DE1763078C3 - Schrittmotor - Google Patents

Description

3 _fc · „ Kaooe aus unmagnetischem nicht gezeigten Schaltkreis gemäß einer bestimmten

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^_em Axialspiel. Ander w _der ^ ^ _{be5deQ äußeren Zahnkranze} 50 52 togs

Kugelzapfens längs der Welle ist selbstausrichtend Im Betrieb der Dcppelstatoranordnung werder

gegenüber dem Verschleiß an den Zähnen sowie ge- eine Wicklung oder benachbarte Wicklungen eine:

genüber einer Ungleichförmigkeit der Zähne, wie der Statoren 125 oder 127 gleichzeitig mit der Erre

dies vorstehend erläutert wurde. gung einer Wicklung oder diametral hierzu, gegen·

Bei der beschriebenen bevorzugten Ausführungs- 5 überliegender Wicklungen an dem anderen Stator 12T form sind die Hinweise auf den einzigen begrenzten bzw. 125 erregt. Für einen achtphasigen Stator ζ. Β Berührungs- oder Anlagebereich nicht nur so zu ver- kann die Folge für den unteren Stator bei Betrachstehen, daß ein einziger Berührungspunkt oder eine tung nach Fig. 4 die Schaltfolge 1 und 2 umfasser einzige Berührungsstelle vorliegen. In vielen Fällen (diese Bezifferung bezieht sich auf die Wicklungs/ kann der einzige Berührungsbereich sich tatsächlich io Kern-Kombinationen oder Phasen), 2 und 3, 3 und 4. über eine beträchtliche Ausdehnung erstrecken, je- 4 und 5 ... 7 und 8, 8 und 1 usw. Während der entdoch sind im Gegensatz zum Stand der Technik keine sprechenden Zeitintervalle, während deren die voran-Vielfachanlagebereiche vorgesehen, die durch Be- gehend erwähnten Phasenschaltungen auftreten, wird reiche voneinander getrennt sind, in denen die beiden der obere Stator gemäß der Folge 5 und 6, 6 und 7, Zahnungen einen wesentlichen Abstand vonein- 15 7 und 8, 8 und 1, ... 3 und 4, 4 und 5 usw. erregt, ander aufweist. Wenn die zusammenwirkenden Dies setzt voraus, daß die Bezifferung der Phasen Flächen der Zahnungen der Zahnkränze beispiels- identisch für die beiden Statoren, das heißt, daß die weise starre dreieckige Zähne umfassen, tritt die tat- obere Statorphase Nr. 1 direkt entgegengesetzt der sächliche Berührung zwischen den beiden Zahn- unteren Statorphase Nr. 1 ist usw. Für die Umkehr flächen an zwei in einem Abstand voneinander be- ao der Taumelbewegung wird die Phase der Schaltfolge findlichen Punkten auf, an welchen die Seiten der in umgekehrt. Demgemäß wird während einer bestimm-Einriff befindlichen Zähne aneinander anliegen, wo- ten Zeit bei Betrachtung der F i g. 4 beispielsweise bei zwischen diesen Punkten die Zähne leicht von- eine nach oben gerichtete Kraft auf die rechte Seite einander abgehoben sind (Fig. 3). Aus praktischen der Taumelscheibe 143 ausgeübt, während eine nach Gründen stellt jedoch der gesamte Bereich zwischen as unten gerichtete Kraft auf die linke Seite der Taumeldiesen Berührungspunkten den Bereich der Rei- scheibe ausgeübt wird, wobei die Taumelscheibe um bungsberührung oder des Eingriffs dar, da ein echter diejenigen »Spuren« eine Taumelbewegung ausführt, Eingriff über den gesamten Bereich vorliegt. die durch die Zahnungen gegeben sind. Der Doppel-

Fig. 4 stellt einen Schnitt durch eine Doppel- Statoraufbau verdoppelt das wirksame Drehmoment

Statoranordnung eines Schrittmotors ähnlich F i g. 2 30 des Motors für eine Taumelscheibe von gleichen Ab-

dar, welcher sonst im wesentlichen demjenigen nach messungen, wobei die Geschwindigkeit des Schritt-

