ITRM20090518A1 - Posizionatore o motore passo-passo basculante autobloccante dotato di sensori ad effetto di hall per il rilevamanto della posizione raggiunta e in grado di effettuare movimenti anche con un solo step - Google Patents

Description

Descrizione dell’ invenzione industriale dal titolo POSIZIONATORE O MOTORE PASSO-PASSO BASCULANTE, AUTOBLOCCANTE, DOTATO DI SENSORI AD EFFETTO DI HALL PER IL RILEVAMENTO DELLA POSIZIONE RAGGIUNTA E IN GRADO DI EFFETTUARE MOVIMENTI ANCHE CON UN SOLO STEP,

DESCRIZIONE

La presente invenzione ha per oggetto un nuovo tipo di motore passopasso costituito, imprescindibilmente, da una struttura elettromagnetica e da una meccanica capaci di trasmettere elevatissimi momenti di coppia.

Le due parti, quindi, sono alloggiate insieme in un unico contenitore per formare l’intero motore.

Tale motore è in grado di fornire coppia elevata direttamente sull’asse.

Il trovato oltre a fornire coppia elevata offre la possibilità di eseguire movimenti rotatori anche solo tramite uno ‘step’ di comando, può anche essere dotato di sensori ad effetto di Hall per il rilevamento della posizione raggiunta ed è autoffenante utilizzando magneti permanenti.

Attualmente non esistono motori il cui principio di funzionamento richiama, nemmeno parzialmente, quello proposto poiché il moto rotatorio della ruota condotta è ottenuto tramite un movimento particolare della ruota conduttrice.

L’ invenzione viene di seguito descritta a scopo illustrativo e non limitativo, in base ad una versione attualmente preferita dagli inventori riferita alla costruzione di un posizionatore stepper o passo-passo e facendo riferimento alle fig. 1, fig. 2, fig. 3, fig. 4, fig. 5, fig. 6, fig. 7, fig. 8, fig. 9 e fig. 10.

Dalla teoria del corso di meccanica, affinché si possa generare moto rotatorio fruibile, una ruota conica a denti dritti deve essere costituita da un tronco di cono con il vertice V coincidente con il vertice del cono primitivo e con denti a generatrici rettilinee concorrenti tutte nel predetto vertice; inoltre i due coni primitivi, delle due ruote coniche, devono avere il comune vertice in V e avere, rispettivamente, semiangoli al vertice pari a γΐ e y2.

L’originalità del trovato consiste nel costruire la ruota conica condotta 2 con semiangolo γ1 uguale a novanta gradi e la ruota conica conduttrice 1 con semiangolo γ2 uguale a ottantotto e cinque gradi. Tali valori dei semiangoli al vertice delle due ruote coniche derivano dall’originalità del presente trovato e quindi dall’avere scelto due ruote coniche a denti dritti con le seguenti caratteristiche:

- ruota conica conduttrice 1 avente modulo uno e 121 denti;

- ruota conica condotta 2 avente modulo uno e 120 denti.

Con tali caratteristiche costruttive, le due ruote coniche a denti dritti, affinché possano produrre moto rotatorio fruibile, devono trovarsi disposte come in fig. 1.

In tale posizione la ruota conica conduttrice 1, per produrre moto rotatorio, ‘bascula’ attorno a due assi ortogonali tra loro, la cui origine coincide con il vertice -V del proprio cono primitivo, è tali da giacere su un piano perpendicolare all’asse di rotazione della ruota conica condotta 2.

Per effetto del basculaggio della ruota conica conduttrice 1 e della riluttanza magnetica fra i quattro gruppi magnetici ed elettromagnetici le possibili posizioni statiche assunte dalle due ruote coniche sono solo quattro e tutte visibili nelle fig. 1, fig. 2, fig. 3 e fig. 4.

