DE2155121C3 - Rotary electromagnet - 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.The invention relates to a rotary electromagnet with a rotor, which consists of a rotor shaft made of ferromagnetic material, two star-shaped rotor elements attached to the rotor shaft and an _{excitation winding arranged concentrically around the axis j 5 between} them, and with a divided stator, which has a has the number of poles corresponding to the rotor poles, which in the rest position face the gaps between the rotor poles.

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.For the construction of rotary electromagnets ^ ₀ arrangements are already known (DTPS 9 70 166, DT-PS 08 623) in which on the one hand the excitation coil is arranged between two star-shaped rotor pole elements and a rotor shaft and on the other hand the stator is divided and one of the number of the rotor teeth has a corresponding number of stator teeth radially opposite the rotor tooth gaps in the rest position.

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.The object of the invention is to create a rotary electromagnet which on the one hand works quickly but relatively quietly and whose torque-travel characteristic can be easily changed and which on the other hand is uncomplicated in structure.
"This is achieved in a rotary electromagnet of the type mentioned in that, according to the invention, the stator consists of two essentially identical ring parts, which can be pushed over the rotor, with pole teeth formed on them, directed parallel to the axis, which are a mirror image of one through the center the field winding going, are arranged perpendicular to the rotor axis plane and are held together by two end plates in which the bearings for the rotor shaft are arranged.

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. .By a rotary electromagnet with the invention equipped features, the requirement for a manufacturing technology that is simple, but fulfills the functionally excellent structure. The assignment between rotor and stator is via the Both end plates are guaranteed to be dimensionally accurate to a high degree, so that the working gap is kept very small can be. .

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.The end position in the working position is according to a Further adjustable in that (each) an end stop through at least one of the teeth of the rotor and one of the teeth of the stator is formed.

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.According to another development of the invention, the end stop is by an approach on Bobbin and an attached to the stator Ansät / formed. An easy way to change the torque curve as a function of the path of the rotor is given by the fact that the teeth of one The stator is tangential to the teeth of the second stator by less than half of the tooth pitch are offset.

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.According to an additional development of the invention, a simple possibility is the torque curve to change significantly depending on the path of the rotor, given that all or a larger Number of teeth of the stator and / or rotor at their opposite ends in the way are stepped so that they each have a tangential surface in the excited state of the magnet face each other and touch with an essentially radial surface either completely or approximately.

Ein Ausführupgsbeispiel der Erfindung mit zwei Varianten ist im folgenden beschrieben und in der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigtAn exemplary embodiment of the invention with two variants is described below and in FIG Drawing shown. It shows

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Ausführungsform der Erfindung, teilweise geschnitten,Fig. 1 is a side view of an embodiment of the invention, partially in section,

Fi g. 2 eine perspektivische Ansicht der auseinandergezogenen Teile des Elektromagneten nach F i g. 1,Fi g. 2 is a perspective view of the exploded Parts of the electromagnet according to FIG. 1,

Fig. 3a bis 3c charakteristische gegenseitige Stellungen der Rotor- und Statoransätze,FIGS. 3a to 3c show characteristic mutual positions the rotor and stator attachments,

F i g. 4 eine Variante zu F i g. 3,F i g. 4 shows a variant of FIG. 3,

F i g. 5 eine weitere Variante zu F i g. 3,F i g. 5 shows another variant of FIG. 3,

Fig.6 ein Drehmoment-Weg-Diagramm zu Fig.3a bis 3c,6 shows a torque-travel diagram for FIG. 3a up to 3c,

F i g. 7 ein Drehmoment-Weg-Diagramm zu F i g. 4,F i g. 7 shows a torque-displacement diagram for FIG. 4,

F i g. 8 ein Drehmoment-Weg-Diagramm zu F i g. 5.F i g. 8 shows a torque-displacement diagram for FIG. 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 ausIn the rotary magnet arrangement shown in FIGS the rotor shaft is denoted by 1. It consists of magnetizable material. At two places rotors 2 and 2 'provided with radially directed teeth 2a and 2a' are provided on this shaft. This Rotors are either pressed onto the shaft or fastened in some other way. With 3 a bobbin is off

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.non-magnetic material referred to, which is attached to the rotor shaft 1 between the rotors 2 and 2 'with a small distance. A winding 4 is placed around this bobbin 3. Two stators 5 and 5 'are mirror images of the center of the arrangement. They have opposite poles 5a and 5a ', which run parallel to the rotor shaft 1 and work together with the same number of Roior poles 2a and 2a'. Bearings 6 for the rotor shaft 1 are fastened in end plates 7 and T. These end plates simultaneously hold the stators 5 and 5 'in the position shown in FIG. 1. The stationary parts are connected to a bearing plate 8 by screws 9. The bobbin 3 carries a radial extension 3a which acts as a stop by interacting with a stationary counterstop 10 and which determines the size of the rotary movement of the rotor. It is also possible to provide one of the rotor teeth with such a shoulder.

