NL8104096A - Stapmotor. - Google Patents

Description

& ''Λ ^ , N/30.409-St/id

Stapmotor.

De uitvinding betreft een elektrische stapmotor en meer in het bijzonder een stapmotor, waarvan de rotor met zijn uitvoeras een hoek insluit.

In de Amerikaanse octrooiaanvrage 83.339 van 5 10 oktober 1979 ten name van de. .aanvraagster is een golf- opwekker beschreven, die twee of drie lobben als deel van een bewegingsoverbrengingsmechanisme heeft. De golfopwekker werkt op een buigzame tandring, die in een bepaalde uitvoeringsvorm een uitvoeras roterend aandrijft. Het Amerikaanse 10 octrooischrift 3.331.974 beschrijft een bewegingsoverbren-ging in een motor, waarbij éen buigzame rotor, die nabij één einde een tandring met rechte tanden heeft, in twee diametraal tegenover elkaar liggende plaatsen met een cirkelvormige tandring in ingrijping is om een draaibeweging tus-15 sen deze delen op te wekken. De rotor is echter voorzien van een daarin gewikkelde magnetische strip, terwijl in de rotor een radiale buigspanning wordt opgewekt, die het aantal stappen per omwenteling van de uitvoeras beperkt.

Verdere ontwikkelingen van een dergelijke stap-20 motor zijn aangegeven in de Amerikaanse octrooischriften 3.456.139, 3.492.151, 3.644.764 en 3.894.255, die elk een stapmotor beschrijven, waarin in enigerlei vorm een rotor met een enkele lob is toegepast. Deze bekende stapmotoren hebben voorts elk een alzijdig scharnierende koppeling, die 25 een schommelend tandwiel of een trommelvormige rotor met een uitvoeras verbindt. Dit soort koppeling is echter gevoelig voor slijtage en kan gemakkelijk voortijdig kapot gaan. Het Amerikaanse octrooischrift 3.456.139 beschrijft een dubbel-slingerende trommel, die om een kogelscharnier 30 ligt, dat een sinusoidaal slijtagepatroon vertoond. Volgens het Amerikaanse octrooischrift 3.492.515 wordt een plat tandwiel toegepast, dat door een veer op een sferoïdaal lichaam wordt vastgehouden. Het Amerikaanse octrooischrift 3.664.764 toont eveneens een plat tandwiel met twee groepen 35 van daarmee samenwerkende tanden, die zijn aangebracht op een kogelscharnier op een uitvoeras. Het Amerikaanse octrooi- 8104096 * '® -2- schrift 3.894.255 beschrijft een motor met een enkele lob en een trommelvormige rotor, die nabij één einde een kogel-scharnier heeft, en voorts met een verlengde as, die met een punt om een dergelijke vaststaande punt in een eindkap 5 draait. Deze bekende uitvoering heeft voor de oplossing van het gestelde doel een gecompliceerde ondersteunings- en aandrijf constructie .

De uitvinding beoogt een stapmotor te verschaffen, die een minder gecompliceerde constructie heeft, dan 10 de bekende stapmotoren.

Voorts beoogt de uitvinding een stapmotor te verschaffen, waarvan de inwendige en uitwendige tandringen gemakkelijk kunnen worden gemonteerd en vervangen door tandringen met een ander aantal tanden teneinde verschillende 15 overbrengingsverhoudingen te kunnen verkrijgen.

Een ander doel van de uitvinding is een stapmotor van het harmonische aandrijftype te verschaffen, waarbij in de rotor zelf geen radiale buigspanningen optreden.

Tenslotte beoogt de uitvinding een stapmotor te 20 verschaffen, waarvan de rotor aan een uitvoeras is bevestigd door middel van een buigzaam steunorgaan of membraan en die met een beter rendement kan werken en een groter werkbereik heeft dan de vergelijkbare bekende stapmotoren.

