NL8200285A - Elektro-dynamisch gedempte stapmotor. - Google Patents

Description

V.O.3010

Titel: Elektro-dynamisch gedempte stapmotor.

De uitvinding heeft betrekking op een stapmotor met een elektro-dynamische inrichting voor het dempen van de rotorbeweging, meer in het bijzonder voor stapmotoren met permanent bekrachtigde rotor.

Stapmotoren zijn voorzien van een discontinu roterende rotor, die 5 in afhankelijkheid van de aan de arbeidswikkeJing toegevoerde pulsen stapsgewijze roteert, waarbij de rotor na elke stap quasi tot stilstand komt. Voor een betrouwbare werking is het vereist, dat de motor binnen de bedrijfsparameters daarvan elke stap exact uitvoert. Om daarbij hoge stapfrequenties en koppels te verkrijgen, is een demping van het elektro- · 10 mechanische stelsel nodig. Daartoe zijn verschillende constructies bekend. Volgens het Duitse Auslegeschrift 1.488.654 en het Duitse Offenlegungs-schrift 2.108.001, wordt de demping verkregen doordat het huis van de stapmotor met een vloeistof met een bepaalde viscositeit is gevuld, waarmede de rotatiebeweging van de rotor door vloeistofwrijving wordt ge-15 dempt. Een soortgelijk .voorstel vindt men in het DDR octrooi 59311, waarbij de stapmotor eveneens met vloeistof is gevuld of met een met vloeistof gevuld rotatiestelsel is gekoppeld.

, De bezwaren van dergelijke constructies voor het dempen van stap motoren liggen meer in het bijzonder -in de technologische problemen bij 20 de vervaardiging van vloeistofdichte huizen en legers en in de noodzaak constante bedrijfstemperaturen te realiseren aangezien de viskositeit van de vloeistoffen en daardoor de dempingseigenschappen daarvan met de temperatuur veranderen.

Verdere constructies voor het dempen van het- electro-mechanische 25 stelsel van stapmotoren omvatten, zoals is beschreven in het Duitse - Offenlegungsschrift 1.538.962,vrij roteerbare extra oscxöatie-assen bij - ;r · de -rotor,, die door mechanische wrijvings- of vloeistofkoppelingen met de rotor zijn gekoppeld. De hoeveelheid arbeid en onderdelen vo'or de vervaardiging van dergelijke constructies zijn zeer groot.

30 Volgens het Duitse Offenlegungsschrift 2.136.531 bevindt zich op de rotor van een stapmotor een laag van elektrisch goed geleidend materiaal. In deze laag worden door de arbeidsflux wervelstromen geïnduceerd, die dempend werken op de rotorbeweging.

De in deze laag geïnduceerde wervelstromen zijn derhalve slechts .

35 werkzaam in de periode waarin een arbeidsflux aanwezig is. Tegelijkertijd “ 820 0 2 85 ”............... 7 .......... ~~ -2- treedt als bezwaar een demping van de arbeidsflux en derhalve een verlaging van het rendement op.

Tenslotte is het uit het DDR octrooi 59911 bekend rotoren door mechanische wrijvingsonderdelen te dempen. Het van de rotatiesnelheid 5 praktisch onafhankelijke wrijvingskoppel beïnvloedt het aanloopgedrag van de startmotoren op een ongunstige wijze en begrenst de levensduur daarvan. ' .

In hetzelfde octrooischrift is het dempen van startmotoren door wervelstroomremmen beschreven. Daarbij roteert een koperen schijf in een 10 elektromagnetisch veld en bewerkstelligt deze schijf een met de rotatie -. snelheid evenredige demping. De voor de vereiste demping noodzakelijke grootte van de wervelstroomdempinrichting beïnvloedt echter het traag-heidsmoment van de ~stapmotor op een aanzienlijke wijze en kan meer in het bijzonder bij kleine constructies moeilijk worden ondergebracht.

15 De uitvinding stelt zich ten doel bij elektrodynamisch gedempte stapmotoren de hoeveelheid onderdelen en de kosten bij de vervaardiging • daarvan te reduceren en het rendement daarvan te verbeteren.

De uitvinding beoogt een elektrodynamisch gedempte stapmotor met een elektrisch bekrachtigde polen bezittende stator en een meer in het 20 bijzonder permanent bekrachtigde rotor met aan de omtrek aangebrachte polen te verschaffen, die een met de rotatiesnelheid evenredige, eenvoudig te verwezenlijken elektrodynamische demping bezit, waarmede een hoog rendement en een lange levensduur bij een klein constructievolume wordt gewaarborgd. Tegelijkertijd dient het massatraagheidsmoment van het ro-25 terende stelsel zo mogelijk. niet. te worden vergroot.