Fi g. 1 bis 3 entspricht. Der Motor nach Fi g. 4 wird ansprechvermögens des Motors steigt. Da der Kugel-

daher lediglich insoweit beschrieben, als er in seiner zapfen eine axiale Bewegungsmöglichkeit und eine

Ausbildung wesentlich von dem vorangehend be- radiale Begrenzung der Scheibe bewirkt, werden

schriebenen Schrittmotor abweicht. 35 beide Zahnungspaare in Eingriff gedrückt, und zwar

Das Gehäuse 110 besteht aus zwei ineinandergrei- trotz irgendwelcher Ungleichheiten oder Ungleich-

fenden Teilen 111, 112, die in zweckmäßiger und förmigkeiten, welche sich aus einem Zahnverschleiß

üblicher Weise aneinander befestigt sein können, bei- oder Herstellungstoleranzen ergeben,

spielsweise durch einen Bügel oder ein Band sowie Vorzugsweise sind die Zähne der Zahnung 118 der

geeignete, nicht gezeigte Befestigungselemente. Der 40 Taumelscheibe und der ortsfesten Zahnung 114 drei-

Gehäuseteillll entspricht praktisch in jeder Bezie- eckig mit einem Winkel von 30°, während die Zah-

hung dem Gehäuse nach Fig. 1 bis 3 mit der Aus- nungll9 der Taumelscheibe sowie das Zahnrad 140

nähme, daß er keine äußere ortsfest Zahnung ent- dreieckige Zähne aufweisen, die in einem Winkel von

sprechend der Zahnung des Zahnkranzes 52 der vor- 45° geschnitten sind. Da die Zahnungen! 114 und 118

angehend beschriebenen Ausführungsform umfaßt. 45 gleiche Zahnzahlen aufweisen, dreht sich die Taumel-

Auch weist die Taumelscheibe 143 keine ävfiere Zah- scheibe 143 nicht, sondern taumelt lediglich um die

nung auf. Statt dessen ist ein ortsfester Zahnkranz Achse der Welle auf den durch die Zahnungen gebil-

114 in einen Ringbereich 116 des Gehäuseteils 112 deten Spuren. Dies vermindert das vorliegende

eingeschnitten oder au diesem befestigt Motorträgheitsmoment, während gleichzeitig die

Zueinanderpassende Zahnungen 118, 119 für den 50 Fähigkeit des Motors zur Aufnahme «ines äußeren ortsfesten Zahnkranz 114 bzw. ein mit einer Welle Trägheitsmomentes gesteigert wird. Das Zahnrad 140 verkeiltes Zahnrad 140 sind an entgegengesetzten und damit die Welle 135, an der das Zahnrad verSeiten der Taumelscheibe 143 eingeschnitten oder be- stiftet oder verkeilt ist, dreht sich langsam, und zwar festigt Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die gleiche entweder im Uhrzeiger- oder Gegenuhrzeigersinn um Anzahl von Zähnen sowohl an dem ortfesten Zahn- 55 die Achse, je nach der Differenz der Zähnezahl zwikranz 114 als auch an der Zahnung 118 der Taumel- sehen dieser Zahnung und der Zähmung 119 der scheibe vorgesehen, während eine Zahndifferenz für Taumelscheibe, wenn die Taumelschieibe 143 eine die Zahnung 119 bzw. das Zahnrad 140 gemäß den Taumelbewegung ausführt
vorangehend erwähnten Überlegungen vorgesehen ist Durch die Zahnzahldifferenz zwischen der Zah-

Die Taumelscheibe 143 ist mit einer Welle 135 60 nung 118 der Taumelscheibe und des ortsfesten

durch einen Kugelzapfein 147 der bereits beschriebe- Zahnkranzes 114 sowie durch Beibehaltung der Zahn-

hen Art axialbeweglich und radial fest verbunden. Zahldifferenz zwischen der Zahnung 119 ucid dem

