NL7904817A

NL7904817A - Stappenmotor.

Info

Publication number: NL7904817A
Application number: NL7904817A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1979-06-20
Filing date: 1979-06-20
Publication date: 1980-12-23
Also published as: CH651706A5; FR2459575A1; FR2459575B1; JPS5610070A; CA1135759A; DE3022433A1; GB2052175A; DE3022433C2; GB2052175B

Description

* N.V. Philips’ Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.

PHN 9492 1

Stappenmotor:.

De uitvinding heeft betrekking op een stappen-motor met een stator die tenminste omvat een eerste ringvormig statordeel met een ringspoel en een die ringspoel omvattend magnetisch geleidend omhulsel dat in een eerste 5 en tweede ringvormig tandstelsel uitmondt, een tweede ringvormig statordeel met een ringspoel en een die ringspoel omvattend magnetisch geleidend omhulsel dat in een derde en vierde ringvormig tandstelsel uitmondt, en een rotor met een met het eerste, tweede, derde 10 en vierde tandstelsel samenwerkende vertanding.

Een dergelijke stappenmotor is bekend uit de ter visie gelegde Nederlandse octrooiaanvrage nr. 7701510 (PHN 8454c) en is uitermate geschikt om uitgevoerd te worden als stappenmotor met kleine staphoek, bijvoorbeeld 15 1.8°, dit is 200 stappen per rotoromwenteling. Om bij een dergelijke stappenmotor geen grote staphoekfouten te hebben worden aan de uitlijning van de statortandstelsels ten opzichte van de rotorvertanding zeer hoge eisen gesteld, welke eisen bij serieproduktie sterk kostenverhogend kunnen zijn.

20 Daarbij komt dat het voordelig kan zijn bepaalde afwijkingen in de nominale onderlinge posities van de rotorvertanding ten opzichte van de statorvertanding te introduceren zoals beschreven is in de gelijktijdig met onderhavige aanvrage ingediende aanvrage nr.

(s PHN 9491).

7904817 PHN 9^92 2 r. 'i

De uitvinding beoogt een stappenmotor van het in de aanhef genoemde type welke relatief gemakkelijk nauwkeurig uit te lijnen is.

De uitvinding heeft daartoe als kenmerk, dat de 5 tanden van de tandstelsels van de stator axiaal in lijn gelegen zijn en dat de tanden van de rotorvertanding op de omtrek van de rotor zijn aangebracht doordat in het rotor-oppervlak schroeflijnvormige groeven zijn aangebracht.

De uitvinding berust op het inzicht, dat het rela— jq tief eenvoudig is om de statorvertanding in axiale richting uit te lijnen en dat doordat de rotorvertanding een schroeflijnvormige structuur heeft, de tangentiële plaatsing van de rotorvertanding ten opzichte van de statorvertanding door axiale afstanden bepaald wordt.

^5 Een eerste voordelige uitvoeringsvorm wordt geken merkt , doordat de tanden van de rotorvertanding qua axiale hoogte kleiner zijn dan die van de daarmee samenwerkende statortandstelsels en dat de tanden van de statortandstelsel in axiale richting de daarmee samenwerkende rotortanden :in 20 beide richtingen overlappen.

Bij deze uitvoeringsvorm wordt de tangentiële uitlijning bepaald door de ligging van de axiale grenzen van de rotortanden. Deze uitvoeringsvorm kan nader worden gekenmerkt, doordat een eerste, tweede, derde respectieve-25 lijk vierde rotortandstelsels aanwezig is die met het eerste, tweede, derde respectievelijk vierde statortand-stelsels samenwerkt, welke rotortandstelsels gevormd zijn doordat naast het aanbrengen van genoemde schroeflijnvormige groeven ook cirkelvormige groeven, die de genoemde 3Q rotortandstelsels in axiale richting begrenzen, zijn aangebracht. Hierdoor wordt de tangentiële uitlijning van de motor bepaald door de ligging van genoemde cirkelvormige groeven. Deze ligging kan tijdens seriematige produktie eenvoudig worden gewijzigd.

35 Een alternatieve voordelige uitvoeringsvorm kan worden gekenmerkt, doordat de tanden van de statortand-stelsels qua axiale hoogte kleiner zijn dan die van de daarmee samenwerkende rotorvertanding en dat de tanden van 7904817 « » PHN 9^92 3 de rotorvertanding in axiale richting de daarmee samenwerkende tanden van de statortandstelsels in beide richtingen overlappen.

Bij deze uitvoeringsvorm worden de tangentiële 5 uitlijning bepaald door de ligging van de axiale begrenzingen van de statortandstelsels.

