DE2249648B2

DE2249648B2 - Schrittmotor mit schwingungsdaempfung

Info

Publication number: DE2249648B2
Application number: DE19722249648
Authority: DE
Inventors: Gerhard 7730 Villingen; Bausch Edmund 7716 Geisingen Mutz
Original assignee: Binder Magnete Gmbh, 7730 Villingen
Priority date: 1972-10-11
Filing date: 1972-10-11
Publication date: 1976-11-11
Also published as: CH563077A5; FR2203211B1; DE2249648A1; US3890514A; GB1447120A; IT1000050B; FR2203211A1

Description

versetzt werden muli. Außerdem ist der ^*rrü:L_{er a}n die axiale Stirnseite des Schrittmotors so daß er auch die Außenabmessungen des fwesentlich vergrößert

der DT-OS 2108 001 ist ein Schrittmotor it der aus mehreren axial aneinandergefügten - _und Rotorabschnitten besteht Zur Dämpfung jS Rotorschwingungen ist bei diesem Schrittmotor Öl sehen dem Rotor und dem Stator vorgesehen, das ?Schwingungsbewegung durch seine Viskosität

ft Dieses öl dämpft jedoch nicht nur die Snjmngsbewegung _des Rotors um seine neue ohelage beim Fortschalten, sondern insbesondere rh die gesamte Drehbewegung des Rotors, so daß ein Stzlicher Energieverlust und eine Verringerung der ^Schallgeschwindigkeit auftritt.

Auch aus der DL-PS 76 727 ist ein aus mehreren axial Jr„einander angeordneten Rotor- und Statorab-"Ltten aufgebauter Schrittmotor bekannt. Schließlich ist aus der FR-PS 20 67 148 ein Schrittmo-

bekannt bei dem der Rotor als beidseitig gelagerter Hnhlzvlinder ausgebildet ist. Es ist dort darauf h'neewiesen. daß ein solcher Rotor weniger sehwin- »unesanfallig ist als ein massiver Rotor. Zusätzliche Dämpfungsmaßnahmen sind jedoch nicht

^an!!,^g _e ^e _dtese bekannten Schrittmotoren besitzen einer, nermanentmagnetischen Rotor, während die für die Dämpfung vorgesehenen Drehkörper aus einem nicht magnetischen Material bestehen.

Aufgabe der Erfindung ist es. einen Schrittmotor zu erhaffen bei welchem eine Schwingungsdämpfung bewirkt'wird, ohne daß die Außenabmessungen des Motors vergrößert weiden und insbesondere ohne daß die schwingungsdämpfung eine zusätzliche träge Masse erforderlich macht, die beim Fortschaken in Bewegung gesetzt werden muß und dadurch einer Erhöhung der Schaltfrequenz entgegensteht.

Diese Aufgabe wird bei einem Schrittmotor der „ineangs genannten Art nach der Erfindung dadurch TlL daß der Schrittmotor ein Relukianzschrittmotor L· bei dem der Rotor mit der Rotorwelle fest und nut Hem oder den Drehkörpern durch Reibung kraftschlussie verbunden ist, und daß der oder die Drehkörper aus weichmagnetischem Material bestehen und zummdest zum Teil den vom Stator erzeugten magnetischen HuIJ ^müegensatz zu den bekannten Schrittmotoren mit

nermanentmagnetischem Rotor besitzt bei dem als

Reluktanzmotor ausgebildeten erfindungsgemaßen

Schrittmotor der Rotor kein e.genes Magnetfeld,

sondern dient nur zur Führung des Magnetfeldes des

Siatorsystems, wobei sich der Rotor .η diesem

Magnetfeld in den Ruhestellungen so ausrichtet daß der

magnetische Widerstand des aus Stator und Rotor

Sehenden Systems minimal wird. Die zur Dämpfung

Eden Drehkörper müssen nicht als zusätzliche

t Le Masse dem Rotor hinzugefügt werden. D.e

ebenfalls aus weichmagnetischem Material bestehenden

Drehkörper werden vielmehr ebenfalls zur Führung des

vom Stator erzeugten Magnetflusses verwendet, so daß

Äsen Magnetfluß führende Querschnitt des Rotors

und damit die träge Masse des Rotors verringert sich daher in bezug auf Gewicht und Abmessungen besonders gut für eine Verkleinerung. Außerdern eignet sich der erfindungsgemäße Schrittmotor besonders tür eine Erhöhung der Schaltfrequenz, da die gennge Rotormasse ein schnelles Ansprechen und die Dämpfung eine minimale Einschwingdauer ermöglichen.