Wegen der Doppelstatorbauart, bei welcher ein Zahnrad 140 kann das Verhältnis der rundherum

zweiter entsprechender Stator 127 entgegengesetzt verlaufenden Taumelbewegung zu der Wellendirehung

zu dem Stator 125 vorgesehen ist, ist die Welle 135 65 nach Wunsch wesentlich vergrößert oder verldeinert

langer als bei der vorangehend beschriebenen Aus- werden. Wenn beispielsweise das Zahnrad 140 ein-

führungslOrm. Sie ist in Lagern 130, 131 und 132 undneunzig Zähne und die hiermit in Eingriff gelan-

gelägert gende Zähnung 119 zweiundneunzig Zähne auf-

weisen, dreht sich die Welle 135 je einundneunzig rundherum verlaufenden Taumelbewegungen der Scheibe einmal. Wenn zusätzlich die Zahnung 118 der Taumelscheibe neunzig Zähne und der Zahnkranz 114 des Ringbereichs 116 neunundachtzig Zähne aufweisen, dreht sich die Scheibe je neunzig rundherum verlaufende Taumelbewegungen um eine vollständige Umdrehung vorwärts, das heißt in Richtung der Phasenumschaltungen. Unter diesen Bedingungen dreht sich die Welle 13S in einer entgegengesetzten Richtung zu der Scheibe und macht eine vollständige Umdrehung (gegenüber dem Gehäuse) für je 90^ä rundherum verlaufende Taumelbewegungen. Für zwei 90:1-Übersetzungsverhältnissse in der gleichen Richtung ergibt sich ein Gesamtübersetzungsverhältnis von 45:1.

Aus F i g. 1 und 2 ergibt sich, daß die vom Magnetfeld auf die Taumelscheibe ausgeübte Kraft zwischen den beiden Zahnungspaaren wirksam ist. Da deren Horizontalpunkt ein Kugelzapfen ist, welcher axial »o (in Längsrichtung) frei längs der Welle beweglich, jedoch in Radialrichtung festgehalten wird, wird die Kraft zwischen den beiden Zahnungen derart unterteilt, daß beide Paare innerhalb des vorangehend erwähnten beschränkten Sektors ohne jegliche Tendenz as zu einer Lösung in Eingriff gehalten werden. Dies kann nicht auftreten, wenn der Schwenkpunkt der Verzahnungen auf einen festen Punkt längs der Achse begrenzt ist, insbesondere dann nicht, wenn er an der Welle befestigt ist, sofern nicht die Zahnungen präzisionsmäßig zur Erzielung eines genauen Eingriffs bearbeitet und über lange Betriebsperioden einem Verschleiß unterworfen sind. Das Problem der Aufrechterhaltung eines dichten Eingriffs zwischen den Zahnungen wird erschwert durch das Vorliegen von mehr als einem Paar oder Satz von Zahnungen und ist praktisch beim Nichtvorliegen eines »schwimmenden« Zapfenpunktes unlösbar.

Ähnliche Überlegungen ergeben sich auch tür die Doppelsiaioranordnung nach Fig. 4.

Eiine Abwandlung der Statorpole nach Fig. I und 2 ist in F i g. 5 und 6 gezeigt. Stan einer über den Umfang verlaufenden Anordnung der Pole auf einem gemeinsamen oder im wesentlichen gemeinsamen Magnetkern sind die Magnetpole radial angeordnet, wobei jede Gruppe von Nord- und Südpokn 190 bzw. 191 einem besonderen Magnetkern und einer besonderen Wicklung zugeordnet ist, beispielsweise den Bauelementen 194, 195. Durch diese magnetische Trennung benachbarter Pole ist es möglich, einen schnelleren Aufbau der magnetischen Kraftlinien bei jeder Phasenschaltung zu erzielen.

