DE1086808B - Rotary magnet with ring-shaped coil - Google Patents

Description

Drehmagnet mit ringförmiger Spule Die Erfindung betrifft Elektromagnete, die ein Drehmoment erzeugen, das über eine Achse aus dem Magneten herausgeleitet wird und zur Verstellung von mit dieser Achse gekoppelten Geräten dienen kann.Rotary solenoid with an annular coil The invention relates to electromagnets, which generate a torque that is passed out of the magnet via an axis and can be used to adjust devices coupled to this axis.

Es sind schon eine Reihe solcher Drehmagnete bekanntgeworden. Bei einer Art wird eine Drehbewegung aus einer Hubbewegung des Ankers über mechanische Vorrichtungen, wie Hebel, Kurvenführungen usw., abgeleitet. Bei diesen Drehmagneten ist ein dem jeweiligen Verwendungszweck angepaßtes Kraft-Weg-Diagramm zu erzielen, es bedingt aber einen zusätzlichen mechanischen Aufwand, der sowohl bestimmte Leistungsverluste durch Reibung, wie auch eine Verteuerung eifies derartigen Drehmagneten zur Folge hat. Andere bekannte Systeme arbeiten nach dem von Dreheisenmeßgeräten abgeleiteten Prinzip, indem innerhalb einer Spule ein räumlich zur Spule fest angeordnetes Eisenstück mit einem asymmetrisch auf der Drehachse angeordneten Eisenstück zusammenarbeitet. Von dieser Art sind bisher nur Systeme bekanntgeworden, die abhängig vom Drehwinkel einen etwa sinusförrnigen Verlauf des Drehmoments aufweisen. Diese Systeme weisen also bei relativ einfachem mechanischem Aufbau einen nicht für alle Zwecke geeigneten Kraftverlauf auf.A number of such rotary magnets have already become known. at One type of rotary movement is a lifting movement of the armature via mechanical Devices such as levers, cam guides, etc. derived. With these rotary magnets a force-displacement diagram adapted to the respective purpose is to be achieved, but it requires an additional mechanical effort, which both certain power losses by friction, as well as an increase in the price of such rotary magnets result Has. Other known systems operate on the basis of that derived from moving iron gauges Principle by having a piece of iron spatially fixed to the coil within a coil cooperates with a piece of iron arranged asymmetrically on the axis of rotation. So far, only systems of this type have become known that are dependent on the angle of rotation have an approximately sinusoidal curve of the torque. These systems are wise So with a relatively simple mechanical structure one that is not suitable for all purposes Force curve on.

Es ist weiterhin ein Drehmagnet bekannt, bei dem ein zylindersegmentförmiges, massives Ankerstück, das auf einer Achse befestigt ist, mit geringem Luftspalt zwischen ebene zylindersegmentförmige Polansätze einläuft. Derartige Drehmagnete haben bei voller Ausnutzung der magnetischen Leitfähigkeit des Ankerstücks ebenfalls eine vorgegebene Drehmoment-Drehwinkelcharakteristi.k. Eine Abänderung dieser Charakteristik läßt sich hierbei nur unter Verzicht auf die volle magnetische Ausnutzung des Ankereisens bewirken.Furthermore, a rotary magnet is known in which a segment-shaped cylinder, massive anchor piece, which is fixed on an axis, with a small air gap between flat cylindrical segment-shaped pole approaches enters. Such rotary magnets have at full utilization of the magnetic conductivity of the anchor piece is also one specified torque-angle of rotation characteristics k. A modification of this characteristic can only be done by renouncing the full magnetic utilization of the anchor iron cause.