De uitvinding wordt nader toegelicht aan de hand van de tekening waarvan fig. 1 een axiale doorsnede van een stappenmotor volgens de uitvinding toont, fig. 2 een aanzicht in perspektief van een uit— eengenomen stappenmotor volgens de uitvinding met axiaal doorgesneden stator, fig. 3 schematisch de ligging van de statortanden jg ten opzichte van de rotortanden bij een eerste uitvoeringsvorm van een stappenmotor volgens figuren 1 en 2 toont, en fig. 4 schematisch de ligging van de statortanden ten opzichte van de rotortanden bij een tweede uitvoeringsvorm van een stappenmotor volgens figuren 1 en 2 toont.

2Q Fig. 1 toont een axiale doorsnede van een stap penmotor waarin het principe volgens de uitvinding is toegepast en fig. 2 die motor uiteengenomen en in perspektief met axiale doorgesneden stator. De stappenmotor is in hoofdzaak rotatiesymmetrisch om de as A - A' en omvat 25 een rotor 1 en een stator 2. De stator bestaat uit een twee coaxiale statordelen 3 en 4 met coaxiaal daartussen een in axiale richting gemagnetiseerde permanent-magnetische ring 5· Elk van de statordelen 3 respectievelijk 4 omvat een coaxiaal gelegen ringspoel 8 respectievlijk 9 omgeven 30 door een magnetisch geleidende omhulling 6 respectievelijk 7 die aan de binnenzijde uitmondt in twee ringvormige tandstelsels 10 en 11 respectievelijk 12 en 13· De rotor 1 is voorzien van met de ringvormige tandstelsels 10, 11, 12 respectievlijk 13 samenwerkende ringvormige tandstelsels 35 14, 15, 16 respectievelijk 17· Zoals uit figuur 2 te zien is worden deze tanden van de rotor begrenst door schroeflijnvormige gleuven, waarvan er één met stippellijnen 18 is aangegeven. De uitlijning is daarbij zo dat de tanden van 7904817 3\ ri PHN 9^92 4 de statortandstelsels 10, 11, 12 en 13 axiaal in lijn staan en dat als de tanden van rotortandstelsels 14 tegenover de tanden van statortandstelsel 10 staan de tanden van de statortandstelsels 11, 12 respectievelijk 13 ten opzichte 5 van de rotortandstelsels 15, 16 respectievelijk 17 tangen-tieel over 180°, 90° respectievelijk 270° (of als alternatief 180°, 270° respectievelijk 90°) verschoven staan, waarbij 360° overeenkomt met één tandsteek.

De axiaal gemagnetiseerde permanent-magnetische 10 ring magnetiseert de tandstelsels 10 en 11 met een bepaalde polariteit en de tandstelsels 12 en 13 met een daaraan tegengestelde polariteit. Bij een bepaalde richting van de stroom door ringspoel 8 respectievelijk 9 is dan het veld tengevolge van de bekrachtiging in de bij tandstelsel 10 15 respectievelijk 12 behorende luchtspleet tussen stator en rotor dezelfde als de richting van het door de permanent-magnetische ring veroorzaakte veld in die luchtspleet en in de andere bij tandstelsel 11 respectievelijk 13 behorende luchtspleet daaraan tegengesteld. Bij de tegengestelde 20 richting van de stroom door ringspoel 8 respectievelijk 9 is het veld tengevolge van die bekrachtiging in de bij tandstelsel 11 respectievelijk 13 behorende luchtspleet tussen stator en rotor dezelfde als de richting van het door de permanent-magnetische ring veroorzaakte veld in die 25 luchtspleet en in de andere bij tandstelsel 10 respectievelijk 12 behorende luchtspleet daaraan tegengesteld.

Door keuze van de bekrachtigingsrichting van de stroom in telkens één of telkens beide spoelen 8 en 9 kunnen telkens één of telkens twee rotor-statortandstelsels koppel-3Q leverend worden zodat het mogelijk is de rotor stapsgewijs aan te drijven met stappen ter grootte van \ tandsteek.

Hierbij zij opgemerkt, dat de plaatsing van de permanent-magneet in de stator niet erg essentieel is. Deze permanent-magneet kan bijvoorbeeld ook in de rotor op de 35 plek die in figuur 1 met 5' is aangeduid worden opgenomen of kan bijvoorbeeld als een cilindrische bus de beide statordelen 3 en 4 omgeven. Ook kan de permanent-magneet in principe door een met gelijkstroom bekrachtigde spoel 7904817 r > ΡΗΝ 9^92 5 vervangen worden.

