DE2815178A1

DE2815178A1 - Motor zur ausfuehrung einer begrenzten drehbewegung und verfahren zur herstellung des motors

Info

Publication number: DE2815178A1
Application number: DE19782815178
Authority: DE
Inventors: Jun Edward F Burke
Original assignee: MFE Corp
Current assignee: MFE Corp
Priority date: 1977-04-08
Filing date: 1978-04-07
Publication date: 1978-10-19
Also published as: US4110879A; FR2386926A1; GB1603026A

Description

DIPL.-PHYS. F. ENDLICH d - βο34 unterpfaffenhofen η April 1978

PATENTANWALT .— S/Ei

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F.ENDLICH, POSTFACH D - 8Ο34 UNTER PFAFFENHOFEN 2 8 Ί 5 I ' *»

MÜNCHEN

TELEX: B2173O

Meine Akte: M-4429

Anmelder; MFE Corporation, Keewaydin Drive, Salem, New Hampshire 03079, USA

Motor zur Ausführung einer begrenzten Drehbewegung und Verfahren zur Herstellung des Motors

Die Erfindung betrifft einen Motor gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs und ein Verfahren zur Herstellung des Motors.

Ein Motor zur Ausführung einer begrenzten Drehbewegung wird auf verschiedenen Gebieten angewandt; ein derartiger Motor steht im Gegensatz zu den üblichen Motoren, die eine unbegrenzte Zahl von Drehungen ausführen können und kann demgegenüber nur eine begrenzte Winkelbewegung'ausführen. Ein solcher Motor wird beispielsweise als Schaltmotor für Servoventile, Meßgerät-Bewegungen und zum Antrieb von Schreib- oder Markierungsstiften bei Aufzeichnungsgeräten (Recorder) verwendet. Bei diesen Einrichtungen dreht sich der Anker im allgemeinen gegen die Wirkung einer Feder und der Betrag der Drehung wird durch das gegenwirkende Moment der Feder begrenzt, die dem vom Motor entwickelten Drehmoment entgegenwirkt. Das Motordrehmoment ist andererseits eine Funktion des Steuerstroms, der an den Motor angelegt wird.

Ein derartiger Motor ist in der US-PS Re 26 749 angegeben. Ein magnetischer Anker ist zur Ausführung einer Drehung um eine Achse koaxial zu einem Paar von stationären Polen angeordnet, die auf diametral einander gegenüberliegenden Seiten des Ankers vorgesehen sind. Ein Permanentmagnet erzeugt ein stati-

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sehes Feld, welches vom einen Pol über den Anker zum anderen Pol reicht. Wenigstens einer der Pole ist gespaltet, wobei sich ein Schlitz parallel zur Ankerachse erstreckt, um den Pol in ein Paar von Polstücken zu unterteilen. Der Anker erstreckt sich über diesen Spalt und ist somit einem Teil jedes dieser Polstücke gegenüberliegend angeordnet.

Der durch eine Steuerwicklung fließende Strom, welche Wicklung an dem Stator angebracht ist, erzeugt ein Magnetfeld, welches von einem der Polstücke in den Anker und zurück zum anderen Polstück verläuft. Somit addiert sich das von der Steuerwicklung erzeugte Steuerfeld abhängig von der Stromrichtung zu dem statischen Feld auf einer Seite des Schlitzes und wird von dem statischen Feld auf der anderen Seite abgezogen. Der Anker unterliegt somit einer Kraft in Richtung des stärkeren Feldes und dreht sich in dieser Richtung um seine Achse. Im allgemeinen steht die winkelmäßige Verlagerung des Ankers in direkter Beziehung zum Eingangsstrom, der dem Motor zugeführt wird.

Um die winkelmäßige Verschiebung des Ankers festzustellen, ist es allgemein üblich, einen drehempfindlichen wandler mit dem Motor* zu kuppeln. Der Wandler kann dann in die Schaltung eingefügt sein, die ein Positionsrückkopplungssignal proportional zur Ankerbewegung erzeugt.

in vielen Fällen wird der die Drehstellung wiedergebende Wandler durch einen Wandler mit variabler Kapazität gebildet, der direkt an dem Motor befestigt ist. Typische wandler mit variabler Kapazität enthalten ein Paar von Abstand zueinander einhaltenden stationären Platten, in "denen eine bewegliche Platte angeordnet ist, die zur Drehung mit dem Motoranker parallel zu den stationären Platten mit dem Anker gekuppelt ist. Die bewegliche Platte kann elektrisch leitfähig oder nicht leitfähig sein, in jedem Fall hat sie die Funktion, daß die Ausgangskapazität des Wandlers eine auf die Ankerverlagerung ansprechende Funktion ist. Typische Wandler dieser Art sind beispielsweise in den US-PS 3 517 282 und 3 668 672 beschrieben.

