DE2249648A1

DE2249648A1 - Schrittmotor mit schwingungsdaempfung

Info

Publication number: DE2249648A1
Application number: DE2249648A
Authority: DE
Inventors: Edmund Bausch; Gerhard Mutz
Original assignee: Binder Magnete GmbH
Current assignee: Binder Magnete GmbH
Priority date: 1972-10-11
Filing date: 1972-10-11
Publication date: 1974-04-25
Also published as: FR2203211B1; CH563077A5; GB1447120A; IT1000050B; DE2249648B2; FR2203211A1; US3890514A

Description

Firma Binder Magnete KG, 7730 Villingen

Schrittmotor mit Schwingungsdämpfung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schrittmotor, der aus mehreren axial hintereinander angeordneten Statorsystemen und einem Rotor besteht. Bei Schrittmotoren, sind die Polschuhe der Statorsysteme bzw. der Rotor= abschnitte derart gegeneinander versetzt, daß der Rotor durch nacheinander erfolgende Erregung der Statorsysteme in Drehbewegung versetzt wird und je nach der üauer der Erregung und der Frequenz des Erregerfeldes einen bestimmten Drehwinkel durchläuft. Aufgrund dieser Eigen·«· schaft kann der Rotor in genau vorherbestimmbare .. Winkellagen gebracht werden, so daß er sich vor allem als Servomotor für Steuerungszwecke und dergleichen eignete Nachteilig ist hierbei, daß der Rotor nach Durchführung eines oder mehrerer Schaltschritte während einer mehr oder minder langen Ausschwingzeit Drehschwingungen aus« führt.

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Zur Verkürzung der Ausschwingzeit ist bereite «in Reibungsdämpfer bekannt, der aus einen mit einem Vellenende des Rotors verbindbaren Drehkörper in Form eines die·*· füllten Topfes besteht, der im Inneren einen schwimmend, d. b. frei verdrehbar gelagerten Kern aufweist« Bei dieser Anordnung wird die Drehenergie duroh die zwischen Kern, Ol und Topf vorhandene Reibung versehrt» wodurch die Aue«· schwingzeit verkürzt wird.

Die Verwendung eines derartigen Zusatzgerätes als Reibungsdämpfer bringt jedoch eine Anzahl von JFachteileu mit sich, so daß diese für viele Anwendungsswecke ungeeignet ist.

Einerseits wird durch den zusätzlichen Reibungsdämpfer das Trägheitsmoment und damit die Ansprechzeit dee Schrittmotors erhöht. Vor allem wird in jedem VaJUL der Rotor des Schrittmotors durch den zusätslißhen Reibungsdämpfer verlängert, so daß er einen größerenPlatzbedarf hat. Außerdem wird einer der beiden WellenatOmpfθ des Rotors belegt, so daß an diesem oft keine weitere Abtriebswelle oder keine Steuerscheibe angebracht werden kann. *

Mit der vorliegenden Erfindung wird ein Schrittmotor mit schwingungsgedämpftem Rotor vorgeschlagen, bei wel-

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cheitt diese Nachteile dadurch in sehr oafacher Weise be-

als

seitigt werden, dass der oder die Reibungsdämpfer wirkende Drehkörper integrierte (Peile des Rotors sind, die vorzugsweise zusammen mit diesem im magnetischen Hauptfluss der Statorsysteme gelegen sind.

Da der Rotor eines Schrittmotors ohnehin einen zur Führung des Magnetflusses bestimmten Mindestquerschnitf benötigt, ist nach dem erfindungsgemäßen Vorschlag eine Vergrößerung der Rotorabmessungen nicht notwendig, wobei der als Reibungsdämpfer wirkende Drehkörper zur Führung des Magnetflusses herangezogen werden kann.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel nach der Erfindung ist der Drehkörper innerhalb eines hohlzylindrisch ausgebildeten, beiderends drehbar gelagerten Rotors mit Reibung verdrehbar gelagert. Als Reibung wirkt hierbei entweder die zwischen Drehkörper und der Innenwand des Hohlzylinders auftretende Gleitreibung oder, wenn der Hohlzylinder in an sich bekannter Weise mit einem flüssigen Medium, S₀B. Öl gefüllt ist, die Viskosität sr eibung. Die Reibwerte und damit die Dämpfungswirkung können ferner dadurch erhöht werden, daß die Oberfläche des Drehkörpers und/oder die Innenfläche des Hohlzylinders aufgerauht ist/sind bzw. Einschnitte, insbesondere axial verlaufende Rillen, Hüten, Schlitze oder dgl. aufweist/aufweisen» welche gleichzeitig eine Reduzierung der Wirbelstromverluste bewirken.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel nach vorliegender

