DE2730041C2 - Taumelscheibenschrittmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Taumelscheibenschrittmotor, bestehend aus einem Stator, in dem mehrere Elektromagnete mit Polschuhen auf einem Ring angeordnet sind, aus einem koaxial zu diesem Ring drehbar gelagerten Rotor, dessen Abtriebswelle über eine Membran mit einem den Magnetpolen gegenüberliegenden Taumelring aus magnetischem Material starr verbunden ist, der durch eine nacheinander erfolgende Ansteuerung der Magnete in eine Taumelbewegung versetzt wird, bei der er mit seiner Eingriffsfläche auf einer Lauffläche des Stators mit etwas kleinerem Radius abrollt.

Ein solcher Motor ist beispielsweise aus dem Aufsatz »Positionieren mit verzahnten Taumelscheibenmotoren — ein neues Produkt der Raumfahrt«, erschienen in der Dornier-Post, Heft 1-2/1975, Seiten 38 und 39, bekannt. Dort ist sowohl eine Reibversion, d. h., die Eingriffsfläche des Rotors und die Lauffläche des Stators tragen Reibbeläge, als auch eine verzahnte Version, d. h., Eingriffsfläche und Lauffläche tragen eine Verzahnung mit unterschiedlicher Zähnezahl, beschrieben. Meist beträgt der Unterschied in der Zähnezahl 1. In beiden Fälien wird durch das nacheinander erfolgende Ansteuern der Magnete die Eingriffsfläche der Taumelscheibe auf der im Umfang etwas kleineren Lauffläche des Stators abgerollt. Nach einem Umlauf kommt damit eine Drehbewegung des Rotors um einen kleinen Winkel (z. S. entsprechend einem Zahn) zustande.

Neben der in der genannten Veröffentlichung bekannten Aufhängung des Taumelringes mittels einer Membran ist auch eine Verbindung zwischen der Abtriebswelle und dem Taumelring mittels eines Kardangelenks denkbar, was aber wegen des Kardanfehlers zu ungleichen Motorschritten führt. Solche Fehler treten dagegen nicht auf, wenn man — wie aus der genannten Veröffentlichung ebenfalls bekannt — eine Taumelscheibe benutzt, die mittels einer Kugel zentral gelagert

!5 Lt. Die Ausbildung der Lagerung dieser Kugel ist nicht ganz einfach. Außerdem ist diese Lagerungsmethode dort nicht anwendbar, wo in dem Motor aus konstruktiven Gründen eine zentrale Öffnung benötigt wii d.
Aber auch die Verwendung einer Membran zur Verbindung der Abtriebswelle mit dem Taumelring bringt Schwierigkeiten mit sich und zwar nicht aüeir.e wegen der von den Magneten zu überwindenden axialen Federsteifigkeit der Membran bei der Anziehung des Taumelrings durch die Magnete, als vielmehr dadurch, daß auch hier durch unterschiedliche Federsteifigkeit (Walzrichtung) in der Membran Änderungen der Motorschrittgröße zustande kommen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ausgehend von der Verwendung einer membrangekoppelten Taumelscheibe Maßnahmen einzuführen, die den Motor hinsichtlich der Schrittgenauigkeit verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Membran mit einer Reihe, ihre Kippsteifigkeit definierende, gleichmäßig verteilter Schlitze versehen •st.

Es hat sich gezeigt, daß bei Verwendung einer ungeschlitzten Membran die entgegengesetzten Auslenkungen des Taumelringes an diametral gvfinüberliegenden Stellen bei Einschaltung eines oder mehrerer Magnete entgegen den Erwartungen unterschiedlich groß ist, wenn die Auslenkung einen bestimmten Wert überschreitet, wobei bei steigender Auslenkung des Taumelrings steigende Auslenkungsdifferenzen zustandekommen.

Dies bedeutet, daß die Schwenkachse sich verlagert. Um das Abrollen der Eingriffsfläche des Rotors auf der Lauffläche des Stators zu erreichen, muß daher ein größerer Schwenkwinkel und damit ein größerer Schwenkweg des Taumelrings überwunden werden, was wegen des vergrößerten Luftspalts zu größeren Magneten führt.

Bei der erfindungsgemäß ausgebildeten Membran bleibt dagegen die Differenz der Auslenkungen bis zu sehr viel größeren Auslenkungen klein, d. h., es kommt nur zu einer unwesentlichen Verlagerung der Schwenkachse und damit des Beugungspunktes. Damit können mit dieser Ausbildung der Schwenkwinkel und der Schwenkweg, der für das Abrollen durchfahren werden muß, und damit auch der Luftspalt und die Elektromagnete bzw. deren Ansteuerstrom kleiner gehalten werden. Die Formgebung der Schlitze bestimmt das Verhältnis Torsions- zu Biegesteifigkeit. Dieses sollte aus funktioneilen Gründen möglichst groß sein. Als günstig hat es sich erwiesen, die Schlitze konzentrisch zur Rotorachse auf Kreisen unterschiedlicher Radien unterzubringen und die Schlitze benachbarter Kreise überlappen zu lassen. Günstig ist es weiterhin, die Zahl der

Schlitze hinsichtlich des sich einstellenden Kardanfehlers mit einer Mindestzahl entsprechend der Motorschrittgröße festzulegen. Vorzugsweise ist die Zahl der Schlitze ein Vielfaches der anzusteuernden Positionen.