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.When the coil 4 is excited, a magnetic circuit ^{is generated via c ″;} e rotor shaft 1, which, as indicated by Φ in FIG. 1, closes via the rotors 2 and 2 'and the stators 5 and 5' Flux results in an attractive force / between the slator poles 5 <i. 5 .- / 'and the Roior poles 2a, 2a', so that a torque is exerted on the rotor shaft I. After the movement has been stopped, the retraction force can be used by any means, e.g. The positions shown in FIGS H 1 exercised.

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.If the torque starting from the value Θ1, designated by () s, is dwelled, the initial acceleration increases and enables a particularly efficient operation, since the initial torque is a maximum. In the further course the torque decreases so that the impact at the end point of the adjustment is minimal.

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.When the mutual lag between the poles 2a. 2. · / 'and 5.7, 5a' is chosen so that the foils 5a with respect to the poles 5a 'are tangentially offset against each other by a predetermined amount <-).) , Compare the T -.' Ile 5; ; 2 and 5a 2 'in FIG. 4, the results from FIG. 7 visible torque curve. The same effect can be achieved with a corresponding offset of the rotor poles 2a and 2a 'with respect to one another. In this way, for example, halfway through the I 1 g. 3 and 6 achieve the achievable torque.

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.By a suitable choice of this displacement control fc) a, different torque curves can be achieved as required. When a large static torque is desired at the end of the movement. can, as can be seen from FIG. b , a large number of teeth or all teeth of the stator and / or rotor in the FIG. 5 for the tooth 2a 3 drawn manner be stepped. This arrangement makes it possible to achieve a torque curve as shown in FIG. 8, for example. The extent of the final static torque can be determined by appropriately designing either all or part of the teeth.

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.Furthermore, for the rotary electromagnet with the training explained above, in contrast to Moving coil electromagnets or electromagnets with a horseshoe-shaped core have less friction on the Sliding surface, since such friction only occurs in the bearing points for shaft 1. There is also a A substantial part of the device consists of magnetizable material, the leakage flux is low, which means a high degree of efficiency is guaranteed. It is also easily possible by simply twisting the parts 5 and 5 'to achieve changes in the torque curve in relation to one another as a function of the path. Even though the rotors and stators are relatively complex, they can for example by Siniern can be produced economically.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

Claims (5)

Patentansprüche:Patent claims: 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.1. Rotary electromagnet with a rotor, which consists of a rotor shaft made of ferromagnetic material, of two star-shaped rotor pole elements attached to the rotor shaft and an excitation winding arranged concentrically around the axis between these, and with a divided stator, which has a number of rotor poles corresponding to the number of Poles ha .., which in the rest position face the gaps between the rotor poles, characterized in that the stator consists of two essentially identical ones, which can be pushed over the rotor. Ring parts (5, 5 ') with pole teeth (5a, 5a') formed thereon, directed parallel to the axis, which are arranged in a mirror image to a plane passing through the center of the excitation winding and perpendicular to the rotor axis and are provided with two end plates (7, T) are held together, in which the bearings (6, 6 ') for the rotor shaft (1) are arranged. 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.2. Rotary electromagnet according to claim!, Characterized characterized in that (each) an end stop by at least one of the teeth of the rotor and one the teeth of the stator is formed. 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.3. Rotary electromagnet according to claim!. Characterized in that an end stop is formed by an extension (3 a) on the coil body (3) and an extension (10) attached to the stator. 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.4. Rotary electromagnet according to one of claims 1 to 3, characterized in that the teeth of the one stator compared to the teeth of the second stator by less than half of the Tooth pitch are offset in the circumferential direction. 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.5. Rotary electromagnet nr.ch one of claims 1 to 4, characterized in that all or a larger number of teeth (2a 3, 5a i) of the stator and / or rotor are stepped at their opposite ends that they face each other with a tangential surface in the excited state of the magnet (in the end position of the rotor) and each touch with a substantially radial surface completely or approximately.