DE3306323A1

DE3306323A1 - Schrittschaltmotor

Info

Publication number: DE3306323A1
Application number: DE19833306323
Authority: DE
Inventors: Harry G. Princeton Ind. Manson
Original assignee: IMC Magnetics Corp
Current assignee: IMC Magnetics Corp
Priority date: 1982-02-24
Filing date: 1983-02-23
Publication date: 1983-09-01
Also published as: IT8367202A0; FR2522212A1; GB2115618A; IT1158802B; GB8303846D0; JPS58157365A

Description

^r J 26 P 116

Anmelder; IMC Magnetics Corp.

100 Jericho Quadrangle, Jericho, New York 11753,USA

Bezeichnung der

Erfindung: Schrittschaltmotor

Beschreibung;

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schrittschaltmotor und insbesondere auf einen Schrittschaltmotor, wie er als linear wirkende Betätigungsvorrichtung zu verwenden ist, d.h. bei dem die drehende Bewegung des Schrittschaltmotors in eine lineare Bewegung eines dem Motor zugeordneten Stellgliedes umgewandelt wird.

Die Erfindung soll unter Bezugnahme auf einen Schrittschaltmotor beschrieben werden, wie er vom Typ her in den üS-PSen Re.28,705 (insbesondere Fig.6 und 8) und 3,633,055 beschrieben ist. Die Erfindung ist jedoch auch bei anderen Motortypen anwendbar.

Linear wirkende Betätigungsvorrichtungen mit Schrittschaltmotoren werden dann angewendet, wenn es mehr auf die Genauigkeit der linearen als der Bewegung in Umfangsrichtung ankommt. Solche Betätigungsvorrichtungen können beispielsweise zur Steuerung der Stellung des Reglers einer Klimaanlage verwendet werden, um die Menge der behandelten Luft zu bestimmen. Sie können zweckmäßig auch bei

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Kolbenpumpen und Materialhandhabungsvorrichtungen verwendet werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Baueinheit aus Schrittschaltmotor und linear wirkendem Stellglied zu schaffen, die sich durch außerordentlich geringe Kosten der Lagergehäuse für die Rotorlager auszeichnet. Dabei soll diese Baueinheit Befestigungsplatten aufweisen, die am Stator befestigt sind und einstückig mit zylindrischen Sitzen zur Aufnahme der Rotorlager sind. Dabei soll diese Baueinheit weiter so ausgebildet sein, daß eine der Befestigungsplatten auch der Befestigung der Baueinheit an einer Tragkonstruktion dienen kann.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele der Erfindung. In der Zeichnung zeigen

Fig.l einen Axialschnitt durch eine erfindungsgemäße Baueinheit aus Schrittschaltmotor und linear wirkendem Stellglied,

Fig.2 einen Teil eines Mittellängsschnittes einer anderen Ausführungsform der Erfindung und

Fig.3 eine dritte Ausführungsform teils als Ansicht, teils als Mittellängschnitt.

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Der zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung ausgewählte Schrittschaltmotor ist in seinem grundsätzlichen Aufbau in der US-Patentanmeldung mit der Serial No. 285,657 vom 21.JuIi 1981 im Einzelnen beschrieben und dargestellt. Der in Fig.l der vorliegenden Anmeldung dargestellte Schrittschaltmotor schließt zwei Statorplatten 10 und 11 sowie zwei Statorkappen 12 und 13 ein. Die beiden Statorplatten 10 und 11 sind im wesentlichen identisch ausgebildet. Die Statorplatte hat die Form einer Kreisringscheibe, aus deren Ebene eine Anzahl konischer Pole 15 herausragen, die in gleichmäßigen Abständen auf den Umfang der zentralen Statorplatstehen in der gleichen Richtung von der Ebene der Statorplatte 10 weg. Der Außenrand 16 der Statorplatte 10 ist aus der Plattenebene herausverformt und zwar in der Richtung, in der auch die Pole 15 von der Statorplattenebene weggerichtet sind.

Die Statorplatte 11 ist im wesentlichen der Statorplatte 10 identisch und die Teile der Platte 11, die den Teilen der Platte 10 entsprechen haben die für die Platte 10 verwendeten Bezugszeichen mit einem Index. Um das innere Statorelement des Schrittschaltmotors zu bilden, sind beide Statorplatten Rücken an Rücken aneinanderliegend angeordnet und dauerhaft miteinander verbunden, beispielsweise miteinander verschweißt oder mittels eines geeigneten Klebstoffes miteinander verklebt.