Auf der anderen Seite ist es bei Synchronmotoren bekannt, den Anker auch mit einem gezahnten Umfang auszubilden. Derartige gezahnte Anker arbeiten jedoch stets mit ebenfalls gezahnten feststehenden Statorsegmenten zusammen.On the other hand, it is known in synchronous motors to use the armature also train with a toothed scope. However, such toothed anchors work always together with also toothed stationary stator segments.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehmagneten mit einer in einem zylindrischen :Mantel und zwischen zwei Deckeln aus weichmagnetischem Material angeordneten Spule, bei dem ein oder mehrere auf einer nichtmagnetischen Achse angeordnete(s) zylinderförmiges) Ankerpolstück(e) mit geringem Luftspalt zwischen ebene zylindersegmentförmige Polansätze einläuft bzw. einlaufen, die an den den Stirnseiten des Ankerstücks zugewandten Seiten der Deckel angeordnet sind, wobei der Magnetfluß jeweils an der einen Stirnseite des Ankerstücks eintritt und dieses auf der gegenüberliegenden Stirnseite nach achsparallelem Lauf verläßt. Bei einem solchen Drehmagneten wird nach der Erfindung zur Erzielung einer vorbestimmten Drehmoment-Drehwinkelcharakteristik jedes zylindersegmentförmige Ankerpolstück aus einzelnen, achsparallelen., weichmagnetischen Stegen gebildet, die durch Zwischenräume voneinander getrennt sind.The invention relates to a rotary magnet with one in one cylindrical: jacket and arranged between two lids made of magnetically soft material Coil in which one or more arranged on a non-magnetic axis cylindrical) armature pole piece (s) with a small air gap between flat cylindrical segment-shaped Pole approaches run in or run in, the facing on the end faces of the anchor piece Sides of the cover are arranged, with the magnetic flux in each case on one end face of the anchor piece occurs and this on the opposite face after axially parallel Run leaves. In such a rotary magnet, according to the invention, to achieve a predetermined torque-rotation angle characteristic of each segment-shaped cylinder Armature pole piece formed from individual, axially parallel, soft magnetic webs, which are separated from each other by spaces.

Da die Abstände der besagten Stege ungleichförmig verteilt sein können, lassen sich auf diese einfache Weise verschiedenartige Kraft-Weg-Kennlinien erzielen. In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung wird die der Einlaufkante des Ankers zugewandte Seite der Polansätze abgeschrägt: Dadurch wird ein stufenweises Springen der Kennlinie weitgehend ausgeglichen. Sollen kleinere Drehwinkel, z. B. 6d°, erzielt werden, so werden zweckmäßig die Ankerpolstücke und Polansätze in zwei Gruppen entsprechend kleinerer Umfangswinkel aufgeteilt.Since the distances between the said webs can be unevenly distributed, different types of force-displacement characteristics can be achieved in this simple way. In an advantageous further development of the invention, the leading edge of the armature is used facing side of the pole tips beveled: This creates a step-by-step jump the characteristic curve largely balanced. Should smaller angles of rotation, e.g. B. 6d ° achieved the armature pole pieces and pole attachments are appropriately divided into two groups divided smaller circumferential angle.

Durch Wahl der Verteilung der Ankerstege können auch bei Serienfertigung leicht verschiedene Charakteristiken erhalten werden. Die Ausnutzung der Eisenteile des Ankers kann optimal eingestellt werden, da unabhängig von der gewünschten Charakteristik alle Stege bis in die Sättigung magnetisiert werden können. Ein derartiger Anker weist zudem ein geringeres Trägheitsmoment und geringere Wirbelstromverluste auf als ein Volleisenanker vergleichbarer Leistung.By choosing the distribution of the anchor bars, you can also use series production different characteristics can be easily obtained. The exploitation of the iron parts of the armature can be optimally adjusted as it is independent of the desired characteristic all bars can be magnetized down to saturation. Such an anchor also has a lower moment of inertia and lower eddy current losses than a solid iron anchor of comparable performance.

