DE3200163A1

DE3200163A1 - Elektrodynamisch bedaempfter schrittmotor

Info

Publication number: DE3200163A1
Application number: DE19823200163
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Dipl.-Ing. 6800 Saalfeld Mörz; Christian Dr.-Ing. 8045 Dresden Richter; Jürgen Dipl.-Jur. 8044 Dresden Thiermann
Original assignee: ELEKTROMASCH FORSCH ENTW
Current assignee: ELEKTROMASCH FORSCH ENTW
Priority date: 1981-03-12
Filing date: 1982-01-07
Publication date: 1982-10-28
Also published as: NL8200285A; JPS57160358A; DD156109A1; GB2095046B; GB2095046A

Description

Titel der Erfindung .·.,·■_
Elelrtrodynamsoh bedampfter Scl'rittviotor

der

Die Erfindunc bezieht saich auf einen Schrittmotor mit einer elektrodyiifci sehen MöMnung zur Dampfung der BotorteVie^ior insbesondere für Sehrit:tlQotoren mit permanenterregten lic tor

Ch9,ra]tteristi.1c der ΐ> ο^φϋφ. en technischen lösungen

Schrittmotoren τ/eisen feinen diskontinuierlich drehenden Rotor auf, welcher in Abhängigkeit von den der Arbeitsv/icliun-r zugeführten Impulsen schrittweise rotiert, wobei der Rotor quasi nach jedem Schritt zum Stillstand koarnit. Zur sicheren Betriebsweise ist es erforderlich, daß der Kotor innerhalb seiner Betriebsparameter jeden Schritt exakt ausführt. Om dn.-bei hohe Sohrittfrequenzen und Drehmomente zu erreichen, ist eine Bedämpfung des .elektromechanischen Systems erforderlich. Dazu sind verschiedene Anordnungen bekannt geworden, lach der DT-AS 1 488 654 und der DT-OS 2 108 001, IPIC H 02 K, 37/00 wird die Dämpfung "dadurch erreicht, daß das Gehäuse des Schrittmotors mit Flüssigkeit einer bestimmters Viskosität gefüllt ist, mit welcher die Drehbewegung des Rotors durch Flüssigkeitsreibung bedampft wird. Ein ähnlicher Vorschlag wird in dem DD-AP 59 311, DPlC 21 d¹ , 19 unterbreitet, wonach der Sehrittmotor ebenfalls mit !flüssigkeit gefüllt oder mit einem mit Flüssigkeit gefülltem Rotationssystem gekoppelt ist.

Die IJachteile solehei· Anordnungen zur Dämpfung von Schritt-

motoren bestehen insbesondere in den technologischen Problemen bei der Herstellung flüspigkeitsdichter Gehäuse und Lagerungen sowie in der Notwendigkeit, konstante Betriebstemperaturen zu realisieren, da die Viskosität der "Flüssigkeiten und damit ihre Dämpfungseigenschaften sich mit der Temperatur ändern.

V/eitere Anordnungen zur Dämpfung des elektromechanischen Systems von Schrittmotoren sehen, wie in der DT-OS 1 538 beschrieben, frei drehbare Zusatzschwungmassen am Rotor vor, die durch mechanische Heibungs- oder Plüssigkeitskupplungen an den Rotor angekoppelt sind. Der Hersteilungsaufwand für derartige Anordnungen ist sehr hoch.

Gen£J3 der DT-OS 2 136 531, IPK H 02 K, 37/00 ist auf dem Ector eines Schrittmotors eine Schicht elektrisch gut leitenden l-laterials angeordnet. In dieser Schicht v/erden durch der Arbeitsfluß Wirbelströme induziert, die auf die Rotorbewegung dämpfend wirken. Die in dieser Schicht induzierten Wirbelströme wirken deshalb nur in der Zeit, in der ein Arbeitsfluß vorliegt. Gleichzeitig tritt als Wachteil eine Dämpfung des Arbeitsflusses und damit eine Wirkungsgradverschlechterung ein.

Schließlich ist es gemäß dem DD-AP 59 311 bekannt, Rotoren durch mechanische Reibstücke zu bedampfen. Das von der Drehgeschwindigkeit praktisch unabhängige Reibmoment beeinflußt das Anlaufverhalten der Schrittmotoren ungünstig und "begrenzt deren lebensdauer ·

In der gleichen Patentschrift ist die Bedämpfung von Schrittmotoren durch Wirbelstrombremsen beschrieben. Dabei dreht sich eine Kupferscheibe im elektromagnetischen PeId und "bewirkt eine drehgeschwindigkeitsproportionale Dämpfung. Die für die erforderliche Dämpfung notwendige Größe des Wirbelst roradämpf er s beeinflußt aber das Trägheitsmoment des Sehrittmotors erheblich und ist insbesondere bei kleinen Baugrößen schwierig anzuordnen.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung besteht in der Senkung des Herstellungsaufwandes und in der Wirkungsgradverbesserung elektrodynamisch bedampfter Schrittmotoren.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrodynamisch bedämpften Schrittmotor mit einem elektrisch erregte Pole aufweisenden Stator und einem insbesondere permanenterregten Hoter mit am Umfang angeordneten Polen zu schaffen, der eine dre'igeschwindigkeitsproportional wirkende, einfach herzustellende elektrodynamische Dämpfung enthält, mit der ein hoher Wirkungsgrad und eine lange Lebensdauer bei einem kleinen Bauvolumen gewährleistet wird. Gleichseitig soll das Masseträgheitsmoment des rotierenden Systems möglichst nicht vergrößert werden.

