DE3926909A1 - Elektromagnetischer drehsteller - Google Patents

Description

Stand der Technik.

Die Erfindung geht aus von einem Drehsteller nach der Gattung des Anspruchs 1. Aus der JP-GM-OS 60-88 044 ist bereits ein solcher Dreh­ steller mit einem magnetischen Rückstellelement bekannt, das bei Ausfall der Stromversorgung des Stellmotors den Anker des Dreh­ stellers in eine definierte Ruhelage überführt. Das bekannte Rück­ stellelement besteht neben den gehäusefesten Permanentmagneten aus zwei weiteren, mit dem Anker verbundenen Permanentmagneten. Dies führt infolge des kleinen Drehmomentgradienten in der Ruhelage zu einer relativ geringen Rückstellkraft. Andererseits ist das dem Regeldrehmoment entgegenwirkende Maximaldrehmoment des Rückstell­ elements unerwünscht groß. Außerdem entstehen hohe Kosten durch die zusätzlichen Magnete.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Drehsteller mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß das Rückstell­ element bei einem wesentlich vereinfachten Aufbau eine günstigere Drehmomentenkennlinie aufweist und preiswerter herstellbar ist.

Ein weiterer Vorteil ist in der Montageerleichterung und dem Wegfall einer Einstellung des Notlaufpunktes in montiertem Zustand des Dreh­ stellers zu sehen. Darüberhinaus bleiben die Winkeltoleranzen auch bei Großserienfertigung klein genug. Weiterhin läßt sich durch Formvariation von Luftspalt, Überdeckungswinkel mit den Permanent­ magneten und Dicke der Kontur des Rückstellelements der Dreh­ momentenverlauf leicht optimieren.

Durch die in den Ansprüchen 2ff aufgeführten Maßnahmen sind vorteil­ hafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angege­ benen Drehstellers möglich. Besonders vorteilhaft ist die Anpassung der Ausschnitte in den Polen des Rückstellelements an die Breite der Umfangslücken zwischen den Permanentmagnetsegmenten. Dadurch wird eine sehr genaue Einhaltung der Raststellung erreicht, in die sich das Rückstellelement in stromlosem Zustand des Stellmotors zurück­ dreht. Durch die Verwendung der Permanentmagneten des Antriebs auch für die Rückstelleinrichtung werden Teile gespart. Die scheiben­ förmige Bauform reduziert die axiale Baulänge der Rückstellein­ richtung. Durch die geringe radiale Breite der Arme des Rückstell­ elements wird die magnetische Remanenz gering gehalten und ein ge­ naueres Einhalten der Raststellung erreicht.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge­ stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen Drehsteller,

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch den Drehsteller gemäß Linie II-II in Fig. 1.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Der Drehsteller 1 hat einen Stellmotor 2, dessen Rotor auf ein Drosselorgan 3 wirkt, das in einer Bypassleitung 4 zu einem Ansaug­ rohr 5 mit Drosselklappe für die Regelung der Leerlaufverbrennungs­ luft einer Brennkraftmaschine angeordnet ist. Das Drosselorgan 3 ist als Drehschieber ausgebildet, der eine Steueröffnung 6 in der Bypassleitung 4 mehr oder weniger verschließt. Der Stellmotor 2 besteht aus einem zentralen Stator 7 mit Feldwicklungen 8 und einem becherförmigen Rotor 9, der zwei an seiner zylindermantelförmigen Wand angeordnete, einander gegenüberliegende vorzugsweise ungleich­ polige Permanentmagnetsegmente 10 aufweist. Diese Permanentmagnet­ segmente sind schalenförmig und bedecken einen Winkelbereich von je etwa 135°. Der Rotor 9 besitzt eine Welle 11, die in zwei in einem Gehäuse 12 gehaltenen Lagern 13, 14 reibungsarm gelagert ist. An der Welle 11 ist das Drosselorgan 3 drehfest angebracht.

Der Stator 7 ist an einer Gehäusekappe 16 montiert, die den Rotor 9 und den Stator 7 überdeckt und mit dem Gehäuse 12 verbunden ist. Der Stator 7 trägt auf seiner Achse 17 dem Gehäuse 12 zugewandt ein Rückstellelement 18 aus ferromagnetischem Werkstoff. Das Rückstell­ element 18 ist somit, wie der Stator 7 undrehbar. Es ist als dünne Scheibe ausgebildet und befindet sich im Wirkungsbereich der Permanentmagnetsegmente 10 des Rotors 9. Das Rückstellelement er­ streckt sich radial bis nahe an die Permanentmagnete 10, ohne diese zu berühren. Um Randeffekte zu vermeiden, überragen die Permanent­ magnetsegmente 10 das Rückstellelement 18 in axialer Erstreckung. Das Rückstellelement kann auch auf dem dem Gehäuse 12 abgewandten Ende der Achse 17 angeordnet sein.

Das Rückstellelement 18 besteht (siehe Fig. 2) aus einem auf die Achse 17 z.B. aufgepreßten Mittelteil 19 mit zentraler Bohrung 20, das zwei gegenüberliegende speichenförmig sich erstreckende radiale Fortsätze 21 trägt. An den äußeren Enden der Fortsätze 21 sind rad­ kranzförmig jeweils zwei seitlich weggerichtete gleichlange Arme 22, 23, 24, 25 angebracht, die sich etwa entlang einer den Umfang des Rückstellelements 18 bildenden Kreislinie erstrecken. Jeweils zwei Arme 22 und 25 bzw. 24 und 23 bilden zusammen magnetische Pole 26 und 27 des Rückstellelements 18.

