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Transiatorischer elektrischer Schrittmotor Die Erfindung betrifft
einen translatorischen elektrischen Schrittmotor mit hintereinander angeordneten
Statorsystemen und einem Läufer zur direkten Umwandlung von dem Motor zugeführten
Impulsen in von der Anzahl der Impulse abhängige Weginkremente, wobei die Geschwindigkeit
des Läufers des Schrittmotors von der Impulsfrequenz abhängig ist.
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Es sind elektrische 3chrittmotoren mit mehreren axial versetzten
Stator-Rotor-Systemen gleicher Polzahl und mit einer konzentrischen Ringspule Je
Statoreinheit bekannt. Der Rotor dieses Schrittmotors führt bei Erregung der Ringspulen
in vorbestimmter Reihenfolge bestimmte Drehbewegungen aus. Die Statoreinheiten sind
axial und radial versetzt und bestehen aus Je zwei Polkränzen mit dazwischenliegender
konzentrischer Ringspule und einem die magnetische Verbindung zwischen den Polkränzen
herstellenden Ring und sind in einem nichtmagnetischen Gehäuse angeordnet und durch
nichtmagnetische Zwischenringe voneinander getrennt. Die Rotoren der Schrittmotoren
dieser Art drehen sich um einen zur Anzahl der dem Motor zugeführten Impulse proportionalen
Winkel. Diese Drehung der Rotoren-wird dadurch bewirkt, daß die zahnförmigen Rotorpole
bei entsprechendem Stromfluß in den Ringepulen von den vorgesehenen zahnfdrmigen
Statorpolen angezogen werden.
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Diese rotatorischen Schrittmotoren besitzen jedoch den Nac1tell,
daß sie nicht direkt zur Erzeugung von genau abgstuften,
reproduzierbaren
Längsbewegungen von Teilen, wie z. B.
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Schlitten von MeÇgeräten zwecks Positionierung, verwendet werden können.
Zur ErZeug;>ng dieser Längsbewegungen muß die Drehbewegung des Rotors des Schrittmotors
mit Hilfe von Getrieben, z. B.
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Ritzel und Zahnstange oder Wälzschraubtrieb, in eine Längsbewegung
des zu bewegenden Teils umgewandelt werden. Dazu ist ein erhöhter technischer Aufwand
erforderlich, und die zusätzlich dazwischengeschalteten Getriebe besitzen Reibung
und Spiel, wodurch die Bewegungsübertragung ungenau wird.
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Bei einem bekannten translatorischen Schrittmotor besteht der Stator
aus zwei zylindrischen Teilen, zwischen denen ein zylindrischer Permanentmagnet
angeordnet ist. Die dem im Inneren der zylindrischen Teile angeordneten Läufer zugekehrte
Innenfläche dieser Teile besitzt ein Gewinde, durch welches diese Innenfläche zahnartige
Vorsprünge erhält. Der Läufer besitzt gleichgroße, axialversezte Eindrehungen, durch
welche eine gezahnte Läufer oberfläche entsteht. In längsverlaufenden Schlitzen
der zylindrischen Statorteile, die die Statorpole voneinander trennen, sind die
Statoraricklungen angeordnet.
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Dieser Schrittmotor besitzt Jedoch den erheblichen Nachteil, daß
das Statorsystem einen hohen fertigungstechnischen Aufwand zu seiner Herstellung
erfordert.
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Die iSrfinduflg -verfolgt deshalb den Zweck, die Nachteile des Standes
der Technik zu beseitigen und einen Schrittmotor zu schaffen, bei welchem eine einfache
Fertigung ermöglicht rrtra
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
einen translatorischen elektrischen Schrittmotor zu schaffen, der es durch die Konstruktion
des Stators und Läufers in einfacher Weise ermöglicht, die Auflösung bzw. die Weginkrementgrbße
zu variieren.
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ErSindungsgemEß wird diese Aufgabe bei einem translatorischen elektrischen
Schrittmotor dadurch gelöst, daß der Läufer aus einer weichmagnetischen Gewindespindel
mit der Steigung t 0 besteht, daß die Polscheiben der Statorsysteme an ihren, dem
Läufer zugekehrten Flächen ein Gewinde besitzen und daß das Gehäuse aus einem nichtmagnetischen
Werkstoff besteht. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn der Läufer und die Polscheiben
ein Gewinde mit gleicher Steigung- besitzen. Ferner ist es günstig, wenn die Statorsysteme
magnetiseh gegeneinander isoliert sind.
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Um eine Material- und-Gewichteinsparung-zu erzielen, besteht der Läufer
aus einer hohlen Gewindespindel.
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Der erfindungsgemäße Schrittmotor besitzt gegenüber den rotatorisch
arbeitenden bekannten Schrittmotoren den Vorteil, daß er eine direkte Erzeugung
von genauen, abgestuften Längsbewegungen von Maschinenteilen, d. h.-ohne Zwischenschaltung
von Getrieben, gestattet. Der Läufer des Schrittmotors wird dazu direkt mit dem~zu
bewegenden Maschinenteil verbunden.
