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Schrittmotor Die Erfindung betrifft einen Schrittmotor, bestehend
aus einem Stator, der auf einer Ringfläche form- oder kraftschlüssige Mittel sowie
eine Vielzahl von auf einem zur Ringfläche koaxialen Ring angeordneten Magneten
trägt, deren in axialer Richtung wirkende, resultierende Kraft elektrisch steuerbar
ist und aus einem koaxial zu dem Ring drehbar gelagerten Rotor, der aus einer an
der Rotorwelle befestigten flexiblen Scheibe und daran koaxial zur Drehachse angeordneten,
den form- oder kraftschlüssigen Mitteln des Stators gegenüberliegenden korrespondierenden
Mitteln besteht, wobei der Rotor durch die Kraft der gesteuerten Magnete umlaufend
partiell verformt wird und dadurch der Ring der form- oder kraftschlüssigen Mittel
des Rotors auf denen des Stators abrollt, wobei die Differenz der aufeinander abrollenden
Umfangslinien pro Umlauf der Verformungswelle die Drehung des Rotors bestimmt.
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Ein solcher Motor ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 2 236
159 bekannt. Dort ist der Stator im Bereich der form-oder kraftschlüssigen Mittel
kegelförmig ausgebildet und
die entsprechenden Mittel auf dem scheibenförmigen
Rotor werden durch die partielle Verformung auf den Statorkegel aufgedrückt. Durch
das umlaufende Aufdrücken rollt der Rotor auf dem Stator ab und da die aufeinander
abrollenden Umfangslinien von Rotor und Stator, entsprechend ihren unterschiedlichen
Radien im unverformten Zustand des Rotors,unterschiedlich sind, bleibt am Ende eines
Andrückumlaufs ein Differenzwinkel übrig, um den sich der Rotor weitergedreht hat.
Hierbei ist es gleichgültig, ob Rotor und Stator Zahnkränze oder Reibbeläge aufweisen.
Der Reibbelag ist hier als Extremfall des Zahnkranzes anzusehen.
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Aus der genannten Offenlegungsschrift ergibt sich, daß die flexible
Scheibe aus ferromagnetischem Werkstoff sein soll, um die partielle Verformung zu
ermöglichen. Nachteilig hieran ist, daß sehr starke und damit große Magnete zur
Verformung benötigt werden.
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Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, diesen Nachteil zu
vermeiden und eine Möglichkeit der Verkleinerung des Schrittmotors zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß die Scheibe einen dem Magnetring
gegenüberstehenden Wulst aus auf magnetische Felder reagierendem Material aufweist
und daß dieser Wulst eine solche Flexibilität aufweist, daß die partielle Verformung
des Rotors möglich ist.
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In der deutschen Patentschrift 1 463 d06 ist eine Lösung für einen
solchen Motor beschrieben, bei dem am Rand der Scheibe ein Wulst aus magnetischem
Material vorgesehen ist.
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Da bei diesem Motor der Rotor eine Nutationsbewegung ausfuhren soll,
ist der Wulst starr. Die bei der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit der
partiellen Verformung
auftretenden Probleme treten bei dieser Entgegenhaltung
nicht auf. Andererseits hat die Lösung mit der partiellen Verformung der Scheibe
den Vorteil, daß eine gleichzeitige Verformung an diametral gegenüberliegenden Stellen
möglich ist, wodurch eine Erhöhung des übertragbaren Drehmoments und eine symmetlische
Belastung des Motors gewährleistet ist.
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Die Erfindung ist bei Schrittmotoren anwendbar, bei denen der Stator
einen stumpfen Kegel darstellt, jedoch auch bei Motoren, bei denen die Statorfläche
eine flache Scheibe is-t, wobei die partielle Berührung zwischen Rotor und Stator
durch eine Verformung der flexiblen Rotorscheibe derart, daß zwei Wendepunkte zustande
kommen, bewirkt wird.
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Man kann den Wulst weichmagnetisch machen, wodurch es bei Auftreten
von Magnetkräften zur Anziehung eines Wulstteils in Richtung der Magnete kommt oder
aber auch permanentmagnetisch, wobei man je nach Polarität der resultierenden Magnetkraft
eine Anziehung oder Abstoßung erreichen kann. Eine Abstoßung kann ein Abheben der
form- oder kraftschlüssigen Mittel von den entsprechenden Satormitteln bedeuten
oder aber auch ein Andrücken der kraft- oder formschlüssigen Mittel des Rotors an
die auf der gegenüberliegenden Seite angeordneten korrespondierenden Statormittel.
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Die Flexibilität des Wulstes kann dadurch erreicht werden, daß dieser
Wulst aus einem Ring aus gummiartigem Material besteht, das magnetisch reagierendes
Material in entsprechender Menge, z.B. pulverförmiges Eisen oder Eisendrähte oder
Eisenlamellen in Feldrichtung, enthält. Günstig ist es, dem gummiartigen Material
aus Eisenkarbonyl reduziertes Eisen in Form kleinster Kügelchen beizumengen. Man
kann jedoch auch magnetisierbares Ferritmaterial in das elastische Mittel einlagern.
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Bei einer bevorzugten und realisierten Lösung ist der Wulst aus einer
Vielzahl von kreisring-sektorförmigen Plättchen aus Weicheisen oder permanentmagnetischem
Matezusamm n rial/gesetz, die einerseits die partielle Verformung zulassen und andererseits
das Material zur Verfügung stellen, um bei nicht zu großen Magneten die Verformung
zu bewerkstelligen.