Die Statorkappe 12 ist ebenfalls ringförmig, wobei in der Rückenscheibe 24 konzentrisch eine mittlere Öffnung vorgesehen ist. Eine

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Anzahl konischer Pole 25 umgibt die öffnung in gleichmäßigen Abständen in ümfangsrichtung. Alle Pole 25 stehen senkrecht in der gleichen Richtung von der Ebene der Rückenscheibe 24 der Kappe ab. In der Richtung, in der die Pole 25 von der Rückenscheibe 24 abstehen, steht auch die äußere Umfangswand 26 von der Rückenscheibe 24 weg. Der äußere Rand 27 der Umfangswand 26 ist im Durchmesser soweit aufgeweitet, daß sein Innendurchmesser etwa gleich dem Außendurchmesser der Statorplatte ist, so daß die Statorplatte mit ihrem äußeren Rand spiellos in dem äußeren Rand der Statorkappe sitzt.

Die Statorkappe 13 ist im wesentlichen der Statorkappe 12 identisch und die Teile der Statorkappe 13, die denen der Statorkappe 12 entsprechen, sind mit den bei der Statorkappe 12 verwendeten Bezugszeichen bezeichnet, wobei die Bezugszeichen für die Statorkappe 13 mit einem Index versehen sind.

Mit der Außenseite" der Rückenscheibe 24 der Statorkappe 12 ist eine Lagerplatte 28 mit einer zentralen öffnung 29 fest verbunden, beispielsweise angeschweißt oder angeklebt. In entsprechender Weise ist mit der Außenseite der Rückenscheibe 24' der Statorkappe 13 eine Lagerplatte 33 mit einer zentralen öffnung 35 verbunden. Die Lagerplatte 33 ist in dem Maße größer als die Lagerplatte 28, daß sie mit Montagelöchern 34 nahe ihrem Außenrand versehen sein kann, so daß mit ihr der Schrittschaltmotor an einer geeigneten Tragkonstruktion befestigt werden kann.

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Die Pole 15 und 25 der Platte 10 bzw. der Kappe 12 werden von einem Spulenkörper 32 umgeben, auf den eine Wicklung aus elektrisch leitendem Draht 31 gewickelt ist. Eine in entsprechender Weise auf einen Spulenkörper 32' gewickelte Wicklung 31' umgibt die Pole 15' und 25' der Platte 11 und der Kappe 13. Die freien Ränder 27 und 27' der Statorkappen 12 und 13 sind in den Spalt 19 zwischen den Außenrändern 27 und 27· der Statorplatten 10 und 11 in einer Anzahl von Bereichen 39 engebogen, die mit gleichen Abständen auf die freien Ränder verteilt sind. Auf diese Weise sind die Ränder 27 und 27' in den Bereichen 39 so verformt, daß eine dauerhafte mechanische Verbindung zwischen jeder Statorkappe 12 und 13 und ihrer jeweiligen Statorplatte 10 und 11 gegeben ist.

Der mit dem beschriebenen Stator zusammenwirkende Rotor schließt eine als Hülse ausgebildete Mutter 40 ein, die eine mit einem Gewinde versehene Längsbohrung 41 aufweist. Diese Mutter 40 ist umgeben von einem rohrförmigen Permanentmagneten 43, der mit der Mutter fest verbunden ist. Zu beiden Seiten der Enden des Magneten 43 ist die Mutter 40 mit je einem Abschnitt 44 bzw. 45 mit verringertem Außendurchmesser versehen, mit denen die Mutter drehbar in Rollenlagern 46 und 47 gelagert ist. In der Bohrung 41 der Mutter 40 ist ein stangenförmiges, mit einem Außengewinde versehenes Verstellglied 48 gelagert, so daß die Gewinde der Mutter 40 und des Stellgliedes 48 zusammenwirken.

Das Stellglied 48 ist in Richtung seiner Längsachse frei verstell-

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bar, aber an Drehbewegungen um seine Längsachse gehindert. Bei der schrittweise erfolgenden Umdrehung des Rotors 40 wird deshalb das Stellglied 48 in seiner Längsrichtung und entlang der Drehachse des Rotors verstellt.

Die Lagerplatte 28 ist so geformt, daß sie mit einem tassenförmigen Teil die zentrale öffnung 29 umgibt. Der tassenförmige Teil besteht aus einem zylindrischen Wandabschnitt 50 und aus einem daran anschließenden Endwandabschnitt 51, der mit seinem inneren freien Rand unmittelbar die öffnung 29 umgibt. Der tassenförmige Teil 50,51 kann im Ziehverfahren hergestellt sein. Der Außenring des Lagers 46 sitzt in dem von den Wandabschnitten 50 und 51 begrenzten Bereich und ist an der Innenseite des Wandabschnittes 50 befestigt. Der tassenförmige Teil 50,51 bildet so ein Lagergehäuse für das Rotorlager 46.