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Gegenüber dem bekannten translatorischen Schrittmotor besitzt die
erfindung den Vorteil einer einfacheren Konstruktion, indem die Statorsysteme baukastenartig
zusammengeaetzt sind.
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Hierdurch ist eine einfache Veränderung der Weginkrementgrdße des
Motors durch veränderung der anzahl der Statorsysteme und/oder
der
Steigung des Gewindes an Läufer und Polscheiben der Statorsysteme erzielbar.
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Die erfindung soll nachstehend an einem Ausfuhrungsbei spiel näher
erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt
durch den erfindungsgemäßen Schrittmotor und Fig. 2 einen Querschnitt I-I durch
den Schrittmotor.
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In einem Gehäuse 1, welches aus magnetisch nichtleitendem Material
besteht, sind gleichartig aufgebaute Statorsysteme 2; 3; 4; 5 und 6 axial hintereinander
angeordnet. Jedes dieser Statorsysteme besteht aus einer Ringspule 7, einem Rückschlußring
8 und Polscheiben 9 und 10. Diese Polscheiben 9 und 10 und auch der RUckschluBring
8 können sowohl aus Vollmaterial als auch aus Blechpaketen bestehen. Die Statorsysteme
2; 3; 4; 5 und 6 sind durch nichtmagnetische Zwischenlagen 11 magnetisch voneinander
isoliert und in dem erforderlichen Abstand voneinander gehalten. Ein translatorischer
Läufer 12 befindet sich konzentrisch in der Bohrung der Statorsysteme 2; 3; 4; 5
und 6 und ist in Lagern 13 und 14, die in Lagerschilden 15 und 16 angeordnet sind,
in Richtung seiner Achse verschiebbar gelagert. Er kann auch als ein hohler Kdrper
ausgebildet sein, um Gewicht einzusparen.
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Am Gehäuse 1 ist eine Klemmleiste 17 angeordnet, an welcher sich die
Anschlüsse 17' für die Stromzufuhr zu den einzelnen Ringspulen 7 der Statorsysteme
2; 3; 4; 5 und 6 befinden.
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Wie Fig. 2 zeigt, werden die einzelnen Statorsysteme im Gehäuse 1
mittels Paßfedern 18 gegen Verdrehung gegenüber dem Gehäuse 1 und zur gegenseitigen
Orientierung gesichert.
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Der Läufer 12 besteht aus einem ferromagnetischen Werkstoff mit geringen
Hystereseverlusten und ist als eine Gewindespindel mit einem Gewinde 19 ausgebildet
oder mit ringförmigen Eindrehungen versehen (Gewinde mit der Steigung 0).
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Analog zu dem Läufer 12 besitzen die Polscheiben 9 und 10 der Statorsysteme
2; 3; 4; 5 und 6 ebenfalls ein Gewinde 20 und 21, welches die gleiche Steigung besitzt,
wie das Gewinde 19 des Läufers 12. Bei einem Schrittmotor mit einem mit Eindrehungen
versehenen Läufer 12 weisen die Polscheiben 9 und 10 ebenfalls Eindrehungen auf.
Gemäß der Ausführung des Schrittmotors 1 nach Fig. 1 mit fünf Statorsystemen 2;
3; 4; 5 und 6 sind dieseStatorsysteme im Gehäuse 1 um einem Fünftel der Steigung
des Gewindes 19 des Läufers 12 versetzt angeordnet.
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Wird z. B. das Statorsystem 2 durch einen Strom erregt, so bildet
sich ein Magnetfluß aus, der über den RUckschlußring 8, die Polscheiben 9 und 10,
über die Luft spalte 22 und 23, und durch den Läufer 12 verläuft, und somit einen
geschlossenen Kreis bildet. Dieser Magnetfluß bewirkt eine magnetische Kraftwirkung,
die eine translatorische Relativbewegung des Läufers 12 gegenüber dem Gehäuse 1
verursacht.
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Diese translatorische Bewegung endet erst, wenn sich die Gewindegänge
des Läufers 12 und die der Polscheiben 9 und
10 einander gegenüberstehen.
Danach wird die Stromzufuhr zu dem Statorsystem 2 unterbrochen und das nächstfolgende
Statorsystem 3 erregt, wodurch sich der Läufer 12 einer bewegt, bis sich wiederum
die Gewindegänge des Läufers 12 und die der Polscheiben des Statorsystems 3 gegenüberstehen.
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In der beschriebenen Art werden nacheinander die einzelnen Statorsysteme
des Motors erregt, bis der gewünschte Verschiebeweg des Läufers 12 ausgeführt ist.
In diesem Ausführungs beispiel des Schrittmotors beträgt bei der Erregung eines
Statorsystems das vom Läufer 12 zurückgelegte Längeninkrement ein Fünftel der Gewindesteigung
des Läufers 12. Durch Veränderung der Anzahl der Statorsysteme und/oder durch eine
Veränderung der Gewindesteigung des Läufers 12 ist der Betrag des Längeninkrementes
veränderbar.
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Eine Erregung der Statorsysteme in umgekehrter Reihenfolge bewirkt
eine Verschiebung des Läufers in entgegengesetzter Richtung.