DD156109A1

DD156109A1 - Elektrodynamisch bedaempfter schrittmotor

Info

Publication number: DD156109A1
Application number: DD22823481A
Authority: DD
Inventors: Wilhelm Moerz; Christian Richter; Juergen Thiermann
Original assignee: Wilhelm Moerz; Christian Richter; Juergen Thiermann
Priority date: 1981-03-12
Filing date: 1981-03-12
Publication date: 1982-07-28
Also published as: JPS57160358A; GB2095046B; GB2095046A; NL8200285A; DE3200163A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrodynamisch gedaempften Schrittmotor insbesondere mit permanenterregtem Rotor. Die Anordnung zum Bedaempfen der Rotorbewegung soll mit einem kleinen Aufwand hergestellt werden koennen, eine hohe Lebensdauer gewaehrleisten und entsprechend der Betriebskennlinie optimierbar sein. Die Aufgabe wurde dadurch geloest, dass der Rotor an einer Stirnseite magnetische Zonen abwechselnder Polaritaet aufweist, die mit einer im Stator fest angeordneten Reaktionsscheibe zusammenwirken. Der erfindungsgemaesse Schrittmotor wird insbesondere bei digitaler Informationsverarbeitung fuer Stell- und Positionieraufgaben eingesetzt.

Description

Titel der Erfindung . ' ' . Elektrodynamisch bedampfter Schrittmotor

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung "bezieht sich auf einen Schrittmotor mit einer elektrodynamischen Anordnung zur Dämpfung der Rotorbewegung, insbesondere für Schrittmotoren mit permanenterregtem Rotor.

Charakteristik .der bekannten technischen Lösungen

Schrittmotoren weisen einen diskontinuierlich drehenden Rotor auf, welcher in Abhängigkeit von den der Arbeitswicklung zugefiihrten Impulsen schrittweise rotiert, wobei der Rotor quasi nach jedem Schritt zum Stillstand kommt. Zur sicheren Betriebsweise ist es erforderlich, daß der Motor innerhalb seiner Betriebsparameter jeden Schritt exakt ausführt. Um dabei hohe Sehrittfrequenzen lind Drehmomente zu erreichen, ist eine. -Bedämpfung des elektromechanischen Systems erforderlich. Dazu sind verschiedene Anordnungen bekannt geworden« Mach der DT-AS 1 488 654 und der DT-OS 2 108 001, .IPK H 02 K, 37/00 wird die Dämpfung dadurch erreicht, daß das Gehäuse des Schrittmotors mit Flüssigkeit einer bestimmten.Viskosität gefüllt ist, mit welcher die Drehbewegung des Rotors durch !Flüssigkeitsreibung bedämpft wird. Ein ähnlicher Vorschlag wird in dem DD-AP 59 311, DPK 21 d¹, 19 unterbreitet, wonach der Schrittmotor ebenfalls mit Flüssigkeit gefüllt oder mit einem mit Flüssigkeit gefülltem Rotationssystem gekoppelt -ist

Die Nachteile solcher Anordnungen zur Dämpfung von Schrittnio-

toren "bestehen insbesondere in den technologischen Problemen tei der Herstellung flüssigkeitsdichter Gehäuse und !Lagerungen sowie in der Notwendigkeit, konstante Betriebstemperaturen zu realisieren, da die Viskosität der Flüssigkeiten und damit ihre Dämpfungseigenschaften sich mit der Temperatur ändern.

Weitere Anordnungen zur Dämpfung des elektromechanischen Systems von Schrittmotoren sehen, wie in der DT-OS 1 538 962 "beschrieben, frei drehbare Zusatzschwungmassen am Rotor vor, die durch mechanische Reibungs- oder Plüssigkeitskupplungen an den Rotor angekoppelt sind. Der Herstellungsaufwand für derartige Anordnungen ist sehr hoch.

Gemäß der DT-OS 2 I36 531, IPK H 02 K, 37/00 ist auf dem Rotor eines Schrittmotors eine Schicht elektrisch gut leitenden Materials angeordnet« In dieser Schicht werden durch den Arbeitsfluß Wirbelströme induziert, die auf die Rotorbewegung dämpfend wirken. Die in dieser Schicht induzierten Wirbelströme wirken deshalb nur in der Zeit, in der ein Arbeitsfluß vorliegt . Gleichzeitig tritt als Nachteil eine Dämpfung des Arbeitsflusses und damit eine Wirkungsgradverschlechterung ein.