In einer Ausführungsform der Erfindung besteht der Rotor aus einem beiderseits drehbar gelagerten Hohlzylinder und der Drehkörper ist innerhalb des Hohlzylinders in einem flüssigen Medium ge'agert

Die reibschlüssige Verbindung zwischen Drehkörper und Rotor kann dabei dadurch verbessert werden, daß die Oberfläche des Drehkörpers und/oder die nnent lache des Hohlzylinders aufgerauht sind. In einer Ausführungsform weisen die Oberfläche des Drehkörpers und/oder die Innenfläche des HoWzylinders Vertiefungen in Form von axial verlaufenden Nuten au

In einer anderen Ausführungsform der Erf.ndung ist der Rotor massiv ausgeführt und we.st mindestens einen ringförmigen Einschnitt zur Aufnahme jewels eines koaxial zur Rotorachse verdr. hbar gelagerten ringförmigen Drehkörpersauf. _f ,

Eine einfache Herstellung des Rotors dieser Ausfuhrungsform ergibt sich, wenn der Rotor mehrere axa hintereinander angeordnete Te.lstücke mn evve. s einem ersten zylindrischen Abschnitt /ur Aufnahme der ringförmigen Drehkörper mit geringerem und einem zweiten zylindrischen Abschnitt mit größeren Durch messer enthält und wenn eine Begrenzungsscheibe mit entsprechend größerem Durchmesser an den eisten Abschnitt des ersten Teilstückcs anschließt.

Die Lagerung des Rotors kann m dieser Ausfulungsform in der We.se ausgeführt weraen daJ,c Begrenzungsscheibe Te.l e.nes einen ^»^ aufweisenden Abschlußstückes ,st und daß,da s le zt Tcilstück des Rotors im Anschluß an den zweiten zylindrischen Abschnitt mit einem dem ersten cntspie chenden zweiten Wellensiumpf ausgestattet>^sl,

Zweckmäßigerweise können die den Rotor bildenden Te«Ä die' Wellenstümpfe und die Bremsscheibe mittels eines zentral angeordneten Verb.n dungsbolzens zusammengehalten sein. .

Um ein die Dämpfung verhinderndes Anhaften der ringförmigen Drehkörper an dem massiven Rotor vermeiden können zweckmäßigerweise zwischen den ■n Axtalrichtung weisenden Stirnflächen derrjta een Drehkörper und den an diesen Stirntlacnen anliegenden Rotorflächen Scheiben aus nichtmagnet,-schem Material angeordnet sein. _naf,h~tehend

Der Gegenstand der Erf.ndung _ ist nach, enend anhand von zwei Ausführungsbe.sp.elen, die in der Zeichnung schematisch dargestellt sind, im einzelnen erläutert. In diesen zeigt . ,

Fig.l einen Axialschnitt e.nes Schrittmotors ohne Lagerdeckel nach einem ersten Ausfuhrungsbeispiel gemäß der Erfindung, .. ·

F ig. 2 einen Radialschnitt längs der Linie H-H m

^F ng 3 einen Axialschnitt e.nes Rotors nach einem zweiten Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung und F i g. 4 eine Vorderansicht des Rotors nach F ^ 3. ^

Im laeaiiaue bedeutet die erfindungsgemäße Schwingungsdämpfung durch die Drehkörper daher überhaupt

keine Vergrößerung der Masse und der Abmessungen aus gleichfalls lamellierten, haiDscnaiwiui im₆w.., Λ«·« Rotors. Der erfindungsgemäße Schrittmotor eignet 16,26,3b, konzentrisch gewickelten Statorspulen

3c und dem gemeinsamen Rotor 4. Die die Statorsysteme zusammenhaltenden und den Rotor lagernden Lagerdeckel sind nicht dargestellt.

