NL8601422A

NL8601422A - Stappenmotor en display voorzien van dergelijke stappenmotoren.

Info

Publication number: NL8601422A
Application number: NL8601422A
Authority: NL
Original assignee: Hugo Karel Krop
Priority date: 1986-06-03
Filing date: 1986-06-03
Publication date: 1988-01-04
Also published as: BR8702816A; KR880001087A; JPS62293960A; KR960008795B1; DE3782544D1; EP0248472B1; DE3782544T2; EP0248472A1; ES2035850T3; US4831293A

Description

. m 60.77.779

De heer H.K. Krop te Loosdrecht

STAPPENMOTOR EN DISPLAY VOORZIEN VAN DERGELIJKE STAPPEN-MOTOREN

De uitvinding betreft een stappenmotor voorzien van een op een as gemonteerde, permanent magnetische rotor-schijf en tenminste één spoel voor het opwekken van een magnetisch veld, alsmede een display voorzien van 5 dergelijke stappenmotoren.

Stappenmotoren van het genoemde type zijn reeds bekend, en worden op een zeer groot aantal toepassingsgebieden ingezet. Zo zouden numeriek bestuurde bewerkingsmachines zeer veel gecompliceerder worden zonder toepassing van 10 stappenmotoren, terwijl ook vele servo-mechanismen op het gebruik van stappenmotoren zijn gebaseerd.

Daar echter de permanent magnetische rotorschijf enig volume vergt om een voldoende sterk magnetisch veld te kunnen bezitten, en de spoelen in de bekende stappenmo-15 toren cilindrisch rond de rotor zijn opgesteld, is het buitengewoon moeilijk om zeer kleine stappenmotoren te vervaardigen.

De uitvinding beoogt te voorzien in een stappenmotor, waarvan de dimensies kleiner kunnen zijn dan van de 20 bekende stappenmotoren. Zij bereikt dit doel, doordat elke spoel in een vlak is gewikkeld, waarbij de normaal op de wikkelingen van elke spoel loodrecht op de rotoras staat, en doordat de rotorschijf elk spoelwik-kelvlak doorsnijdt.

25 Door deze constructie kan met zeer kleine stuurstroom-sterkten en een minimum aan magnetisch- en spoelmate- 9601422

i , 'V

I » — riaal een stappenmotor worden vervaardigd, daar de rotorschijf zelf tegelijkertijd anker en magneetkern vormt. Dit effect wordt mede bereikt door de spoelen als luchtspoelen uit te voeren.

5 Het grote voordeel van de mogelijkheid om nog kleinere stappenmotoren te ontwikkelen is de ontsluiting van talloze nieuwe toepassingsgebieden en de verdere miniaturizering van bestaande systemen, bijvoorbeeld in de meet- en regeltechniek. Door de kleine benodigde 10 stuurstroomsterkte wordt slechts een minimaal vermogen opgenomen.

Een verder voordeel is dat stappenmotoren volgens de uitvinding direkt door een computer kunnen worden gestuurd, daar de voeding voor de stappenmotor zonder 15 versterking kan worden afgestemd op het uitgangssignaal van de computer.

Doordat de rotor en de spoelen zijn omgeven door een ringvormige, weekijzeren mantel, heeft de stappenmotor volgens de uitvinding nagenoeg geen extern strooiveld, 20 terwijl het weekijzer het magnetisch veld tot een maximaal efficiënte vorm buigt.

Thans zullen uitvoeringsvoorbeelden van een stappenmotor en display's volgens de uitvinding aan de hand van tekeningen nader worden toegelicht.