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Als formschlüssige Mittel können in an sich bekannter Weise Zahnkränze
verwendet werden, wobei der Zahnkranz des Rotors bei gleicher Zahnteilung wenigstens
einen, bei gleichzeitiger Ansteuerung an diametral gegenüberliegenden Stellen wenigstens
zwei Zähne mehr aufweist. Es können auf beiden Seiten auch Reibbeläge verwendet
werden.
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Es hat sich hinsichtlich der Gleichheit der aufeinanderfolgenden Schritte
des Motors als günstig erwiesen, bei Verwendung eines Statorkegels, auf dem der
Rotor abrollt, den Abstand zwischen der Spitze dieses Kegels und dem Einspannungsmittelpunkt
der flexiblen Scheibe zu optimieren, so daß es kaum oder nicht zu einem bereichsweisen
spiralförmigen Verlauf des Rotorrands mit Verspannen der flexiblen Scheibe und danach
zum Ausgleich mit radialem Gleiten des in Eingriff befindlichen Rotorteils auf dem
Stator kommt. Man kann diesen optimalen Abstand experimentell ermitteln. Günstigerweise
wird der Abstand einstellbar gemacht.
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Anhand der Zeichnung sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung näher
erläutert werden. Es zeigen Fig. 1 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Schrittmotors, wobei in der oberen Hälfte ein Reibbelag als kraftschlüssige
Mittel
rotor- und statorseitig angenommen ist und in der unteren Hälfte Zähne als formschlüssige
Mittel dargestellt sind Fig. 2 eine Aufsicht auf den Schrittmotor von links gesehen
und zwar teilweise auf den kompletten Motor, teilweise bei weggenommener Scheibe
und teilweise bei weggelassenem Rotor.
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Der Statorgrundkörper ist in Fig. 1 mit 1 bezdichnet. Er die trägt
eine Vielzahl von U-förmigen Jochen 2,/um die Wicklungen 3 gelegt sind. Bei Erregen
der Spule 3 wird der Wulst 4, der von der flexiblen Scheibe 5 getragen wird, an
die Polschuhe 7 partiell angezogen. Hierbei gelangen Zähne der Zahnkränze 6 und
d partiell in Eingriff. Da der Zahnkranz 6 des Rotors bei gleicher Zahnteilung wenigstens
einen Zahn mehr als der Zahnkranz d des Stators hat, ergibt sich nach einem Umlauf
der Verformungswelle, der durch nacheinander erfolgendes Zu- und Abschalten von
Magneten erzeugt wird, ein durch die unterschiedliche Zahnzahl bestimmter größerer
Umlaufwinkel des Rotors 4, 5, d. h., der Rotor und damit dessen Welle 9 läuft stark
untersetzt in Richtung der umlaufenden Verformungswelle um.
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Die Fläche des Rotors, auf der der Rotor abrollt, ist kegelförmig
ausgebildet, wobei der Öffnungswinkel des schwach eingezeichneten Kegels - wie sich
aus dem eingezeichneten Winkel OGergibt - etwas weniger, als 1000 ist. Um eine in
allen Schritten möglichst gleiche Schrittgröße zu erzielen, d.h., um einen bereichsweise
spiralförmigen Verlauf des sich in Eingriff befindenden Rotorrands zu vermeiden,
muß man den Abstand a zwischen Kegelspitze und Binspannmittelpunkt des Rotors optimieren,
was durch Versuche erreicht
wird. Dieser optimale Abstand a ist
von Kegelwinkel 2 ot und der Steifigkeit der flexiblen Scheibe abhängig, die ihrerseits
so ausgebildet sein muß, daß sie einer Verformung in Richtung der Rotationsachse
eine geringe Kraft entgegensetzt, dagegen jedes auf sie übertragene Drehmoment weitgehend
ohne Verformung auf die Welle 9 weitergibt.
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Während in der unteren Hälfte der Fig. 1 Zähne angenommen und dargestellt
sind, sind in der oberen Hälfte Reibbeläge 10 auf dem Wulst und dem Körper 1 unterstellt.
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Die Fig. 2 zeigt im Bereich 20 eine Aufsicht auf den Schrittmotor
der Fig. 1 von links gesehen!im Bereich 21 eine Aufsicht bei weggelassener flexibler
Scheibe 5 und im Bereich 22 sowie in der oberen Hälfte eine Aufsicht auf den Stator.
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In Fig. 1 war offengelassen, wie die Flexibilität des Rotorwulstes
erzielt wurde. Es kann z.B. ein Wulst aus Gummi mit Einlagerungen aus Eisen in der
oben beschriebenen Form sein. In Fig. 2 ist dagegen die Flexibilität durch die Zusammensetzung
des Wulstes durch eine Vielzahl von ringsektorförmigen Plättchen 23 erzielt, die
auf der Scheibe Z.B.Sind aufgenietet sein können. In der unteren Hälfte der Zeichnung
Zähne 8, in der oberen Beläge 10 angenommen.
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Die Verwendung der Plättchen bringt den Vorteil, daß eine partielle
Verformung des Wulstes 4 möglich ist und daß man trotzdem mit relativ kleinen Magneten
zurechtkommt, da durch das im Wulst vorhandene magnetische Material es ohne allzu
große Magnete zum sicheren partiellen Anziehen des Rotors kommt.
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- Patentansprüche -