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, daß der Eotor zumindest an einer Stirnseite magnetische Zonen abwechselnder Polarität aufweist ixnd parallel dazu im Stator, vom Rotor durch einen axialen luftspalt getrennt, eine elektrisch oder elektrisch und magnetisch leitfähige Reaktionsscheibe drehfest angeordnet ist.

Zur Reduzierung des Herstellungsaufwandes ist zweckmäßigerweise die Reaktionsscheibe als ein Teil des Motorgehäuses ausgebildet. Dabei ist öle Ausführung der Reaktionsscheibe aus mit dem Motorgehäuse identischem, elektrisch leitfähigem weichmagnetischen Material vorteilhaft.

In dieser einfachsten Ausführung der Erfindung weist der gedämpfte Schrittmotor gegenüber dem ungedämpften kein zusätzliches Bauelement auf, da die !Punkt! ons elemente der Dämpfungseinriohtung in die Konstruktionselemente des Schrittmotors integriert sind. Als zusätzlicher Aufwand ist nur die an der Stirnseite des Rotors vorzunehmende Magnetisierung erforderlich.

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Die in der elektrisch leitf^higen, weichmagnetischen Reaktionsscheibe induzierten wirbelströme erzeugen ein Dämpfungsmoment, wobei die erforderliche 'Größe der Induktion dadurch erzielt wird, daß die Reaktionsscheib© gleichzeitig den zur leitung eines hohen magnetischen Flusses erforderlichen niedrigen magnetischen Widerstand gewährleistet.

Die axialen Zugkräfte, die zwischen dem Rotor und der Reaktionssoheibe auftreten, sichern im Zusammenwirken mit einer Di stanz scheibe den für eine reproduzierbare Dämpfung erforderlichen konstanter, luftspalt, ohne daß hohe Toleranzforderungen für das axiale Xagerspiel oder andere gleichwirkende konstruktive Haßnahnen erforderlich wären.

Zur Anpassung der Därpfungscharalrfceristik an die Betriebskenrüinie des Sehrit-motors und gleichzeitig zur Optimierung der axialen Iagerkräfte besteht die Reaktionsscheibe in einer Ausführungsform der Erfindung aus zwei Schichten, wovon die dem Rotor zugewandte Schicht aus elektrisch leitfahigem unmagnetischem Material und die dem Rotor abgewandte Schickt aus weichmagnetischem Material besteht.

In einer besonderen Ausführungsvariante beträgt die elektrisch leitfähige unmagnetische Schicht 30 - 70 $> der Gesamtdicke der Reaktionsscheibe, wobei 4ie weichmagnetische Schicht nicht dicker als zur Flußleitung erforderlich ausgelegt ist.

Während bei der Ausführung der Reaktionsscheibe aus elek- · trisch leitfahigem weiehmagnetisehem Material ein proportionaler unveränderlicher Zusammenhang zwischen dem durch WirbelstrSme erzeugten Dämpfungsmoment (bezogen auf eine konstante Drehgeschwindigkeit) und der axialen Zugkraft besteht, kann bei einer Reaktionsscheibe aus zwei wie oben beschriebenen Schichten das Dämpfungsmoment in weiten Grenzen unabhängig von der axialen Zugkraft gewählt werden. Hierdurch wird trotz einer möglichen Erhöhung des Dämpfungsmomentes die axiale lagerbelastung wesentlich reduziert und es kann

die Lebensdauer des Schrittmotors erhöht werden.

Steht für den Rotor des Schrittmotors ein Permanentmagnet mit sehr hohen Feldstärken, z. !B. größer 1500 A cm zur Verfügung, genügt für die Eeaktionsscheibe ein elektrisch leitfähiges unmagnetisches Material. In diesem Pail müssen, da keine axialen Zugkräfte "vorliegen, zur Erzielung eines konstanten Iiuftspaltes andere konstruktive Maßnahmen vorgesehen werden.

Au s führung sbeispiel

Die Erfindung soll nachfolgend an einem Axisfuhrungsbsispiel erläutert werden» In der zugehörigen Zeichnung zeiger.