Der Rotor 4 besteht aus einem Hohlzylinder 4a, in dessen öldicht abgeschlossenem Hohlraum ein als Schwingungsdämpfung dienender Drehkörper 4b mit geringem radialem Abstand in öl 4c od. dgl. flüssigem Medium gelagert ist. An beiden Enden ist der Hohlzylinder 4a mit Wellenstümpfen 4c/ versehen, an welchen Abtriebswellen, Steuerscheiben od. dgl. anbringbar sind.

Zur Erhöhung der Viskositätsreibung sowie zur Verringerung von Wirbelstromverlusten ist der Drehkörper mit axial verlaufenden Nuten 4e versehen.

Insbesondere aus F i g. 2 sind ferner die Polschuhe Ie der vorderen Polscheibe la sowie die Polschuhe 4/"des Rotors 4a zu erkennen. In dieser Figur sind die halbschalenförmigen Joche \b mit gestrichelten Linien angedeutet.

Ohne Viskositätsreibung arbeitet der mit den F i g. 3 und 4 dargestellte Rotor eines zweiten Ausführungsbeispieles. Dieser Rotor setzt sich aus den Teilstücken 5 bis 8 zusammen, die jeweils zylindrische Abschnitte mit geringerem Durchmesser 5a bis 8a und Abschnitte mit größerem Durchmesser 5b bis 8b aufweisen. Zur Dämpfung sind auf den Abschnitten 6a bis 8a der Teilstücke 6 bis 8 zwischen den Abschnitten 5b bis Sb den Zwischenraum ausfüllende ringtörmige Drehkörper 6c bis 8c mit Reibung verdrehbar gelagert.

Der Abschnitt 5a des in F i g. 3 linken Teilstückes 5 und ein entsprechend ausgebildeter Abschnitt 8c des rechten Teilstückes dienen jeweils als Wellenstümpfe, mit welcnen der Rotor in nicht dargestellter Weise im Statorgehäuse gelagert ist. Sämtliche Teilstücke sind zentral in axialer Richtung durchbohrt, wobei die Bohrung des Teilstückes 8 mit einem Innengewinde 8e und die Bohrung des Teilstückes 5 mit einer Ansenkung 5c versehen sind. Sie werden mit einem gemeinsamen axialen Schraubbo'zen 9 zusammengehalten, dessen Kopf 9a in der Ansenkung 5c des Teilstückes 5 gelegen ist und dessen Gewindeteil 9b in das Gewinde 8e des Teilstückes 8 eingreift.

Die Abschnitte mit größerem Durchmesser 5b bis 9b aller Rotorteilstücke sind wie der Rotor gemäß F i g. 1 und 2 mit einer der Statorpolschuhzahl entsprechenden Anzahl von Polschuhen 5/" bis Sf ausgestattet, wie vor allem die Vorderansicht gemäß F i g. 4 deutlich macht.

Bei beiden Ausführungsbeispielen bestehen die als Reibungsdämpfer dienenden Drehkörper ebenso wie der Rotor aus weichmagnetischem Material, nämlich aus Eisen. Um zu vermeiden, daß di- ringförmigen Drehkörper 6c, 7c und 8c durch die Magnetisierung an den Rotorteilstücken 5 bis 8 haften, sind zwischen den seitlichen Anlageflächen Scheiben 5g bis Sg aus nichtmagnetischem Material angeordnet. Erforderlichenfalls können zwischen den Berührungsflächen der Abschnitte 6a bis 8a und den Drehkörpern 6c bis 8c zusätzlich lsolierhülsen aus nichtmagnetischem Material vorgesehen sein oder deren einander berührenden Oberflächen mit entsprechendem Material beschichtet, z. B. verchromt sein.

