DE2155121C3 - Dreh-Elektromagnet - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen Dreh-Elektromagnet mit einem Rotor, welcher aus einer Rotorwelle aus ferromagnetischem Material, aus zwei auf der Rotorwelle befestigten sternförmigen Rotorelementen und einer zwischen diesen konzentrisch um die Achse j₅ angeordneten Erregerwicklung besteht und mit einem geteilten Stator, welcher eine den Rotorpolen entsprechende Anzahl von Polen hat, die in der Ruhelage den Lücken zwischen den Rotorpolen gegenüberstehen.

Für den Aufbau von Dreh-Elektromagneten sind ^₀ bereits Anordnungen bekannt (DTPS 9 70 166, DT-PS 08 623), bei denen einerseits die Erregerspule zwischen zwei sternförmigen Rotorpolelementen und einer Rotorwelle angeordnet ist und andererseits der Stator geteilt ist und eine der Anzahl der Rotorzähne entsprechende Anzahl von in der Ruhelage den Rotorzahnlücken radial gegenüberstehenden Statorzähnen aufweist.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Dreh-Elektromagneten zu schaffen, der zumeinen schnell aber verhältnismäßig ruhig arbeitet und dessen Drehmoment-Weg-Charakteristik leicht veränderbar ist und der zum anderen unkompliziert im Aufbau ist.
" Dies wird bei einem Dreh-Elektromagn/u der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß erfindungsgemäß der Stator aus zwei im wesentlichen gleichen, über den Rotor schiebbaren Ringteilen mit daran ausgebildeten, parallel zur Achse gerichteten Polzähnen besteht, welche spiegelbildlich zu einer durch die Mitte der Erregerwicklung gehenden, senkrecht zur Rotorachse liegenden Ebene angeordnet und durch zwei Endplatten zusammengehalten sind, in denen die Lager für die Rotorwelle angeordnet sind.

Durch einen Dreh-Elektromagnet mit den erfindungsgemäß ausgerüsteten Merkmalen wird die Forderung nach einem herstellungstechnisch zwar einfachen, aber funktionstechnisch hervorragenden Aufbau erfüllt. Die Zuordnung zwischen Rotor und Stator ist über die beiden Endplatten in hohem Grade maßhaltig gewährleistet, so daß der Arbeitsspalt sehr klein gehalten werden kann. .

Die Endstellung in der Arbeitslage ist gemäß einer Weiterbildung dadurch einstellbar, daß (je) ein Endanschlag durch mindestens einen der Zähne des Rotors und einen der Zähne des Stators gebildet ist.

Nach einer anderen Weiterbildung der Erfindung wird der Endanschlag durch einen Ansatz am Spulenkörper und einen am Stator befestigten Ansät/ gebildet. Eine einfache Möglichkeit zur Veränderung des Drehmomentverlaufs in Abhängigkeit vom Weg des Rotors ist dadurch gegeben daß die Zähne des einen Stators gegenüber den Zähnen des zweiten Stators um weniger als die Hälfte der Zahnteilung tangential versetzt sind.

Nach einer zusätzlichen Weiterbildung der Erfindung ist eine einfache Möglichkeit, den Drehmomentverlauf in Abhängigkeit vom Weg des Rotors bedeutend zu verändern, dadurch gegeben, daß alle oder eine größere Anzahi von Zähnen von Stator und/oder Rotor an ihren einander gegenüberstehenden Enden in der Weise stufenförmig ausgebildet sind, daß sie sich im erregten Zustand des Magneten mit je einer tangentialen Fläche gegenüberstehen und mit je einer im wesentlichen radialen Fläche ganz oder angenähert berühren.

