DE1123754B - Elektrischer Schrittmotor - Google Patents

Elektrischer Schrittmotor

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DE1123754B
DE1123754B DEB57235A DEB0057235A DE1123754B DE 1123754 B DE1123754 B DE 1123754B DE B57235 A DEB57235 A DE B57235A DE B0057235 A DEB0057235 A DE B0057235A DE 1123754 B DE1123754 B DE 1123754B
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
pole
rotor
lobe
stepper motor
magnet
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Pending
Application number
DEB57235A
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English (en)
Inventor
Maurice Guiot
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BEREX ETABLISHMENT SOC LIECHTE
Original Assignee
BEREX ETABLISHMENT SOC LIECHTE
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Publication date
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Publication of DE1123754B publication Critical patent/DE1123754B/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K37/00Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors
    • H02K37/10Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Description

  • 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.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Schrittmotor mit einem aus einem ringförmigen Dauermagnet bestehenden Läufer, der auf seinem Umfang verteilt angeordnete Nord- und Südpole in abwechselnder Folge aufweist, und mit mindestens einer ringförmigen Feldwicklung und einem diese umgebenden Feldmagneten, der zwei seitliche Magnetscheiben mit zwischen der Feldspule und dem Läufer liegenden Pollappen aufweist, welche die Form von Dreiecken besitzen und abwechselnd von den seitlichen Magnetscheiben ausgehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze jedes Pollappens von der einen seitlichen Magnetscheibe einen Pollappen von der gegenüberliegenden Magnetscheibe berührt.
  2. 2. Schrittmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, 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 Polappens den gegenüberliegenden Pollappen an der Spitze der senkrecht zur, Drehachse verlaufenden Seite berührt. 3. Schrittmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erregung der Feldwicklung durch Impulse gleicher Polarität ein permanenter ringförmiger Vormagnetisierungsmagnet derart vorgesehen ist, daß er in den Pollappen des Feldmagneten einen permanenten Magnetfluß erzeugt, der dem durch die Impulse erzeugten Fluß entgegengerichtet ist.
  3. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 673 170; deutsche Auslegeschrift Nr. 1000 107, 1001 191, 1055 677; USA.-Patentschrift Nr. 2 251505.
DEB57235A 1959-04-09 1960-03-25 Elektrischer Schrittmotor Pending DE1123754B (de)

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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE673170C (de) * 1934-02-09 1939-03-16 Siemens & Halske Akt Ges Polarisiertes Nebenuhrwerk
US2251505A (en) * 1940-12-16 1941-08-05 Albert W Stephenson Electromagnetic motor
DE1000107B (de) * 1953-08-31 1957-01-03 Licentia Gmbh Polarisierter Laeufer fuer Synchronmotoren
DE1001191B (de) * 1954-12-02 1957-01-17 Telefonbau & Normalzeit Gmbh Elektromagnetisch angetriebenes, polarisiertes Schrittschaltwerk
DE1055677B (de) * 1956-04-19 1959-04-23 Licentia Gmbh Selbstanlaufender Synchronkleinmotor

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