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Bei manchen Anwendungsmöglichkeiten ist es erwünscht, falls es nicht sogar absolut notwendig ist, daß die Bewegung des Motorankers über alle Bewegungswinkel äußerst gleichmäßig ist, und daß der Motor eine nahezu unbegrenzte Auflösung hat. Dies wiederum macht es erforderlich, daß der Motoranker und der Stator absolut konzentrisch sind und daß der Anker eine freie Drehung gegenüber dem Stator ohne axiale Verlagerung ausführen kann. Auch die Kapazität des die Ankerbewegung feststellenden Wandlers muß exakt von der Ankerverlagerung abhängen, wobei dieses Erfordernis mit den typischen Wandlern mit parallelen Platten gemäß der beschriebenen Art nur schwierig zu erreichen ist. Der Grund dafür ist, daß es schwierig ist, die Abstand zueinander einhaltenden Platten so zu befestigen und in ihrer Befestigungsstellung zu halten, daß sie exakt parallel zueinander sind, insbesondere wenn der Motor in Räumen mit starker Vibration benützt wird. Auch bei Motoren, bei denen die Ankerwelle zum Antrieb einer leitfähigen, beweglichen Platte benützt wird, ruft das Endspiel der Welle unerwünschte Änderungen der Wandlerkapazität bei einer Drehung des Motorankers hervor.

Andere bekannte Anordnungen erfordern Schleifringe für flexible Anschlußkabel drähte, um elektrische Verbindungen zwischen den Kondensatorplatten zu der einen oder anderen Kondensatorplatte herzustellen. Demzufolge sind die bekannten Motoren zur Ausführung einer begrenzten Bewegung, die wandler mit variabler* Kapazität aufweisen und für bestimmte Anwendungszwecke einen hohen Genauigkeitsgrad und eine hohe Auflösung haben sollen, schwierig herzustellen, zumindest auf wirtschaftlicher Basis.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Motor zur Ausführung einer begrenzten Drehbewegung und ein verfahren zur Herstellung des Motors zu schaffen, mit welchen die vorstehend angegebenen Nachteile und Schwierigkeiten beseitigt werden können. Diese Aufgabe wird .erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Hauptanspruchs gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Der Motor hat vorteilhafterweise einen integralen, kapazitiv wirkenden Wandler zur Erfassung der Ankerverlagerung und

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ist darüberhinaus kompakt, so daß er sich besonders für eine miniaturisierte Ausrüstung eignet. Das Ausgangsmoment des Motors hat ein ausgewähltes Verhältnis zum Eingangsstrom, und zwar mit hoher Genauigkeit. Der Motor läßt sich relativ leicht und billig bzw. ohne Aufwand·herstellen. Die Kapazität des Wandlers steht in exakter Beziehung zu der Ankerbewegung.

Der erfindungsgemäße Motor weist einen Anker auf, der zur Drehung um eine Achse zwischen Statorpolstücken angeordnet ist, die konzentrisch zur Achse liegen. Der Motoranker ist langer als üblich gestaltet, so daß ein Ende über die Statorpolstücke in einen Raum zwischen bogenförmig verlaufenden, nicht magnetischen Kondensatorplatten reicht, die jenseits des Stators in einer zylindrischen Reihe positioniert sind, welche konzentrisch zur Drehachse des Ankers liegt. Somit bildet ein Teil des Ankers tatsächlich das bewegliche Element des die Bewegung erfassenden Wandlers.

Der Stator und die Kondensatorplatten sind in einem gemeinsamen Gehäuse zusammengesetzt und die Wellen des Ankers an dessen Enden stehen von einander gegenüberliegenden Ankerenden weg und sind so angeordnet bzw. befestigt, daß der Anker sich frei im Gehäuse drehen kann. Eine Welle ist integral mit dem Anker ausgebildet, d.h. diese Welle bzw. Ausgangswelle steht aus dem Gehäuse vor und ist so angeordnet, daß sie mit einem Aufzeichnungsstift bzw. einer Au fze ichnungs feder, einem Ventil oder einer anderen motorbetriebenen Einrichtung verbunden werden kann. Eine zwischen dem Anker und dem Gehäuse wirkende Feder spannt den Anker normalerweise in eine neutrale oder Bezugsposition vor.

Im Betrieb erzeugt der durch eine Steuerwicklung fließende Strom, die an dem Stator angebracht ist, ein Magnetfeld, welches den Anker in dem Gehäuse in der einen oder in der anderen Richtung aus seiner Bezugsposition herausdrehen läßt, was von der Richtung der Stromerregung abhängt. Die Kondensatorplatten und der Anker sind elektrisch in einer geeigneten Brückenschaltung miteinander verbunden, deren Ausgang die Winkelbewegung des Ankers aus seiner Bezugsposition wiedergibt.

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Der Motor wird dadurch hergestellt, daß zuerst die Statorkomponenten um einen Dorn zusammengesetzt werden. Die Statoreinheit wird dann in eine Vergießform eingesetzt, wobei eine Laufbuchse für das Lager der Ankerwelle am einen Ende der Einheit angeordnet wird.

Weiterhin wird in die Form eine längliche, zylindrische Laufbuchse mit Flansch aus elektrisch leitfähigem Material, beispielsweise Messing, eingesetzt. Die Laufbuchse hat den gleichen Innendurchmesser wie die bogenformigenPolstücke und hat wenigstens ein Paar von Längsschlitzen, die gleichmäßig um ihren Umfang verteilt sind und ein oder mehrere Paare von bogenförmigen Platten oder Zähnen bilden. Elektrische Leitungen sind an die Außenfläche jedes Zahnes oder Zackens des Paares angeschlossen. Diese Laufbuchse wird in die Form genau jenseits,. d.h.außerhalb des gegenüberliegenden Endes der Statoreinheit und koaxial zu den Stator-Polstücken angeordnet.

