DE2525036A1 - Schrittmotor - Google Patents

Schrittmotor

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DE2525036A1
DE2525036A1 DE19752525036 DE2525036A DE2525036A1 DE 2525036 A1 DE2525036 A1 DE 2525036A1 DE 19752525036 DE19752525036 DE 19752525036 DE 2525036 A DE2525036 A DE 2525036A DE 2525036 A1 DE2525036 A1 DE 2525036A1
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DE
Germany
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rotor
stator
ring
bead
motor according
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Application number
DE19752525036
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English (en)
Inventor
Hans Prof Dr Ing Kleinwaechter
Juergen Dipl Phy Kleinwaechter
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Individual
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K41/00Propulsion systems in which a rigid body is moved along a path due to dynamo-electric interaction between the body and a magnetic field travelling along the path
    • H02K41/06Rolling motors, i.e. motors having the rotor axis parallel to the stator axis and following a circular path as the rotor rolls around the inside or outside of the stator ; Nutating motors, i.e. having the rotor axis parallel to the stator axis inclined with respect to the stator axis and performing a nutational movement as the rotor rolls on the stator
    • H02K41/065Nutating motors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)
  • Permanent Field Magnets Of Synchronous Machinery (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, diesen Nachteil zu vermeiden und eine Möglichkeit der Verkleinerung des Schrittmotors zu schaffen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • - Patentansprüche -

Claims (9)

  1. Patentansprüche 1. 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 Mittel 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, dadurch gekennzeichnet, 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.
  2. 2. Schrittmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wulst weichmagnetisch ist.
  3. 3. Schrittmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wulst permanentmagnetisch ist, wobei die gewählte Polarität der angesteuerten Magnete eine Anziehung oder Abstoßung bewirkt.
  4. 4. Schrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wulst aus einer Vielzahl von kreisringsektorförmigen Plättchen zusammengesetzt ist.
  5. 5. Schrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wulst aus einem Ring gummiartigen Materials besteht, das auf magnetische Felder reagierendes Material beinhaltet.
  6. 6. Schrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Rotor und Stator in an sich bekannter Weise als formschlüssige Mittel Zahnkränze tragen, wobei der Statorzahnkranz bei gleicher Zahnteilung wenigstens einen Zahn weniger aufweist.
  7. 7. Schrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Rotor und Stator einen Reibbelag aufweisen.
  8. o. Schrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Stator einen Abrollkegel aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen Einspannmittelpunkt der flexiblen Scheibe und der Spitze des Kegels im Sinne der Verhinderung eines bereichsweise spiralförmigen Verlaufs des abrollenden Rotorrands optimiert ist.
  9. 9. Schrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis d, dadurch gekennzeichnet, daß die flexible Scheibe hinsichtlich ihres Abstandes zum Rotor einstellbar ist.
    Leerseite
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3016126A1 (de) * 1980-04-25 1981-10-29 Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V., 3400 Göttingen Elektromagnetischer membranscheiben-stellmotor
DE3043233A1 (de) * 1980-11-15 1982-07-01 Teldix Gmbh, 6900 Heidelberg Schrittmotor
DE19754921A1 (de) * 1997-12-10 1999-06-17 Hirn Helmut Dipl Ing Elektromotor

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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DE3043233A1 (de) * 1980-11-15 1982-07-01 Teldix Gmbh, 6900 Heidelberg Schrittmotor
DE19754921A1 (de) * 1997-12-10 1999-06-17 Hirn Helmut Dipl Ing Elektromotor

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