Beide Schrittmotoren mit den erfindungsgemäß ausgebildeten Rotoren haben folgende Arbeitsweise.

Die nur aus F i g. 1 ersichtlichen Statorspulen Ic bis 3c werden nacheinander, also mit einer bestimmten Phasenverschiebung, 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 Drehkörper. Die Drehkörper werden durch Oberflächen- bzw. Viskositätsreibung mitgenommen. Nach Beendigung des Schaltschrittes führt der Rotor zwangsläufig für eine bestimmte Zeitdauer Drehschwingungen aus, bis er zur Ruhe kommt Da die Drehkörper mit den restlichen Teilen des Rotors nur durch Reibung gekoppelt sind, folgen sie der Schwingbewegung des Rotors verzögert. so daß eine Phasenverschiebung zwischen den Winkelgeschwindigkeiten des Rotors und der Drehkörper 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 Maßnahmen die Ausschwingzeit vergleichbarer Anordnungen auf 20 bis 30 % der sonst üblichen Zeit reduziert werden kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Schrittmotor mit einem Stator und mit einem Rotor, mit welchem zur Schwingungsdämpfung mindestens ein gegenüber dem Rotor verdrehbarer Drehkörper kraftschlüssig verbunden ist, der oder die durch Teile gebildet sind, die sich vollständig in die Form des Rotors einfügen, dadurch gekennzeichnet, daß der Schrittmotor ein Reluktanzschrittmotor ist, bei dem der Rotor (4; 5 bis 8) mit der Rotorwelle fest und mit dem oder den Drehkörpern (4b; 6c bis 8c) durch Reibung kraftschlüssig verbunden ist, und daß der oder die Drehkörper aus weichmagnetischem Material bestehen und zumindest zum Teil den vom Stator erzeugten magnetischen Fluß führen.

2. Schrittmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor aus einem beiderseits drehbar gelagerten Hohlzylinder (4a) besteht und daß der Drehkörper (4b) innerhalb des Hohlzylinders (4a) in einem flüssigen Medium gelagert ist.

3. Schrittmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Drehkörpers (4b) und/oder die Innenfläche des Hohlzylinders (4a) aufgerauht sind.

4. Schrittmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche dts Drehkörpers (4b) und/oder die Innenfläche des Hohlzylinders Vertiefungen (Nuten 4e^aufweisen.

5. Schrittmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (Teilstücke 5 bis 8) massiv ausgeführt ist und mindestens einen ringförmigen Einschnitt zur Aufnahme jeweils eines koaxial zur Rotorachse verdrehbar gelagerten ringförmigen Drehkörpers (6cbis 8c) aufweist.

6. Schrittmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor mehrere axial hintereinander angeordnete Teilstücke (6 bis 8) mit jeweils einem ersten zylindrischen Abschnitt (6a bis 8a) zur Aufnahme der ringförmigen Drehkörper (6c bis 8c) mit geringerem und einem zweiten zylindrischen Abschnitt (6b bis Sb) mit größerem Durchmesser enthält und daß eine Begrenzungsscheibe (5b) mit entsprechend größerem Durchmesser an den ersten Abschnitt des ersten Teilstückes (6) anschließt.

7. Schrittmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Begrenzungsscheibe (5b) Teil eines einen Wellenstumpf (5a) aufweisenden Abschlußstückes (5) ist und daß das letzte Teilstück (8) des Rotors im Anschluß an den zweiten zylindrischen Abschnitt (86) mit einem dem ersten (5a) entsprechenden zweiten Wellenstumpf (Sd) ausgestattet ist.

8. Schrittmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die den Rotor bildenden Teilstücke (6 bis 8), die Wellenstümpfe (5a, Sd) und die Begrenzungsscheibe (Sa) mittels eines zentral angeordneten Verbindungsbolzens (9) zusammengehalten sind.

9. Schrittmotor nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den in Axialrichtung weisenden Stirnflächen der ringförmigen Drehkörper (6c bis 8c) und den an diesen Stirnflächen anliegenden Rotorflächen Scheiben (5g bis Sg) aus nichtmagnetischem Material angeordnet sind.