Die Erfindung soll an Hand von schematischen Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigt Fig. 1 einen Schnitt längs der Achse eines Drehmagnetsystems, Fig.2 einen Schnitt in radialer Richtung durch das Drehmagnetsy stem, Fig.3 einen Schnitt in radialer Richtung für ein Drehmagnetsystem größerer Drehwinkel, Fig. 4 ein Kraft-Weg-Diagramm des Drehmagneten. Die Spule 5 (Fig. 1) ist in dem aus dem Zylindermantel 1 und den Deckeln 2 gebildeten magnetischen Kreis gelagert. In den Deckeln 2 wird die aus nicht magnetisierbarem Material bestehende Drehachse 4 in Buchsen 3 gelagert. Auf der Achse 4 befindet sich das neuartig geformte Ankerpolstück 6. Es hat die Form eines Halbzylinders, in dessen Mantel nach vorbestimmter Verteilung in axialer Richtung verlaufende, tiefe Schlitze 9 eingearbeitet sind. In der Fig. 2 ist der Drehmagnet in stromlosem Zustand dargestellt. An den- Deckeln 2 sind Polansätze 7 (Fig. 1) so angeordnet, daß sich bei eingedrehtem Anker die Kraftlinien über die beiden Polansätze 7 und die zwischen diesen mit nur geringem Luftspalt beweglichen Stege 8 schließen können. Würde man den Halbzylinder aus vollem Material herstellen, so erhielte man ein sinusförmiges Drehmoment-Drehwinkel-Diagramm. Durch eine entsprechende Verteilung und Dicke der Stege 8 lassen sich Drehmagnete mit ganz verschiedenartigem Kennlinienverlauf herstellen. Man kann z. B. ein Drehmoment-Drehwinkel-Diagramm erhalten, wie es in Fig. 4 durch die Kurve 15 dargestellt ist.The invention is to be explained in more detail with reference to schematic drawings will. 1 shows a section along the axis of a rotary magnet system, FIG a section in the radial direction through the rotary magnet system, Figure 3 a section in the radial direction for a rotary magnet system with a larger angle of rotation, FIG. 4 shows a force-displacement diagram of the rotary magnet. The coil 5 (Fig. 1) is in the one from the cylinder jacket 1 and the Lids 2 formed magnetic Circle stored. In the lids 2, the axis of rotation 4 made of non-magnetizable material is inserted into sockets 3 stored. The newly shaped armature pole piece 6 is located on the axis 4. It has the shape of a half cylinder, in its jacket according to a predetermined distribution In the axial direction extending, deep slots 9 are incorporated. In Fig. 2 the rotary magnet is shown in the de-energized state. On the covers 2 are pole approaches 7 (Fig. 1) arranged so that when the anchor is screwed in, the lines of force on the two pole attachments 7 and the movable between them with only a small air gap Web 8 can close. If the half cylinder were to be made from solid material, this would give a sinusoidal torque-angle of rotation diagram. With a corresponding Distribution and thickness of the webs 8 can be rotary magnets with very different types Establish the characteristic curve. You can z. B. a torque-angle of rotation diagram obtained, as shown in FIG. 4 by curve 15.

Für kleinere Drehwinkel werden gemäß Fig. 2 zwei Viertelzylinder 10 angeordnet. Dadurch wird gleichzeitig eine vorteilhafte Erhöhung des Drehmoments bewirkt. Es versteht sich, daß zum eindeutigen Beginn der Drehung in einer Richtung der Halbzylinder bzw. der Viertelzylinder weniger als ein 180°- bzw. 90°-Segment umfaßt. In vorteilhafter Weiterbildung werden die Kanten der Polansätze 7 abgeschrägt, .so daß der jeweils zwischen die Ansätze 7 einlaufende Steg einen allmählichen Übergang des Drehmoments bewirkt. Dadurch wird die Kennlinie in ihrem Verlauf wesentlich stetiger. Der Beginn der Abschrägungszone ist in Fig. 2 durch die gestrichelte Linie 11 dargestellt.For smaller angles of rotation, two quarter cylinders 10 are arranged according to FIG. As a result, an advantageous increase in the torque is brought about at the same time. It goes without saying that for a clear beginning of the rotation in one direction the half cylinder or the quarter cylinder comprises less than a 180 ° or 90 ° segment. In an advantageous further development, the edges of the pole attachments 7 are beveled, so that the web running in between the attachments 7 brings about a gradual transition of the torque. This makes the characteristic curve much more steady. The beginning of the bevel zone is shown in FIG. 2 by the dashed line 11 .

In weiterer Ausbildung werden die an sich bekannten, am Deckel in Form von Zylindersegmenten angeordneten Polansätze 7 mit einem größeren Außendurchmesser als dem des Halbzylinders 6 ausgeführt und mit einem vorstehenden Ansatz am Außendurchmesser in den Raum zwischen Halbzylinder 6 und Spule 5 hineinerstreckt. Durch diese Umfassung der Stege 8 wird der magnetische Widerstand der Luftwege vorteilhaft verringert, so daß eine Leistungssteigerung des Drehmagnetsystems erzielt wird. Für eine besonders günstige Fertigungsweise eines solchen Drehmagnetankers wind zunächst das Zylindersegment aus Kunststoff in einer Form erstellt. In die bereits geformten Schlitze lassen sich dann die Stege 8 aus magnetisierbarem Material einschieben.In further training, those known per se, on the cover in Pole attachments 7 arranged in the form of cylinder segments and having a larger outer diameter designed as that of the half cylinder 6 and with a protruding approach on the outer diameter extends into the space between half cylinder 6 and coil 5. Through this encirclement the webs 8, the magnetic resistance of the airways is advantageously reduced, so that an increase in the performance of the rotary magnet system is achieved. For one special favorable manufacturing method of such a rotary magnet armature winds initially the cylinder segment Created from plastic in a mold. Leave in the slots that have already been formed then slide the webs 8 made of magnetizable material.

