Die Erfindung betrifft einen Einphasenschrittmotor-mit einem polarisierten Rotor und einem Stator, der zwei durch eine ringförmige Erregerspule verschiedenpolig erregte Polkränze mit abwechselnd ineinandergreifenden Hauptpolen und wenigstens annähernd der gleiche Anzahl Hilfspole besitzt.
Einphasenschrittmotoren, die elektrische Impulse wechselnder Polarität in schrittweise Drehbewegungen umwandeln, weisen eine magnetische Unsymmetrie auf, die die Drehrichtung festlegt. Hierzu ist es bekannt, den Rotorpolen oder den Statorpolen eine unsymmetrische Form zu geben.
Solche Motoren sind aber in der Herstellung aufwendig, die erzielte magnetische Unsymmetrie ist oft zu wenig ausgeprägt und eine geeignete Form der Pole muss empirisch gefunden werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Einphasenschrittmotor der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem die Rotor- und Statorpole eine symmetrische Form aufweisen. Ein solcher Motor ist zwar bereits bekannt, besitzt aber Hilfspole, die mit einem Kurzschlussring versehen sind, wodurch sich ebenfalls eine aufwendige Ausführung ergibt.
Durch die Erfindung soll auch dieser Nachteil überwunden werden.
Die geschilderte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Hilfspole gegenüber den Hauptpolen um 45" el. versetzt und derart angeordnet sind, dass vom Erregerstrom in den Hilfspolen kein resultierendes Drehmoment erzeugt wird.
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. la bis Ic eine Prinzipdarstellung eines zweipoligen Schrittmotors in drei typischen Betriebslagen,
Fig. 2 ein Diagramm,
Fig. 3 einen Schrittmotor in der Schnittdarstellung und
Fig. 4 eine Prinzipdarstellung der Polfolge des Schrittmotors nach der Fig. 3.
Vorerst wird anhand der Fig. 1 und 2 die prinzipielle Wirkungsweise des erfindungsgemässen Schrittmotors erläutert.
In der Fig. 1 bedeuten 1 einen polarisierten Rotor, 2, 3 zwei Hauptpole und 4, 5 zwei Hilfspole. Ein magnetischer Rückschluss 6 verbindet die Hauptpole 2, 3 und ein magnetischer Rückschluss 7 die Hilfspole 4, 5. Der Rückschluss 6 trägt eine Erregerspule 8. Ein in der Erregerspule fliessender Erregerstrom magnetisiert die Hauptpole 2, 3 entgegengesetzt, während die Hilfspole 4, 5 nicht erregt werden.
Die Hilfspole 4, 5 sind gegenüber den Hauptpolen um den Winkel a = 45" el. versetzt. Durch den Richtungssinn die ser Versetzung ist der Richtungssinn des Drehwinkels (p des Schrittmotors festgelegt.
In der Fig. 2 sind die auf den Rotor 1 wirkenden Drehmomente in Funktion des Drehwinkels (p dargestellt. Im stromlosen Zustand wird die Rotorlage durch das Rastmoment Mr bestimmt, das einer Sinusfunktion folgt und die Nullachse bei 0,900, 1800, 270 und 360" el. schneidet. Bei positiver Erregung (Fig. la) wirkt das Schaltmoment Ms+, das sich aus dem Rastmoment Mr und einem in der Fig. 2 nur angedeuteten, durch die Erregung der Hauptpole 2, 3 hervorgerufenen Antriebsmoment Ma zusammengesetzt. Bei negativer Erregung (Fig. Ic) gilt das Schaltmoment Ms 9 das den gleichen Verlauf wie das Schaltmoment Ms+ aufweist, gegenüber diesem jedoch um 1800 el. nacheilt.
Mit M, schliesslich ist in der Fig. 2 ein als konstant angenommenes Lastmoment bezeichnet.