Ein Ausführupgsbeispiel der Erfindung mit zwei Varianten ist im folgenden beschrieben und in der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigt

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform der Erfindung, teilweise geschnitten,

Fi g. 2 eine perspektivische Ansicht der auseinandergezogenen Teile des Elektromagneten nach F i g. 1,

Fig. 3a bis 3c charakteristische gegenseitige Stellungen der Rotor- und Statoransätze,

F i g. 4 eine Variante zu F i g. 3,

F i g. 5 eine weitere Variante zu F i g. 3,

Fig.6 ein Drehmoment-Weg-Diagramm zu Fig.3a bis 3c,

F i g. 7 ein Drehmoment-Weg-Diagramm zu F i g. 4,

F i g. 8 ein Drehmoment-Weg-Diagramm zu F i g. 5.

Bei der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Drehmagnetanordnung ist die Rotorwelle mit 1 bezeichnet. Sie besteht aus magnetisierbarem Material. An zwei Stellen sind auf diese Welle mit radial gerichteten Zähnen 2a und 2a' versehene Rotoren 2 und 2' vorgesehen. Diese Rotoren sind auf die Welle entweder aufgepreßt oder in anderer Weise befestigt. Mit 3 ist ein Spulenkörper aus

nichtmagnetischem Material bezeichnet, der auf der Rotorwelle 1 zwischen den Rotoren 2 und 2' mit geringem Abstand befestigt ist. Um diesen Spulenkörper 3 ist eine Wicklung 4 gelegt. Zwei Statoren 5 und 5' sind zur Mitte der Anordnung spiegelbildlich ausgebildet. Sie tragen Gegenpole 5a und 5a', die parallel zur Rotorwelle 1 verlaufen und mit der gleichen Anzahl von Roiorpolen 2a und 2a' zusammenarbeiten. In Endplatten 7 und T sind Lager 6 für die Rotorwelle 1 befestigt. Diese Endplatten halten gleichzeitig die Statoren 5 und 5' in eiftci' aus Fig. 1 ersichtlichen Lage fest. Die ortsfesten Teile sind mit einer Lagerplatte 8 durch Schrauben 9 verbunden. Der Spulenkörper 3 trägt einen durch Zusammenwirken mit einem ortsfesten Gegenanschlag 10 als Anschlag wirksamen radialen Ansatz 3a, der die Größe der Drehbewegung des Rotors bestimmt. Es ist auch möglich, einen der Rotorzähne mit einem solchen Ansatz zu versehen.

Bei Erregung der Spule 4 wird über c"^;e Rotorwelle 1 ein magnetischer Kreis erzeug!, der sich, wie in Fig. 1 mit Φ bezeichnet, über die Rotoren 2 und 2' und die Statoren 5 und 5' schließt. Der entstehende magnetische Fluß ergibt eine Anziehungskraft /wischen den Slatorpolen 5<i. 5.-/' und den Roiorpolen 2a. 2a', so daß ein Drehmoment auf die Rotorwelle I ausgeübt wird. Die Rückzugskraft kann nach dem Abstoppen der Bewegung durch beliebige Mittel, z. B. durch eine Feder, ausgeübt werden. Den in den Fig. 3a bis 3c dargestellten Stellungen entsprechen die aus der Drehmomentkiirvc Fig.6 ersichtlichen Drehmomente WO, Wl und Θ2. Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, wird das größte Drehmoment in der Stellung H 1 ausgeübt.

Wenn der von dem Wert Θ1 ausgehende, mit ()s bezeichnete Drchmomcntbcrcich verweilet wird, steigt die Anfangsbeschleunigung an und ermöglicht eine besonders wirkungsvolle Arbeitsweise, da das Anfangsdrehmoment ein Maximum ist. Im weiteren Verlaul nimmt das Drehmoment ab, so daß der Anprall am Endpunkt der Verstellung minimal ist.

Wenn die gegenseitige Lagi· zwischen den Polen 2a. 2.·/' und 5.7, 5a' so gewählt ist, daß die FoIe 5a gegenüber den Polen 5a' um einen vorbestimmten Betrag <-).) tangential gegeneinander vers.et/t sind, vergleiche die T-.'ile 5;; 2 und 5a 2' in Fig. 4, so erhält man die aus F i g. 7 ersichtliche Drehmomentkurve. Die gleiche Wirkung läßt sich bei entsprechender Versetzung der Rotorpolc 2a und 2a' gegeneinander erzielen. Auf diese Weise laßt sich beispielsweise bei halbem Weg das nach den I 1 g. 3 und 6 erzielbare Drehmoment erreichen.