Daartoe bezit volgens.de uitvinding de rotor ten minste, aan een kopzijde magnetische zones met wisselende polariteit en is evenwijdig daaraan in de stator, van de rotor door een axiale luchtspleet gescheiden, een elektrisch of elektrisch en magnetisch geleidende reactieschijf rota-30 tievast aangebracht.,

Voor het reduceren van de vervaardigingskosten is de reactieschijf bij voorkeur als een deel van het motorhuis uitgevoerd. Daarbij is' de vervaardiging van de reactieschijf uit met het motorhuis identiek-, elektrisch geleidend, zacht magnetisch materiaal van voordeel.

35 Bij deze meest eenvoudige uitvoering volgens de uitvinding bezit 8 2 0 0 2 8 5 ........ ....... ........ _~~ 'r^ *·’ -3- de gedempte stapmotor ten opzichte van de niet-gedempte stapmotor geen extra onderdeel aangezien de functionele elementen van de dempinrichting in de construktieëlementen van de stapmotor zijn geïntegreerd. Als extra ’ is slechts de aan de kopzijde van de rotor uit te voeren magnetisering 5 'noodzakelijk. ·'·'- ‘

De in de elektrisch geleidenderzacht magnetische reactieschijf ge-' induceerde wervelstromen wekken een dempingsmoment op, waarbij de ver-· eiste grootte van de inductie wordt verkregen doordat de reactieschijf tegelijkertijd de voor het geleiden van een grote magnetische fluxver-10 eiste lage magnetische weerstand waarborgt,

De axiale trekkrachten, die tussen de rotor en de reactieschijf optreden, verzekeren in samenwerking met een afstandsschijf de voor een reproduceerbare demping vereiste constante luchtspleet zonder dat stren- -ge tolêrantieêisen voor de axiale legerspeling of andere gelijksoortige 15 constructieve maatregelen nodig zijn.

Voor het aanpassen van de dempingskarakteristiek aan de bedrijfs-karakteristiek van 'de stapmotor ën het gelijktijdig'optimaliseren"van de ' axiale legerkrachten bestaat de reactieschijf bij een uitvoeringsvorm volgens de uitvinding uit twee lagen, waarvan de naar de rotor gekeerde 20 laag uit elektrisch geleidend niet-magnetisch materiaal en de van de rotor afgekeerde schijf uit zacht magnetisch materiaal bestaat.

Bij een speciale uitvoeringsvariant neemt de elektrisch geleidende niet-magnetische laag 30-70% van de totale dikte van de reactieschijf in beslag, waarbij de zacht magnetische laag niet dikker dan voor het ge- · 25 leiden van de flux nodig, is,is gedimensioneerd..

Terwijl bij de uitvoering van de reactieschijf uit elektrisch ge- » t · leidend zacht magnetisch materiaal een proportionele invariabele samen- « .

hang tussen het door wervelstromen opgewekte dempingsmoment (betrokken op een constante rotatiesnelheid) en de axiale trekkracht bestaat, kan 30 bij een· reactieschijf uit twee, zoals_ boven beschreven lagen het dempingsmoment binnen ruime grenzen onafhankelijk van de axiale trekkracht worden gekozen. Hierdoor wordt, ondanks een eventuele vergroting van het dempingsmoment de axiale legerbelasting aanmerkelijk gereduceerd.en kan de levensduur van de stapmotor worden vergroot.

35 Wanneer voor de rotor van de stapmotor een permanente magneet met zeer grote veldsterkte bijvoorbeeld groter dan 1500 A cm 1 ter beschikking staat, is voor de reactieschijf een elektrisch geleidend niet-magne- X *r _ . _ " 8200285...........

-4-

V. 'W

tisch materiaal voldoende. In dat geval moeten aangezien geen axiale trekkrachten aanwezig zijn, voor het verkrijgen van een constante lucht-spleet andere constructieve maatregelen worden getroffen.

De uitvinding zal voor een uitvoeringsvorm daarvan onderstaand ....... 5 nader worden, toegelicht -onder verwijzing naar .-de .tekening. Daarbij toont: - .

fig. 1 een perspectivisch aanzicht van een permanent bekrachtigde rotor en fig. 2 een halve doorsnede van een stapmotor volgens de uitvinding.