Figuur 3a toont schematisch een uitslag van een gedeelte van de rotorvertanding met daaroverheen getekend de positie van telkens twee tanden van elk statortand-5 stelsel 10, 11, 12 en 13. Wanneer de afstand tussen de statortandstelsels in combinatie met de hoek ten opzichte van de as waaronder de in de uitslag op een schuine rij gelegen rotortanden staan juist gekozen is, dan geldt dat wanneer de tanden van statortandstelsel 10 tegenover tanden 10 van rotortandstelsel 14 staan (gedefinieerd als een hoek van 0° tussen de beide stelsels), de tanden van stator-tandstelsel 11 juist tussen de tanden van rotortandstelsel 15 zijn gelegen (gedefinieerd als een hoek van 180° tussen beide stelsels), de tanden van statortandstelsel 12 15 enerzijds half tegenover de tanden van rotortandstelsel 16 zijn gelegen (gedefinieerd als een hoek van 90° tussen de beide tandstelsels), en de tanden van statortandstelsel 13 anderzijds half tegenover de tanden van rotortandstelsel 17 zijn gelegen (gedefinieerd als een hoek van 270° tussen 20 beide tandstelsels).

In de situatie zoals in figuur 3& geschetst is, strekken de rotortanden zich in axiale richting tot buiten de statortanden uit. Dit kan in principe zover gaan dat de tanden van de diverse statortandstelsels 14, 15* 25 16 en 17 aaneensluiten en schroeflijnvormige ribben vormen die zich tussen beide kopvlakken van de rotor uitstrekken.

Om echter het traagheidsmoment van de rotor te reduceren » is het meestal voordelig, de rotortandhoogte h^ (zie figuur 3h) tot een minimum te beperken.

3Q Om het effect van een rotor- statortandstelsel- constructie zoals getoond is in figuur 3a· op de tangen-tiële uitlijning van de tandstelsels onderling te illustreren toont figuur 3b een rotortand t met daarover getekend een statortand t en figuur 3c dezelfde configuratie met 35 ten opzichte van de situatie in figuur 3b een in axiale richting over een afstand x verschoven statortand bij ongewijzigde positie van de rotortand t^. In figuur 3b bevindt het hart a van de statortand t zich in tangentiële 7904817 8 PHN 9^92 6 % richting op een afstand γγ rechts van de hartlijn van de rotortand t^. Na verschuiving van de statortand tg over een afstand x in axiale richting (fig. 3c) bevindt het hart ag van statortand t zich op een afstand -g-y links van 5 de hartlijn b^ van rotortand t^. Een verschuiving van de statortand t over een afstand x in axiale richting resulteert dus in een verschuiving y van de statortand ten opzichte van de rotortand in tangentiële richting. Op deze wijze wordt de tangentiële uitlijning (positionering van IQ de statorstelsels ten opzichte van de rotorvertanding onder correcte hoeken) bepaald door de axiale afstanden tussen de statortandstelsels welke axiale uitlijning veel eenvoudiger te realiseren is dan een tangentiële uitlijning. Een bijkomend voordeel kan zijn dat de ver-^ houding y/x gelijk is aan de tangens van de hoek oc* die de hartlijn van de rotortand met die van de statortand maakt.

Is deze hoek kleiner dan 45°, dan resulteert een verplaatsing x in axiale richting in een kleinere verplaatsing y in tangentiële richting zodat een bepaalde tolerantie in 2q y met een grotere tolerantie in x gepaard gaat.

Figuur 4a toont eenzelfde situatie als figuur 3a. echter met stator tanden die zich in axiale richting tot buiten de rotortanden uitstrekken. Figuur 4b toont een rotortand t uit de configuratie volgens figuur 4a op een 25 bepaalde positie met daaroverheen een statortand t en figuur 4c dezelfde situatie echter met een verschuiving over een afstand x in de richting van de schroeflijn waarlangs deze gelegen is doordat beide vlakken die het rotor-tandstelsel, waartoe tand t behoort, begrenzen in axiale 2Q richting over een afstand x verschoven zijn. In de situatie volgens figuur 4b bevindt het hart a^ van rotortand tr zich op een afstand γγ links van de hartlijn bg van statortand t . Een verplaatsing van de rotortand langs de schroef-

O

lijn waarop deze zich bevindt over een axiale afstand x 25 resulteert in de situatie volgens figuur 4c waar het hart van die rotortand zich op een afstand γγ rechts van de hartlijn b van statortand t gelegen is (daar de kleinste tand de onderlinge positie van beide tanden bepaalt, geldt 7904817 PHsr 9492 7 voor de onderlinge tangentiële positie van twee tanden de tangentiële afstand tussen de hartlijn van de langste tand en het hart van de kortste tand) .