De uitvinding betreft derhalve een stapmotor 25 van het harmonische aandrijftype, met een huis voorzien van twee eindkappen, een stator met bekrachtigbare polen, die op afstand van elkaar rond een althans nagenoeg cylindrisch vlak liggen, dat een axiaal lopende boring in het huis omsluit, en een in de motor ondersteund uitvoerorgaan.

30 De stapmotor van deze soort heeft volgens de uitvinding het kenmerk, dat in de huisboring een stijve cylinder is geplaatst, die aan zijn ene einde door een buigzaam steunorgaan wordt gedragen en aan zijn andere einde is voorzien van een eerste tandring, waarbij in één van de eind-35 kappen van het huis nabij de eerste tandring een tweede tandring is ondersteund, zodanig, dat door passende bekrachtiging van de polen een rondgaande schommelbeweging van de cylinder met een corresponderende rondgaande wederzijdse in- 8104096 N/30.409-St/id ϊ J.

-3- grijping van de beide tandringen kan worden opgewekt, die een draaibeweging van het uitvoerorgaan tot gevolg heeft.

De stapmotor heeft derhalve als rotor een stijve cylinder, die aan éên einde door het bijvoorbeeld uit 5 een membraan bestaande steunorgaan op de uitvoeras is ondersteund. Aan het andere einde heeft de rotor een uitwendige tandkrans, die bij bekrachtiging van de motor in ingrijping wordt gebracht met de tanden van een door het huis of een eindkap daarvan gedragen inwendige tandkrans. Bij bekrachti-10 ging van de motor loopt de as van de stijve rotor of cylinder onder een hoek met de hartlijn van de uitvoeras, waarbij echter de rotor tijdens de werking van de motor zijn cylin-drische vorm behoudt. Het vrije-einde van de rotor of cylinder voert een rondgaande schommelbeweging binnen de stator 15 uit als deze wordt bekrachtigd, waarbij de rotoras een pre-cessiekegel beschrijft, waardoor de rotatie van de uitvoeras tot stand komt. De inwendige en de uitwendige tandkransen hebben een verschillend aantal tanden, door keuze waarvan verschillende overbrengingsverhoudingen kunnen worden ver-20 kregen. Door de stijve uitvoering van de rotor of cylinder worden radiale buigspanningen daarin vermeden, waarbij een zeer klein aantal stappen per omwenteling van het uitvoerorgaan kan worden verkregen, welk aantal aanmerkelijk lager is, dan met vergelijkbare stapmotoren van het harmonische aan-25 drijftype bereikbaar is.

In de tekening zijn uitvoeringsvoorbeelden van de stapmotor volgens de uitvinding afgeheeld, bij de bespreking waarvan nog andere gunstige constructieve maatregelen naar voren zullen komen.

30 Fig. 1 is een perspectivisch aanzicht van een ten dele ppengesneden stapmotor volgens een eerste uitvoeringsvorm van de uitvinding; en

Fig. 2 toont op dergelijke wijze als fig. 1 een tweede uitvoeringsvorm.

35 De in fig. 1 als geheel door 10 aangeduide stap motor heeft een huis 12 bestaande uit een eerste eindkap 14, een middelste huisdeel 16 en een tweede eindkap 18. In deze eindkappen 14 en 18 is door buslegers 22 en 24 een uitvoeras 8104096 N/30.409-St/id % .