Claims (5)

PATENTANSPRÜCHE: 1. Drehmagnet mit einer in einem zylindrischen Mantel und zwischen nvei Deckeln aus weichmagnetischem Material angeordneten Spule, bei dem ein oder mehrere auf einer nichtmagnetischen Achse angeordnete(s) zylindersegmentförmige(s) Amkerpolstück(e) (6) mit geringem Luftspalt zwischen ebene zylindersegmentförmige Polansätze (7) einläuft bzw. einlaufen, die an den .den Stirnseiten des Ankerstückes zugewandten Seiten der Deckel angeordnet sind, wobei der Magnetfluß jeweils an der einen Stirnseite des Ankerpolstückes eintritt und dieses auf der gegenüberliegenden Stirnseite nach achsparallelem Lauf verläßt, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung einer vorbestimmten Drehmoment-Drehwinkelcharakteristik jedes zylindersegmentförmige Ankerpolstück (6) aus einzelnen achsparallelen weichmagnetischen Stegen (8) besteht, die durch Zwischenräume (9) voreinander getrennt sind. PATENT CLAIMS: 1. Rotary magnet with one in a cylindrical jacket and a coil arranged between each cover made of soft magnetic material to which one or more cylindrical segment-shaped (s) arranged on a non-magnetic axis Amker pole piece (s) (6) with a small air gap between flat cylinder segment-shaped Pole approaches (7) runs in or run in, which at the .den end faces of the anchor piece facing sides of the lid are arranged, the magnetic flux in each case at the one end face of the armature pole piece and this on the opposite one Leaves front side after running parallel to the axis, characterized in that to achieve a predetermined torque-rotation angle characteristic of each segment-shaped cylinder Armature pole piece (6) consists of individual, axially parallel, soft magnetic webs (8), which are separated from one another by gaps (9). 2. Drehmagnet nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, ,daß die der Einlaufkante des Ankers zugewandte Seite der Polansätze (7) derart ab---geschrägt ist, daß beim Einlaufen eines Steges zwischen die Polansätze ein sich allmählich verringernder Luftspalt gebildet wird. 2. Rotary magnet according to claim 1, characterized in that the side facing the inlet edge of the armature the pole lugs (7) is beveled from --- that when a web runs in between the pole approaches a gradually decreasing air gap is formed. 3. Drehmagnet nach :den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß -die 'Stege (8) ein Zylindersegment mit einem Umfangswinkel von etwa 160° bilden (Fig.3). 3. Rotary solenoid according to: claims 1 and 2, characterized in that -the 'webs (8) are a cylinder segment with a circumferential angle of about 160 ° (Fig.3). 4. Drehmagnet nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, @daß sowohl Stege (8) als auch Polansätze (7) in mehrere Gruppen unterteilt sind (Fig. 2). 4. Rotary magnet according to the claims 1 to 3, characterized in that both webs (8) and pole attachments (7) in several groups are divided (Fig. 2). 5. Drehmagnet nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (8) in ein vorgeformtes Zylindersegment aus nichtmagnetischem Werkstoff eingeschoben sind. In Betracht gezogene Druckschriften: _ Deutsche Patentschriften Nr. 678 794, 948 631; deutsche Auslegeschrift Nr. 1004 706; französische Patentschriften Nr. 477 452, 517 084, -800 960,- 900 274, 943 423, 956 599; USA.-Patentschriften Nr. 2 738 450, 2 797 346.5. Rotary magnet according to claims 1 to 4, characterized in that the webs (8) are inserted into a preformed cylinder segment made of non-magnetic material. Considered publications: German Patent Nos. 678 794, 948 631; German Auslegeschrift No. 1 004 706; French patents nos. 477 452, 517 084, -800 960, -900 274, 943 423, 956 599; U.S. Patent Nos. 2,738,450, 2,797,346.