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Elektromechanische Antriebseinrichtung (Drehwinkelsteller)
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Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer elektromechanischen
Antribseinrichtung, nämlich einem Drehwinkelsteller nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Drehwinkelsteller dienen der gesteuerten oder geregelten Drehwinkeleinstellung von
Stellgliedern und umfassen üblicherweise einen relativ zu einem Stator drehbar gelagerten
Rotor, der permanent magnetisiert ist. Der Stator trägt eine Erregerwicklung, wodurch
der Rotor je nach der Stärke und dem Vektor des vom Stator gebildeten magnetischen
Feldes eine Verdrehung erfährt. Bei einer bekannten Drehwinkel-Stelleinrichtung
(GB-PS 1 273 527) ist der die Form eines Zylinders aufweisende Stator exzentrisch
zum Rotor angeordnet, mit einer Erregerwicklung bewickelt und überträgt sein Magnetfeld
über beidseitig an die Zylinderform angesetzte
Polbleche radial
auf den ebenfalls radial magnetisierten Rotor. Der bekannte Drehwinkelsteller ist
nicht dazu geeignet, eine kontinuierliche Verstellung durchzuführen, sondern nimmt
je nach dem durch die Erregerwicklung fließenden Strom und dessen Richtung eine
vorgegebene Position ein, nämlich neben der Nullposition zwei durch Anschläge bestimmte
Endpositionen entgegengesetzter Drehrichtung.
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Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße elektromechanische Antriebseinrichtung
mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, daß sie besonders
einfach aufgebaut ist und ein hohes Drehmoment entwickeln kann; außerdem sind einfache
Justiermöglichkeiten des Gradienten Moment/Winkelgrad durch axiale Abstandsveränderungen
Rotor-Stator oder zweier Statorteile gegeneinander möglich.
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Besonders vorteilhaft ist ferner, daß in der Ausbildungsform des Unteranspruchs
2 die Rotoren im unmontierten Zustand einen vorteilhaft großen Luftspalt aufweisen,
so daß keine Selbstentmagnetisierung zu erwarten ist.
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Durch die in den Unteranrüchen ferner aufgeführten Maßnahmen sind
vorteilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen elektromechanischen
Antriebseinrichtung möglich. Besonders vorteil-haft ist die Unempfindlichkeit gegen
Axialspiel und Axialschlag des Rotors bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel,
bei dem die einwirkenden magnetischen Feldlinien axial, also achsparallel zur Rotordrehachse
verlaufen.
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Zeichnung Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Zweiwicklungsdrehstellers mit glockenförmigem
Rotor und Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Zweiwicklungsdrehstellers
mit geteilter Statorwicklung und scheibenförmigem Rotor.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele In Fig. 1 ist ein unteres unmagnetisches
Bodenteil eines Zweiwicklungs-Drehstellers 1 mit 2 bezeichnet; das Bodenteil 2 ist
plattenförmig und bildet mit einer tassen- oder glokkenförmigen, ebenfalls unmagnetischen
Abdeckung 3 das Gehäuse des Zweiwicklungs-Drehstellers. Der schematischen Darstellung
der Fig. 1 läßt sich entnehmen, daß innerhalb des Gehäuses 2, 3 der Stator 4 stationär
angeordnet ist und eine zentrale Bohrung 5 aufweist, in welcher die Welle 6 für
den Rotor 7 drehbar mittels Lager 8a, 8b gelagert ist. Bei den Lagern 8a, 8b kann
es sich um Gleitlager, beispielsweise DU-Gleitlager handeln. Der Stator 4 ist von
allgemein zylindrischer, rotationssymmetrischer Gestalt und weist zwei räumlich
getrennte Erregerwicklungsteile 9a und 9b auf. Ruhende Stromzuführungen für die
beiden Wicklungsteile 9a, 9b sind bei 10 gezeigt.
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Die Wicklungen sind auf dem Stator 4 so aufgebracht, daß sich, was
bei der Schnittdarstellung der Fig. 1 nicht erkennbar ist, längere axiale Wicklungsbereiche
zwischen den oberen und unteren, erkennbaren Wicklungsbereichen der Teilwicklungen
9a, 9b
ergeben, wodurch insgesamt aus den beiden Teilwicklungen
9a, 9b ein radialer Magnetfluß resultiert, der etwa, wie angedeutet, in Richtung
des Pfeils A verlaufen kann.
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Bei der Ausführungsform der Fig. 1 ist auch der Rotor .permanentmagnetisch
radial-magnetisiert, so daß sich die Einwirkung des vom Stator entwickelten magnetischen
Drehfeldes auf die Verdrehung der Rotorposition ergibt. Durch die einfache Statorwicklungsart,
die der Wicklungsart bei den Rotoren von Scheibenwischer-Motoren ähnelt, ergeben
sich für den Stator zwei Polpaare, etwa von der in der Fig.. 1 beispielsweise angegebenen
Polarisierung, wobei der permanentmagnetische Rotor durch Tiefziehen eines geeigneten
permanentmagnetischen Materials hergestellt und anschließend magnetisiert werden
kann; der Rotor kann dabei ebenfalls ein oder zwei Polpaare aufweisen. Aufgrund
der Formgebung des Rotors ergeben sich für diesen im unmontierten Zustand vorteilhaft
große Luftspalte zwischen den Rotorpolen, so daß keine Selbstentmagnetisierung auftreten
kann.
