Die Erfindung betrifft einen Schrittmotor mit einem mehr poligen, abwechselnd polarisierten permanentmagnetischen Rotor und einer aus zwei Teilwicklungen bestehenden Ringwicklung, wobei den Polen des Rotors die sich axial versetzt gegenüberstehenden Polfinger eines zweiteilig ausgebildeten, gleichzeitig als Wicklungsträger der Ringwicklung dienenden Statorkerne gegenüberstehen.
Schrittmotoren, wie vorbenannt, sind zum allgemeinen Stand der Technik gehörend bekanntgeworden.
Zur Auflösung eines unipolaren Impulses in zwei Teilschritte, die zum Betrieb eines bekannten Schrittmotors notwendig sind, werden bisher recht umfangreiche Schaltungen benötigt. Es wird in diesem Zusammenhang auf die deutschen Patente 1 291 797, 1 291 367 und 1 299 702 verwiesen.
Das deutsche Patent 1 291 797 zeigt einen Stand der Technik auf, wonach bekannt ist, mit den Gebührenimpulsen vor der Auswertung durch eine Zähleinrichtung über ein auf die Frequenz dieser Zählimpulse abgestimmtes Siebglied einen Transistorverstärker anzusteuern, wobei der Transistor ähnlich wie eine Audionstufe geschaltet wird, d. h. gleichzeitig die Funktionen eines Gleichrichters und eines Verstärkers ausübt. Die Betriebsspannung für den Transistor wird an einem zusätzlich in eine Ader der Teilnehmerleitung eingeschalteten Widerstand gewonnen. Die Einschaltung eines derartigen Serienverbrauchers bereitet in der Praxis einige Schwierigkeiten, da auch bei grossen Anschlussleitungslängen die für den Betrieb des Transistorverstärkers notwendige Mindestspannung zur Verfügung stehen muss.
Die Schwierigkeiten werden noch erhöht, wenn anstelle einer Zähluhr ein hinsichtlich der Ablesbarkeit oder des Bauvolumens besser gestalteter Gebührenzähler verwendet wird, der jedoch für seine Betätigung einen höheren Leistungsbedarf hat.
Die deutsche Patentschrift 1 291 797 stellt eine Schaltungsanordnung für als Rollenzählwerk ausgebildete Gebührenzähler an Stationen in Fernmelde-, insbesondere Fernsprechanlagen unter Schutz, bei welcher die tonfrequenten Zählimpulse über eine Teilnehmerweiche einen Transistorverstärker steuern, dessen Speisespannung ein mittelbar mit der Teilnehmerleitung verbundener und über diese geladener Energiespeicher liefert.
Ferner zeichnet sich der Gegenstand gemäs DT-PS 1 291 797 noch dadurch aus, dass in eine Ader der Teilnehmerleitung ein mit einem Kondensator überbrückter und in Durchlassrichtung beanspruchter Richtleiter eingeschaltet ist, an dem die Betriebsspannung für einen Transistoroszillator abgenommen wird.
In der DT-PS 1 291 367 wird als Stand der Technik aufgezeigt, dass vielfach transistorisierte Schaltungsanordnungen verwendet werden, die Signale verschiedenster Art in entsprechende Gleichstrom-Impulsfolgen umwandeln. Häufig handelt es sich dabei um Schaltungsanordnungen, die bei Signalgabe von einem stabilen Schaltzustand in einen labilen und wieder zurück in den stabilen Ausgangszustand schalten oder die fortlaufend bei Impulsgabe von einem stabilen in einen anderen stabilen Zustand umschalten, wie dies von monostabilen oder bistabilen Kippstufen her bekannt ist.
Diesen Schaltungsanordnungen haftet der Nachteil an, dass in den beiden möglichen Schaltzuständen und besonders auch in den Impulspausen ein Strom fliesst und sehr schwache Signale zur Steuerung selten verwendet werden können.
Die DT/PS 1 291 367 spricht von einer Schaltungsanordnung zur Umwandlung eines impulsmodulierten Signals in eine Folge von unipolaren Impulsen, deren Zahl dem Modulationsinhalt des impulsmodulierten Signals entspricht.