Eine weitere Abwandlung der Statorpole ergibt sich aus F i g. 7 und 8, denen zufolge ein Magnetring 20ΙΪ als Basis für den Magnetkern verwendet wird, wobei der Magnetring über Zonen in der veranschaulichten Weise permanent magnetisiert ist, um wechselnd Nord- und Südpole zu schaffen, welche mit den Stellungen zusammenfallen, an denen magnetisch permeable Polstücke 202 an dem Magnetring angebracht sind. Die Feldwicklungen (beispielsweise 204, 205) sind um die nach oben ragenden Polstilckc entsprechend denjenigen nach F i g. 1, 2 gewickelt.

Diese Anordnung ergibt eine magnetische Sperrklinke, die die Taumelscheibe mit den ihr am nächsten gelegenen Polen in Berührung hält, wenn die Eregung der Phasen aufhört, da sich die auf die Taumelscheibe ausgeübte Anziehungskraft umgekehrt mit dem Quadrat des Abslands des Pols zu derselben ändert. Demgemäß kann die Taumelscheibe ohne Notwendigkeit zur Abgabe von Kraft an den Motor festgehalten oder eingerastet sein, was bei bestimmten Anwendungsfällen, beispielsweise bei einem Bandvorschub, günstig ist, wo der Betrieb intermittierend in Abhängigkeit von der Aufzeichnung einer Information unterbrochen wird.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche: zwischen den verschiedenen miteinander zusammen wirkenden Zahnungen vermieden ist, das bei unregel mäßigem Zuschnitt oder nach längerem Betrieb zwi sehen diesen entsteht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei deir Schrittmotor der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Art dadurch gelöst, da£ der Kugelzapfen axial zur Welle des Motors beweglich gelagert ist. Hierdurch ist die Taumelscheibe längs der Welle des Motor beweglich, so daß unterschiedliche Abmessungen der Zähne und der nach längerer Zeil auftretende Verschleiß ausgeglichen werden. Aul diese Weise können die Herstellungskosten betiächt-

1.'Schrittmotor mit einer wenigstens eine erste Zahnung aufweisenden Taumelscheibe, die dreh- und schwenkbar auf einem die Welle des Motors umschließenden Kugelzapfen gelagert ist und die wenigstens einer eine zweite Zahnung aufweisenden Räche eines mit der Welle fest verbundenen ersten Konstruktionsteils mit einem i° Abstand jjegenübersteht und die durch untereinander und gegenüber der Welle jeweils in gleichen Abständen in wenigstens einer Ebene angeordnete und nacheinander erregbare Elektromagnete

derart auslenkbar ist, daß die Zähne der beiden >5 hch vermindert werden, wed weniger genaue Zu-Zahnungea in einem begrenzten Bereich jeweils schütte notwendig suid Ferner wird hierdurch die miteinander in Eingriff kommen, wobei die Zahn- Lebensdauer betrachtlich erhöht,
zahlen der ersten und zweiten Zahnungen unter- Eine bevorzugte Weiterbildung des erfindungsge-

schiedlich sind, dadurch ge kennzeich η et, mäßen Schrittmotors ist Gegenstand des Unterdaß der Kugelzapfen (47; 147) axial zur Welle *o anspruchs 2. Durch die vom Unteranspruch 2 er-(35; 135) des Motors beweglich gelagert ist. faßten Maßnahmen wird erreicht, daß die von der

2. Schrittmotor nach Anspruch 1, dadurch ge- Taumelscheibe auf die Welle des Motors wirkende kennzeichnet, daß die auf dem axial verschieb- Kraft auf mehrere Zahnungen verterit und so eine baren Ku|-elzapfen (47; 147) gelagerte Taumel- sicherere Kraftübertragung und höhere Lebensdauer scheibe (43; 143) eine dritte Zahnung (Zahnkranz 25 erzielt wird.

50; 118) und ein zweites feststehendes Konstruk- An Hand der in der Zeichnung dargestellten Aus

führungsbeispiele wird die Erfindung naher erläutert. Es zeigt
F i g. 1 die zum Teil aufgebrochene Draufsicht auf

tionsteil eine der dritten Zahnung gegenüberliegende vierte Zahnung (Zahnkränze 52; 114) aufweisen, die bei Erregung der ein- oder beidseitig

zur Taumelscheibe jeweils in einer Ebene ange- 3« die Stirnseite eines Schrittmotors,
ordneten Elektromagneten (20; 125, 127) mitein- F i g. 2 den Schnitt 2-2 der F jj. 1,

ander in einem begrenzten Bereich in Eingriff kommen.