In entsprechender Weise ist die Lagerplatte 33 mit einem tassenförmigen Teil im Bereich der öffnung 35 versehen. Der tassenförmige Teil umgibt die Öffnung 35. Er besteht aus einem zylindrischen Wandabschnitt 52 und aus einem daran anschließenden Endwandabschnitt 53, der mit seinem inneren Rand unmittelbar die öffnung 29' umschließt. Der Außenring des Lagers 47 sitzt in dem von den Wandabschnitten 52 und 53 begrenzten Bereich und ist an der Innenseite des Wandabschnittes 52 befestigt. Der tassenförmige Teil 52,53 bildet somit ein Lagergehäuse für das Rotorlager 47.

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Da die tassenförraigen Lagergehäuse 50,51 und 52,53 einstückig mit den Lagerplatten 28 bzw. 33 ausgebildet sind, ist die Vorrichtung wesentlich kostengünstiger herzustellen als bekannte Lösungen, bei denen Lagergehäuse für die Lager 46,47 einzeln hergestellt und dann den Lagerplatten 28,33 zugeordnet werden. Trotz der einstückigen Herstellung mit den Lagerplatten 28,33 ermöglichen die Lagergehäuse 50,51 und 52,53 eine genau ausgerichtete Anordnung der Lager 46 und 47.

Bei der Lösung nach Fig.2 sind Teile, die den Teilen der Pig.l gleich sind, mit gleichen Bezugszeichen versehen. Den Bezugszeichen für Teile, die den Teilen der Fig.l nur funktionell entsprechen, ist in Fig.2 die Ziffer 1 vorangestellt. Bei der Lösung gemäß Fig.2 wird das linear verstellbare Verstellglied 148 in der einen Richtung durch Rotation des Rotors 140,43 in der einen Rotationsrichtung verstellt und in die Ausgangslage zurückgestellt mittels einer Feder 56.

Bei dieser Lösung hat das Lager 46 eine relativ große Druckbelastung aufzunehmen und es wird deshalb ein Kugellager 46 mit Schultern verwendet, das gegen eine seitliche Bewegung nach außen dadurch gesichert ist, daß es in dem tassenförmigen Lagergehäuse 50,51 gehalten ist. Das andere Rotorlager wird demgegenüber in nur geringem Maße durch Seitenkräfte belastet, weshalb es als wesentlich billigeres Hülsenlager 147 ausgebildet ist. Es kann beispielsweise aus Sinterbronze hergestellt sein, die ein Schmier-

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mittel aufnimmt.

Die Lagerplatte 133 kann beispielsweise im Ziehverfahren hergestellt sein, wobei die zylindrische Wand 152 einstückig mit der Lagerplatte 133 ist und aus dem gleichen Material wie diese besteht und während des Ziehvorganges nach innen ausgeformt wird. Das Lager 147 sitzt in der Zylinderwand 152 durch Preßsitz oder ist mit einem geeigneten Klebstoff eingeklebt. Axialbewegungen des Rotors werden durch einen Sprengring 58 verhindert, der in eine Ringnut der Mutter 145 eingesetzt ist.

Wie bei der Lösung gemäß Fig.l sind auch bei der Lösung gemäß Fig.2 die Lagergehäuse 50,51 und 152 einfach und demzufolge kostengünstig herzustellen, um trotzdem die Lager genau in der notwendigen Stellung zu halten.

Bei der Lösung gemäß Fig.3 sind wiederum Teile, die Teilen der zeichen versehen. Bei dieser Lösung ist die Lagerplatte 128 im Verhältnis zu der Platte 28 von Fig.l langgestreckt und ihre Enden sind vom Schrittschaltmotor weg umgebogen, so daß zwei Arme 60 und 61 entstehen. Diese Arme liegen parallel zur Drehachse des Schrittschaltmotors. Die Enden der beiden Arme 60,61 sind dazu bestimmt, auf Zapfen 62 schwenkbar gelagert zu sein, um Schwenkbewegungen um die gemeinsame Längsachse der Zapfen 62 und senkrecht zur Drehachse des Rotors ausführen zu können. Auf diese Weise kann während des Betriebes der Schrittschaltmotor frei um die Längs-

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achse der Zapfen 62 schwenken, während bei laufendem Motor das Stellglied 48 linear verstellt wird.

