DE2730041A1 - Taumelscheibenschrittmotor - Google Patents

Description

• Die Erfindug betrifft einen Tanmelscheibenschrittmoter,
• bestehend aus einen Stator, in der1i mchrere Elektromagnete mit polschuhen auf einem Rong angeordnet sind, aus einem koaxial zu diesem Ring drehbar gelagerten Rotor, dessen Abtriebswelle über eine Membran mit einem den Nagnetpolen gegenüber liegenden Taumelring aus magnetischem Material starr verbunden ist, der durch eine nacheinander erfolgende Ansteuening der Magnete in eine Taumelbewegung versetzt wird, bei der er mit seiner Eingriffsfläche auf einer Lauffläche des Stators mit etwas kl kleinerem Radius abrollt.
• Ein solcher Lot er ist beispielsweise aus dem Aufsatz "Positionieren mit verzahnten Taumelscheibenmotoren -ein neues Produkt der Raumfahrt", erschienen in der Dornier-Post, Heft 1-2/1875, Seiten 38 und 39, b ekannt. Dort ist sowohl eine Reibversion, d.h., die Eingriffsfläche des Rotors und die Lauffläche des Stators tragen Reibbeläge, als auch eine verzahnte Version, d.h., Eingriffsfläche und Lauffläche tragen eine Verzahnung mit unterschiedlicher Zähnezahl, beschrieben. U.'eist beträgt der Unterschied in der Zähuezahl 1, In beiden Eällen wird durch das nacheinander erfolgende Ansteurern der Nagnete die Eingriffsfläche der Taumelscheibe auf der im Umfang etwas kleineren Laufflache des Stators aberollt. ITach einen Umlauf konmt damit eine Drehbewegung des Rotors um einen kleinen Winkel (z.B.
• entsprechend einem Zahn) zustande.
• Neben der in der genannten Veröffentlichung bekannten Aufhängung des Taumelringes mittels einer Membran ist auch eine Verbindung zwischen der Abtriebswelle und dem Taumelring mittels eines Kardangelenks denkbar, was aber wegen des Kardanfehlers zu ungleichen Motorschritten führt. Solche Fehler treten dagegen nicht auf, wenn man - wie aus der genannten Veröffentlichung ebenfalls bekann-t - eine Taumelscheibe benutzt, die mittels einer Kugel zentral gelagert ist. Dic Ausbildung der Lagerung dieser Kugel ist nicht ganz einfach. Außerdem ist diese Lagerungsmethode dort nicht anwendbar, wo in dem Motor aus konstruktiven Gründen eine zentrale Öffnung benötigt wird.
• Aber auch die Verwendung einer Membran zur Verbindung der Abtriebswelle mit dem Taumelring bringt Schwierigkeiten mit sich und zwar nicht alleine wegen der von den Magneten zu überwindenden axialen Federsteifigkeit der Membran bei der Anreihung des Taumelrings durch die Magnete, als vielmehr dadurch, daß auch hier durch unterschiedliche Federsteifigkeit (Walzrichtung) in der Membran Änderungen der Motorschrittgröße zustande kommen.
• Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ausgehend von der Verwendung einer membrangekoppelten Taumelscheibe Maßnahmen einzuführen, die den rotor hinsichtlich der Schrittgenauigkeit verbessern.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Membran mit einer Reihe, ihre Kippsteifigkeit aefinierende gleichmaßig verteilter Schlitze versehen ist.
• Es hat sich gezeigt, daß bei Verwendung einer ungeschlitzten Membran die entgegengesetzten Auslenkungen des Taumelringes an diametral gegenüberliegenden Stellen bei Einschaltung eines oder mehrerer Magnete entgegen den Erwartungen unterschiedlich groß ist, wenn die Auslenkung einen bestimmten Wert überschreitet, wobei bei steigender Auslenkung des Taumelrings steigende Auslenkungsdifferenzen zustandekommen.
• Dies bedeutet, daß die Schwenkachse sich verlagert. Um das Abrollen der Eingriffsfläche des Rotors auf der Lauffläche des Stators zu erreichen, muß daher ein größerer Schweniwinkel und damit ein größerer Schwenkweg des Taumelrings überwunden werden, was wegen des vergrößerten Luftspalts zu größeren Magneten führt.
• Bei der erfindungsgemäß ausgebildten Membran bleibt dagegen die Differenz der Auslenkungen bis zu sehr viel größeren Auslenkungen klein, d.h., es kommt nur zu einer unwesentlichen Verlagerung der Schwenkachse und damit des Beugungspunktes. Damit können mit dieser Ausbildung der Schwenkwinkel und der Schwenkweg, der für das Abrollen durchfahren werden muß, und damit auch der Luft spalt und die Elektromagnete bzw. deren Ansteuerstrom kleiner gehalten werden.
• Die Formgebung der Schlitze bestimmt das Verhältnis Torsionszu Biegesteifigkeit. Dieses sollte aus funktionellen Gründen möglichst groß sein. Als günstig hat es sich erwiesen, die Schlitze konzentrisch zur Rotorachse auf Kreisen unterschiedlicher Radien unterzubringen und die schlitze benachbarter Kreise überlappen zu lassen. Günstig ist es weiterhin, die Zahl der Schlitze hinsichtlich des sich einstellenden Kardanfehlers mit einer Mindestzahl entsprochend der Motorschrittgröße festzulegen. Vorzugsweise ist die Zahl der Schlitze ein Vielfaches der anzusteuernden Positionen.
• Es hat sich gezeigt, daß man die Genauigkeit der Motorschritte noch verbessern kann, daß man die Membran aus zwei übereinanderliegenden Federblechteilen bilde, wobei die Walzrichtung der Bleche um 900 zueinander verdreh-t sind.
• Schließlich hat es sich bei einer verzahnten Version als vorteilhaft erwiesen, die Zahnkänze des Rotors und Stators außerhalb des Magnetkreises oder allenfalls in einen Nebenmagnetkreis zu legen. Bei Ansteuerung eines Magneten wird nämlich, wenn der Llagnetkreis über die Zähne geschlossen wird, der Zahnkranz des Rotors nur so stark in den Zahnkranz des Stators eingreifen als notwendig ist, um einen sättigungsfreien Übergang des Feldes zu erreichen. Bei Umkehr der Bewegungsrichtung wird deshalb ein zu kleiner erster Motorschritt zustandekommen.
• Anhand der Zeichnung soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert erden. Es zeigen Fig. 1 - einen Schnitt durch einen erfindungsgemäß ausgebildeten Motor, Fig. 2 - zur einen Hälfte eine Aufsicht auf den Stator und zur anderen Hälfte auf den Motor, Fig. 3 - eine Aufsicht auf die Nembran.
• In Fig. 1 und 2 ist der nichtmagnedtische Stator mit 1 bezeichnet. br trägt sechsehn Elecktromagnete, die aus den Wjicklungen 2 und den Polgehäusen 3 bestehen. Am Rand 4 trägt der Stator einen Zahnkranz.
• Am Stator 1 ist mittels eines nicht näher dargestellten Lagers bei 5 die Rotorwelle 6 gelagert, die den Rotorblock 7 trägt, in dem die Membran 8 bei 9 nittels Schrauben oder Nieten und dem Einspannring 10 eingespannt ist. Die Membran trät den Taumelring 11, der wie das Spulengehäuse 3 etwas kegelig ausgebildet ist und bei 12 einen Zahnkranz trägt, der einen Zin mehr als der Statorzaiirii:ranz (4) aufweist.
• Die Membran 8 ist auch in dem Tawmelring 1 1 mittels eines Einspannringes 13 un.d Schrauben oder Nieten 14 eingespannt.
• Die Membran ist aus mindestens zwei aufeinanderliegenden Federblechteilen (nicht dargestellt) zusammengesetzt. Diese können miteinander verklebt sein oder aber nur gestapelt und durch das Einspannen verbunden oder vernietet sein, wobei dann eine reibungserhöhende Zwischenschicht vorgesehen sein kann.
• Fig. 3 zeigt die Membran 8 in Aufsicht. Sie besteht aus drei radialen Zonen 8a, 8b und 8c, von denen die innere 8a und äußere Zone 8b zum Einspannen am Rotorblock 7 und Taumelring 11 dient und die mittlere, die eigentliche Membran darstellende Zone an vier Kreisen mit unterschiedlichen Radien mit Schlitzen 15 versehen ist. Die Schlitze benachbarter Kreise überlappen sich teilweise. Insgesamt sind die 32 Schlitze gleichmäßig verteilt und z.B. symmetrisch zu den Achsen 16 und 17 angeordnet.

