DE2733741A1 - Drehmomentengeber fuer kreiselgeraete - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen Drehmomentengeber für Kreiselgeräte
• gemäß der Ga@t@@gsbegriff des Anspruchs 1. Bei einem aus der US-PS 26 09 1@0 bekannten Drehmomentengeber dieser Art sind die in St@io@ vorgesehenen 8 Spulen auf die nach innen ragenden 8 Polstücke ei es aus einzelnen magnetisierbaren Blechen aufgebauten Spulenträgers aufgesetzt, während der Rotor ebenfalls aus mehleren scheibenförmigen Einzelblechen aufgebracht ist und a seinem äußeren Umfang 28 durch Zahnung des Rotors gebildete Polstück auf@@@st. Ein solcher Rotor ist verhältnismäßig schwar und setzt folglich der durch die Kreiselkräfte bewirkten Auslenkung des Rahmens ein entsprechendes Trägbeitsmoment entgegen.
• Um bei ein Drehmomentengeber die Düsse des Rotors zu verringern, ist es ferner beispielsweise aus der DT AS 14 23 086 bekannt, die Eisenteile im Stator gehäusefest anzuordnen und im Rotor eisenlose Spulen in einer gekrümmten Flachbauweise vorzusehen.
• Ein solcher Aufbau benötigt jedoch Stromzuführengen zum Rotor, welche im Falle von Präzusionskreiselgeräten wegen der wenn auch geringen, jedoch @nweimeidlichen, Rückstellmomente der Stromzuführungen unerwünscht sind.
• Aufgabe der Erfindung ist es folglich, einen Drehmomentengeber der eingangs genannten Art so aufzubahnen, daß die Masse und damit das Trägheitsmoment des Rotors sowohl wie möglich verringert werden, gleichzeitig aber keine Stromzuführungen zum Rotor erforderlich sind.
• Diese Aufgabe wird gelöst durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung. Diese hat darüberhinaus den Vorteil, daß infolge der Verwendung von Luftspulen im Stator keine Rastmomente im Bereich der Polstücke entstehen und der Rotor somit bei fehlender Erregung und ohne äußere Krafteinwirkung die jeweilige Winkellage beibehält und sich nicht auf eine bestimmte durch die Lage der Pols@i@@ definierte Winkellage einstellt. Solche Rast- und Bremsmomente sind bei Kreiseln mit hoher Genauigkeitsanforderung höchst unerwünscht. Die Erfindung führt zu einem einfach herstellbaren und montierbaren Drehmomentengeber hoher Genauigkeit, der gegenüber axialen und radialen Beschleunigungen w@ligehend unempfindlich ist.
• Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben @ch aus den Unteransprüchen. Die Erfindung wird im folgenden anhand von @@@-führungsbeispielen erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 ein Kreiselgerät mit einem Drehmomentengeber gemäß der Erfindung; Fig. 2a einen Teil der Abwicklung des die Spulen tragenden Rückschlußringes; die Fig. 2b bis 2d verschiedene Ausführungsformen das die Magnete aufweisenden hülsenförmigen Aluminiumringes; Fig. 3 einen Ausschnitt aus dem Kreiselgerät gemäß Fig. 1, und zwar nur den den Drehmomentangeber aufweis@@@ Mittelteil; Fig. 4a die Ansicht des Spulenträger, gesehen in Höhe d@@ Schnittlinie IVa - IVa und Fig. 4b eine entsprechende Ansicht des die Magneten @@ @@@den Aluminiumringes, gesehen von der Schnittlinie IVb - IVb in Fig. 3.
• In einem büchsenförmigen Kreiselgehäuse 1 ist der hülsenförmige Kreiselrahmen 2 drehbar gelagert und zwar auf der in der Zeichnung linken Seite durch nicht dargestellte Wälzlager und auf der rechten Seite mit Hilfe eines Torsionsstabes 3. Im Kreiselrahmen 2,der vorzugsweise aus Aluminium besteht, ist der Kreiselmotor 4, vorzugsweise ein Außenläufermotor mit rahmenfestem Innenstator angeordnet, welcher über die Leitungen 5 den erforderlichen Motorstrom erhält. Sofern der Kreiselrotor nicht elektrisch sondern mit einem Druckgas angetrieben wird, entfallen diese Stromzuleitungen. Am rechten Ende des Kreiselrahmens 2 sitzt der Drehwinkelaufnehmer, welcher aus einem vom Rahmen getragenen gezahnten Kern 6 und einer ortsfesten Spulenanordnung 7 besteht. Zwischen Motor 4 und Winkelaufnehmer befindet sich der den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildende Drehmomentgeber. Mit seiner Hilfe läßt sich der Kreiselrahmen 2 durch Einspeisen eines vorgegebenen Erregerstromes in die Erregerwicklungen 11 des Drehmomentengebers in eine gewünschte Winkelstellung schwenken. Die Erregerwicklungen 11 werden von einem weichmagnetischen Rückswchlußteil 12 in Form einer in das Gehäuse 1 eingesetzten Hülse getragen. Sie haben vorzugsweise die aus Fig. 2a ersichtliche Form, sind auf der Innenseite der Hülse aufgeklebt und anschließend mit Kunstharz 13 vorgesehen.