25 Figuur 1 toont een stappenmotor volgens de uitvinding in exploded view; figuur 2 toont de samengestelde kooi-constructie volgens figuur 1, waarbinnen de samengestelde rotor is opgenomen; 30 figuur 3 toont een van spoelen voorziene kooiconstructie volgens figuur 1; 860 1 422 -3- if i figuur 4 toont een schematische weergave van de ligging van de polen in de rotor volgens figuur 1; figuur 5 toont een schematische weergave van de 5 ligging van de spoelen volgens figuur 1; figuur 6 toont een deeldoorsnede van de stappenmotor volgens figuur 1 in samengestelde toestand; figuur 7 toont een doorsnede van een gedeelte van een display volgens de uitvinding; 10 figuur 8 toont een tweede doorsnede van een gedeelte van een display volgens figuur 7; figuur 9 toont een andere display volgens de uitvinding; figuur 10 toont een dwarsdoorsnede van de display 15 volgens figuur 9; en figuren 11 en 12 tonen electrische schema's.

In figuur 1 is een uitvoeringsvoorbeeld van een stappenmotor volgens de uitvinding weergegeven in exploded view, waarbij de stappenmotor 1 is opgebouwd uit 20 - een schijfvormige, permanente magneet 2 een as 3 een aanslagring 4 welke tezamen de rotor 5 vormen - een segmentschijf 7 25 - een vingerschijf 8 8601 422 i % -4- welke tezamen een cilindrische kooi-constructie 6 vormen welke concentrisch rond de rotor 5 is geplaatst, en om welke kooi-constructie 6 een aantal spoelen 9 is gewikkeld, en voorts uit 5 - aansluitpennen 10, 10', en een weekijzeren mantel 11.

De samengestelde kooi-constructie 6, zonder spoelen 9 maar met de samengestelde rotor 5, is weergegeven in figuur 2; de samengestelde kooi-constructie 6, met 10 spoelen 9 maar zonder rotor 5 en aansluitpennen 10, 10', is weergegeven in figuur 3.

De schijfvormige, permanente magneet 2 is in het gegeven uitvoeringsvoorbeeld diagonaal gemagnetiseerd, zoals weergegeven in figuur 4. Door nu de spoelen 9 te 15 plaatsen volgens het schema van figuur 5, kan een 90°-stappenmotor worden verkregen, indien telkens slechts één spoelenpaar 91, 9’', waarbinnen de spoelen 9 parallel zijn geschakeld, wordt bekrachtigd, maar ook een 45°-stappenmotor, wanneer één spoelenpaar of beide 20 spoelenparen 9', 91', waarbinnen de spoelen 9 parallel zijn geschakeld, worden bekrachtigd, danwel wanneer de spoelen 9 binnen de spoelenparen 9', 9 *' onafhankelijk van elkaar worden bekrachtigd. Deze laatste mogelijkheid vereist echter één extra aansluiting.

25 De samengestelde stappenmotor 1 volgens het gegeven voorbeeld is in doorsnede weergegeven in figuur 6.

Het is ook zeer wel mogelijk om door aanpassing van het aantal magnetische polen en van het aantal spoelen 9 andere typen stappenmotoren volgens de uitvinding te 30 verkrijgen, zoals bijvoorbeeld 120°- of 180e-stappen-motoren.

8601422 S' i -5-

Bij voorkeur zijn de spoelen 9 in een even aantal aanwezig, en twee aan twee evenwijdig aan elkaar geplaatst ter weerszijden van de rotoras 3, terwijl de spoelen-paren 9', 9*' gelijkmatig over 360° rond de rotoras 3 5 zijn verdeeld. Hierdoor wordt een betere positionering verkregen dan in het geval van enkele spoelen.

In het weergegeven uitvoeringsvoorbeeld volgens de uitvinding bedraagt het aantal spoelen 9 vier, waarbij de beide spoelenparen 91, 9'1 loodrecht op elkaar 10 staan, terwijl de rotor 5 ëén polenpaar bezit.

Door miniaturizering van de componenten zijn de spoelen 9 bestuurbaar door signalen van TTL-niveau, zoals deze signalen door gangbare computers worden afgegeven.

De besturingsmogelijkheid door computers opent tal van 15 nieuwe toepassingsgebieden voor stappenmotoren, zoals voor bijvoorbeeld display's.