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.fc'i.'iiiC.'iÄio.f⁷ v'iro·:!. -Vür Bobyi^i-mu^Baaapruniv; ausschließlich aiii G-3.iii-i;:?eibun.g tischen aera liotor und einem oda.v Hißhreron. Drehkörper (ri) ausgomitzt. In dieses Fall ist der Rotor, der massiv ausgebildet sein kann* mit xifenigßtens einem ringförmigen Einschnitt versehen, in welchen als Reibungsdämpfer ein oder mehrere Ringe verdrehbar koaxial zur Rotoracbee gelagert sind.

Der Rotor mit Dämpfungsringen nach dem zweiten Aasführungsbeispiel eignet sich vor allera für baukastenartig zusammensetzbare Schrittmotore nach der Patentenmeldung P .... der Anmelderin. In diesem Fall empfiehlt es sich, wie ferner vorgeschlagen wird, den Rotor aus mehreren, axial hintereinander angeordneten Teilstücken zusammenzusetzen, welche jeweils einen zylindrischen Abschnitt mit geringerem und einem zylindrischen Abschnitt mit größerem Durchmesser aufweisen, wobei Jeweils auf den Abschnitten mit geringerem Durchmesser die Dämpfungsringe verdrehbar gelagert sind. Je nach der Anzahl der erforderlichen Statorsysteme kann ein Rotor mit einer entsprechenden Anzahl von Teilstücken zusammengesetzt und mit einem axialen Schraubbolzen verbunden «erden· Weitere konstruktive Einzelheiten dieses Vorschlages

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sind im einzelnen in der Figurenbeschreibung erläutert.

TJm ein Kleben der Dampfungsringe an den massiven Rotorteilstücken zu verhindern, ist es ferner möglich, zwischen den Dämpfungsringen und den Rotorteilstücken, insbesondere im Bereich der seitlichen Anlageflächen, Isolierscheiben aus nichtmagnetisehea Material vorzusehen.

Als Material für den Drehkörper bzw. die Dämpfungsringe eignet sich bei allen Ausführungsbeispielen Eisen oder dgl. weichmagnetisches Metall.

Der Gegenstand der Erfindung ist nachstehend anhand von zwei Aueführungsbeispielen, die in der Zeichnung schematisch dargestellt sind, im einzelnen erläutert. In diesen zeigen:

Figur 1 einen Axialschnitt des erfindungsge- Mäßen Schrittmotors ohne Lagerdeckel nach einem ersten Ausführungsbeiepiel gemäß der Erfindung,

Figur 2 einen Hadialschnitt längs der Linie

Pigur 1,

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Figur 3 einen Axialschnitt eines Rotors nach einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung und

Figur 4 eine Vorderansicht des Botors nach Figur 3°

Der mit den Figuren 1 und 2 veranschaulichte Schrittmotor besteht aus drei axial hintereinander angeordneten Statorsystemen mit lameliierten Statorpolscheiben 1a, 2a, 3 a, zwischen welchen aus nichtmagnetiechein Material bestehende Isolierscheiben 4 angeordnet sind, aus gleichfalls lameliierten, halbschalenförmigen Jochen 1b, 2b, 3b, konzentrisch gewickelten Statorspulen 1c, 2c, 3c und dem gemeinsamen Rotor 4» Sie die Statorsysteme zusammenhaltenden und den Rotor lagernden Lagerdeckel sind nicht dargestellt.

Der Rotor 4 besteht aus einem Hohlzylinder 4 a, in dessen öldicht abgeschlossenem Hohlraum der als Schwingungsdämpfer dienende Drehkörper 4 b in öl 4 c oder dgl. flüssigem Medium gelagert ist. Beiderends ist der Hohlzylinder 4 a mit Wellenstümpfen 4 d versehen, on welchen. Abtriebswellen, Steuefscheiben oder dgl. anbringbar sind.

