DE3018738A1 - Schrittmotor mit taumelscheibe - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen Schrittmotor mit einer starren
• Taumelscheibe, die dreh- und schwenkbar mittels eines an der Welle des Motors angebrachten Schwenklagers befestigt ist und die mittels einer Vielzahl von nacheinander angesteuerten, axiale Kraftkomponenten erzeugende Magneten, die auf dem feststehenden Teil des Motors koaxial zur ringförmigen Auflagefläche Rotor - Stator angeordnet sind, auf dem feststehenden Teil des Motors aufgrund einer form- oder kraftschlüssigen Verbindung abrollt, wobei unterschiedliche Abrollradien oder Zähnezahlen von Rotor und Stator die Drehung des Rotors bestimmen und diese Drehung mittels eines Übertragungsgliedes auf die Abtriebswelle gelangt.
• Ein solcher Motor ist aus der DE-PS 17 63 078 und aus der US-PS 3 492 515 bekannt. Dort ist das Ubertragungsglied, welches die Rotation der Taumelscheibe auf die Welle überträgt, als Hilfszahnkranz bzw. als Klauenkupplung ausgebildet. Beide Übertragungsglieder weisen beträchtliche Übertragungsfehler, bedingt durch die Herstellgenauigkeit und das Spiel zwischen den beiden ineinandergreifenden Übertraggngselementen, auf.
• Außerdem muß bei der Übertragung mittels Hilfszahnkranz ein relativ großer Fertigungsaufwand getrieben werden, um ein einigermaven befriedigendes Ergebnis zu erreichen.
• Neben den Anordnungen der genannten Patentschriften ist aus der DE-OS 27 30 041 ein Schrittmotor bekannt, bei dem die ringförmige Taumelscheibe mittels einer Membran mit der Welle verbunden ist; hier wird die Lagerung der Taumelscheibe und auch die Übertragung der Drehbewegung mittels eines einzigen Elementes bewirkt. Damit ist zwar eine kostengünstige Lösung möglich, es entstehen aber bei dieser Anordnung durch Vorzugsrichtungen und Schlitz anordnungen der Membranscheibe unterschiedliche am Umfang wirkende Federkräfte, die zusammen mit einem nicht genau definierten Kippunkt der Membranscheibe einen für manche Anwendungsfälle zu großen Schrit-twinkelfehler ergeben.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Übertragung der Drehbewegung auf die Welle dahingehend zu verbessern, daß die Schrittwinkelgenauigkeit noch gesteigert wir. Gelöst wird diese Aufgabe, ausgehend von den eingangs erwähnten Merkmalen, durch ein Übertragungsglied zwischen Taumelscheibe und Welle, das als elastisches Element, welches hohe Torsionssteifigkeit und eine über den gesamten Umfang gleichgroße angulare Federkonstante aufweist, ausgebildet ist.
• Das elastische Element, welches kein durch Walzrichtung des Werkstoffs unterschiedliches Federrückstellmoment und kein Übertragungsspiel besitzt, wird vorzugsweise auf einem relativ kleinen Durchmesser zentrisch zur Motorwelle angebracht.
• Dadurch, und durch eine konstruktiv günstige Ausbildung des Elements, z.B. große wirksame Federlänge, wird die angulare Federkonstante in bezug auf die Schrittwinkelgenauigkeit vernachlässigbar gering, die Torsionssteifigkeit ändert sich nur unwesentlich.
• Um die Genauigkeit des Motors in bezug auf die Schrittgröße noch zu steigern, sind gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Polflächen der Magnete so ausgebildet, daß der Winkel, über den sich die Polflächen erstrecken, nur ein geringer Teil des Polteilungswinkels beträgt. Dadurch wird ein Anziehen des Rotors bei Erregung eines Magneten nur innerhalb einer eng begrenzten Lage möglich, die direkt in die Schrittgenauigkeit eingeht. Um trotz dieser Maßnahme ein bei hoher Ansteuerfrequenz der Magnete sicheres Abrollen der Taumelscheibe auf dem Stator zu ermöglichen, ist es nötig,-die Ansteuerzeit der Magnete um einen bestimmten Betrag der gesamten Ansteuerzeit eines Magneten, z.B. 10 %, überschneiden zu lassen.
• Anhand der Zeichnungen soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert werden.
• Es zeigen Fig. 1 - einen Schnitt durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Motor, Fig. 2 - eine Draufsicht auf den Motor mit teilweise aufgeschnittenem Rotor, Fig. 3 - ein Zeitdiagramm für die Ansteuerung aufeinanderfolgender Magnete.
• Die schematische Darstellung gemäß Fig. 1 zeigt einen Statorgrundkörper 1 auf dem eine Vielzahl von U-förmigen Eagnetkernen 2 konzentrisch zu einer Abtriebswelle 10 angeordnet sind, um die Spulen 3 gewickelt sind.