Auch hierbei sind wie bei den Lösungen gemäß Fig.1,2 die Lagergehäuse 50,51 und 152 einstückig mit den Lagerplatten, so daß die Anordnung kostengünstig herzustellen ist, trotzdem aber die Lager 46 und 147 sehr genau in ihrer Betriebsstellung gehalten sind.

Damit ist die Erfindung an vorzugsweisen Ausführungsbeispielen erläutert, ohne daß damit die Erfindung über die Patentansprüche hinaus eingeschränkt sein soll.

Zusammenfassend kann die Erfindung nochmals wie folgt gekennzeichnet werden.

Gegenstand der Erfindung ist ein Schrittschaltmotor mit einem Stator, einem Rotor und einem Stellglied, das als Ergebnis der Rotationsbewegung des Rotors linear verstellbar ist. In der Richtung der Rotationsachse des Rotors sind mit Abstand voneinander die beiden Lager eines Lagerpaares angeordnet, in denen der Rotor mit seinen Enden gelagert ist. An jeder Endfläche des Stators ist eine Lagerplatte befestigt. Jede Lagerplatte ist einstückig mit einem zylindrischen Wandabschnitt versehen, deren Längsachsen gleichachsig zur Rotationsachse des Rotors liegen. In jedem der zylindrischen Wandabschnitte ist eines der Lager des Lagerpaares ange-

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ordnet. Der zylindrische Wandabschnitt kann eine Lagerhülse aufnehmen oder er kann Teil einer tassenförmigen Ausformung sein, in der ein Kugellager angeordnet ist. Eine Lagerplatte der beiden Lagerplatten kann der Lagerung des Schrittschaltmotors an einer Tragvorrichtung dienen.

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Claims

J 26 P 116 Anmelder: IMC Magnetics Corp. 100 Jericho Quadrangle, Jericho, New York 11753,USA Bezeichnung der Erfindung: Schrittschaltmotor Patentansprüche: Schrittschaltmotor, gekennzeichnet durch

1.1 einen Stator (10,11,12,13) und einen diesem gegenüber um

eine Drehachse drehbaren Rotor (40,43),

1.2 ein auf Grund der Rotationsbewegung des Rotors (40,43) linear verstellbares Stellglied (48,148),

1.3 ein Lagerpaar (46,47;46,147) zur drehbaren Lagerung des Rotors (40,43) an seinen beiden Enden, dessen Lager in Richtung der Rotationsachse einen Abstand voneinander haben,

1.4 ein Paar Lagerplatten (28,33;128,133) , die an einander gegenüberliegenden Endflächen des Rotors (40,43) befestigt sind und an denen einstückig Lagergehäuse (50,51;52,53) mit einer zylindrischen Wand (50) angeformt sind, wobei die Längsachsen der zylindrischen Wände der Lagergehäuse gleichachsig zu der Drehachse des Rotors angeordnet sind und jeweils eines der Rotorlager koaxial in einer der zylindrischen Wand befestigt ist.

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2. Schrittschaltmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (40,43) ein Teil (40) mit einem Gewinde aufweist, mit dem ein Gewinde des Stellgliedes (48,148) zusammenwirkt.

3. Schrittschaltmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine der zylindrischen Wände (50,52) Teil eines tassenförmigen Lagergehäuses (50,51;52,53) ist und das Lager (46,47) dieses Lagergehäuses ein innerhalb dieses Lagergehäuses angeordnetes Kugellager mit zwei Tragschultern ist.

4. Schrittschaltmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden zylindrischen Wände (50,52) Teil eines tassenförmigen Lagergehäuses (50,51;52,53) ist und jedes Lager (46,47) ein Kugellager mit zwei Tragschultern ist und in je einem der Lagergehäuse angeordnet ist.

5. Schrittschaltmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eines der Rotorlager (46,147) ein Hülsenlager (147) ist, das in einem der Lagergehäuse (152) befestigt ist und in dem das Stellglied (148) axial verstellbar gelagert ist.

6. Schrittschaltmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich eine der Lagerplatten (128,133) radial über den Schrittschaltmotor bzw. dessen Stator (10 bis 13) hinaus erstreckt, um eine Lagerung des Motors an einer festen Tragkonstruktion zu ermöglichen.

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7. Schrittschaltmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Lagerplatten (128,133) zu zwei Armen (60,61) ausgebildet ist, die sich parallel zur Drehachse des Rotors (40,43) erstrecken und Lagermittel zur Lagerung des Motors schwenkbar um eine zur Rotordrehachse senkrechte Achse aufweisen.

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