Daraufhin wird die Form mit Kunstharz oder einer anderen Vergußmasse gefüllt. Die Vergußmasse verbindet die Laufbuchsen und den Stator mechanisch, wodurch eine kompakte oder stabile, stoßfeste einheitliche Gehäuseanordnung geschaffen wird. Die elektrischen Leitungen von der Stator-Steuerwicklung und den Laufbuchsenzähnen erstrecken sich aus dieser Gehäusestruktur zur Verbindung mit einer externenSchaltung heraus.

Dieser Aufbau weist eine längliche, zylindrische Bohrung auf, die sich in Längsrichtung durch diesen Aufbau erstreckt und von dem Dorn eingenommen wird; die Enden dieser Anordnung sind durch die Laufbuchsen abgeschlossen. Nach dem Erhärten der Vergußmasse wird der Dorn entfernt. Daraufhin wird die Laufbuchse umfangsmäßig nahe ihrem äußeren Ende durchgeschnitten, wodurch die Laufbuchsenzähne gegenüber dem geflanschten Laufbuchsenring getrennt werden, infolgedessen die zähne zu Kondensatorplatten werden, die unter Einhaltung exakter Abstände bogenförmigen Verlauf haben. Schließlich wird die durch diese Anordnung reichende Bohrung einem ZiehschleifVorgang in einer einzigen Ziehschleifoperation unterzogen, d.h. abgezogen, um zu gewährleisten,

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daß die Bohrung den erforderlichen Abstand zum Motoranker aufweist; außerdem soll gewährleistet sein, daß die Polstücke und auch die innenfläche der Kondensatorplatten den gleichen Radius haben und jeweils genau konzentrisch zur gleichen Achse liegen.

Durch das Einsetzen des Ankers in die Bohrung ist die Herstellung des Motors abgeschlossen, wobei die Ausgangswelle oder Kraftabgabewelle des Ankers drehfähig in ihrer Laufbuchse sitzt und die andere Ankerwelle auf ähnliche Weise in dem Ankerring angeordnet ist, der außerhalb der Kondensatorplattenliegt. Die Tatsache, daß der Anker einschließlich des Abschnitts, der das bewegliche Element des Wandlers aufweist, ein Stück bilden und in Lagerbuchsen angeordnet sind, die gleichzeitig mit den Kondensatorplatten und Polstücken erzeugt bzw. hergestellt werden, gewährleistet, daß der Anker und seine Verlängerung koaxial zu den stationären Elementen sind, infolgedessen die Gleichmäßigkeit, die Zuverlässigkeit und Genauigkeit des Motors auf ein Maximum gebracht werden.

Durch das Herstellungsverfahren für den Motor mit begrenz-

ter Drehbewegung und integralem Drehbewegungswandler läßt sich ein genau festgesetztes Verhältnis zwischen der Kapazität des Wandlers und der Ankerbewegung über dem gesamten Bewegungsbereich des Ankers erreichen. Da die stationären Kbndensatorplatten in die Vergußmasse richtig eingebettet sind, welche das Gehäuse bildet, und die bewegliche "Platte" durch eine Verlängerung des relativ steifen Motorankers gebildet ist, bleibt die Wandlerkapazität durch äußere Schwingungen unbeeinträchtigt. Bei günstiger Dimensionierung und Formung der Laufbuchsenzähne oder der Ankerverlängerung kann die Kapazität des Wandlers so konzipiert werden, daß sie ein lineares oder gewähltes nichtlineares Verhältnis zur Ankerbewegung hat. Trotz all der beschriebenen Vorteile sind die Herstellungskosten des Motors nicht wesentlich höher als die Kosten der Herstellung üblicher Motoren, da die Herstellung des Motors auf bekannten Techniken beruht und nur einen geringfügig längeren Anker und geschlitzte Laufbuchsen zusätzlich zu den üblichen Motorbauteilen erfordert. Die Erfindung schafft somit ins-

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besondere einen Motor, der einen integralen Wandler für die Ankerbewegung aufweist, der eine veränderbare Kapazität hat. Der Anker des Motors, der sich um eine Achse relativ zu einem Stator dreht, erstreckt sich in Axialrichtung über den Stator hinaus zwischen bogenförmigen, nichtmagnetischen Kondensatorplatten, die in einer zylindrischen Anordnung oder Reihe koaxial zur Drehachse vorgesehen sind. Die Kondensatorplatten sind in einerBrückenschaltung geschaltet, deren Ausgang eine ausgewählte Funktion der Ankerbewegung ist. Die Kondensatorplatten sind am einen Ende des Stators während des Zusammenbaus des Motors als Zähne einer einheitlich geschlitzten Laufbuchse angeordnet, die gleichzeitig mit dem Motorstator einem ZiehschleifVorgang unterworfen wird, wonach die Laufbuchse umfangsmäßig geschnitten wird, um die Laufbuchsenzähne elektrisch, zu isolieren und die einzelnen Platten zu bilden.