35

F i g. 3 eine perspektivische Darstellung von Zähnen miteinander in Eingriff stehender Zahnungen des Schrittmotors der Fi g. 1 und 2,

F i g. 4 den Axialschnitt eines Schrittmotors mit Doppelstator,

F?g. 5 eine radiale Statoranordnung in Stirnansicht,

F i g. 6 den Schnitt 6-6 der F i g. 5,

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schrittmotor 40 Fig. 7 und 8 einen vormagnetisierten Statoraufder im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschrie- bau zur Bildung einer magnetischen Sperrklinke in benen, aus der GB-PS 4 11 282 bekannten Art. einem Digitalschrittmotor in Seiten- bzw. Stirn-

Derartige Schrittmotoren arbeiten im Prinzip zwar ansicht.

zufriedenstellend, zur Aufrechterhaltung einer voll- Ein ringförmiges Gehäuse 1© gemäß Fig. 1 und 2

kommen form schlüssigen Berührung zwischen den 45 besteht im wesentlichen aus zwei koaxialen zylin-Zahnungen, d.h., um einen vollständigen Eingriff drischen Wandungen 12, 13, die an einem gemeinzwischen jedem Zahnungspaar zu erzielen, sind ver- samen Ende 15 durch eine Stirnwand 17 miteinander hältnismäßig genaue Zuschnitte erforderlich, die verbunden sind. Das Gehäuse 10 besteht aus unnaturgemäß diiä Herstellungskosten ungünstig beein- magnetischem Material. Feldwicklungen 20 sowie flüssen. Ferner wird die Sicherheit der formschlüs- 50 ein Magnetkern 21 eines Statorteils 25 eines Schrittsigen Kraftübertragung nach längerem Betrieb durch motors werden vom Gehäuse aufgenommen und teilden auftretenden Verschleiß der Zähne beeinträch- weise umschlossen.

tigt, insbesondere wenn die Zähne der neuen Zah- Der Magnetkern 21 besteht aus einem Streifen aus

nungen unterschiedliche Abmessungen aufweisen. magnetisch permeablem Blech., der in aufeinander-Hierdurch entstehen ungleichförmige Drehungen der 55 folgenden Lagen ringförmig oder toroiriförmig ge-Zahnungen, d. h., es treten während jeder Umdrehung wickelt ist. Der Magnetkern ist mit unter einem Win-Beschleunigung;en und Verzögerungen auf, wodurch kel voneinander befindlichen Schlitzen 30 versehen, die ungleichmäßige Abnutzung noch verstärkt wird. die Feldwicklungen 20 aufzunehmen, die auf aufein-Es ist zwar denkbar, hohe Herstellungstoleranzen anderfolgende Lamellen des Magnetbleches gewickelt und das durcli den Verschleiß entstehende Spiel So sind, aus dem der Magnetkern besteht. Die FeIddurch elastische Einrichtungen, beispielsweise Fe- Wicklungsanschlüsse sind durch das Gehäuse herausdern, zu vermeiden, durch die die Zähne der Zah- geführt.

nungen aneinandergedrückt werden. Dabei muß je- Polflächen 32 des Magnetkerns 21 sind in einem

doch zur Überwindung der Federkraft eine verhält- geringen Winkel 33, beispielsweise 1°, gegenüber der tiismäßig hohe !Energie aufgewendet werden, wodurch 65 senkrecht zur Magnetkernachse verlaufenden Ebene der Wirkungsgrad des Schrittmotors vermindert wird. zu einem nachfolgend noch erläuterten Zweck abge-

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, arbeitet.
:inen Schrittmotor zu schaffen, bei dem das Spiel Die Welle 35 des Motors ist in Lagern 37 und 38