Schließlich ist es gemäß dem DD-AP 59 311 bekannt, Rotoren durch mechanische Reibstücke zu bedampfen. Das von der Drehgeschwindigkeit praktisch unabhängige Reibmoment beeinflußt das Anlaufverhalten der Schrittmotoren ungünstig und begrenzt deren lebensdauer „

In der gleichen Patentschrift ist die Bedämpfung von Schrittmotoren durch Wirbelstrombremsen beschrieben. Dabei dreht sich eine Kupferscheibe im elektromagnetischen PeId und bewirkt eine drehgeschwindigkeitsproportionale Dämpfung. Die für die erforderliche Dämpfung notwendige Größe des Wirbelstromdämpfers beeinflußt aber das Trägheitsmoment des Schrittmotors erheblich und ist insbesondere bei kleinen Baugrößen schwierig anzuordnen.

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Ziel der Exfindunc;

Das Ziel der Erfindung besteht in der Senkung des Herstellung sauf wand es und in der Wirkungsgradverbesserung elektrodynamisch "bedampfter Schrittmotoren«

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrodynamisch "bedampften Schrittmotor mit einem elektrisch erregte Pole aufweisenden Stator und einem insbesondere permanenterregten Rotor mit am Umfang angeordneten Polen zu schaffen, der eine drehgeschwindigkeitsproportional wirkende, einfach herzustellende elektrodynamische Dämpfung enthält, mit der ein hoher Wirkungsgrad, und eine lange lebensdauer bei einem kleinen Bauvolumen gewährleistet wird. Gleichzeitig soll das Masseträgheitsmoment des rotierenden Systems möglichst nicht vergrößert werden.

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß der Rotor zumindest an einer Stirnseite magnetische Zonen abwechselnder Polarität aufweist und parallel dazu im Stator, vom Rotor durch einen axialen !Luftspalt getrennt, eine elektrisch oder elektrisch und magnetisch leitfähige Reaktionsscheibe drehfest angeordnet ist.

Zur Reduzierung des Herstellungsaufwandes ist zweckmäßigerweise die Reaktionsscheibe als ein Teil des Motorgehäuses ausgebildet. Dabei ist die Ausführung der Reaktionsscheibe aus mit dem Motorgehäuse identischem, elektrisch leitfähigem weichmagnetischen Material vorteilhaft«,

In dieser einfachsten. Ausführung der Erfindung v/eist der gedämpfte Schrittmotor gegenüber dem ungedämpften kein, zusätzliches Bauelement auf, da die Funktionselemente der Dämpfungseinrichtung in die Konstruktionselemente des Schrittmotors integriert sind« Als zusätzlicher Aufwand ist nur die an der Stirnseite des Rotors vorzunehmende Magnetisierung erforderlich.

Die in der elektrisch leitfähigen, weichinagnetischen Reaktionsscheibe induzierten Wirbe 1ströme erzeugen ein DänrDfuugsmoment, wobei die erforderliche Größe der Induktion dadurch erzielt wird, daß die Reaktionsscheibe gleichzeitig den zur leitung eines hohen magnetischen Flusses erforderlichen niedrigen magnetischen Widerstand gewährleistet.

Die axialen Zugkräfte, die zwischen dem Rotor und der Reaktionsscheibe auftreten, sichern im Zusammenwirken mit einer Distanzscheibe den für eine reproduzierbare Dämpfung erforderlichen konstanten luftspalt, ohne daß hohe loleranzforderungen für das axiale lagerspiel oder andere gleichwirkende konstruktive Maßnahmen erforderlich wären.

Zur Anpassung der Dämpfungscharakteristik an die Betriebskennlinie des Schrittmotors und gleichzeitig zur Optimierung der axialen Xagerkräfte besteht die Reaktionsscheibe in einer Ausführungsform der Erfindung aus zwei Schichten, wovon die dem Rotor zugewandte Schicht aus elektrisch leitfähigem unmagnetischem Material und die dem Rotor abgewandte Schicht aus weichmagnetischem Material besteht.

In einer besonderen Ausführungsvariante beträgt die elektrisch leitfähige unmagnetische Schicht 30 - 70 $ der Gesamtdicke der Reaktionsscheibe, wobei die weichmagnetische Schicht nicht dicker als zur Flußleitung erforderlich ausgelegt ist.

Während bei der Ausführung der Reaktionsscheibe aus elektrisch leitfähigem weichmagnetischem Material ein proportionaler unveränderlicher Zusammenhang zwischen dem durch Wirbelströme erzeugten Dämpfungsmoment (bezogen auf eine konstante Drehgeschwindigkeit) und der axialen Zugkraft besteht, kann, bei einer Reaktionsscheibe aus zwei wie oben beschriebenen Schichten das Dämpfungsmoment in weiten Grenzen unabhängig von der axialen Zugkraft gewählt werden. Hierdurch wird trotz einer möglichen Erhöhung des Dämpfungsmomentes die axiale Iiagerbelastung wesentlich reduziert und es kann die

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!lebensdauer' des Schrittmotors erhöht werden.