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform des Motors anhand von Zeichnungen zur Erläuterung weiterer Merkmale beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilweise auseinandergezogene Perspektivansicht, wobei Teile des Motors weggeschnitten sind und die ReIativpositidnen der Motorteile dargestellt sind;

Fig. 2 eine Mitten-Schnittansicht, wobei Teile des vollständigen Motors nach Fig. 1 in Ansicht dargestellt sind;

Fig. 3 öine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 in Fig. 2; und

Fig. 4 eine schematische Darstellung des bei dem Motor nach Fig. 2 eingesetzten Wandlers für die Ankerbewegung in einer typischen Brückenschaltung.

Gemäß den Fig. 1 und 2 weist der Motor einen Antriebsab- · schnitt auf, der mit IO bezeichnet ist, sowie einen mit 12 angegebenen integralen Wandler veränderbarer Kapazität für die Ankerbewegung. Der Antriebsabschnitt enthält einen Stator 13 mit einem Paar von länglichen Polen 14 und 16, die durch Polstücke 18, 20, 22 und 24 gebildet sind* ein Anker 26 befindet sich zwi-

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sehen den Polen 14 und 16. Die Pole 14 und 16 dienen als Flußträger für Permanentmagneten 32, 34. Die Magnete 32 und 34 erzeugen Magnetfelder in gleicher Richtung gegenüber den Polen 14 und 16, wie durch die Pfeile A in Fig. 1 veranschaulicht ist.

Eine Steuerwicklung 36 verläuft durch in Längsrichtung gehende Öffnungen 38 in den Polstücken und um den Anker 26. Die Öffnungen 38 zusammen mit Schlitzen 42 trennen die Polstücke 18 und 20 und die Polstücke 22 und 24. Die Innenflächen der Polstücke sind bogenförmig und definieren nach dem Zusammenbau des Stators 13 eine längliche Zylinderbohrung 44, die über die Länge des Stators 13 reicht.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß ein zylindrischer Flansch- Laufbuchsenring 48, der den gleichen Innendurchmesser wie die Bohrung 44 aufweist, jenseits des einen Endes des Stators 13 koaxial zur Bohrung 44 angeordnet ist und ein Ende der Bohrung abschließt. Zwischen dem Laufring und dem Stator befinden sich wenigstens ein Paar von einen exakten Abstand zueinander einhaltenden, in gleicher Weise verlaufenden bogenförmigen Kondensator"platten" 48a und 48b in kreisförmiger Anordnung, die den gleichen Durchmesser wie die Bohrung 44 hat und konzentrisch zu dieser Bohrung liegt.

Bei der dargestellten Ausführungsform sind zwei Paare von Platten 48a, 48b vorgesehen und entsprechende Platten in jedem Paar liegen diametral einander gegenüber. Die Platten sind durch enge Schlitze 50 in Längsrichtung voneinander getrennt und sie sind auch von dem Laufbuchsenring 48 durch einen schmalen kreisförmigen Kanal oder Schlitz 51 (Fig. 2) getrennt. Der Laufbuchsenring 48 und die Platten 48a, 48b sind aus nicht ferromagnetischem Material, beispielsweise Messing, hergestellt. Der Ring 48 lagert drehfähig ein Ende des Ankers 26 durch eine Lagereinheit 79 und eine- zweite Laufbuchse 52, diejenseits bzw. außerhalb des gegenüberliegenden Statorendes angeordnet ist und das gegenüberliegende Ende der Bohrung 44 abschließt sowie das gegenüberliegende Ende des Ankexs über eine Lagereinheit Λ& drehfähig aufnimmt i— ■ ι

I n&ehtr&ttH&hi (T Cr Λ

K 12.7.78

Die Pole 14, 16 der Magnete 32 und 34, die Wicklung 36 und t3ie Laufbuchsen 48 und 52 sind jeweils in eine Masse 53 einer Vergußmasse (Fig. 2), beispielsweise Kunstharz, eingebettet, welche die Relativpositionen dieser Komponenten aufrechterhält und sie einschließt, wodurch eine stabile Gehäuseanordnung gebildet ist. Die Vergußmasse durchsetzt die Schlitze 42 zwischen den Polstücken und die Schlitze 50 zwischen den Kondensatorplatten. Wenn diese Vergußmasse elektrisch nichtleitend ist, liefert sie eine elektrische Isolierung an diesen Stellen.

Elektrische Leitungen 54a und 54 sind an die Außenfläche der Platten 48a, 48b vor dem Vergießen angelötet und aus dem Gehäuseaufbau herausgeführt, zusammen mit Leitungen 36a, 36b von der Wicklung 36. Wenn wie bei dem dargestellten Motor zwei derartige Plattenpaare vorhanden sind, wird eine zusätzliche Leitung 55a zwischen den entsprechenden Platten 48a jedes Paares angelötet und eine weitere Leitung 55b verbindet die Platten 48b jedes Paars, so daß zwei Paare der Platten als ein einziges Plattenpaar wirken, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist.

Der Anker 26 ist langer als üblich gestaltet und hat einen Abschnitt 26a, der sich über den Stator 13 hinaus und zwischen die Kondensatorplatten 48a, 48b erstreckt. Dieser Ankerabschnitt wirkt als bewegliche Kondensatorplatte des Wandlers 12. Der Anker 26 weist diametral einander gegenüberliegende bogenförmige Flächen 26b auf, die konzentrisch zu der Achse der Bohrung 44 liegen und somit auch zu den gebogenen Flächen der Polstücke 18, 20, 22, 24, ebenso wie zu den bogenförmigen innenflächen der Kondensatorplatten 48a, 48b und den innenflächen der Laufbuchsen 48, 52. Der Radius der Ankerflächen ist geringfügig kleiner als der Radius der Flächen der Polstücke, so daß ein sehr kleiner Spalt zwischen den Ankerflächen und den Flächen der Polstücke und Kondensatorplatten gebildet ist.