Een dergelijke display 12 {figuren 7 en 8) kan zijn opgebouwd uit een volgens een rooster geplaatst aantal rotatie-symmetrische, ruimtelijke, beeldvormende 20 elementen 13, en zijn gestuurd met behulp van stappen-motoren 1, waarbij elk element 13 aan ëén zijde 14 open is, in welke opening 14 een stappenmotor 1 volgens de uitvinding is geplaatst, en elk element 13 voorts is voorzien van een aantal zijvlakken 15, waarvan elk 25 zijvlak 15 is voorzien van een eigen patroon, terwijl het element 13 aan het tegenover de open zijde 14 gelegen uiteinde 16 is bevestigd aan de rotor 5 van de stappenmotor 1, waarbij de rotoras 3 van de stappenmotor 1 één is met de rotatie-symmetrie-as van het 30 element 13, een en ander zodanig dat elk beeldvormend element 13 zijn eigen stappenmotor 1 heeft.

8601422 • i -6-

Een gedeelte van een aldus verkregen display 12 is als voorbeeld in doorsnede weergegeven in de figuren 7 en 8. De elementen 13 zijn op een zodanige tussenafstand van elkaar geplaatst in het display 12, dat er genoeg 5 tussenruimte 17 aanwezig is voor de elementen om vrij te kunnen draaien. Teneinde een regelmatig patroon te verkrijgen, is er ook enige tussenruimte 17' gecreëerd tussen de onderlinge stappenmotoren 1, gezien in het verlengde van de rotoras 3.

10 In het gegeven display-voorbeeld zijn de elementen 13 prisma’s, en wel prisma's met vier zijvlakken 15 en vierkante boven- en ondervlakken 14, 16, of, nog verder gedefinieerd, kubussen. Deze kubussen zijn gerangschikt in rijen en kolommen volgens een rooster met een 15 vierkante eenheidscel. De prisma's kunnen echter ook zes zijvlakken hebben, of staafvormig zijn, danwel anders zijn gevormd,

In een tweede display-voorbeeld, zoals weergegeven in de figuren 9 en 10, bestaat het beeldvormend element 13 20 uit viervlaks-piramiden, waarvan het grondvlak een gelijkzijdige driehoek is. Teneinde een vlak display-front 18 te vormen, staan de 120°-stappenmotoren 1 onder een hoek met het displayfront 18, welke hoek evenredig is met de tophoek van de viervlaks-piramide.

25 In dit tweede display-voorbeeld kan worden volstaan met kleinere tussenruimten 17, 17', terwijl een groter aantal elementen per oppervlakte-eenheid displayfront 18 kan worden toegepast, waardoor de resolutie nog verder kan worden vergroot. Het aantal deelpatronen per 30 element 13 is echter slechts drie, terwijl dit aantal in het geval van de kubus vier is. Door een vijfvlaks-piramide met een vierkant basisvlak toe te passen, alsmede 90“-stappenmotoren, neemt de benodigde tussenruimte weer iets toe, doch eveneens het aantal deel-35 patronen per element 13.

8601422 » η ^

Het door de display 12 gevormde totaalpatroon, dat is opgebouwd uit die zijvlakken 15 van de beeldvormende elementen 13 welke het displayfront 18 vormen, is uit een aantal deelpatronen gecomponeerd, waarbij het 5 aantal deelpatronen overeenkomt met het aantal zijvlakken 15 per beeldvormend element. Anders gezegd, het patroon op een zijvlak 15 van een element 13 kan een locaal segment zijn dat deel uitmaakt van een grotere afbeelding, bijvoorbeeld een in locaal segmentjes 10 verknipte, grafische afbeelding, of kan één kleur zijn, waardoor, evenals bij een kleurentelevisie, uit de elementen 13 een oneindig aantal totaalpatronen kan worden gecreëerd. Een vereiste is echter wel dat elk stappenmotortje afzonderlijk kan worden aangestuurd.

15 Bij de verknipte, grafische afbeeldingen is het aantal mogelijk te vormen displayfronten 18 beperkt tot het aantal zijvlakken 15 per beeldvormend element 13; de besturing van de stappenmotoren 1 is echter weer gemakkelijker, daar alle stappenmotoren 1 tegelijker-20 tijd of sequentieel dezelfde instructie krijgen.

