-
Elektrischer Schrittmotor Die Erfindung betrifft einen schrittweise
umlaufenden Elektromotor, der durch Impulse gleicher oderwechselnder Polarität oder
durch Schwingungen betrieben wird.
-
Es sind derartige Schrittmotoren bekannt, bei denen der Ständermagnet
mit in der Umfangsrichtung aufeinanderfolgenden Polen wechselnder Polarität versehen
ist, über die in Bezug auf ihren Richtungssinn sich ändernde Flüsse geleitet werden,
während die Läuferpole durch einen Dauermagnet derart magnetisiert sind, daß aufeinanderfolgende
Pole jeweils Nord-und Südpole bilden. Es ist weiter bekannt, den Polen des feststehenden
oder des umlaufenden Teils eine geeignete Form, insbesondere eine spitzwinklige
Form zu geben, um eine einwandfreie Drehrichtung zu erhalten. So ist ein Synchronmotor
mit polarisiertem Läufer bekannt, der spitzwinklig abgeschrägte Pole besitzt, deren
Anzahl der halben Ständerpolzahl entspricht und die, gegeneinander versetzt mit
ihren Spitzen aufeinander zuweisend, in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind.
In ähnlicher Weise ist ein bekannter selbstanlaufender Synchronkleinmotor mit permanentmagnetischem
Läufer ausgebildet, indem auf dem Umfang des Läufers weichmagnetische Polzacken
von wechselnder Polarität und etwa dreieckiger Form verteilt angeordnet sind. Die
Polzacken gehen dabei jeweils von seitlichen Magnetscheiben aus, die eine Feldspule
bzw. einen ringförmigen Permanentmagneten einschließen.
-
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schrittmotor der
genannten Gattung zu schaffen, der über einen großen Drehzahlbereich eine sehr gute
Laufruhe und gleichmäßige Drehbewegung besitzt.
-
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Spitze
jedes Pollappens von der einen seitlichen Magnetscheibe einen Pollappen von der
gegenüberliegenden Magnetscheibe berührt. Es konnte überraschenderweise festgestellt
werden, daß durchdie direkte Berührung der zu entgegengesetzten Polscheiben gehörenden
Pollappen selbst auch bei geringen Drehzahlen eine gegenüber bekannten Motoren dieser
Art wesentlich bessere Laufruhe erhalten wird. Diese Eigenschaft ist insbesondere
bei solchen Anwendungsfällen von erheblicher Bedeutung, bei denen durch den Schrittmotor
Vorrichtungen angetrieben werden, die empfindlich gegen einen ungleichmäßigen Bewegungslauf
sind. Vorteilhafterweise- ist die Anordnung so getroffen, daß die Länge der parallel
zur Längsachse des Rotors verlaufenden Seite jedes Pollappens gleich der Breite
der Pole des Läufers ist und die Spitze jedes Pollappens den gegenüberliegenden
Pollappen an der Spitze der senkrecht zur Drehachse verlaufenden Seite berührt.
Der erfindungsgemäß schrittweise umlaufende Motor kann durch Impulse gleicher oder
wechselnder Polarität betrieben werden. Er bildet dann ein Drehrelais großer Leistung,
das ohne Überwachung unbegrenzt lange unter den schlechtesten Verhältnissen der
Fernsteuerung arbeiten kann.
-
In diesem Fall werden durch das Relais die Impulse eines beliebigen
Impulserzeugers in Drehbewegungen gleicher oder verhältnismäßiger Drehzahl eines
Gerätes bei beliebiger Dauer eines jeden Impulses umgewandelt, und zwar ohne Gefahr
einer Verstellung oder eines mechanischen Verschleißes, denn das erfindungsgemäße
Relais arbeitet ohne.die Schaltwerke und ohne die Federn der an sich bekannten Vorrichtungen
dieser Art.
-
Wird der schrittweise umlaufende Motor durch Impulse gleicher Polarität
betätigt, so ist dieser zweckmäßigerweise mit einem ringförmigen Ferritmagnet zum
Vormagnetisieren versehen, delt zentrisch zur Feldspule angeordnet ist und einen
Dauerfluß erzeug4 der entgegengesetzt zu dem von den Impulsen erzeugten Magnetfluß
gerichtet ist.