In der DT-PS 1 291 367 wird unter Schutz gestellt, dass die Schaltungsanordnung mit Transistoren bestückt ist und ohne Eingangssignal stromlos bleibt, während eine an den Eingangskreis gelangende, insbesondere niedrige Eingangswechselspannung den nachfolgenden im B-Verstärkerbetrieb arbeitenden Transistor ansteuert, wodurch ein verstärktes, dem Modulationsinhalt der Wechselspannung entsprechendes Gleichstromsignal an einen der Schalttransistoren gelangt, der dadurch geöffnet wird und an dem zur Vorspannung seiner Basis erforderlichen Emitter-Basis-Widerstand eine Spannungsänderung bewirkt sowie über seine Emitter Kollektor-Strecke einen Strom als Erstimpuls zu der einen Spule eines elektromagnetischen Schrittschaltwerkes leitet,
wodurch dessen Anker um einen Polschritt gedreht und nach Beendigung des Signals der Schalttransistor gesperrt wird. Die durch die Sperrung hervorgerufene Anderung des Spannungsabfalls am Kollektorwiderstand liefert über den Kondensator den auslösenden Impuls zur Öffnung des anderen Schalttransistors, wodurch dieser mit dem über seine Emitter-Kollektor-Strecke fliessenden Strom zur anderen Spule des elektromagnetischen Schrittschaltwerkes bewirkt, dass der Anker um einen weiteren Polschritt in gleicher Richtung wie vorher weitergedreht wird,
wobei die Zeitdauer dieses Zeitimpulses von der Grösse des Kondensators und der Grösse der anliegenden Widerstände der beiden Transistoren abhängig ist
Bei der Schaltungsanordnung nach der DT-PS 1 299 702 in Verbindung mit dem entsprechenden Hauptpatent DP 1 291 367 bewerkstelligt der eine Schalttransistor die Demodulation und Verstärkung des Signals und der Schaltung des ersten Halbschrittes an der Spule.
Nach dem deutschen Patent 1 538 705 und dem US-Patent 3 058 019 sind Schrittmotoren als solche bekannt. Die in diesen Schriften offenbarten Schrittmotoren mit kleiner Ansprechleistung zu bauen, hat sich als sehr schwierig herausgestellt, da die magnetischen Werte der Dauermagnetwerkstoffe für die Rotoren fertigungsmässig nicht genügend genau eingehalten werden können. Ausserdem bringen beim einfachen Zusammenbau der Motoren aus fertigungsmässigen Einzelteilen nicht zu vermeidende geringfügige Massabweichungen von wenigen Hundertsteln von Millimetern verhältnismässig grosse Abweichungen in den elektrischen Werten.
Dem deutschen Patent 1 538 705 lag aufgrund der Kenntnis der vorbenannten Nachteile die Aufgabe zugrunde, einen Schrittmotor mit sehr kleiner Ansprechleistung zu bauen, welcher einen guten Wirkungsgrad und ein hohes Drehmoment aufzeigt. Die gestellte Aufgabe wurde gemäs DT-PS 1 538 705 dadurch gelöst, dass die Polfinger in Umfangsrichtung gegeneinander verdrehbar angeordnet sind und dass der zylindrische Rotor innerhalb des Luftspaltbereiches der Polfinger axial verschieb- und einstellbar ist.
In der Weiterentwicklung des Gegenstandes gemäs DP 1 538 705 hat der Erfinder sich die Aufgabe gestellt, das dynamisch magnetische Verhalten eines Schrittmotors konstruktiv unter Beibehaltung aller bekannten Eigenschaften, wie hoher Wirkungsgrad bei kleinster elektrischer Leistung, in Verbindung mit einer individuellen Einstellung auf ein maximales Drehmoment so zu verändern, dass der Schrittmotor mit geringstem Schaltungsaufwand betrieben werden kann.
Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die beiden, die Ringwicklung bildenden Teilwicklungen gegeneinander in Reihe geschaltet sind, derart, dass sie, von einem Strom durchflossen, ein einziges Magnetfeld, welches der Differenz der Magnetfelder der Teilwicklungen entspricht, erzeugen und dass mit der einen Teilwicklung ein Kondensator parallel geschaltet ist.
Die nachstehende Beschreibung dient zur beispielsweisen Erläuterung des erfindungsgemässen Gegenstandes, von dem eine Ausführungsform in der Zeichnung dargestellt ist.
Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt durch den Schrittmotor und
Fig. 2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäs sen Gegenstandes.
Der Schrittmotor, so wie ihn die Fig. 1 zeigt, besteht aus einem Rotor 1, den Polfingern 2 der Statorkörbe und einem Gehäuse 3 mit Überwurfdeckel 4. Die Ankerwelle 5 ist im Gehäuse 3 und im Überwurfdeckel 4 in den Lagern 6 drehbeweglich angeordnet. In dem ringförmigen Hohlraum um die Statorkörbe herum ist die aus zwei Teilwicklungen 7 und 8 bestehende Ringwicklung angeordnet.