Naast deze mogelijkheid om een stappenmotor 1 volgens de uitvinding toe te passen bij het positioneren van lichte objecten, kan de stappenmotor 1 bij omgekeerd gebruik ook worden toegepast als hoa|;verdraaiingsmeter 25 door de inductie-wijzigingen in de spoelen te meten.

Figuur 11 toont een electrisch schema, waarbij van vier aansluitpennen 10 gebruik wordt gemaakt, en steeds twee spoelen 9 in serie zijn geschakeld. Daarbij is het echter noodzakelijk voor bepaalde standen van de 30 stappenmotor 1 de stroomrichting in de spoelen 9 om te keren.

Figuur 12 geeft een electrisch schema weer, waarbij de vier spoelen 9 op een gemeenschappelijke, centrale 8601422 -8- aansluitpen 10’ zijn aangesloten. Door steeds één of twee van de aansluitpennen 10 met stroom te voeden kan de gewenste rotatie van de rotor 5 worden verkregen, waarbij het niet noodzakelijk is de stroomrichting in 5 een van de spoelen om te keren.

a 860 1 422

Claims

2. Stappenmotor volgens conclusie 1, met het kenmerk, 10 dat de spoelen luchtspoelen zijn.
3. Stappenmotor volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat rotor en spoelen zijn omgeven door een ringvormige, weekijzeren mantel.
4. Stappenmotor volgens een der conclusies 1, 2 of 3, 15 met het kenmerk, dat elke spoel is gewikkeld rond een cilindrische kooi-constructie welke concentrisch rond de rotor is geplaatst.
5. Stappenmotor volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de spoelen in een even 20 aantal aanwezig zijn, en twee aan twee evenwijdig aan elkaar zijn geplaatst ter weerszijden van de rotoras, terwijl de spoelenparen gelijkmatig over 360° rond de rotoras zijn verdeeld.
6. Stappenmotor volgens conclusie 5, met het kenmerk, 25 dat het aantal spoelen vier bedraagt, waarbij de beide spoelenparen loodrecht op elkaar staan, terwijl de rotor ëên polenpaar bezit. 860 1 422 ) -10-
7. Stappenmotor volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de spoelen met een kleine stroom kunnen worden gestuurd.
8. Display opgebouwd uit een volgens een rooster ge- 5 plaatst aantal rotatie-symmetrische, ruimtelijke, beeldvormende elementen, en gestuurd met behulp van stappenmotoren, met het kenmerk, dat elk element aan êên zijde open is, in welke opening een stappenmotor volgens een der voorgaande 10 conclusies is geplaatst, en is voorzien van een aantal zijvlakken, waarvan elk zijvlak is voorzien van een eigen patroon, terwijl het element aan het tegenover de open zijde gelegen uiteinde is bevestigd aan de rotor van de stappenmotor, 15 waarbij de rotoras van de stappenmotor êên is met de rotatie-symmetrie-as van het element, een en ander zodanig dat elk beeldvormend element zijn eigen stappenmotor heeft.
9. Display volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat 20 de elementen op zodanige tussenafstand van elkaar zijn geplaatst in het display, dat er genoeg tussenruimte aanwezig is voor de elementen om vrij te kunnen draaien.
10. Display volgens conclusie 8 of 9, met het kenmerk, 25 dat de elementen prisma's zijn.
11. Display volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de elementen prisma's zijn met vier zijvlakken en vierkante boven- en ondervlakken.
12. Display volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat 30 de elementen kubussen zijn. 8601422 -ii- *
13. Display volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de kubussen zijn gerangschikt in rijen en kolommen volgens een rooster met een vierkante eenheidscel.
14. Display volgens een der conclusies 8 tot en met 5 13, met het kenmerk, dat het patroon op een zij vlak van een element een locaal segment uitmaakt van een grotere afbeelding.
15. Display volgens een der conclusies 8 tot en met 13, met het kenmerk, dat het patroon op een zij- 10 vlak van een element êën kleur heeft. 8601422