobei der Bewegungsbereich des Ankers derart begrenzt ist, dass sich gegenüberliegende Pole an Anker und Stator in der einen Extremlage nahezu vollständig (Fig. 5) und in der anderen Extremlage nur wenig (Fig. 3) überlappen.

2. Elektromagnetischer Steller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker eine im wesentlichen zylindrische Form aufweist und aus einem auf einer Welle (13) konzentrisch angeordneten, zylindrischen Distanzstück (20) sowie aus je einem beidseits davon befestigten Ankerelement (18, 19) mit radial nach aussen gerichteten Polen (40,41,44,45) besteht, dass der Stator den Anker konzentrisch umschliesst und ein hohles Zylinderstück (10) und je ein beidseits daran befestigtes Endstück (11, 12) mit radial nach innen gerichteten Polen (42,43,46,47) enthält, und dass die Spule (23) konzentrisch zwischen dem Zylinderstück (10) und dem Distanzstück (20) angeordnet ist.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Elektromagnetischer Steller nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pole auf dem Aussenumfang des Ankers bzw. auf dem Innenumfang des Stators in gleichen Abständen verteilt angeordnet sind, und dass auf jeden Pol des ersten Polpaares ein Pol des zweiten Polpaares folgt und umgekehrt.

4. Elektromagnetischer Steller nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pole eine gekrümmte Umfangslinie aufweisen, wobei der Krümmungsradius eines jeden Poles des ersten Polpaares von Anker und Stator konstant ist, und wobei der Krümmungsradius eines jeden Poles des zweiten Polpaares von Anker und Stator nach der einen Umfangsrichtung hin zunimmt.

5. Elektromagnetischer Steller nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine mit Anker und Stator verbundene Rückstellfeder (30).

6. Elektromagnetischer Steller nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei den Bewegungsbereich des Ankers begrenzende, am Stator befestigte Anschläge.