Ben verschuiving van de axiale grensvlakken van de 5 rotortandstelsels over een afstand x resulteert dus in een verschuiving y van de statortand ten opzichte van de rotortand in tangentiële richting. Op deze wijze wordt de tangentiële uitlijning bepaald door de axiale afstanden tussen de rotortandstelsels.

10 Bij de in figuur 3 geschetste situatie is de hoogte h^ van de rotortanden groter gekozen dan de hoogte h van de statortanden waarbij de statortanden qua hoogte s binnen de hoogte van de rotortanden valt. Bij deze oplossing is de axiale uitlijning van de statordelen dus de 15 axiale afstanden tussen de statortandstelsels 10 t/m 13 bepalend voor de tangentiële uitlijning en is de ligging van de de rotortandstelsels 14 t/m 17 in axiale richting begrenzende vlakken niet kritisch. Bij de in figuur h geschetste situatie is dit juist andersom. Hier valt de 20 hoogte h^ van de rotortandstelsel 14 t/m 17 binnen de hoogte h van de statortanden en zijn de de rotortandstel-seis in axiale richting begrenzende vlakken bepalend voor de tangentiële uitlijning terwijl de axiale afstanden tussen de statortandstelsels niet kritisch zijn. Xn principe kan 25 echter ook bijvoorbeeld h = h gekozen worden. De axiale ligging van zowel de statortandstelsels als van de rotortandstelsels is dan bepalend voor de tangentiële uitlijning. Daarbij komt dan nog dat een foutieve plaatsing behalve op de uitlijning ook op de grootte van de koppels 30 van invloed is omdat qua axiale ligging gemeenschappelijke deel van de hoogte van stator- en rotortanden, welke gemeenschappenjk deel in dit geval afhankelijk is geworden van de axiale ligging van beide tandstelsels ten opzichte van elkaar, bepalend is voor het koppel. Het verdient 35 daarom de voorkeur om de hoogte van of de rotor- of de statortanden kleiner te kiezen dan die van de andere en die betreffende tanden qua hoogte aan beide axiale zijden binnen de axiale zijden van de andere tanden te laten val- 7904817

Claims

30 CONCLUSIES:

1. Stappenmotor met een stator (2) die tenminste omvat een eerste ringvormig statordeel (3) met een ringspoel (8) en een die ringspoel omvattend magnetisch geleidend omhulsel (6) dat in een eerste (10) en tweede (11) ringvormig tand-35 stelsel uitmondt, een tweede ringvormig statordeel (4) met een ringspoel (9) en een de ringspoel omvattend magnetisch geleidend omhulsel (7) dat in een derde (12) en vierde (13) ringvormig tand-stelsel uitmondt, en 7904817 PHN 9492 9 een rotor (2) met een met het eerste, tweede, derde en vierde tandstelsel samenwerkende vertanding (l4, 15, 16, 17), met liet kenmerk, dat de tanden van de tandstelsel van de stator axiaal in lijn gelegen zijn en dat de tanden van g de rotorvertanding op de omtrek van de rotor zijn aangebracht doordat in het rotoroppervlak schroeflijnvormige groeven zijn aangebracht.

2. Stappenmotor volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de tanden van de rotorvertanding qua axiale 10 hoogte kleiner zijn dan die van de daarmee samenwerkende statortandstelsels en dat de tanden van de statortandstelsels in axiale richting de daarmee samenwerkende rotor-tanden in beide richtingen overlappen.

3. Stappenmotor volgens conclusie 2, met het ken-15 merk, dat een eerste, tweede, derde respectievelijk vierde rotortandstelsels aanwezig is die met het eerste, tweede, derde respectievelijk vierde statortandstelsel samenwerkt, welke rotortandstelsels gevormd zijn doordat naast het aanbrengen van genoemde schroefvormig groeven 2o ook cirkelvormige groeven die de genoemde rotortandstelsels in axiale richting begrenzen zijn aangebracht.

4. Stappenmotor volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de tanden van de statortandstelsels qua axiale hoogte kleiner zijn dan die van de daarmee samenwerkende 25 rotorvertanding en dat de tanden van de rotorvertanding in axiale richting de daarmee samenwerkende tanden van de statortandstelsels in beide richtingen overlappen. 30 35 7904817