-
Der Motor bildet dann ein polarisiertes Drehrelais, das den Vorteil
bietet, daß es ein Gerät betätigen kann, das bei nicht erregtem Relais ein gegenläufiges
Drehmoment
erzeugt, wobei die entgegengesetzt wirkende Kraft durch
die magnetische Anziehungskraft des Dauermagnets ausgeglichen wird.
-
Wird der erfindungsgemäße Motor -durch Schwingungen betätigt,
so arbeitet er als Einphasen-Synchronmotor, der ohne weiteres stets im gleichen
Sinn anläuft.
-
Die Erfindung wird an Hand schematischer Zeichnungen nachfolgend an
einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.
-
Fig, 1 ist ein Längsschnitt durch einen erfindungsgemäß schrittweise
umlaufenden Motor; Fig. 2 ist ein Längsschnitt durch den Motor; Fig. 3 ist
eine teilweise Abwicklung des Motors gemäß Fig. 2.
-
Gemäß Fig. 1 befindet sich der schrittweise umlaufende Motor
in einem Gehäuse 51, das aus Magnetwerkstoff hergestellt und durch einen
Lagerdeckel 52
geschlossen ist. Die Läuferwelle 53 läuft auf Kugellagern
54 und 55, die jeweils in den Gehäuseboden und in den Lagerdeckel
52 eingebaut sind.
-
Der Läufer 56 besteht aus einem ringförmigen Dauermagnet
57, der etwa aus Ferrit hergestellt sein kann. Er ist auf dem äußeren Umfang
mit einer geraden Anzahl von N- und S-Polen versehen. Der Dauermagnet
57 ist mit einer mittleren Büchse 58 durch einen Kupplungskörper
59 fest verbunden, der aus einem geeigneten Kunststoff oder einer beliebigen
Legierung hergestellt sein kann. Die mittlere Büchse 58 ist mit der Läuferwelle
53 durch einen Splint 60 drehfest verbunden. Eine Abstandsbüchse
61 bestimmt die axiale Lage des Läufers 56 in Bezug auf das Kugellager
54.
-
Der Feldmagnet besteht aus zwei Scheiben. Die erste hat die Gestalt
einer gepreßten Blechscheibe 62,
die mit einem Flansch in das Gehäuse
51 eingefaßt ist und auf dem inneren Umfang der Länge nach durch rechtwinklige
Poldreiecke 63 verlängert ist. Die andere hat ebenfalls die Gestalt einer
gepreßten Blechscheibe 64, deren radiale Breite jedoch kleiner ist als diejenige
der Scheibe 62. Die Scheibe 64 ist ebenfalls auf dem inneren Umfang der Länge
nach durch rechtwinklige Poldreiecke 65 verlängert. Die Poldreiecke
63 und 65
greifen wechselweise ineinander ein.
-
Die Feldspule 66 und der ringförmige Dauermagnet
67, der zum Vormagnetisieren dient, sind in den Raum zwischen dem Gehäuse
51 und den beiden Magnetscheiben eingebaut. Die Spule 66 wird durch
Impulse gleicher Polarität erregt, die durch einen Magnetfluß 02 erzeugt werden,
dessen Richtung durch mit vollen Strichen eingezeichnete Pfeile angedeutet ist.
-
Der Ringmagnet 67, der zentrisch zur Läuferwelle
53
angeordnet ist, befindet sich neben der Feldspule 66.
Dieser Dauermagnet
67 erzeugt den Magnetfluß 0,
dessen Richtung durch gestrichelte Pfeile
angedeutet ist. Aus Fig. 1 ist zu ersehen, daß die beiden Magnetflüsse
01 und 02 gegenläufig sind. Ein zum Zentrieren dienender Ring 68,
der aus nichtmagnetischem Werkstoff besteht, befindet sich zwischen der Scheibe
64, den Poldreiecken 65 und dem Dauermagnet 67. Dieser Zentrierring
dient zur Herstellung von Spalten e, und e. jeweils zwischen dem Dauermagnet
67, den Poldreiecken 65 und der Scheibe 64.