Da quanto sopra esposto, si può calcolare che il basculaggio dei denti della base interna del tronco di cono della ruota conduttrice 1 , affinché essi possano interagire con i denti della ruota conica condotta 2, è piccolissimo e descrive un arco di circonferenza dato da:

dove = 55mm è il raggio della base minore del tronco dì cono della ruota conica conduttrice 1 e ’ = 1,5° è l’angolo del suo basculaggio. L’interazione meccanica tra le due ruote coniche a denti dritti, affinché ci possa essere moto rotatorio, è garantita dal fatto che le due ruote coniche differiscono di un dente e di conseguenza tutti i punti laterali del raggio di testa dei denti a generatrici rettilinee della ruota conica conduttrice 1, quando si spostano verso i denti della ruota conica condotta 2, incontrano subito questi ultimi lungo le coste dei denti della ruota conica condotta 2 imprimendo una forza.

Dalle scomposizioni di tale forza si ricava facilmente quanto segue:

• una componente agisce lungo la direzione dell’asse di rotazione 3 della ruota conica condotta 2 e verso uguale a quello dello spostamento. Talé componente non utile al moto rotatorio viene annullata dal cuscinétto reggispinta 17 del motore;

• un’altra agisce perpendicolarmente all’asse di rotazione 3 del motore e quindi questa è quella componente che produce moto rotatorio utile.

Da quanto sopra esposto si ricava anche che il numero dei denti che partecipano a tale interazione meccanica è un quarto del numero totale dei denti e cioè circa trenta.

La successiva interazione meccanica, consistente nell’ abbassare quest’ultima parte dei denti e nell’ alzare una parte, limitrofa a quest’ultima, dei denti della ruota conduttrice 1 ripete l’azione precedente e forza la ruota condotta 2 o a proseguire nel suo moto rotatorio o a invertire senso di rotazione.

Per quanto esposto ne deriva che i denti delle due ruote coniche devono essere sagomati in modo diverso dai soliti e possibilmente costruiti in ceramica per evitare la naturale usura dei materiali.

Da tutto questo si evince che la ruota conica conduttrice 1 , con quattro step, riesce a ruotare la ruota conica condotta 2 di un dente.

Affinché la ruota conica conduttrice 1 abbia la sola possibilità di ‘basculare’, in questa descrizione, si è scelto di incernierarla, tramite i due fori cilindrici 8a e 8b rispettivamente ai due cilindri 6a e 6b di un giunto cardanico costituito da due anelli uno esterno 4 e l’altro interno 5 con i relativi assi di basculaggio x e y. Il giunto cardanico è visibile in fig. 5 mentre in fig. 6 sono visibili i fori cilindrici 8a e 8b dell’asse di basculaggio x. L’anello interno 5, del giunto cardanico, è fissato al cilindro 9 della base 15 del motore tramite le quattro colonnine 7, vedi fig. 5 e fig. 7.

Per quanto riguarda, invece, la modalità di imprimere forza al basculaggio della .ruota conica conduttrice 1 si è scelto di fissare all’ interno degli incastri 10 della ruota stessa quattro gruppi di tre magneti permanenti I la, llb e Ile, tutti disposti con le polarità tali da essere attirati o respinti dalle superfici attive della Έ’ dei quattro elettromagneti 12, e incollati ognuno ad una opportuna ancoretta ferrosa 13 tale da attivare la naturale chiusura delle linee di forza del campo magnetico.

Le superfici attive delle Έ’ degli elettromagneti 10 sono fissate sulla base 15 del motore inclinate verso l’alto in modo da formare con il piano della base stessa del motore un angolo di un grado e mezzo ai fini di un ottimo basculaggio della ruota conduttrice 1, vedi fig. 8.

Tale disposizione delle superfici attive delle Έ’ degli elettromagneti garantisce grande forza di attrazione verso le rispettive superfici dei magneti Ila, llb e Ile incastrati nella ruota conduttrice 1 per permettere il basculaggio della stessa e l’interazione con i denti della ruota conica condotta 2.

Infine l originalità e la peculiarità costruttiva del trovato permettono l inserimento di sensori ad effetto Hall 16 utili per il rilevamento della posizione raggiunta dal motore.

A tal proposito in fig. 7 sono visibili le aperture 20 nella base 1 5 del motore necessarie per il passaggio dei cavi degli elettromagneti 12 e dei sensori ad effetto di Hall 16.