Claims (6)

1. Taumelscheibenschrittmotor P a t e n t a n s p r ü c h e : 1. Taumelscheibenschrittmotor, bestehend aus einem Stator, in dem mehrere Elektromagnete mit Polschuhen auf einem Ring angeordnet sind, aus einem koazial zu diesem Ring drchbar gelagerten Rotor, dessen Abtriebswelle über eine Mombren mit einem den Magnspoltem gegenüber liegenden Taumelring aus magnetischem material starr verbunden ist, der durch eine nacheinander erfolgende Ansteuerung der Magneta in eine Taumelbewegung versetzt wird, bei der er mit seiner Eingriffsfläche auf einer Lauffläche des Stators mit etwas kleinerem Radius abrollt, d a d u r c h g e k e n n z e i c h e t , daß die Membran mit einer Reihe ihre Kippsteifigkeit definierende, gleichmäßig verteilter schlitze versehen ist.
2. 2. Taumelscheibenschrittmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schlitze mit sie trennenden Zwischenstegen auf mehrere zur Rotorachse konzentrischer Kreisen und gegeneinander verdreht angeordnet sind.
3. 3. Taumelschelbenschrittmster nach Anspruch 1 oder 2, dadurch wskennzeichnet, daß die Zahl der Schlitze ein Mlmium nicht unterschreitet, nach Möglichkeit ein Mehrfaches der Zahl der durch die Magnete ansteuerbaren Positionen ist.
4. 4. Taumelscheibenschrittmotor nach einem der Ansprüche 1 oder 3, d a d u r c h g e k e n n s e i c h n e t m daß die Membran aus zwei Federblechteilen zusammengesetzt ist, deren Walzrichtung in um 90° varschiedenen Richtungen liegen.
5. 5. Taunelschaibenschrittmotor nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß zeischen die Federblechtelle sine Reibschicht eingebracht ist.
6. 6. Taumelscheibenschrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß dei Ausbildung der Eingriffsfläche und der Lauffläche als Zahnkpanz die Zahnkränze außerhalb des Hauptmupenctkreises liegen.