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schrittmotor mit einem Stator und mit einem Rotor, mit welchem zur Schwingungsdämpfung mindestens ein gegenüber dem Rotor verdrehbarer Drehkörper kraftschlüssig verbunden ist, der oder die durch Teile gebildet sind, die sich vollständig in die Form des Rotors einfügen. Ein derartiger Schrittmotor ist aus der DT-OS 18 03 328 bekannt

Zur Vermeidung der bei Schrittmotoren nach dem ίο schrittweisen Weiterschalten auftretenden Drehschwingungen des Rotors um seine neue Ruhelage ist bei diesem bekannten Schrittmotor eine zusätzliche träge Masse in Form eines Drehkörpers vorgesehen, der gegenüber dem Rotor verdrehbar angeordnet und mit diesem kraftschlüssig verbunden ist.

Der aus einem nichtmagnetischen Material bestehende Drehkörper ist in Innern des topfförmig ausgebildeten Rotors angeordnet, wodurch sich eine raumsparende und kompakte Anordnung ergibt. Nachteilig ist jedoch, daß der zusätzliche dämpfende Drehkörper auch die beim Fortschalten des Schrittmotors zu beschleunigende Masse vergrößert, was die Fortschulteigens.chaften beeinträchtigt und insbesondere hohen Schaltfrequenzen entgegensteht. Weitere Nachteile dieses bekannten Schrittmotors bestehen d;irm. daß der dämpfende Drehkörper fest auf der Schritimotoruelle sitzt. wäJirend der Rotor lose verdrehbar über eine Feder mit dem Drehkörper verbunden ist. Dies führt dazu, daß der Schrittmotor nicht drehrichtungsunabhängig ist, was seine Anwendungsmöglichkeiten stark einschränkt. Weiter wird das Haltemoment dieses bekannten Schrittmotors nicht nur durch die Magnetkraft, sondern auch durch die Federkraft mitbestimmt, die zusätzliche Toleranzen zur Folge hat und insbesondere auch Ermüdungserscheinungen unterworfen ist. Die Positionierungsgenauigkeit des Schrittmotors wird dadurch verschlechtert. Die Verwendung einer Feder bedeutet außerdem zusätzlichen Montageaufwand. steht einer Verkleinerung des Motoraufbaus entgegen und läßt nur größere Schrittwinkel zu. Schließlich sind die Anlaufeigenschaften dieses bekannten Schrittmotors ungünstig, da beim Fortschalten zunächst der Rotor in Drehung versetzt wird und erst anschließend über die Feder der dämpfende Drehkörper mit der Welle in Bewegung kommt.

Aus der OE-PS 2 60 355 ist ein Schrittmotor bekannt, bei welchem der Rotor fest mit der Motorwelle verbunden ist, während ein zusätzlicher zur Dämpfung dienender Drehkörper über eine Reibungskupplung mit der Welle verbunden ist. Auch bei diesem bekannten Schrittmotor ist der Rotor topfförmig ausgebildet und der zusätzliche Drehkörper ist in diesen Rotor eingefügt. Nachteilig bei diesem Schrittmotor ist wiederum, daß der dämpfende Drehkörper eine Vergrößerung der tragen Masse darstellt, die beim Fortschalten in Drehung versetzt werden muß. Außerdem ist eine aufwendige Konstruktion der Reibungskupplung notwendig, die als Rollkupplung ausgebildet ist.

In der US-PS 3197 659 ist ein Schrittmotor beschrieben, bei dem die Schwingungsdämpfung durch einen Drehkörper bewirkt wird, der sich in axialer Richtung an Stator und Rotor des Motors anschließt und über eine Reibungskupplung mit dem Rotor in Verbindung steht. Abgesehen von der aufwendigen Konstruktion hat auch dieser Schrittmotor den Nachteil, daß der dämpfende Drehkörper die träge Masse vergrößert, die beim schrittweisen Fortschalten