/ . * -4- 20 in twee axiaal op afstand van elkaar liggende plaatsen ondersteund. De eindkappen 14 en 18 zijn door een aantal axiaal lopende bouten 26 klemmend tegen het middelste huis-deel 16 vastgezet, welk huisdeel 16 een gelamineerde stator 5 28 omsluit. In de axiale boring van de stator 2.8 is een stijve, in hoofdzaak cylindrische en magnetisch permeabele rotor of cylinder 30 geplaatst, die door een buigzaam steun-orgaan 32 aan de uitvoeras 20 is bevestigd. Bij voorkeur bestaat, zoals getekend, dit steunorgaan 32 uit een membraan, 10 maar in plaats daarvan kan ook een spaakconstructie worden toegepast. De uitvoeras 20 is voorzien van een kraag 34, waaraan het in radiale zin binnenste deel van het flexibele membraan 32 is bevestigd ter vergemakkelijking van de verbinding tussen de as en het membraan. In een groef 38.van 15 de uitvoeras 20 is een opsluitring 36 aangebracht, die tegen het leger 22 aanligt en een axiale beweging van de as 20 in de ene richting verhindert, terwijl een flens 40 van het andere leger 24 een relatieve axiale beweging van de as 20 in de andere richting verhindert.

20 De stijve cylinder 30 draagt dicht bij zijn van het membraan 32 afgekeerde vrije einde een uitwendige tand-ring 42 met axiaal lopende tanden. De eindkap 14 is-uitgevoerd met een naar binnen stekende ringvormige flens 44, die co-axiaal is met de uitvoeras 20, waarvan de hartlijn door 25 A is aangegeven. De ringvormige flens 44 is dicht bij zijn vrije einde aan de binnenzijde voorzien van een inwendige cirkelvormige tandring 46 met axiaal lopende tanden.

De boring 48 van de stator 28, waarin de rotor 30 is ondersteund, heeft ter plaatse van de samenwerkende 30 tandringen 42 en 46 een iets grotere diameter, waarbij deze boring 48 naar het membraan 32 toe in geringe mate conisch smaller wordt. De rotor is bij voorkeur in omgekeerde zin licht conisch uitgevoerd, waarbij derhalve de rotordiameter aan het vrije einde daarvan bij de tandring 42 kleiner is, 35 dan de diameter van de rotor 30 bij het membraan 32. De tanden van de cirkelvormige tandring 46 kunnen onder een kleine hoek met de as corresponderend met de coniciteit van de boring 48 in de stator 28 zijn gesneden. In dat geval heeft 8104096 N/30.409-St/id % -5- derhalve de inwendige tandring 46 aan de zijde van de eind-rand van de ringvormige flens 44 een kleinere diameter dan aan zijn andere, naar buiten gekeerde zijde teneinde een schuine stand van de rotor 30 tijdens de werking van de mo-5 tor te compenseren.

De stator bestaat uit een aantal tegen elkaar geplaatste lamellen, die op conventionele wijze van een isolerende bekleding zijn voorzien. De lamellen kunnen in onderling gelijke vorm worden uitgeponst en van op gelijke 10 afstand van elkaar liggende inwendige kernen met gebogen poolvlakken zijn voorzien, waarbij de lamellen na stapeling machinaal worden bewerkt om de bovengenoemde licht conisch verlopende boring 48 te vormen. De stator 28 heeft een veld-wikkeling met om de respectieve polen liggende wikkelings-15 delen, die door een niet-afgeheelde gever achtereenvolgens kunnen worden bekrachtigd, zodanig, dat in de omtreksrich-ting naast elkaar liggende polen achtereenvolgens de rotor of cylinder 30 aantrekken en daardoor de motor in draaiing brengen. Als één of meer paren van naast elkaar liggende 20 polen van de stator 28 worden bekrachtigd wordt derhalve de cylindrische rotor 30, waarvan de as door B is aangegeven, gekanteld, waardoor deze as ten opzichte van de hartlijn A van de stator schuin komt te staan en corresponderende tanden van de beide tandringen 46 en 42 met elkaar in ingrij-25 ping worden gebracht. Het membraan 32, dat de rotor 30 met de uitvoeras 20 verbindt, wordt daarbij verbogen om de verplaatsing van de rotoras B vanuit de stand, waarin deze met de hartlijn A van de uitvoeras 20 samenvalt, naar de stand, waarin hij een kleine hoek met deze hartlijn A insluit, bij 30 de bekrachtiging van de motor 10 mogelijk te maken. Het membraan kan als één stuk met de cylindrische rotor 30 zijn gevormd, zoals in fig. 1 is afgeheeld, of kan onafhankelijk daarvan zijn vervaardigd en langs samenvallende omtreksflen-sen daaraan zijn vastgelast.