In Fig. 2 sind gestrichelt die Magnetfeldlinien durch die Pole 26 und 27 und durch die Permanentmagnetsegmente 10 eingezeichnet. Das obere Permanentmagnetsegment 10 bildet an seiner dem Rückstellele­ ment 18 zugewandten Innenseite einen magnetischen Nordpol, das untere Segment 10 einen Südpol. Am Pol 26 des Rückstellelements 18 bildet sich dann ein magnetischer Südpol und am Pol 27 ein magne­ tischer Nordpol aus. Da jeder Pol 26, 27 zwei Arme aufweist, bilden sich zwei Systeme von geschlossenen Magnetfeldlinien an jedem Pol aus. Zwischen jeweils zwei Armen 22, 25 beziehungsweise 23, 24 besteht ein Abstand von beispielsweise 45°, so daß sich die freien Enden der Arme 22 bis 25 nicht berühren.

Zwischen den Polen 26, 27 hat das Rückstellelement 18 in Richtung der Fortsätze 21 kreissegmentförmige Ausschnitte 28, 29. Die Aus­ schnitte sind etwa so breit, wie die von den Magnetsegmenten 10 ge­ bildeten gegenüberliegenden gleichbreiten Umfangslücken 30 von jeweils ca. 45°. Die radiale Breite der Arme 22 bis 25 ist gering; sie ist vorzugsweise kleiner als die in Richtung der Achse 17 gemessene Dicke des Rückstellelements 18.

Das Rückstellelement 18 hat die Aufgabe, den Rotor und damit das Drosselorgan 3 in stromlosem Zustand des Stellmotors 2 in eine definierte Lage, nämlich die Leerlauf-Ruhestellung zu überführen und dort zu halten, um mittels des Drosselorgans in der Bypassleitung 4 die Öffnung eines Notlaufquerschnittes zu gewährleisten, über den ausreichend Luft für den sicheren Weiterlauf der Brennkraftmaschine strömen kann. Dazu muß in jeder Betriebslage des Drosselorgans 3 ein ausreichendes Rückstelldrehmoment zur Verfügung stehen. Gleichzeitig darf das Maximum des Rückstelldrehmoments nicht das Regeldrehmoment des Stellmotors überschreiten.

In der Leerlauf-Ruhestellung des Rotors befindet sich das Rückstell­ element 18 in seinem in Fig. 2 gezeigten magnetischen Rastpunkt. In diesem Rastpunkt liegen die Ausschnitte 28, 29 des Rückstell­ elements 18 genau gegenüber den Umfangslücken 30 der Permanent­ magnetsegmente 10.

Der Drehmomentenverlauf des Rückstellelements 18 über dem Drehwinkel ist gegenüber einem herkömmlichen Drehsteller im Maximum flacher und in der Raststellung steiler, so daß diese auf einen engen Winkelbe­ reich von 2° bis 3° begrenzt bleibt. Zu der großen Genauigkeit, mit der die Ruhestellung eingehalten wird, trägt maßgeblich die Rastung der Ausschnitte 28, 29 auf den Lücken 30 der Permanentmagnetsegmente 10 bei, die genauer ist als bei Rückstellelementen ohne Ausschnitte, deren ununterbrochene Pole auf Magnetmitte rasten.

Claims (8)

1. Elektromagnetischer Drehsteller, insbesondere zur Steuerung eines Drosselquerschnitts in einer betriebsmittelführenden Leitung einer Brennkraftmaschine, mit einem Stellmotor mit gegenüber einem Gehäuse festem Stator und drehbarem Rotor, von denen einer symmetrisch zur Drehachse angeordnete gegenüberliegende Permanentmagnetsegmente und der andere stromdurchflossene Feldwicklungen aufweist, sowie mit einem magnetisch wirkenden berührungsfreien Rückstellelement, das im Feld zweier ungleichpoliger Permanentmagneten liegt, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Rückstellelement (18) aus einem nicht permanent­ magnetischen magnetisierbaren Werkstoff besteht und zwei bis eng an die Permanentmagnetsegmente (10) heranreichende Pole (26, 27) be­ sitzt, und daß die Pole (26, 27) durch am Umfang des Rückstellelements (18) angeordnete Ausschnitte (28, 29), die seine magnetische Wirkung gegenüber den Permanentmagnetsegmenten (10) zumindest schwächen, voneinander getrennt sind.

2. Drehsteller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus­ schnitte (28, 29) an dem Rückstellelement (18) etwa so breit sind, wie die zwischen den Permanentmagnetsegmenten (10) gebildeten Umfangslücken (30).

3. Drehsteller nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Rückstellelement (18) in dem Feld der zu diesem Zweck ver­ längerten Permanentmagnetsegmente (10) des Stellmotors (2) befindet.

4. Drehsteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Rückstellelement (18) aus einer in axialer Er­ streckung dünnen Scheibe besteht.

5. Drehsteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Rückstellelement (18) ausgehend von seiner radialen Achse jeweils vier sich etwa entlang einer Kreislinie er­ streckende Arme (22 bis 25) aufweist und je zwei Arme (22 und 25) beziehungsweise (23 und 24) einen magnetischen Pol (26) beziehungs­ weise (27) bilden.

6. Drehsteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Arme (22 bis 25) in radialer Erstreckung nur dünn ausgebildet sind.

7. Drehsteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Feldwicklungen (10) und das Rückstellelement (18) am Stator (7) des Stellmotors (2) angeordnet sind.

8. Drehsteller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Rotor (9) des Stellmotors (2) becherförmig den Stator (7) umgreifend ausgebildet ist und die Permanentmagnetseg­ mente (10) an den zylindrischen Wänden des Rotors (9) angeordnet sind.