Bei positiver Erregung nimmt der Rotor 1 die in der Fig.
la gezeichnete Lage ein. Der entsprechende Arbeitspunkt ist in der Fig. 2 als Schnittpunkt der Kurven Ms+ und Ml mit 9 bezeichnet. Wird der Erregerstrom ausgeschaltet (Fig. Ib), so dreht der Rotor 1 geringfügig weiter; der zugehörige Arbeitspunkt ist in der Fig. 2 mit 10 angegeben. In der negativen Erregerstromphase gemäss Fig. lc dreht der Rotor um einen Winkel von annähernd 1800 el. zum Arbeitspunkt 11.
Die Grösse des Erregerstromes wird vorzugsweise derart gewählt, dass die Amplitude des Antriebsmomentes Ma doppelt so gross ist wie die Amplitude des Rastmomentes Mr Dadurch wird ein optimaler Wirkungsgrad erzielt, wobei sich das maximale Lastmoment durch den Schnittpunkt 12 der Kurven M Ms+ und Ms ergibt.
In der Fig. 3 ist ein praktisches Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Mit 13 ist ein polarisierter Rotor bezeichnet, der z. B. durch einen lateral am Umfang magnetisierten Magnetkörper oder einen Magnetkörper mit Polkäfigen gebildet sein kann. Ein Ständergehäuse 14 und ein Ständerdeckel 15 umschliessen eine Erregerspule 16.
Eine Welle 17 des Rotors 13 ist in einem Lager 18 des Ständerdeckels 15 einseitig radial gelagert. Das Lager 18 und ein in das Ständergehäuse 14 eingesetztes Lager 19 wirken als axialer Anschlag. Durch die nur einseitige radiale Lagerung des Rotors 13 werden an die Toleranzen der einzelnen Bauteile nur geringe Anforderungen gestellt.
Das Ständergehäuse 14 und der Ständerdeckel 15 sind als Polkränze ausgebildet, aus denen Hauptpole 20 und Hilfspole 21 ausgeklinkt und rechtwinklig nach innen umgebogen sind. Zur besseren Übersicht sind in der Fig. 3 nur ein Hauptpol und ein Hilfspol eingezeichnet, die in der Schnittebene liegen.
Die Polfolge ist aus der Fig. 4 ersichtlich. Aus dem Ständergehäuse 14 ausgeklinkte Pole sind als leere und aus dem Ständerdeckel 15 ausgeklinkte Pole als ausgefüllte Recht ecke dargestellt. Die Hauptpole 20 erstrecken sich abwechselnd vom Ständerdeckel und vom Ständergehäuse aus und sind zu einer einzigen Gruppe zusammengefasst. Die ebenfalls zu einer einzigen Gruppe zusammengefassten Hilfspole 21 sind alle aus dem Ständergehäuse ausgeklinkt, so dass in ihnen durch den Erregerstrom zwar ein Magnetfluss erregt wird, der jedoch kein Drehmoment erzeugt. In dem den Hilfspolen 21 gegenüberliegenden Bereich des Ständerdeckels 15 (Fig. 3) ist eine Aussparung 22 vorgesehen. Dadurch wird der vom Erregerstrom erzeugte Magnetfluss in den Hilfspolen ausserdem klein gehalten. Die Hilfspole 21 sind gegen über den Hauptpolen 20 um den Winkel a = 45" el. versetzt.
Um zu vermeiden, dass dadurch der letzte Pol der Hilfspolgruppe sehr nahe zum ersten Pol der Hauptpolgruppe zu liegen kommt, kann ein Hilfspol oder ein Hauptpol weggelassen werden. Im dargestellten Beispiel sind je ein Hilfspol und ein Hauptpol weggelassen, so dass sich sowohl für die Hilfspole als auch für die Hauptpole eine ungerade Polzahl ergibt. Dies bringt gegenüber dem Weglassen von nur einem einzigen Pol den Vorteil einer bezüglich des Rastmomentes symmetrischen Anordnung mit sich.