Wie die schematische Darstellung in der Fig. 2 erkennen lässt, sind die beiden Teilwicklungen 7, 8 der Ringwicklung erfindungsgemäss gegeneinander in Reihe geschaltet. Die beiden Sterne zeigen Anschlüsse gleicher Polarität an. Mit der Teilwicklung 8 ist ein parallel geschalteter Kondensator 9 verbunden. Wird nun die Stromquelle über den mit 10 bezeichneten Schalter mit dem Schrittmotor als solchem verbunden, so fliesst zum Zeitpunkt t = 0 ein Strom über die Teilwicklung 7 zu dem Kondensator 9. Das entstehende Magnetfeld dreht den Rotor 1 des Schrittmotors in Drehrichtung. Mit zunehmender Spannung am Kondensator 9 verringert sich der Stromfluss durch die Teilwicklung 7 und in zunehmendem Mass wird die Teilwicklung 8 von Strom durchflossen.
Da der Aufbau des Magnetfeldes der Teilwicklung 8 phasenverschoben zu dem des Magnetfeldes in der Teilwicklung 7 einsetzt, heben sich beide Magnetfelder erst annähernd auf, wenn der Rotor 1 den ersten Teilschritt durchgeführt hat. Nach Abschalten der Stromquelle über den Schalter 10 entlädt sich der Kondensator 9 über die Teilwicklung 8 und die Teilwicklung 7 ist nunmehr stromlos. Damit wirkt das gesamte Magnetfeld der Teilwicklung 7 auf den Rotor 1 des Schrittmotors und dreht denselben 1 in seine Endstellung.
Der Vorteil gegenüber dem Bekannten ist darin zu erblikken, dass das dynamisch magnetische Verhalten des Schrittmotors konstruktiv unter Beibehaltung aller bekannten Eigenschaften - hoher Wirkungsgrad bei kleinster elektrischer Leistung - in Verbindung mit einer individuellen Einstellung auf ein maximales Drehmoment so zu verändern ist, dass der Schrittmotor mit geringstem Schaltungsaufwand betrieben werden kann.
The invention relates to a stepper motor with a multi-pole, alternately polarized permanent magnetic rotor and a ring winding consisting of two partial windings, the poles of the rotor being opposed by the axially offset opposite pole fingers of a two-part stator core that also serves as the winding carrier of the ring winding.
Stepper motors, as mentioned above, have become known as belonging to the general state of the art.
To resolve a unipolar pulse into two sub-steps, which are necessary for operating a known stepper motor, quite extensive circuits have been required up to now. In this context, reference is made to German patents 1,291,797, 1,291,367 and 1,299,702.
The German patent 1,291,797 shows prior art, according to which it is known to control a transistor amplifier with the charge pulses prior to evaluation by a counting device via a filter element matched to the frequency of these counting pulses, the transistor being switched similar to an audio stage, i.e. . H. simultaneously performs the functions of a rectifier and an amplifier. The operating voltage for the transistor is obtained from a resistor that is also connected to a wire of the subscriber line. Switching on such a series consumer presents some difficulties in practice, since the minimum voltage required for operating the transistor amplifier must be available even with large connecting line lengths.
The difficulties are further increased if, instead of a counter, a meter with a better design in terms of readability or volume is used, but which has a higher power requirement for its operation.
The German patent specification 1 291 797 provides a circuit arrangement for charge meters designed as roller counters at stations in telecommunications, in particular telephone systems, under protection, in which the audio-frequency counting pulses control a transistor amplifier via a subscriber switch, the supply voltage of which is an energy store indirectly connected to the subscriber line and charged via this supplies.
Furthermore, the object according to DT-PS 1 291 797 is also characterized in that a conductor bridged with a capacitor and loaded in the forward direction is connected in a wire of the subscriber line, from which the operating voltage for a transistor oscillator is taken.
DT-PS 1 291 367 shows as prior art that transistorized circuit arrangements are used in many cases, which convert signals of the most varied of types into corresponding direct current pulse trains. Often these are circuit arrangements that switch from a stable switching state to an unstable and back to the stable initial state when a signal is given, or which continuously switch from a stable to another stable state when a signal is given, as is known from monostable or bistable multivibrators is.
These circuit arrangements have the disadvantage that a current flows in the two possible switching states and especially also in the pulse pauses and very weak signals can rarely be used for control.
DT / PS 1 291 367 speaks of a circuit arrangement for converting a pulse-modulated signal into a sequence of unipolar pulses, the number of which corresponds to the modulation content of the pulse-modulated signal.