Es hat sich gezeigt, daß man die Genauigkeit der Motorschritte noch verbessern kann, daß man die Membran aus zwei übereinanderliegenden Federblechteilen bildet, wobei die Walzrichtung der Bleche um 90° zueinander verdreht sind.

Schließlich hat es sich bei einer verzahnten Version als vorteilhaft erwiesen die Zahnkränze des Rotors und Stators außerhalb des Magnetkreises oder allenfalls in einen Nebenmagnetkreis zu legen. Bei Ansteuerung eines Magneten wird nämlich, wenn der Magnetkreis über die Zähne geschlossen wird, der Zahnkranz des Rotors nur so stark in den Zahnkranz des Stators eingreifen, als notwendig ist, um einen sättigungsfreien Obergang des Feldes zu erreichen. Bei Umkehr der Bewegungsrichtung wird deshalb ein zu kleiner erster Motorschritt Zustandekommen.

Anhand der Zeichnung soll ein Ausführungsbeispie! der Erfindung näher erläutert werden. Es zeig;

F i g. 1 einen Schnitt durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Motor,

F i g. 2 zur einen Hälfte eine Aufsicht auf den Stator und zur anderen Hälfte auf den Rotor,

F i g. 3 eine Aufsicht auf die Membran.

In F i g. 1 und 2 ist der nichtmagnetische Stator mit 1 bezeichnet. Er trägt sechzehn Elektromagnet^, die aus den Wicklungen 2 und den Polgehäusen 3 bestehen. Am Rand 4 trägt der Stator einen Zahnkranz.

Am Stator 1 ist mittels eines nicht näher dargestellten Lagers bei 5 die Rotorwelle 6 gelagert, die den Rotorblock 7 trägt, in dem die Membran 8 bei 9 mittels Schrauben oder Nieten und dem Einspannring 10 eingespannt ist. Die Membran trägt den Taumelring 11, der wie das Spulengehäuse 3 etwas kegelig ausgebildet ist und bei 12 einen Zahnkranz trägt, der einen Zahn mehr als der Statorzahnkranz (4) aufweist. Die Membran 8 ist auch in dem Taumelring 11 mittels eines Einspannringes 13 und Schrauben oder Nieten 14 eingespannt.

Die Membran ist aus mindestens zwei aufeinanderliegenden Federblechteilen (nicht dargestellt) zusammengesetzt. Diese können miteinander verklebt sein oder aber nur gestapelt und durch das Einspannen verbunden oder vernieiet sein, wobei dann eine 1 eibungserhöhende Zwischenschicht vorgesehen sein kann.

Fig.3 zeigt die Membran 8 in Aufsicht. Sie besteht aus drei radialen Zonen 8a, Sb und 8c, von denen die innere Sa und äußere Zone 86 zum Einspannen am Rotorblock 7 und Taumelring 11 dient und die mittlere, die eigentliche Membran darstellende Zone an vier Kreisen mit unterschiedlichen Radien mit Schlitzen 15 versehen ist. Die Schlitze benachbarter Kreise überlappen sich teilweise. Insgesamt sind die 32 Schlitze gleichmäßig verteilt und z. B. symmetrisch zu den Achsen 16 und 17 angeordnet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

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Claims (6)

Patentansprüche:

1. Taamelscheibenschrittmotor, bestehend aus einem Stator, in dem mehrere Eletctromagnete mit Polschuhen auf einem Ring angeordnet sind, aus einem koaxial zu diesem Ring drehbar gelagerten Rotor, dessen Abtriebswelle über eine Membran mit einem den Magnetpolen gegenüberliegenden Taumelring aus magnetischem Material starr verbunden ist, der durch eine nacheinander erfolgende Ansteuerung der Magnete in eine Taumelbewegung versetzt wird, bei der er mit seiner Eingriffsfläche auf einer Lauffläche des Stators mit etwas kleinerem Radius abrollt, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran mit einer Reihe ihre Kippsteifigkeit definierende, gleichmäßig verteilter Schlitze versehen ■st.

2. Taumelscheibenschritimotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze mit sie trennenden Zwischensiegen auf mehrere zur Rotorachse konzentrischen Kreisen und gegeneinander verdreht angeordnet sind.

3. Taumelscheibenschrittmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Schlitze ein Minimum nicht vinterschreitet, nach Möglichkeit ein Mehrfaches der Zahl der durch die Magnete ansteuerbaren Positionen ist.

4. Taumelscheibenschrittmotor nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrar ius zwei Federblechteilen zusammengesetzt ist, deren Walzrichtunp in um 90° verschiedenen Richtungen liegen.

5. Taumelscheibenschntt'iioto'· nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Federblechteile eine Reibschicht eingebracht ist.

6. Taumelscheibenschrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß bei Ausbildung der Eingriffsfläche und der Lauffläche als Zahnkranz die Zahnkränze außerhalb des Hauptmagnetkreises liegen.