!"ig. 1 eine perspektivische Ansicht eines permanentexregten Rotors

jPig. 2 einen Halbschnitt durch den

erfindungsgemäßen Schrittmotor

Der in !Fig. 1 dargestellte Rotor 1 besteht aus einem auf einer Welle 2 befestigten zylindrischen Magnetkörper, an dessen Umfang sechzehn Pole 3 und an einer Stirnfläche vier magnetisierte Zonen 4 abwechselnder Polfolge angeordnet sind.

In Fig. 2 ist ein derartiger nach Pig. 1 magnetisiert er Rotor 1 im Stator eines Schrittmotors angeordnet. Der Stator weist zwei miteinander verbundene, aus weichmagnetisehem Tiefziehblech gefertigte innere Gehäuseschalen 5 und 5* mit je acht Klauenpolen 6 bzw. 6* auf, welche in zwei äußeren Gehäuseschalen 7 bzw. 7* aus dem gleichen Material angeordnet sind. Die äußeren Gehäuseschalen 7 bzw. 7^f weisen je acht Klauenpole 8 bzw. 8^! auf, die sich mittig in den !Lücken zwischen zwei Klauenpolen 6 bzw. 6* befinden.

Die Klauenpole 6 bzw. 6¹ und 8 bzw. 8¹ sind gegeneinander um eine halbe Klauenpolteilung verschoben. Innerhalb der Gehäuseschalen 5 bzw. 5¹ und 7 bzw. 7¹ sind auf Spulenkörpern 9

und 9^f die Arbeitswicklungen 10 und 1O¹ angeordnet. In den äußeren Gehäuseschalen 7 und 7^f sind die lager 11 und 11 · für die Welle 2 des Rotors 1 angeordnet· Die an das lager 11 anschließende ringförmige Zone 12 einer äußeren Gehäuseschale 7 ist mit einer Aluminiumscheite 13 drehfest verbunden· Die ringförmige Zone 12 und die AluminiumscheiTDe 13 bilden zusammen die mit den magnetisieren Zonen 4 der Stirnseite 14 des Hotors 1 zusammenwirkende Reaktionsschei"be · Zur Sicherung eines gleichbleibenden axialen Iniftspaltes 15 ist zvd-schen dem lager 11 und der Stirnseite 14 des Rotors eine Distanzscneibe 16 angeordnet, die aus einem Gleitwerkstoff besteht.

Das Dicienverhältnis zv/isehen dem Tiefziehblech in der ring-"irrjlrer. Zone 12 und der Aluminiumscheibe 13 ist 1:1 gewählt, wodurch sich für den gegebenen Schrittmotor eine optimal abgestimmte Betriebskennlinie ergibt.

Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen

1	5^f	Rotor
2	6«	Welle
3	7'	Pol
4	8«	magnetisiert^ Zone
5,	9¹	innere Gehäuseschale
6,	10«	Klauenpol
7,	11«	äußere Gehäuseschale
3,		Klauenpol
O -' j		Spulenkörper
10,		Ar ti e i t s wi c klung
11,		La"· er
12		ringforraigo Zone
13	Alurni niums c '·:. e ib e
14	Stirnseite
15	luftspalt
16	Distanzscheibe

Claims

Erfindungsanspruoh

Elektrodynamisch bedampfter Schrittmotor mit einem elektrisch erregte Pole aufweisenden Stator -und einem insbesondere permanenterregten Rotor mit am Umfang angeordneten Polen, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (1) zumindest an einer Stirnseite magnetische Zonen abwechselnder Polarität aufweist und parallel dazu im Stator, durch einen axialen luftspalt vom Rotor getrennt, eine elektrisch oder elektrisch und magnetisch leitfähige Reaktionsscheibe drehfest angeordnet ist.
2. Elektrodynamisch bedampfter Schrittmotor nach ..Punkt 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Reakti ons scheibe ein Teil des Motorgehäuses ist.
3. Elektrodynamisch bedampfter Schrittmotor nach Punkt 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reactions scheibe aus ■ elektrisch leitfähigom weichmagnetischem Material besteht,
4. Elektrodynamisch bedampfter Schrittmotor nach Punkt 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsscheibe zwei Schichten aufweist, wovon die dem Rotor zugewandte Schicht aus elektrisch leitfäMgem unmagnetisohem Material und die dem Rotor abgewandte Schicht aus weichmagnetischem Material besteht. ■ ,
5. Elektrodynamisch bedampfter Schrittmotor nach Punkt 1 und 4 oder 2 und 4, dadurch gekenn.zeichnet, daß die Schicht aus elektrisch leitfähigem unmagnet is ehern Material 30 - 70 io der Gesamtdicke der Reactions scheibe beträgt, wobei die weichmagnetische Schicht nicht dicker als zur KLußleitung erforderlich ausgelegt ist.
6. Elektrodynamisch bedampfter Schrittmotor nach Punkt 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Reaktionsscheibe aus elektrisch leitfähigem Material besteht.