Die Hilfspole 21 können sich auch paarweise vom Ständergehäuse 14 und vom Ständerdeckel 15 aus erstrekken. In diesem Falle erzeugt zwar der Erregerstrom in den einzelnen Hilfspolen drehmomentbildende Magnetflüsse; die Drehmomente heben sich aber gegenseitig auf.
Um Rotorpendelungen entgegenzuwirken, ist ein schraubenförmige Schlingfeder 23 vorgesehen, deren eines Ende das Lager 19 und deren anderes Ende einen zylindrischen Ansatz 24 des Rotors 13 umschlingt. Die Schlingfeder 23 hemmt den Rotor 13 nicht, wenn sich dieser in Vorwärtsrichtung dreht, dämpft aber ein Zurückschwingen.
Der beschriebene Schrittmotor zeichnet sich durch einen äusserst einfachen Aufbau auf. Ausgeprägte Rotorpole sind nicht erforderlich. Die Statorpole können eine einfache symmetrische Form mit z. B. rechteckförmigem Querschnitt aufweisen. Die erforderliche magnetische Unsymmetrie ergibt sich nicht durch eine spezielle, nur experimentell erfass bare Formgebung der Statorpole, sondern durch die beschriebene Anordnung der Hilfspole.
PATENTANSPRUCH 1
Einphasenschrittmotor mit einem polarisierten Rotor und einem Stator, der zwei durch eine ringförmige Erregerspule verschiedenartig erregte Polkränze mit abwechselnd ineinandergreifenden Hauptpolen und wenigstens annähernd die gleiche Anzahl Hilfspole besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfspole (21) gegenüber den Hauptpolen (20) um 45" el. versetzt und derart angeordnet sind, dass vom Erregerstrom in den Hilfspolen (21) kein resultierendes Drehmoment erzeugt wird.
UNTERANSPRÜCHE
1. Schrittmotor nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfspole derart angeordnet sind, dass in ihnen durch den Erregerstrom kein Magnetfluss erregt wird.
2. Schrittmotor nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfspole (21) derart angeordnet sind, dass ein in ihnen durch den Erregerstrom erregter Magnetfluss kein Drehmoment erzeugt.
3. Schrittmotor nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfspole (21) derart angeordnet sind, dass ein in ihnen durch den Erregerstrom erregter Magnetfluss kein resultierendes Drehmoment erzeugt.
4. Schrittmotor nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich alle Hilfspole (21) vom gleichen Polkranz (14) aus erstrecken.
5. Schrittmotor nach Unteranspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Hilfspole paarweise vom einen und vom anderen Polkranz (14; 15) aus erstrecken.
6. Schrittmotor nach Unteranspruch 4 oder 5, dadurch ge kennzeichnet, dass der dem freien Ende eines Hilfspols (21) gegenüberliegende Bereich (22) eines Polkranzes (15) ausgespart ist.
7. Schrittmotor nach Patentanspruch I oder einem der Unteransprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptpole (20) und die Hilfspole (21) in sich abwechselnden Gruppen angeordnet sind.
8. Schrittmotor nach Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptpole (20) und die Hilfspole (21) zu je einer einzigen Gruppe zusammengefasst sind.
9. Schrittmotor nach Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Polzahl der Hauptpole (20) und der Hilfspole (21) ungerade ist.
10. Schrittmotor nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass eine Welle (17) des Rotors (13) einseitig radial gelagert ist.
11. Schrittmotor nach Patentanspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schlingfeder (23) vorgesehen ist, die einen zylindrischen Ansatz (24) des Rotors (13) umschlingt.
PATENTANSPRUCH II
Verfahren zum Betrieb eines Schrittmotors nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Grösse des Erregerstromes derart gewählt wird, dass die Amplitude des durch ihn bewirkten Antriebmomentes (Ma) doppelt so gross ist wie diejenige des Rastmomentes (Mr).
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