DE3926909A1 - Elektromagnetischer drehsteller - Google Patents
Elektromagnetischer drehstellerInfo
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- H01F7/06—Electromagnets; Actuators including electromagnets
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Description
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.
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.
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.
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.
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