Durch geeignete Wahl dieses Vcrschiebungsueries fc)a können je nach Wunsch verschiedene Drehmoinentkurven erzielt werden. Wenn ein großes statisches Drehmoment am Ende der Bewegung gewünscht ist. kann, wie aus Fig.b ersichtlich ist, eine große Anzahl von Zähnen oder alle Zähne des Stators und/oder Rotors in der aus F i g. 5 für den Zahn 2a 3 gezeichneten Weise stufenförmig ausgebildet sein. Durch diese Anordnung ist es möglich, etwa eine Drehmomentkurve nach Fig.8 zu erzielen. Das Ausmaß des statischen End-Drehmomenls kann durch entsprechende Ausbildung entweder aller oder eines Teils der Zähne bestimmt werden.

Ferner ergibt sich für den Dreh-Elektromagneten mit der oben erläuterten Ausbildung im Gegensatz zu Tauchspul-Elektromagneten oder Elektromagneten mit hufeisenförmigem Kern eine geringere Reibung an der Gleitfläche, da eine solche Reibung nur in den Lagerstellen für die Welle 1 auftritt. Da außerdem ein wesentlicher Teil der Vorrichtung aus magnetisierbarem Material besteht, ist der Streufluß gering, wodurch ein großer Wirkungsgrad gewährleistet ist. Es ist auch leicht möglich, durch einfaches Verdrehen der Teile 5 und 5' gegeneinander Änderungen des Drehmomentverlaufs in Abhängigkeit vom Weg zu erzielen. Obwohl die Rotoren und Statoren verhältnismäßig kompliziert aufgebaut sind, können sie beispielsweise durch Siniern wirtschaftlich hergestellt werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Dreh-Elektromagnet mit einem Rotor, welcher aus einer Rotorwelle aus ferromagnetischem Material, aus zwei auf der Rotorwelle befestigten sternförmigen Rotorpolelementen und einer zwischen diesen konzentrisch um die Achse angeordneten Erregerwicklung besteht, und mit einem geteilten Stator, welcher eine den Rotorpolen entsprechende Anzahl von Polen ha.., die in der Ruhelage den Lücken zwischen den Rotorpolen gegenüberstehen, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator aus zwei im wesentlichen gleichen, über den Rotor schiebbarer. Ringteilen (5, 5') mit daran ausgebildeten, parallel zur Achse gerichteten Polzähnen (5a, 5a') besteht, welche spiegelbildlich zu einer durch die Mitte der Erregerwicklung gehenden, senkrecht zur Rotorachse liegenden Ebene angeordnet und durch zwei Endplatten (7, T) zusammengehalten sind, in denen die Lager (6, 6') für die Rotorwelle (1) angeordnet sind.

2. Dreh-Elektromagnet nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß (je) ein Endanschlag durch mindestens einen der Zähne des Rotors und einen der Zähne des Stators gebildet ist.

3. Dreh-Elektromagnet nach Anspruch !.dadurch gekennzeichnet, daß ein Endanschlag durch einen Ansatz (3a) am Spulenkörper (3) und einen am Stator befestigten Ansatz (10) gebildet ist.

4. Dreh-Elektromagnet nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne des einen Stators gegenüber den Zähnen des zweiten Stators um weniger als die Hälfte der Zahnteilung in Umfangsrichtung versetzt sind.

5. Dreh-Elektromagnet nr.ch einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß alle oder eine größere Anzahl von Zähnen (2a 3, 5a i) von Stator und/oder Rotor an ihren einander gegenüberstehenden Enden in der Weise stufenförmig ausgebildet sind, daß sie im erregten Zustand des Magneten (in der Endstellung des Rotors) mit je einer tangentialen Fläche gegenüberstehen und mit je einer im wesentlichen radialen Fläche ganz oder angenähert berühren.