Eine Welle 64 reicht axial von dem rechten Ende des Ankers 26 in Fig. 1 und 2 nach außen. Die Welle 64 dreht sich in der Lagereinheit-**, die in der Laufbuchse 52 durch einen Dich- / tungsring 68 gehalten ist. Der Ring 68 wird seinerseits durch

nachträglich geändert

einen C-förmigen Federring bzw. Klemmring gestützt, der in eine ringförmige Aussparung 74 in der Laufbuchse 52 eingreift, wodurch eine axiale Begrenzung für den Anker geschaffen ist. Der Abschnitt der Ankerwelle 64, der über die Laufbuchse 52 hinaus verläuft, ist so angeordnet, daß er mit einem Aufzeichnungsstift oder Aufzeichnungsstifthalter, einem Servoventil oder einer anderen motorgesteuerten Einrichtung verbunden werden kann.

Eine Stummelwelle 78, die axial von dem gegenüberliegenden Ende des Ankers 26 wegsteht, dreht sich mittels des Lagers 79 im Laufbuchsenring 48. Eine elektrisch leitende Torsionsfeder 82 erstreckt sich über einen axialen Durchgang 84 im Anker 26. Das im Inneren des Durchgangs 84 befindliche Ende der Feder 82 ist an dem Anker 26 durch geeignete Mittel, beispielsweise eine radial eingesetzte Schraube 86, befestigt, die nach unten in den Anker eingedreht ist, so daß sie die Feder erfaßt; anstelle der Schraube kann auch eine Lötung vorgesehen sein. Das gegenüberliegende EnHe der Feder 82 erstreckt'sich axial vom Ende des Ankers durch die Lagereinheit 79. Dieses Ende ist durch Verlöten, Schweißen oder andere elektrisch leitfähige Mittel in einem axialen Durchgang 88 eines kurzen Messingstiftes 80 befestigt, der außerhalb der Lagereinheit 79 angeordnet ist und sich über den Laufbuchsenring 48 hinaus erstreckt.

Ein ringförmiges, elektrisch leitendes Halteglied 94 steht umfangsmäßig mit einem Teil des Stiftes 80 in Eingriff und der Stift 80 erstreckt sich über den Laufbuchsenring 48 hinaus. Das Halteglied 94 ist seinerseits an dem Flansch der Laufbuchse 48* durch Schrauben 96 befestigt, die sich durch das Halteglied und in Gewindegänge 97 in dem Flansch des Laufbuchsenrings erstrekken. Ein Federring 98, der die Welle 78 umgibt, wird zwischen der Lagereinheit 79 und dem Halteglied 94 zusammengedrückt, um einen Druck auf den Anker 26 auszuüben, so daß der Anker ein minimales Axialspiel· hat.

Auch wenn das Halteglied 94 an dem Laufbuchsenring-Flansch befestigt ist, wird eine Relativbewegung zwischen dem Stift 80 und dem Halteglied zugelassen, so daß keine Axiallast auf die

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Torsionsfeder 82 wirkt. Nachdem das Halteglied 94 an der ihm zugeordneten Stelle befestigt ist, wird eine radial eingesetzte Schraube 1O2, die in das Halteglied 94 eingedreht ist, so weit hineingedreht, daß sie den Stift 80 erfaßt, wodurch das Außenende der Torsionsfeder 82 an der Laufbuchse 48 verankert wird. Die Torsionsfeder 82 übt daraufhin eine Vorspannung auf den Anker 26 in Richtung auf dessen neutrale oder Bezugsposition aus. Der Anker 26 wird in der einen oder anderen Richtung aus seiner Bezugsposition herausgedreht, was von der Richtung des an die Steuerwicklung 36 angelegten Stromes abhängt.

Die übrige elektrische Verbindung für den Wandler 12 führt zum Anker 26, der das bewegliche Element des Wandlers 12 aufweist. Ein Schleifring oder ein flexibler Anschlußdraht sind nicht erforderlich, um die elektrische Verbindung zum Anker herzustellen. Vielmehr wird dies dadurch erreicht, daß eine elektrische Leitung 104 (Fig. 2) mit dem stationären Halteglied 94 oder mit dem Laufbuchsenring 48 verbunden ist. Dies ist dadurch möglich, weil diese Elemente direkt.und zuverlässig durch den Stift 80 und die elektrisch leitende Feder 82 mit dem Anker 26 verbunden sind.