• vorzugsweise Am Rahmen 2 ist ein mit weigstens 4,/permanent-magnetischen Polen ausgestatteter Magnetring 14 angebracht, der im Querschnitt beispielsweise die aus den Figuren 2b bis 2d ersichtliche Form aufweisen kann. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß die axiale Gänge der einzelnen Magnete geringer ist, als die Breite der Spulen 11 und zwar entsprich sie etwa der mittleren Länge @ der sich in Achsrichtung erstreckenden Spulenleiterteile. Hierdurch wird der vom Drehmomentengeber erzeugte Streufluß weitgehend verringert. In Fig. 1 hat der Rotor 14 den in Fig. 2b dargestellten Querschnitt. Er besteht aus einem mit einzelnen Polstücken versehenen Ring aus magnetisierbarem Material, wobei die Räume 15 zwischen den einzelnen Polstücken mit Kunststoff oder Aluminium ausgefüllt sind. Die einzelnen Polstücke 16 sind abwechselnd mit entgegengesetzter Polarität in radialer Richtung magnetisiert. Auf der in der Zeichnung linken Seite stützt sich der Rotorring an einer Schulter 17 des Rahmens 2 ab während er auf der gegenüberliegenden Seite durch einen Aluminiumring 18 abgedeckt wird, der zugleich das mit der Dämpfungsflüssigkeit gefüllte freie Volumen 19 im inneren des Kreiselgehäuse verringert.
• Bei der in Fig. 2c gezeigten Ausführungsform sind in radiale Durchgangslöcher eines Aluminiumringes 14c einzelne Magnete 16c eingesetzt. Sofern die Länge der Magnete geringer ist als die Wandstärke des Aluminiumrings 14c können anstelle von Durchgangslöchern nur Ausnehmungen entsprechnder Tiefe für die Aufnahme der Magnete dienen. Der Grundriß der einzelnen Magnete kann kreistund, quadratisch, oval oder beliebig anders geformt sein. Die Länge der Magnete in Achsrichtung entspricht dabei vorzugsweise der mittleren Länge L der sich Achsrichtung erstreckenden Leiterteile der Spulen 11.
• Fig. 2d zeigt eine Ausführungsform, bei der die Einzelmagnete 16d an den entsprechenden Stellen eines Aluminiumringes 14d aufgeklebt und die Zwischenräume 15 vergossen sind.
• Während bei der Ausführungsform nach den Figuren 1 und 2 die Kopplung zwischen Magneten und Spulen in radialer Richtung erfolgt, zeigen die Figuren 3 und 4 einen Drehmomentengeber eines Kreiselgerätes, bei dem die Kopplung in Achsrichtung des Rahmensachse wirksam ist. Spulenträger und Magnetträger sind hier als die Rahmenachse 20 konzentrisch umschließende Ringscheiben ausgebildet. Der Kreiselraumen 2 weist einen sich radial erstreckenden umlaufenden Kragen 21 auf, welcher die einzelnen Magnete 22 trägt. Sie sind in Richtung der Kreiselrahmenachse 20 mit abwechselnd entgegengesetzter Polarität magnetisiert. Der Kragen 21 steht der radial nach innen abgewinkelte Schenkel 23 eines im Querschnitt L-förmigen Spulenträgers 24 aus weichmagnetischem Material gegenüber, dessen anderer Schenkel 25 am Gehäuse 1 befestigt ist. Auf den Schenkel 23 sind die Spulen 11 aufgeklebt und die Zwischenräume 26 mit Kunststoff vergossen. Auf der den Spulen 11 abgewandten Seite des Kragens 21 ist der Spulenträger durch einen weiteren radial nach innen ragenden Schenkel 27 zu einem U-Profil ergänzt, wodurch sich ein geschlossener Rückschlußpfad für den Magnetfluß ergibt und das Entstehen eines magnetischen Streufelds weitgehend vermieden wird. Als Permanetmagnete werden vorzugsweise aus Kobalt und seltenen Erden bestehende Magnete mit hoher Feldstärke verwendet. Werden mehr als 4 Spulen 11 auf dem Spulenträger 24 angeordnet, so empfiehlt es sich, den Spulen einen in radialen Richtung langgestreckt ovalen oder trapezförmigen Grundriß zu geben.