10 De in fig. 1 afgeheelde rotor 1 bestaat uit een op een as 2 beves tigd cilindrisch magneetlichaam aan de omtrek waarvan zestien polen 3 en aan een kopvlak waarvan vier gemagnetiseerde zonés 4 met afwisselende poolvolgorde aanwezig zijn.

In fig. 2 is een dergelijke volgens fig. 1 gemagnetiseerde rotor 15 1 binnen de stator van een stapmotor opgesteld. De stator omvat twee .. . - . met .elkaar.-verbonden,..uit. zacht magnetisch.,'diep getrokken plaat bestaan?;· .· . .

de binnenste huisschelen. 5 en 5' met steeds acht polen 6 respectievelijk 61, die in twee buitenste huisschalen 7 respectievelijk 7' uit hetzelfde materiaal zijn aangebracht. De huisschalen 7 respectievelijk 7' bezitten 20 elk acht polen 8 'respectievelijk 81, die zich midden in de ruimten tussen twee polen 6 respectievelijk 6’ bevinden.

De polen 6 respectievelijk 6' en 8 respectievelijk 8' zijn ten opzichte van elkaar over een halve poolsteek verschoven. Binnen de schalen 5 respectievelijk 5' en 7 respectievelijk 7' zijn op spoellichamen 9 en 25 9' de arbeidswikkelingen 10 en 10' aangebracht. In de buitenste schalen . · - 7 en 7' zijn de legers 11 en 11' voor de as 2 van de rotor 1 aangebracht.,

De op het leger 11 aansluitende, ringvormige zone 12 van een buitenste schaal 7 is rotatievast verbonden met een aluminiumschijf 13. De ringvormige zone 12 en de aluminiumschijf 13 vormen tezamen dè met de gemag-30 netiseerde zones 4 aan de kopzijde 14 van de rotor 1 satnenwerkendë réac-tieschijf. Voor het verzekeren van een constante axiale luchtspleet 15 is tussen het leger 11 en de kopzijde 14 van de rotor 1 een afstands-schijf 16 aangebracht, die uit een glijmateriaal. bestaat.

De dikteverhouding tussen de diep getrokken plaat in de ringvor-35 mige zone 12 en de aluminiumschijf 13 is gelijk aan 1: 1 gekozen, waar—.-;.,-,.

* \ - ëTmes 7 7 ~ -5- door men voor de bepaalde stapmotor een optimaal afgestemde bedrijfs-karakteristiek verkrijgtτ 82 0 0 2 8 5 ‘.....~

Claims (7)

1. Elektrodynamisch gedempte stapmotor met een elektrisch bekrachtigde polen bezittende stator en eenmeer inhet bij zonder permanent bekrachtigde rotor met aan de omtrek aangebrachte polen met het kenmerk, dat de rotor (1) ten minste aan een-kopzijde van magnetische zones met wisse- 5 lende polariteit is voorzien en ' parallel daaraan in de stator, door een axiale luchtspleet van de rotor gescheiden, een elektrisch of elektrisch en magnetisch .geleidende reactieschijf jrotatievast is opgesteld. ‘

2. Stapmotor volgens conclusie 1 met het kenmerk, dat de reactieschijf 10 een deel van het motorhuis is.

3. Stapmotor volgens conclusie 1 of 2 met het kenmerk, dat de reactieschijf uit elektrisch geleidend, zacht magnetisch materiaal, bestaat.

4. Stapmotor volgens conclusie 1 of 2 met het kenmerk,· dat de reactieschijf. is voorzien van twee .lagen, waarvan de naar de rotor gekeerde 15 laag uit elektrisch geleidend niet-magnetisch' materiaal en de van de rotor afgekeerde laag uit .zacht magnetisch materiaal bestaat.

5. Stapmotor volgens conclusie 1 en 4 of 2 en 4 met het kenmerk, dat de laag uit elektrisch geleidend niet-magnetisch materiaal 30-70% van de totale dikte van de reactieschijf in beslag neemt,, waarbij de zacht mag- 20 netische laag niet dikker dan voor het geleiden van de flux nodig is, is gedimensioneerd.

6. Stapmotor volgens conclusie 1 of 2 met het kenmerk, dat de reactie- * : schijf uit elektrisch geleidend materiaal bestaat, τ’- ' · :. -- ' . . :1.

8 S ' w ^ · '