35 Door op de juiste wijze in de omtreksrichting naast elkaar liggende poolparen van de stator 28 voortschrijdend te bekrachtigen en daarbij telkens de bekrachtiging van de nalopende poolparen weg te nemen wordt bereikt, dat de 8104096 N/30.409-St/id / -6— .

cylindrische rotor 30 een rondgaande schommelbeweging in de boring 48 uitvoerd, waarbij de draaiingsas B van de rotor 30 een precessiekegel beschrijft.

Het aantal tanden van de uitwendige tandring 42 5 is kleiner dan dat van de stilstaande inwendige tandring 46, zodat bij elke rondgang van de rotor 30 door zijn baan een hoekverdraaiing van de uitvoeras 20 om zijn hartlijn A optreedt, die correspondeert met het verschil van het aantal tanden van de inwendige tandring 46 en de uitwendige tand- -10 ring 42. Door toepassing van rotors met verschillende aan-:, tallen tanden op hun tandring 42 is het mogelijk om verschillende waarden van het aantal rotoromlopen voor elke omwenteling van de uitvoeras 20 te realiseren. De beide tandringen 46 en 42 kunnen als onderdeel van respectievelijk de ring-15 vormige flens 44 en het cylindrische rotordeel 30 worden vervaardigd, maar het is ook mogelijk deze tandringen afzonderlijk te fabriceren en bijvoorbeeld door lassen vast te zetten.

Opgemerkt wordt, dat een uitvoeringsvorm moge-20 lijk is, waarbij de tandring aan het vrije einde van de rotor 30 als een binnenring in deze rotor is aangebracht, terwijl de stilstaande tandring 46 als een uitwendige tandring op de flens 4 is gevormd, in welk geval de rotor 30 met zijn vrije einde radiaal buitenwaarts om de ringvormige flens 44 25 omloopt.

Bij de uitvoeringsvorm van fig. 2 is het de cylindrische rotor 30 dragende membraan 32 met zijn in radiale zin binnenste randdeel vast aan de eindkap 18 bevestigd, terwijl de ringvormige tandring 46 aan het uitvoerorgaan 30 vastzit. Daartoe wordt deze tandring 46 door een flensvormige steun 54 gedragen, die anderzijds aan een uitvoeras 52 vastzit, welke door middel van een leger 50 in de andere eindkap 14 draaibaar is ondersteund. Het vrije einde van de cylindrische rotor 30 wordt bij bekrachtiging van de motor 35 ook in dit geval in een omloopbaan om de uitvoeras rondgevoerd, waardoor een rondlopende ingrijping van de tanden van de beide tandringen 42 en 46 optreedt en als gevolg daarvan de uitvoeras 52 wordt verdraaid. De beweging van het vast aan 8104096 N/30.409-St/id "5 ï· -7- de eindkap 18 bevestigde membraan 32 heeft echter uiteraard geen draaicomponent om de hartlijn A van de motor,

De stapmotor volgens de uitvinding heeft een relatief breed uitgangsbereik onder toepassing van een enkel 5 buigzaam onderdeel, waarbij de motordelen een eenvoudige en goedkoop fabriceerbare constructie en een lange levensduur hebben.