Steht für den Rotor des Schrittmotors ein Permanentmagnet mit

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sehr hohen Feldstärken, -z.B. größer 1500 A cm zur Verfügung s genügt für die Reaktionsscheibe ein elektrisch leitfähiges unmagnetisches Material. In diesem Pail müssen,, da keine axialen Zugkräfte vorliegen, zur Erzielung eines konstanten luftspaltes andere konstruktive Maßnahmen vorgesehen werden.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel erläutert v/erden» In der zugehörigen Zeichnung zeigen

Pig. 1 eine perspektivische Ansicht eines permanenterregten Rotors

Pig. 2 einen Halbschnitt durch den

erfindungsgemäßen Schrittmotor

Der in Pig. 1 dargestellte Rotor 1 besteht aus einem auf einer Welle 2 befestigten zylindrischen Magnetkörper, an dessen Umfang sechzehn Pole 3 und an.einer Stirnfläche vier magnetisierte Zonen 4 abwechselnder Polfolge angeordnet sind.

In Pig. 2 ist ein derartiger nach Pig. 1 magnetisierter Rotor 1 im Stator eines Schrittmotors angeordnet. Der Stator weist zwei miteinander verbundene, aus weichmagnetischein Tiefziehblech gefertigte innere Gehäuseschalen 5 und 5' mit je acht Klauenpolen 6 bzw. 6^! auf, Vielehe in zwei äußeren Gehäuseschalen 7 bzw. 7^{ aus dem gleichen Material angeordnet sind ο Die äußeren Gehäuseschalen 7 bzw» 7' weisen je acht Kla,uenpole 8 bzw. 8' auf, die sich mittig in den lücken zwischen zwei Klauenpolen 6 bzw. 6' befinden.

Die Klauenpole 6 bzw. 6^f und 8 bzw* 8^! sind gegeneinander um eine halbe Klauenpölteilung verschoben. Innerhalb der Gehäuse scha.len 5 bzw.. 5' und 7 bzw. 7' sind-auf Spulenkörpern 9

und 9' die Arbeitswicklungen 10 und 10' angeordnet. In den äußeren Gehäuseschalen T und 7' sind die lager 11 und 11· für die Welle 2 des Rotors 1 angeordnet. Die an das lager 11 anschließende ringförmige Zone 12 einer äußeren Gehäuseschale 7 ist mit einer Aluminiumscheibe 13 drehfest verbunden. Die ringförmige Zone 12 und die Aluminiumschei"be 13 "bilden zusammen die mit den magnetisieren Zonen 4 der Stirnseite 14 des Rotors 1 zusammenwirkende Reaktionsschei· be. Zur Sicherung eines gleichbleibenden axialen luftspaltes 15 ist zwischen dem lager 11 und der Stirnseite 14 des Rotors 1 eine Distanzscheibe 16 angeordnet, die aus einem Gleitwerkstoff besteht.

Das Dickenverhältnis zwischen dem Tiefziehblech in der ringförmigen Zone 12 und der Aluminiumscheibe 13 ist 1:1 gewählt, wodurch sich für den gegebenen Schrittmotor eine optimal abgestimmte Betriebskennlinie ergibt.

Claims

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. Ble]ctrodynamisch bedampfter Schrittmotor mit einem elektrisch erregte Pole aufweisenden Stator und einem insbesondere 'permanenterregten Rotor mit am Umfang angeordneten Polen, dadurch gekeDinzeichnet, daß'der Rotor (1) zumindest an einer Stirnseite magnetische Zonen abwechselnder Polarität aufweist und parallel dazu im Stator, durch einen axialen-luftspalt vom Rotor getrennt, eine elektrisch oder elektrisch und magnetisch leitfähige Reaktionsscheibe drehfest angeordnet ist.
2. Elektrodynamisch bedampfter Schrittmotor nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsscheibe ein Teil des Motorgehäuses ist.
3. Elektrodynamisch bedampfter Schrittmotor nach Punkt 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsscheibe aus elektrisch leitfähigem weichmagnetischem Material besteht.
4. Elektrodynamisch bedampfter Schrittmotor liach Punkt 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsscheibe zwei Schichten aufweist, wovon die dem Rotor zugewandte Schicht aus elektrisch leitfähigem unmagnetischem Material und die dem Rotor abgewandte Schicht aus weichmagnetischem Material besteht.
5. Elektrodynamisch bedampfter Schrittmotor nach Punkt 1 und A oder 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus elektrisch leitfähigem unmagnetischem Material 30 - 70 ^ der Gesamtdicke der Reaktionsscheibe beträgt, wobei die weichmagnetische Schicht nicht dicker als zur KLußleitung erforderlich ausgelegt ist«,

6a Elelctrodynamisch bedampfter Schrittmotor nach Punkt 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsscheibe aus elektrisch leitfähigem Material besteht.