Aus. Fig. 3 ist ersichtlich, daß die Kapazität zwischen der Ankerfläche, und jeder der Platten des Paars 48a, 48b von der Fläche der Ankerdberfläche abhängt, die gegenüber der betreffenden Platte 48a, 48b angeordnet ist. Wenn der Anker seine Bezugsposition gemäß Fig. 3- einnimmt, überdecken gleiche Abschnitte jeder Ankeroberflache 26b die beiden Platten 48a, 48b jedes Paars. Demzufolge ist die Kapazität, gemessen zwischen dem Arfcer 26 (an dem Anschluß 104) und der Platte 48a (an dem Anschluß 54a) gleich der Kapazität zwischen dem Anker und der Platte 48b (am Anschluß 54b). Wenn jedoch der Anker im Uhrzeigersinn gedreht wird, wird ein größerer Teil jeder Ankerfläche 26b gegenüber der Platte 48a in Stellung gebracht und ein geringerer Teil dieser Fläche liegt gegenüber einer Platte 48b. Demzufolge wird die Kapazität zwischen dem Anker 26 und den Platten 48a erhöht, während die Kapazität zwischen dem Anker 26 und den: Platten 48b verrin-

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gert wird. Wenn der Anker 26 in der entgegengesetzten Richtung, d.h. entgegen dem Uhrzeigersinn, gedreht wird, liegt die entgegengesetzte Situation vor.

Die elektrischen Leitungen 54a, 54b und 104 vom Wandler 12 können in einer üblichen Dioden-Brückenschaltung geschaltet sein, die in Fig. 4 schematisch mit 106 angegeben ist. Typischerweise sind die Leitungen 54a und 54b zusammen gewickelt, da keine Kapazität zwischen den Platten 48a und 48b auftritt, und aus dem Motorgehäuse über einen Weg herausgeführt. Die übrigbleibende Leitung 104 wird über einen anderen Weg aus dem Gehäuse herausgeführt, so daß keine kapazitive Kopplung zwischen der Leitung 104 und dem anderen Leitungspaar besteht. Der Ausgang der Brükkenschaltung stellt eine Spannung dar, die in direktem Verhältnis zu der winkelmäßigen Verlagerung oder Bewegung des Ankers steht. Diese Spannung kann beispielsweise als Positions-Rückkopplungssignal in einem Servosystem verwendet werden, um den Strom zu steuern, der der Motor-Steuerwicklung 36 zugeführt wird.

Die Schaltung 106 weist ein Paar von Dioden 108, HO auf, die entsprechend Fig. 4 als ein Paar von Brückenzweigen geschaltet sind, während ein zweites Paar von entgegengesetzt geschalteten Dioden 112, 114 das andere paar der Brückenzweige bildet. Die Verbindungen zwischen den Dioden 108 und 112 sowie zwischen den Dioden 110 und 114 sind an entsprechende Enden eines Paars von Sekundärwicklungen 116a, 116b eines Transformators angeschlossen. Das andere Ende der Wicklung 116b ist an Masse gelegt, während das eine Ende der Wicklung 116a über einen Widerstand 122 mit dem Eingang eines Verstärkers 124 verbunden ist, der das Ausgangssignal der Schaltung 106 abgibt. Die Wicklungen 116a, 116b werden durch den in der Primärwicklung 116c des Transformators fließenden Strom erregt, wobei die Primärwicklung von einem Oszillator 126 mit geeigneter Frequenz erregt wird. Zwischen Masse und die Verbindung der Wicklung 116a mit dem Widerstand 122 ist ein Filterkondensator 128 geschaltet, der die Wechselstromkomponente aus dem Ausgangssignal beseitigt.

Der Wandler 12 ist in der in Fig. 4 gezeigten Weise in die Brückenschaltung eingeschaltet, wobei die Platte 48a zwi-

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die Dioden 108 und HG, die Platte 48b zwischen die Dioden 112 und 114 geschaltet ist. Der Anker 26 ist andererseits über die Leitung 1X)4 direkt an Masse gelegt.

Der beschriebene Motor läßt sich schnell und leicht zusammenbauen, wobei für den größten Teil übliche Maßnahmen und Arbeitsvorgänge erforderlich sind. Die Art und Weise der Herstellung des integralen Wandlers 12 gewährleistet, daß der Ausgang des Wandlers exakt dem gewünschten Verhältnis zur Winkeldrehung des Motorankers 26 entspricht.

Beim Zusammenbau des Motors werden insbesondere die Polstücke 18, 20, 22 und 24 um die Steuerwicklung 36 herum angeordnet und zur Bildung der Pole 14, 16 zusammengeklebt. Dann werden die Magnete 32 und 34 an die Polstücke angeklebt. Ein nicht dargestellter zylindrischer Dorn nimmt die Stelle des Ankers 26 ein und wird dazu benützt, die Pole während des Zusammenkleben und Vergießens in ihrer Lage zu halten.

Der Laufbuchsenring 48 und die Kondensatorplatten 48a, 48b werden insgesamt zuerst aus einer einzigen, länglichen und zylindrischen Messing-Laufbuchse 48'geformt, wie am besten aus Fig. 1 ersichtlich ist. Die Laufbuchse 48'weist vier in Längsrichtung verlaufende Schlitze 50 auf, die sich über einen größeren Teil der Lähgeder Laufbuchse erstrecken und an dem Laufbuchsenring 48 enden. Diese Schlitze legen zwei Paare von gebogenen, d.h. bogenförmig verlaufenden Zähnen 48a und 48b fest, die über den gleichen Umfang sich erstrecken, wobei die einander entsprechenden Zähne oder Zacken jedes Paars diametral einander gegenüberliegen. Der Innendurchmesser der Laufbuchse 48'ist im wesentlichen der gleiche wie der Durchmesser der Bohrung 44.