In DT-PS 1 291 367 it is protected that the circuit arrangement is equipped with transistors and remains de-energized without an input signal, while a particularly low input AC voltage reaching the input circuit controls the following transistor operating in B-amplifier mode, whereby an amplified, The direct current signal corresponding to the modulation content of the alternating voltage arrives at one of the switching transistors, which is thereby opened and causes a voltage change in the emitter-base resistor required to bias its base, and a current via its emitter-collector path as a first pulse to the one coil of an electromagnetic stepping mechanism directs,
whereby its armature is rotated by one pole step and the switching transistor is blocked after the signal has ended. The change in the voltage drop at the collector resistance caused by the blocking provides the triggering impulse for opening the other switching transistor via the capacitor, whereby this with the current flowing through its emitter-collector path to the other coil of the electromagnetic stepping mechanism causes the armature to move another Pole step is rotated in the same direction as before,
The duration of this time pulse depends on the size of the capacitor and the size of the resistances of the two transistors
In the circuit arrangement according to DT-PS 1 299 702 in conjunction with the corresponding main patent DP 1 291 367, one switching transistor manages the demodulation and amplification of the signal and the switching of the first half-step on the coil.
According to German patent 1,538,705 and US patent 3,058,019, stepper motors are known as such. Building the stepper motors disclosed in these documents with a low response power has proven to be very difficult, since the magnetic values of the permanent magnet materials for the rotors cannot be adhered to with sufficient accuracy in terms of production. In addition, when the motors are simply assembled from individual production parts, unavoidable minor dimensional deviations of a few hundredths of a millimeter result in relatively large deviations in the electrical values.
Based on the knowledge of the aforementioned disadvantages, German patent 1,538,705 was based on the object of building a stepper motor with a very low response power, which exhibits good efficiency and high torque. According to DT-PS 1 538 705, the stated object was achieved in that the pole fingers are arranged such that they can be rotated relative to one another in the circumferential direction and that the cylindrical rotor is axially displaceable and adjustable within the air gap area of the pole fingers.
In the further development of the object according to DP 1 538 705, the inventor has set himself the task of structuring the dynamic magnetic behavior of a stepper motor while maintaining all known properties, such as high efficiency with the lowest electrical power, in conjunction with an individual setting to a maximum torque to change so that the stepper motor can be operated with the least amount of circuitry.
The object is achieved according to the invention in that the two sub-windings forming the ring winding are connected in series with one another in such a way that, when a current flows through them, they generate a single magnetic field, which corresponds to the difference between the magnetic fields of the sub-windings, and that with the a partial winding a capacitor is connected in parallel.
The following description serves to explain, by way of example, the subject matter according to the invention, an embodiment of which is shown in the drawing.
Show it:
Fig. 1 shows a longitudinal section through the stepping motor and
Fig. 2 is a schematic representation of the subject invention sen.
The stepper motor, as shown in FIG. 1, consists of a rotor 1, the pole fingers 2 of the stator baskets and a housing 3 with cap 4. The armature shaft 5 is rotatably arranged in the bearings 6 in the housing 3 and in the cap 4. The ring winding consisting of two partial windings 7 and 8 is arranged in the annular cavity around the stator cages.
As the schematic representation in FIG. 2 shows, the two partial windings 7, 8 of the ring winding are connected in series with one another according to the invention. The two asterisks indicate connections of the same polarity. A capacitor 9 connected in parallel is connected to the partial winding 8. If the current source is now connected to the stepper motor as such via the switch labeled 10, a current flows through the partial winding 7 to the capacitor 9 at time t = 0. The resulting magnetic field rotates the rotor 1 of the stepper motor in the direction of rotation. As the voltage on the capacitor 9 increases, the current flow through the partial winding 7 decreases and the partial winding 8 has an increasing current flowing through it.
Since the build-up of the magnetic field of the partial winding 8 begins out of phase with that of the magnetic field in the partial winding 7, both magnetic fields only approximately cancel each other out when the rotor 1 has carried out the first partial step. After switching off the current source via the switch 10, the capacitor 9 discharges via the partial winding 8 and the partial winding 7 is now de-energized. The entire magnetic field of the partial winding 7 thus acts on the rotor 1 of the stepping motor and rotates the same 1 into its end position.
The advantage over the known is that the dynamic magnetic behavior of the stepper motor can be modified structurally while retaining all known properties - high efficiency with the smallest electrical power - in connection with an individual setting to a maximum torque so that the stepper motor with can be operated with the least amount of circuitry.