• Am Statorgrunakörper 1 ist an einer Stirnfläche eine Verzahnung 4 aufgebracht, die mit einer Verzahnung 5 eines Rotors 6 in Eingriff gebracht werden kann. Der Rotor 6 ist als starre Scheibe ausgebildet und besitzt, falls diese aus nicht-permeablem Material besteht, einen Rückschlußring 7, der das Anziehen des Rotors 6 auf den Stator 1 ermöglicht.
• Die Fixierung des Rotors 6 geschieht hier mittels eines kipp- und drehbaren Pendelgleitlagers 8, dessen Innenring 9 starr auf der Abtriebswelle 10 befestigt ist. Diese Abtriebswelle ist mit zwei Kugellagern 12 an dem Statorgrundkörper 1 gelagert. Der Rotor 6 ist mittels eines Membranbalgs 11 mit der Welle 10 verbunden.
• Um ein Drehen des Rotors 6 zu ermöglichen, besteht zwischen Rotor- und Statorzähnezahl eine Differenz von mindestens einem Zahn. Durch ein umlaufendes Zu- und Abschalten der Magnete 2, 3 wird der Rotorzahnkranz 5 partiell in Eingriff mit dem Statorzahnkranz 4 gebracht; dadurch führt der Rotor 6 eine taumelnde Bewegung gegenüber dem Stator 1 aus, wobei bei jedem Umlauf der Taumelbewegung durch die Ansteuerung der Magnete 2, 3 eine Drehung des Rotors 6 um die Differenz der Zähnezahl zwischen Rotor 6 und Stator 1 bewirkt wird.
• Um ein spielfreies Eingreifen der Zähne 4, 5 zu gewährleisten, ist bei eingeschalteten Magneten 2, 3 zwischen Magnetkern 2 und Rückschlußring 7 ein möglichst kleiner Luftspalt vorhanden. Der Membranbalg 11 überträgt die Drehung des Rotors 6 spielfrei und ermöglicht durch eine größere Anzahl von Wellen eine geringe Magnetanzugskraft bzw. geringe elektrische Eingangsleistung.
• Um die Schrittwinkelgenauigkeit weiter zu verbessern, beträgt der Winkeln (Fig. 2), über den sich die Polfläche 13 erstreckt, nur einen geringen Teil des Polteilungswinkels Der Berührungspunkt des Rotorzahnkranzes 5 liegt bei der Ansteuerung nur einer Spule innerhalb des Winkels OC auf dem Statorzahnkranz 4.
• Fig. 3 zeigt den Verlauf der Ansteuerzeit aufeinanderfolgender Spulen, wobei, um einen Einbruch des Drehmoments zu vermeiden, zwei sich benachbarte Spulen etwa 10 % der gesamten Ansteuerzeit T einer Spule gemeinsam eingeschaltet sind.

Claims (5)

1. Schrittmotor mit Taumelscheibe PatentansEruche rc 1. Schrittmotor mit einer starren Taumelscheibe, die dreh- und schwenkbar mittels eines an der Welle des Motors angebrachten Schwenklagers befestigt ist unr die mittels einer Vielzahl von nacheinander angeste.lerten, axiale Kraftkomponenten erzeugende Magneten, die auf dem feststehenden Teil des Motors koaxial zur ringförmigen Auflagefläche Rotor - Stator angeordnet sind, auf dem feststehenden Teil des Motors aufgrund einer form- oder kraftschlüssigen Verbindung &-brollt, wobei unterschiedliche Abrollradien oder Zähnezahlen von Rotor und Stator die Drehung des Rotors Destimmen und diese Drehung mittels eines Übertragungsgliedes auf die Abtriebswelle gelangt, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsglied als elastisches Element (11), welches hohe Torsionssteifigkeit und eine über den gesamten Umfang gleichgroße angulare Federkonstante aufweist, ausgebildet ist.
2. Patentansprüche 2. Schrittmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Übertragungsglied (11) als Membranbalg ausgebildet ist, der konzentrisch zur Motorwelle (10) in axialer Richtung verläuft und an der Welle (10) und dem Rotor (6) befestigt ist.
3. 3. Schrittmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ubertragungsglied (11) als Membranscheibe, insbesondere als Wellmembran, ausgebildet ist, die konzentrisch zur Motorwelle (10) in radialer Richtung verläuft und an der Welle (10) und dem Rotor (6) befestigt ist.
4. 4. Schrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Magnete (23) in radialer Richtung mit im Verhältnis zur Polteilung kleinen Pollängen versehen sind.
5. 5. Schrittmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Ansteuerzeiten aufeinander folgender Sagnete (23) um einen kleinen Teil der Ansteuerzeit tiberschneiden.