Claims (12)

1. Drehmomentengeber für Kreiselgeräte Patentansprüche: 1. Drehmomentengeber mit gehäusefesten Erregerspulen und einem spulenfreien mit dem Rahmen eines Kreiselgerätes verbundenen Rotor, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß als Erregerspulen wenigstens vier eisenlose Flachspulen (11) auf einem gehäusefesten Rückschlußring (12;23.25,27) angeordnet sind und de: Rotor eine gleiche Anzahl gleich mäßig über den Umfang verteilter permanentmagnetischer Pole (16;22) aufweist.
2. 2. Drehmomentengeber nach Anspruch 1, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Magnetpole des Rotors durch von einem Aluminiumträger (14;21) gehaltene Permanentmagnete (16;22) gebildet sind.
3. 3. Drehmomentengeber nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die permanentmagnetischen Rotorpole durch Kobalt-SE-Magnete gebildet sind.
4. 4. Drehmomentengeber nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß der Magnetträger als die Ramenachse (20) konzentrisch umgebende Hülse (14) ausgebildet ist und die Magnete (16) radial zur Rahmenachse magnetlsiert sind.
5. 5. Drehmomentengeber nach Anspruch 4, d a d u r c h g e -k e n n z e i c h n e t , daß die Breite der Hülse (14) (11) gleich der Breite eines die Spulen tragenden, ebenfalls hülsenförmigen Rückschlußringes (12) ist, die Ausdehnung der Magnete (16) in Achsrichtung jedoch nur der mittleren Länge (L) der sich in Achsrichtung erstreckenden Spulenleiterteile entspricht.
6. 6. Drehmomentengeber nach Anspr-uch 4 oder 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Spulen (11) auf der Innenseite eines hülsenförmigen Rüchschlußrings (12) angeklebt und vergossen sind.
7. 7. Drehmomentengeber nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z c i c h n e t , daß der Magnetträger als die Rahmenachse (20) konzentrisch umgebende Ringscheibe (21) ausgebildet ist und die Magnete (22) parallel zur Rahmenachse magnetisiert sind.
8. 8. Drehmomentengeber nach Anspruch 1 oder 7, d a d u r c h g e k e n n z c i c h n e t , daß die Magnete (16;22) als flache Scheiben auf die den Spulen (11) zugewandte Fläche des Magnetträgers (14;21) aufgeklebt und vergossen sind.
9. 9. Drehmomentengeber nach Anspruch d oder 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Magnete (16;22) i.n Ausnehmungen des Magnetträgers (14;21) eingelassen sind.
10. 10. Drehmomentengeber nach Anspruch 7, d a d u r c h. g e -k e n n z e i c h n e t , daß der Rückschlußring ein mit einem sich radial zur Rahmenachse (20) erstreckenden Schenkel (23) dem Magnetträger (21) gegenüberstehendes L- oder U-Profil hat, dessen anderer Schenkel (25) bzw. Mittelsteg am Gehäuse (1) befestigt ist, und daß die Spulen (11) auf dem sich radial erstreckenden Schenkel (23) angebracht und vcrgossen sind.
11. 11. Drehmomentgeber nach Anspruch 10 mit einem Rückschlußring mit U-Profil, d a d u r c h g e k c n n z e i c 1I n e t daß die die Magnete (22) tragende Ringsclieibe (21) in das U-Profil (23,25,27) eintaucht und die Spulen (11) den Magneten gegentiberstehend auf dem einen Schenkel (23) des U-Profils angeordnet sind.
12. 12. Drehmomentengeber nach Anspruch 7, 10 oder 11, d a d u r <: h .g e k e n n z e i c h n e t , daß die Ausdehnung der Magnete (22) in radialer Richtung der mittleren Ldnge (L) der sicl in Radialrichtung erstreckenden Spulenleiterteile entspricht.