Die Leitungen 54a, 54b, 55a, 55b sind an die Außenflächen der Zähne 48a, 48b der Laufbuchse angelötet, wie aus Fig. 3 hervorgeht. Dann werden die zusammengeklebten Statorteile zusammen mit den Laufbuchsen 48' und 52 In koaxialer Anordnung auf dem nicht dargestellten Dorn in ihren in Fig. 2 gezeigten Endstellungen in einem Gehäuse oder einer Vergießform angeordnet. Dann wird die Form mit einer elektrisch nicht leitenden Vergußmasse

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gefüllt, welche die Spalten 42 zwischen den Polstücken und ebenso die Schlitze 50 zwischen den Zähnen der Laufbuchse ausfüllt. Der Dorn verhindert, daß die Vergußmasse in die Bohrung 44 und ins innere der Laufbuchse 48' fließt. Wenn die Vergußmasse ausgehärtet ist, behält sie die relativen Positionen der Polstücke und Laufbuchsen 48* und 52 in starrer oder steifer Weise aufrecht.

Daraufhin wird der Dorn entfernt und ein Schneidwerkzeug in die Laufbuchse 48* eingesetzt und es wird ein kreisförmiger Schnitt 51 in der Laufbuchse 48' ausgeführt, um die Zähne 48a, 48b voneinander und von dem Laufbuchsenring 48 zu trennen, wodurch separate, elektrisch isolierte Kondensatorplatten 48a, 48b für den Positionswandler 12 gebildet werden.

Daraufhin wird der Durchgang 44 einem ZiehschleifVorgang in üblicher Weise ausgesetzt, um den erforderlichen Spalt oder Abstand für den Anker 26 hervorzurufen und um die Konzentrizität der Polstücke und der Ankerflächen 26b zu gewährleisten. Bei diesem Ziehschleifvorgang werden der Laufbuchsenring 48 und die Laufbuchse 52 und die Platten 48a, 48b gleichzeitig bearbeitet, so daß eine nahezu perfekte Ausrichtung und Konzentrizität zwischen diesen Elementen und den Ankerflächen 26b gewährleistet ist. Der ZiehschleifVorgang beseitigt auch jeden Grad, der dann hervorgerufen werden kann, wenn der kreisförmige Schnitt 51 in der Laufbuchse 48' ausgeführt wird. Der einzige ZiehschleifVorgang gewährleistet damit, daß der Spalt zwischen den Ankerflachen 26b und den Polstücken und den Kondensatorplatten 48a, 48b von exakter Größe ist und für alle Winkelpositionen des Ankers vollständig gleichmäßig ist.

Nach dem Ziehschleif Vorgang wird der Federring 72 in die Aussparung 74 der Laufbuchse 52 eingesetzt und .der Anker 26, der die Lagereinheiten 66 und 79 sowie die Ringe 68 und 98 trägt, wird in den Durchgang 44 hineingeschoben. Wenn der Anker in geeigneter Weise eingesetzt ist, wobei der Ring 68 gegen das Halteglied 72 anliegt, wird das Halteglied 98 über einen Stift 80 erfaßt und an dem Laufbuchsenflansch mit Schrauben 96 gesichert.

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Schließlich wird der Stift 80 an dem Halteglied 98 dadurch befestigt, daß die Stellschraube 102 angezogen wird.

Die Kapazität des Wandlers 12 kann somit derart gestaltet werden, daß sie ein vorbestimmtes Verhältnis gegenüber der Ankerbewegung hat, indem eine entsprechende Form und Dimensionierung der vorgeformten Schlitze 50 in der Laufbuchse 48' gewählt wird. Beispielsweise kann das Ausgangssignal des Wandlers in linearer Beziehung oder in proportionaler Beziehung zur Tangente des Bewegungswinkels des Ankers stehen oder sie kann ein logarithmisches Verhältnis dazu haben, was von dem jeweiligen Anwendungszweck abhängt.

Ersichtlicherweise kann dieses Verhältnis exakt gesteuert werden und für alle Bewegungswinkel des Ankers gleichmäßig gemacht werden, da die stationären Kondensatorplatten des Wandlers Teile des gleichen Aufbaus sind und gleichzeitig damit hergestellt werden; der Stator und seine bewegliche Platte bilden eine integrale Verlängerung des starren Ankers. Trotz all dieser Vorteile sind die Herstellungskosten des Motors nicht wesentlich höher als die Kosten bei der Herstellung üblicher Drehmomentmotoren, da genau die, gleichen Herstellungstechniken verwendet werden und die einzigen, zusätzlichen Teile, die erforderlich sind, der geringfügig längere Anker 26 und die nicht ferromagnetische Laufbuchse 48' sind, die zusammenwirken, um den Wandler 12 zu bilden.