-
Der äußere Durchmesser der Scheibe 64 ist viel kleiner als der innere
Durchmesser des Gehäuses 51.
Der durch den Magnet 67 erzeugte Magnetfluß
kann somit nicht durch die Scheibe 64 kurzgeschlossen werden.
-
Der Motor gemäß Fig. 2 und 3 soll mit Impulsen wechselnder
Polarität oder mit Schwingungen betrieben werden. Der Ständerfeldmagnet besteht
aus einem äußeren Rohr 42 und zwei Magnetscheiben 43 und 44, die zwischen sich die
Feldspule 41 einschließen.
-
.Die &beiden Magnetscheiben 43 und 44 sind mit Flanschen 43
a und 44 a versehen, die zur magnetischen Verbindung mit dem äußeren, aus
Stahl bestehenden Rohr 42 dienen. Diese Ausbildung gestattet ein genaues Einpassen
und deshalb ein geräuschloses Arbeiten.
-
Die Polschuhe 47 und 48 bestehen wieder aus rechtwinkligen Dreiecken
BI Cl A2 und A, D, B, deren Füße A, D, und B,
C, die Länge einer Polteilungp des Läufers haben. In diesem Fall sind die Poldreiecke
durch Ansätze 47a, 48a verlängert, die ausschließlich zur Verbindung mit den Magnetscheiben
43 und 44 dienen.
-
Zur Erzielung einer Mindestveränderung der Reluktanz zwischen den
Polen sind die Scheitel von A,A,A,... B1B2B3 ... den Poldreiecken 47 und
48 gemein, so daß diese sich mit den Spitzen berühren. Die parallel zur Motorachse
verlaufenden Seiten der Poldreiecke, also die Seiten D1B1C1A, haben eine Länge,
die gleich der Breite L des Läufers 49 ist.
-
Durch den Magnetschluß an den Stellen A1A2A3... B,B,B,... wird die
Impedanz des Ständers vermindert, so daß der Motor auch mit höheren Frequenzen betrieben
werden kann.
-
Der Motor gemäß Fig. 1 und 2 kann als schrittweise umlaufendes
Relais dienen, das auf Impulse beliebiger Frequenz anspricht, wobei der Läufer auch
schrittweise stets in der gleichen Richtung umläuft. Besteht der ringförmige Läufermagnet
aus »Ferroxdur« mit zwölf Polen, so bewirkt der durch einen Impuls erzeugte Fluß
02 eine Verschiebung des Läufers um eine Polteilung, also um den zwölften Teil einer
ganzen Umdrehung. Das Aufhören des Impulses gestattet dann auch die Wiederherstellung
des Flusses 0, und der Läufer gleitet um eine weitere Polteilung,
d. b. um einen weiteren zwölften Teil und stets in der gleichen Richtung.
-
Wird die Frequenz der einanderfolgenden Impulse größer, so dreht sich
auch der Läufer allmählich schneller, und der Motor kann sich gegebenenfalls wie
ein selbstanlaufender Synchronmotor verhalten, vorausgesetzt, daß die Feldspule
mit einem 50periodischen Einphasenstrom betrieben wird.
-
Es ergibt sich daraus ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäß schrittweise
umlaufenden Motors. Während der zweiten Teildrehung beim Aufhören des Impulses kann
der Magnet einen Impuls in einer Hilfsspule erzeugen, die gleichachsig mit der Feldspule
angeordnet ist. Dieser Impuls kann dann selbst zu verschiedenen Zwecken dienen,
insbesondere zum Betätigen eines polarisierten Drehrelais gleicher Art.
-
Das vorbeschriebene polarisierte Drehrelais kann zur Fernbedienung
von Geräten dienen, die mehrere Winkellagen einnehmen sollen, etwa von Drehschaltern
mit Kontaktscheiben, und zwar mit einem sehr geringen Energieaufwand für die Impulse,
denn die genaue Einstellung durch die Poldreiecke gestattet die Beseitigung der
Sperr- und Schnappvorrichtungen, die in der Regel bei der Fernbedienung von Kontaktgeräten
erforderlich sind.