Zur Erhöhung der Viskositätsreibung sowie zur Verringerung

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von Wirbelstromverlust en ist der Drehkörper mit axial, verlaufenden Buten 4 & versehen·

Insbesondere aus Figur 2 sind ferner die Polschuhe 1 e der vorderen Polscheibe 1 a so*?ie die Polschuhe 4 f des Rotorsylinders 4 a zu erkennen. In dieser Figur sind die halbschalenfönaigen Joche 1 b mit gestrichelten Linien angedeutet·

Ohne Yiskositätsreibung arbeitst der mit den Figuren $ und 4 veranschaulichte Sot or eines »weiten Ausf ührungsbeispielese Dieser Rotor setst sich aus den 'I'eilstücken 5=8 zusammen, die jeweils zylindrische Abschnitte mit geringerem Durchmesser 5 a ■- 8 a und Abschnitte mit größerem Durchmesser 5 h - 8 b auf^eisen_e Auf den Abschnitten 6 a - 8 a der Seüstücke 6-8 sind zwischen den scheibenförmigen Abschnxtten 5 b - 8 b den Zwischenraum ausfüllen» de Dämpfungsringe 6 c - 8 c mit Reibung verdrehbar gela<gert. Der Abschnitt 5 a des in Figur 3 linken ü}eilstüekes 5 und ein entsprechend ausgebildeter Abschnitt 8 d des rechten Seilstückes dienen jeweils als V/ellenstümpfe, mit welchen der Eotor in niehtjdargestellter Weise im Statorgehäuse gelagert ist* Sämtliche Seilstücke sind in axialer Richtung durchbohrt, wobei die Bohrung des Teilstückes 8 mit einem Innengewinde 8 e und die Bohrung des ieilstückes 5 mit einer &ngenkung 5 c versehen sind· Sie werden mit einem gemeinsamen axialen Schraubbolzen 9 zusammengehalten, dessen Kopf 9 a in der Ansenknng 5 c des Teilstückes 5 gelegen ist und dessen Gewindeteil_s9 b in das Gewinde 8e

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des Teilstückes 8 eingreift,

Die Abschnitte mit größerem Durchmesser 5 b - θ b aller Rotorteilstücke sind wie der Kotor gemäß Figur 1 und 2 mit einer der öt&torpolschuhzahl entsprechenden Anzahl von Polschuhen 5 f - 8 i* ausgestattet, wie tor allem die Vorderansicht gemäß Figur 4 deutlich macht.

Bei beiden Ausführungsbeispielen bestehen die als Reibungsdämpfer dienenden Drehkörper bzw» Dämpfungeringe aus weichmagnetischem Material, nämlich aus Eisen. Um zu vermeiden, daß die Dämpfungsringe 6c, 7 c und 8c durch die Magnetisierung an den Rotorteilstücken 5-8 haften, öind zwischen den seitlichen Anlageflächen Scheiben 5 B - 8 g aus nichtmagnetischem Material angeordnet. Erforderlichenfalls können zwischen den Berührungsflächen der Abschnitte 6 a - 8 a und der Dämpfungsringe 6 c - 8c zusätzlich Isolierhülsen aus nichtmagnetischem Material vorgesehen sein oder deren einanderjberührenden Oberflächen mit entsprechendem Material beschichtet, z.B. verchromt, sein.

Beide Schrittmotoren mit den erfindungsgemäß ausgebildeten Rotoren haben folgende Arbeitsweise.

Die nur aus Figur 1 ersichtlichen Statorspulen 1 c - 3 c werden nacheinander, also mit einer bestimmten Phasenver·=

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Schiebung,erregt, so daß der Rotor jeweils entsprechend der Polteilung um einen oder mehrere Schritte weitergedreht wird. Der von den Statorpolscheiben und den Jochen geführte Magnetfluß durchsetzt hierbei den Rotor einschließlich seiner aus weichmagnetischem Material bestehenden Reibungsdämpfer» Der Drehkörper bzw» die Dämpfungsringe werden durch Oberflächen- bzw. Yiskositätsreibung mitgenommen. Nach Beendigung des Schaltschrittes führt der Rotor zwangsläufig für eine bestimmte Zeitdauer Drehschwin~ gungen aus, bis er zur Ruhe kommt„ Da der Drehkörper bzw. die Dämpfungsringe mit den restlichen Teilen des Rotors nur durch Reibung gekoppelt sind, folgen sie der

Schwingbewegung des Rotors verzögert, so daß eine Phasen

Verschiebung zwischen den Winkelgeschwindigkeiten des Rotors und des Drehkörpers bzw. den Dämpfungsringen auftritt. Diese Phasenverschiebung der Drehschwingungen führt zu einer wesentlich rascheren Dämpfung, da die beim Anhalten des Rotors freiwerdende kinetische Energie durch zusätzlich auftretende Reibungsverluste verzehrt wird.