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Meine Akte: M-4429 MFE Corporation

Patentansprüche 9R1R17R

l.iMotor zur Ausführung einer begrenzten Drehbewegungjmit *---■·■' einer Anordnung von Polstücken, die einen zylindrischen Durchgang festlegen, und mit einem Anker, der drehfähig koaxial in dem Durchgang gelagert und in Richtung einer Bezugsposition vorgespannt ist,

dadurch gekennzeichnet, daß eine Laufbuchse (48') aus elektrisch leitendem, nicht ferromagnetischem Material vorgesehen ist, deren Innendurchmesser gleich dem Durchmesser des Durchgangs (44) ist und die koaxial in den Durchgang eingesetzt ist, so daß sie eine Verlängerung des Durchgangs bildet, daß die Laufbuchse Schlitze (50) in Längsrichtung aufweist, so daß wenigstens ein Paar von Zähnen (48a, 48b) gebildet wird, daß ein kreisförmiger Spalt (51) in der Laufbuchse ausgebildet ist, der die Zähne voneinander und von einem Laufbuchsen-Ring (48) trennt,, so daß die Zähne elektrisch gegeneinander isoliert sind, und daß eine integrale Verlängerung (26b) am Anker (26) sich über die Polstücke (18 bis 24) hinaus durch die Laufbuchse (48¹) erstreckt, so daß einander gegenüberliegende Flächen des Ankers und der Zähne einen die Ankerbewegung erfassenden Wandler bilden, wodurch die Differenzkapazität zwischen den Ankerflächen und den Zähnen eine Anzeige der Winkelbewegung des Ankers liefert.
2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine axial vom einen Ende des Ankers (26) abstehende Welle (78) vorgesehen ist, daß eine Einrichtung (48, 79) zur Lagerung der Welle (78) in dem Laufbuchseη-Ring (48) außer-

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halb der Zähne (48a, 48b) angeordnet ist, daß eine elektrisch leitende Torsionsfeder (82) mit dem Anker (26) verbunden ist und sich axial vom Anker durch die Welle und durch den Laufbuchsen-Ring erstreckt, daß eine Einrichtung (102) zur leitfähigen Verbindung des Außenendes der Torsionsfeder mit der Laufbuchse und eine Einrichtung (86) zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zum Anker über die Torsionsfeder vorgesehen sind.
3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennze ichne t, daß die Laufbuchse (48') zwei Paare von diametral einander gegenüberliegenden Zähnen (48a, 48b) gleicher Länge bzw. Ausdehnung aufweist.
4. Motor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennze ichnet, daß der Anker (26) die gleiche Länge wie der Durchgang (44) aufweist, der durch die Polstücke (18 bis 24) und Zähne (48a, 48b) festgelegt ist.
5. Motor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennze ichne t, daß die zwischen der Laufbuchse (48') und dem Anker (26) befestigte elektrisch leitfähige Feder zur Ausübung einer Vorspannung auf den Anker (26) in dessen Bezugsposition angeordnet ist, daß eine elektrische Leitung mit der Laufbuchse (48') verbunden ist, so daß eine elektrische Verbindung über die Feder (82) zu dem Anker (26) gebildet ist.
6. Motor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennze ichnet, daß das Ende des Ankers (26) drehfähig in dem Laufbuchsen-Ring (48) außerhalb der Laufbuchsen-Zähne (48a, 48b) gelagert ist.
7. Verfahren zur Herstellung eines Motors, dessen Stator-Polstücke eine im wesentlichen zylindrische öffnung bilden, die sich axial entlang des Stators erstreckt, nach wenigstens einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennze ichne t,

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daß die Laufbuchse (48') länglicher Form aus elektrisch leitendem, nicht ferromagnetischem Material mit einer im wesentlichen zylindrischen innenfläche hergestellt wird, deren Radius im wesentlichen gleich dem Radius der Öffnung bzw. des Durchgangs ist, daß Längsschlitze in der Laufbuchse hergestellt werden, die wenigstens ein Paar von bogenförmigen, sich vom Laufbuchsen-Ring weg erstreckenden Zähnen festlegen, daß die Stator-Polstücke und die Laufbuchse derart zusammengesetzt werden, daß die Laufbuchse koaxial zur Achse der Öffnung liegt, daß die Polstücke und die Laufbuchse in ein elektrisch nicht leitendes Material eingebettet werden, so daß deren räumliche Beziehung zueinander beibehalten wird und ein einziger zylindrischer Durchgang, der sich durch die Laufbuchse und die Polstükke erstreckt, festgelegt wird, daß ein kreisförmiger Schnitt oder Spalt in der Laufbuchse ausgebildet wird, wodurch die Laufbuchsen-Zähne gegenüber dem Laufbuchsen-Ring und gegeneinander zur gegenseitigen elektrischen Isolierung getrennt werden, daß der gesamte Durchgang einem ZiehschleifVorgang derart ausgesetzt wird, daß die getrennten Zähne und Polstücke den gleichen Radius entlang des Durchgangs haben und konzentrisch zur Durchgangsachse über die gesamten Flächen liegen, so daß bei einer Drehung des Ankers die Differenzkapazität zwischen den Platten und dem Anker exakt die Winkelabweichung des Ankers gegenüber einer Bezugsposition wiedergeben.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die einander gegenüberliegenden Zähne vor dem Vergießen bzw. Einbetten elektrisch miteinander verbunden werden.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, da.durch g e kennzeichnet, daß zwischen die Laufbuchse und den Anker eine elektrisch leitende Feder eingesetzt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennze ichnet, daß an das Laufbuchsenglied

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eine elektrische Leitung angebracht wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekenn ze ichnet, daß zusätzliche, getrennte elektrische Leitungen an die Laufbuchsen-Zähne vor dem Vergießen angebracht v/erden.

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