8104096 N/30.409-St/id

Claims (14)

1. 3' 'C * - -8-τ·
2. 1. Stapmotor van het harmonisch aandrijftype, met een huis voorzien van twee eindkappen, een stator met bekrachtigbare polen, die op afstand van elkaar rond een althans nagenoeg cylindrisch vlak liggen, dat een axiaal lo- 5 pende boring in het huis omsluit, en een in de motor ondersteund uivoerorgaan, met het kenmerk, dat in de motorboring een stijve cylinder (30) is geplaatst, die aan zijn ene einde door een buigzaam steunorgaan (32) wordt gedragen en aan zijn andere einde is voorzien van een eerste 10 tandring (42), waarbij in ëën van de eindkappen (14,18) van het huis (12) nabij de eerste tandring (42) een tweede tandring (46) is ondersteund, zodanig, dat door passende bekrachtiging van de polen een rondgaande schommelbeweging van de cylinder (30.) met een corresponderende rondgaande weder-15 zijdse ingrijping van de beide tandringen (42,46) kan worden opgewekt, die een draaibeweging van het uivoerorgaan (20;52) tot gevolg heeft.
3. 2. Stapmotor volgens conclusie l,met het kenmerk, dat de tweede tandring (46) onder tussenkomst 20 van een ringvormige flens (44;54) in de betrokken eindkap (14;18) is ondersteund.
4. 3. Stapmotor volgens conclusie 1 of 2, m e t het kenmerk, dat het uivoerorgaan (20;52) bestaat uit een as, die in tenminste ëën van de eindkappen (14;18) 25 is ondersteund.
5. 4. Stapmotor volgens conclusie 3, m e t h e t kenmerk, dat de uitvoeras (20) aan het buigzame steunorgaan (32) vastzit.
6. 5. Stapmotor volgens conclusie 3, m e t het 30 kenmerk, dat de uitvoeras.(52) aan de tweede tandring (46) vastzit.
7. 6. Stapmotor volgens ëën der voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de eerste tandring (42) zich aan de buitenomtrek van de cylinder (30) be- 35 vindt, terwijl de tweede tandring (46) zich aan de binnenomtrek van de ringvormige flens (44;54) bevindt. 8104096 N/30.409-St/id -9-
8. 7. Stapmotor volgens ëën der conclusies 3 - 6, met het kenmerk, dat de stijve cylinder (30) een draaiingsas heeft, die tijdens de bekrachtiging van de polen van de stator (28) ten opzichte van de hartlijn van de uit- 5 voeras (20;52) schuin staat.
9. 8. Stapmotor volgens conclusie 7,met het kenmerk, dat de draaiingsas van de stijve cylinder (30) een precessiekegel beschrijft als de stijve cylinder (30) in zijn baan om de uitvoeras (20;52) omloopt. 9. stapmotor volgens conclusie 7,met het kenmerk, dat het wandvlak van de statorboring mef.de . hartlijn van de uitvoeras (20;52) een hoek insluit.
10. 10. Stapmotor volgens conclusie 7,met het kenmerk dat de tanden van de tandring (46) op de ring- 15 vormige flens (44;54) onder een kleine hoek met de hartlijn van de uitvoeras (20;52) lopen.
11. 11. Stapmotor volgens conclusie 7,met het kenmerk, dat de stijve cylinder (30) zijn cylindrische vorm behoudt als hij in zijn baan om de uitvoeras (20;52) 20 omloopt.
12. 12. Stapmotor volgens conclusie 10, m e t het kenmerk, dat de tweede tandring (46) op de ringvormige flens (44;54) ten opzichte van deze flens verwisselbaar is.
13. 13. Stapmotor volgens conclusie 11, met het 25 kenmerk, dat voortschrijdende bekrachtiging van op elkaar volgende poolparen onder corresponderende voortschrijdende uitschakeling van voorafgaande poolparen, welke poolparen zich bij het ingrijpingspunt van de tandringen (42,46) bevinden, het omlopen van de cylinder (30) in zijn baan en 30 de draaiing van de uitvoeras (20;52) tot stand brengt.
14. 14. Stapmotor volgens één der voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat het buigzame steun-orgaan (32) aan het ene einde van de cylinder (30) bestaat uit een zich dwars op de cylinder uitstrekkend membraan. 8104096 N/30.409-St/id