Versuche haben gezeigt, daß durch erfindungsgemäße Haßnahmen die Ausschwingzeit vergleichbarer Anordnungen auf 2o - Jo % der sonst üblichen Zeit reduziert werden kann*

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Claims

Patentanspr ü c h e

1.) Schrittmotor, bestehend aus mehreren,axial hintereinander angeordneten Statorsystemen und einem Rotor, mit welchem zur Schwingungsdämpfung wenigstens ein gegenüber diesem mit Reibung verdrehbarer Drehkörper verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß der oder die Drehkörper ( 4 b; 6c, ?o, 8c ) integrierte, vorzugsweise im magnetischen Hauptfluss der Statorsysteme gelegene Teile dee Rotors sind.

2. Schrittmotor nach Anspruch.1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor ( 4) aus einem beiderende drehbar gelagerten Hohlzylinder (4a) besteht, in welchem der Drehkörper (4b) mit Reibung verdrehbar gelagert ist,

3. Schrittmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehkörper (4b) innerhalb des Hohlzylinders (4a) in einem flüssigen Hedium, vorzugsweise in Öl, gelagert ist.

4. Schrittmotor nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Drehkörpers (4b) und/oder die Innenfläche des Hohlzylinders (4a) zur Erhöhung der Reibung aufgerauht ist bzw. Einschnitte, insbesondere axial verlaufende Rillen, Hüten, Schlitze ( 4 e) oder dgl. aufweist.

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Schrittmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der massiv ausgebildete Botor wenigstens einen ringförmigen Einschnitt aufweist, in welchem als Reibungsdämpfer ein oder mehrere Singe ( 6c, 7 c» 8c ) koaxial zur Eotorachse verdrehbar gelagert sind.

6» Schrittmotor nach Anspruch 5,dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor aus mehreren axial hintereinander angeordneten Teilstücken ( 6 - 8) besteht, die jeweils einen zylindrischen Abschnitt mit geringerem und einen zylindrischen Abschnitt mit größerem Durchmesser ( 6 a, 7 a_t 8 a bzw«, 6 b, 7 b, 8 b) aufweisen* und daß jeweils auf den Abschnitten mit geringerem Durchmesser ( 6 a, ? a, 8 a) die Dämpfungsringe ( 6c, 7c» 8 c) verdrehbar gelagert sind· ·

Schrittmotor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Dämpfungsringen (6c, 7c» 8 c) und dem Botor, insbesondere den seitlichen Anlageflächen der Rotorabschnitte mit größerem Durchmesser ( 5 b, 6 b, '? b, 8 b) ,Isolierscheiben aus nichtmagnetischem Material ( 5 SV 6 g_} 7 g» 8 g) angeordnet sindο ^:

8. Schrittmotor nach Anspruch 6 öder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Hötorteilstücke (- 5 - 8) mittels eines axialen Schraubbolzens ( 9) miteinander Verbunden Sind. ^! ' ■"-'■■- ■-'"■ .".".:..".-.':■ ■'--' :..,'-■ :.

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9« Schrittmotor nach Anspruch 8_¥ dadurch gekennzeichnet, daß der Hotor beideranas mit Abr>chlußstücken ( 5» 8) versehen ir.it, äie jeweils aus einer Begrenaungsseheibe ( 5 b_t 8b) mit größerem Durchmesser und einem Wellenstumpf ( 5 a, 8 ά) mit kleinerem Durchmesser bestehen und axiale Durchgangs- bzw« Gewinderbohrungen zur Auf nah ein des Verbindungybolaens ( 9) aufweisen.

1o- Schrittmotor nach einem odsr mehreren der Ansprüche 1 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehkörper (4b) bzw« die Dämpfungsringe ( 6 c, 7 c, 8 c) aus weichmagnetischen Material, insbesondere aus Eisen, bestehen»

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