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Zur Justierung des Gradienten Moment/Winkelgrad ist im Gehäusebodenteil
2 eine Justierschraube 11 vorgesehen, die durch Verdrehung eine axiale Verschiebung
der Rotorglocke gegen den Stator ermöglicht. Die Rotorglocke ist bei 12 an der Welle
6 festgemacht; der Wellendurchtritt durch die obere Gehäuseöffnung t3 dient dem
Abtrieb, d.h. der Abnahme des von dem System entwickelten Drehmoments. Der obere
unmagnetische Gehäuseteil 3 ist in einem ausreichenden axialen Abstand angebracht,
so daß entsprechen Justiermöglichkeiten für die Einstellung des Rotors relativ zum
Stator gegeben sind. Das unmagnetische Gehäuse kann aus einem Kunststoff oder zur
besseren Wärmeableitung auch aus Aluminium oder einem sonstigen geeigneten Material
bestehen. Der sehr große Rotordurchmesser bildet
einen beträchtlichen
Hebelarm und trägt so zur Entwicklung des gewünschten Drehmoments bei.
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Bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 ist der-Stator zweigeteilt
und besteht aus einem oberen Statorteil 14a und einem unteren Statorteil 14b, die
in etwa scheibenförmig ausgebildet sind. Von der Darstellung des umgebenden Gehäuses
ist in Fig. 2 abgesehen worden; man erkennt, daß die Welle 6' für den Rotor 15 auch
hier wieder im Stator über Gleitlager gelagert ist, nämlich mittels eines Gleitlagers
16a im oberen Statorteil 14a und eines weiteren Gleitlagers 16b im unteren Statorteil
14b. Zum besseren Verständnis der hier allgemein axial verlaufenden magnetischen
Feldlinien ist die Wicklungsart der. beiden Erregerteilwicklungen auf den Statortei-len
noch angegeben. Eine erste Statorteilwick-Tung umfaßt in der Zeichenebene rechts
einen oberen Wicklungsbereich 17a und einen unteren Wicklungsbereich 17b, während
die zweite Statorteilwicklung in der Zeichenebene links einen oberen Wicklungsbereich
18a und einen unteren Wicklungsbereich 18b aufweist. Nimmt man an, daß die erste
Erregerteilwicklung 17a, 17b von einem Strom 11 und die zweite Erregerteilwicklung
18a,18b von einem Strom I2 in der in der Zeichnung der Fig. 2 angegebenen Richtung
und Reihenfolge durchflossen sind, dann ergeben sich die in der Zeichnung an den
Statorteilen 14a und 14b angegebenen Polbeziehungen mit der Folge, daß die magnetischen
Feldlinien von den Statorteilen 14a und 14b in axialer Richtung entsprechend den
Pfeilen B und C.verlaufen. Die Wicklungsart für die Statorteile ist wiederum ähnlich
wie in Fig. 1 und bei den schon erwähnten Rotoren von Scheibenwischermotoren, wodurch
sich auch eine günstige Aufteilung zur Kühlung der Wicklung erzielen läßt.
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Der zwischen den beiden Statorteilen 14a, 1-4b axial eingeschlossene,
scheibenförmige und- bei 19 an der Welle 6'» befestigte Rotor 20 verfügt über ein
geringes Massenträgheitsmoment und kann zweiteilig ausgebildet sein; jedenfalls
verfügt der Rotor über an seinem Umfang geöffnete, d.h. in axialer Richtung einen
Abstand zueinander aufweisende Randflanschbereiche 20a, 20b, die entgegengesetzt
permanentmagnetisch vorzugsweise mit zwei Polpaaren magnetisiert sind, etwa in der
angegebenen Art, Position und Gegenüberstellung zu den Statorpolen, wie in Fig.
2 gezeigt.
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Man erkennt, daß sich je nach Richtung und Größe der Erregerströme
I1 und 12 entsprechende magnetische Drehfeldvektoren der Statorteile 14a, 14b auf
den eingeschlossenen permanentmagnetischen und axialmagnetisierten Rotor 20 mit
seinen Rotorteilen 20a, 20b ergeben, wodurch sich der gewünschte Stellwinkel erzielen
läßt. Der permanentmagnetische Rotor kann beispielsweise aus zwei tiefgezogenen
und dann magnetisierten Blechteilen hergestellt sein; auch hier verfügen diese Rotor-Blechteile
im unmontierten Zustand über einen vorteilhaft großen Luftspalt, so daß eine Selbstentmagnetisierung
nicht zu erwarten ist.
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Auch bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 2 läßt sich der Gradient
Moment-Winkelgrad justieren, und zwar durch Veränderung des Abstandes der beiden
Statorteile 14a, 14b zueinander und relativ zum zentralen Rotor 20. Wegen der allgemein
axial verlaufenden magnetischen Feldlinien ist das Ausführungsbeispiel der Fig.
2 gegen Axialspiel und Axialschlag des Rotors besonders unempfindlich. Grundsätzlich
gilt bei den Ausführungsbeispielen, daß das Drehfeld durch Addition richtungskonstanter
Vektoren erzeugt wird.
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Dabei kann die Amplitude durch die Erregerströme variiert werden.
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