In fig. 9 è disegnata la sezione isometrica dell’intero motore compreso di scatola 18 e fondo 19; in essa sono visibili i cuscinetti 17, 23 e 24 dell’asse motore-3, lo spazio 21 sopra il coperchio 19 per contenere l elettronica del motore e l’apertura 22 è l’adduzione dei cavi dall’ esterno.

Infine in fig. 10 è visibile una vista isometrica esplosa dell’intero motore.

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1 . Posizionatore o motore stepper o passo-passo caratterizzato dal fatto di essere realizzato tramite due ruote coniche a denti dritti, con numeri di denti differenti di una sola unità tra le due ruote, e in cui il moto rotatorio della ruota conica condotta (2) è ottenuto tramite il basculaggio della ruota conica conduttrice (1) attorno a due assi ortogonali tra loro, la cui origine coincide con il vertice V dei coni primitivi delle due ruote coniche, e tali da giacere su un piano perpendicolare all’asse di rotazione (3) della ruota conica condotta (2) 2. Posizionatore passo-passo, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che il basculaggio della ruota conica conduttrice (1), avendo un dente in più rispetto alla ruota conica condotta (2), porta i punti laterali del raggio di testa dei denti a generatrici rettilinee a sbattere sulle coste dei denti della ruota conica condotta (2) stessa imprimendo una forza la cui risultante non nulla provoca il moto rotatorio fruibile. 3. Posizionatore passo-passo, secondo la rivendicazione 1 e 2, caratterizzato dal fatto che l’angolo di basculaggio della ruota conica conduttrice (1) dipende dalle proprietà costruttive delle due ruote coniche e precisamente dal modulo utilizzato e dal numero dei denti ricavandosi con la formula dove ‘ r ’ è la misura del raggio della base minore del tronco di cono della ruota conica conduttrice (1) e arco ' rappresenta l’altezza del dente utilizzato. 4. Posizionatore passo-passo, secondo le rivendicazioni 1, 2 e 3, caratterizzato dal fatto che le superfici attive delle Έ’ degli elettromagneti (10) devono essere fissate sulla base (15) del motore inclinate verso l’alto in modo da formare con il piano della base stessa del motore un angolo ’ calcolato in base alle proprietà costruttive delle due ruote coniche affinché si ottenga il previsto basculaggio della ruota conduttrice (1). 5. Posizionatore passo-passo, secondo le rivendicazioni 1, 2, 3 e 4, caratterizzato dal fatto che la ruota conica conduttrice (ì) lungo le direzioni degli assi di basculaggio porta incastrati nelle cavità (10), ad esempio, i quattro gruppi magnetici formati ognuno dal ferro (3) e dai tre magneti (Ila, llb e Ile) per interagire con i quattro gruppi dì elettromagneti (12) e quindi permettere il basculaggio della ruota conica conduttrice (1). 6. Posizionatore passo-passo, secondo le rivendicazioni 1, 2, 3, 4 e 5, caratterizzato dal fatto che la ruota conica conduttrice (1) lungo le direzioni degli assi di basculaggio porta incastrati nelle cavità (10), ad esempio, i quattro gruppi di magneti (11a, llb e Ile) dipendendo dalle strutture di elettromagneti utilizzati per imprimere forza al basculaggio della ruota conica conduttrice (1-7. Posizionatore passo-passo, secondo le rivendicazioni 1, 2, 3, 4, 5 e 6, caratterizzato dal fatto che la presenza dei magneti permanenti (4a, 4b e 4c) permette l’utilizzo dei sensori ad effetto di Hall (16) per il rilevamento della posizione raggiunta dal motore. 8. Posizionatole passo-passo, secondo le rivendicazioni 1, 2, 3, 4, 5, 6 e 7, caratterizzato dal fatto che la ruota conica conduttrice (1) per ricevere forza atta a farla basculare può essere realizzata oltre che con l'uso di magneti permanenti anche con un semplice disco di materiale ferromagnetico sfruttando la sola forza di attrazione degli elettromagneti. 9. Posizionatore passo-passo, secondo le rivendicazioni 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 e 8, caratterizzato dal fatto che la forma e il numero degli elettromagneti concorrenti alla realizzazione del movimentopossono variare in- funzione delle necessità costruttive.