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Schrittmotor Gegenstand der Erfindung ist ein Schrittmotor mit mindestens
einem elektromagnetisch erregten Stator und einem Rotor. Schrittmotoren dieser Art
sind bekannt. Sie besitzen gegenüber dem für gleiche Zwecke verwendbaren Klinkenschaltwerk
den Vorteil, daß keine Stoßklinken erforderlich sind und das Abbremsen nach erfolgtem
Schaltschritt nicht durch mechanischen Anschlag erfolgen muß.
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Synchronmotoren bekannter Art mit Dauermagnetankern (Rotoren) können
bei geeigneter Schaltung als Schrittmotoren verwendet werden. Dabei sind z. B. für
die zweipolige Ausführung ein zweipoliger Dauermagnetanker als Rotor und zwei Statormagnetsysteme
bzw. Statormagnetkreise mit zueinander senkrecht stehenden, magnetischen Achsen
vorgesehen, wobei diese magnetischen Achsen in einer Ebene liegen. Jedes der beiden
Statormagnetsysteme weist zwei Pole auf, und sämtliche vier Pole sind rund um den
Rotor angeordnet und wirken alle auf die gleichen Längspartien des Rotors ein (Fig.1
und 2). Da sämtliche vier Pole p der beiden StatormagneUysteme bzw. Statormagnetkreise
in axialer Ricb,#,--,ng des Rotors R auf gleicher Höhe liegend rund um den Rotor
angeordnet sind, darf der Rotordurc':=_ er nicht zu klein sein, da sonst die magnetische
Streuung von Pol zu Pol zu groß und der nutzbare, magnetische Fluß durch den Rotor
und somit das Drehmoment zu klein wird, d. h. also, daß die Statorpole des einen
Statormagnetsystems für das andere Statormagnetsystem einen unerwünschten, zum Rotor
parallel geschalteten, magnetischen Nebenschluß bilden. Das Trägheitsmoment des
Rotors R, welches beispielsweise bei kreisförmigem Rotor-Querschnitt mit der 4.
Potenz des Durchmessers ansteigt, kann nicht unter einen bestimmten Wert gebracht
werden, und somit ist auch die Schaltgeschwindigkeit begrenzt. Ein weiterer Nachteil
der Schrittmotoren bekannter Art ist der, daß eine Flachbauweise (d. h. mit einer
gegenüber den beiden andern wesentlich kleineren Dimension), welche für viele Anwendungszwecke
erwünscht ist, nicht möglich ist. Beim Schrittmotor nach der Erfindung sind diese
Nachteile weitgehend vermieden. Er ist dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor mindestens
einen zweipoligen Dauermagnet besitzt, dessen magnetische Achse senkrecht auf der
Rotorachse steht, daß ferner der elektromagnetisch erregte Stator mindestens zwei
Statorpolpaare aufweist, welche Teile eines oder mehrerer magnetischer Kreise- bilden,
deren magnetische Flüsse verschiedene als zweipolige Dauermagnete ausgebildete Rotorlängsteile
durchdringen, wobei die Statorpole jedes Statorpolpaares am zugeordneten Rotorteil
einander diametral gegenüberliegen, derart, daß die magnetische Achse des dem einen
Statorpolpaar zugeordneten Rotorteils in der Achse der Statorpole dieses Statorpolpaares
liegt, wenn gleichzeitig die magnetische Achse des einem andern Statorpolpaar zugeordneten
Rotorteils mit der Achse der Statorpole dieses andern Statorpolpaares einen zwischen
0 und 180° liegenden Winkel bildet.
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Die Fig. 3 bis 33 der Zeichnung zeigen einige Ausführungsbeispiele
des erfindungsgemäßen Schrittmotors. Es zeigen Fig. 3 und 4 schaubildlich je eine
Ausführungsform des Schrittmotors nach der Erfindung, Fig. 5 eine Seitenansicht
eines weiteren Beispiels, Fig. 6 und 7 einen Querschnitt nach der Linie A-A bzw.
B-B in Fig. 5, Fig. 6 a und 7 a bzw. 6 b und 7 b Querschnitte analog den Fig. 6
und 7 durch je eine Variante des in Fig. 8 schaubildlich gezeigten weiteren Beispiels,
Fig. 9 ein Beispiel ähnlich jenem nach Fig. 5, das von einer elektronischen Ring-Zählschaltung
gesteuert wird, Fig. 10, 11 und 12 in Seitenansicht je ein weiteres Beispiel, Fig.13
und 14 einen Querschnitt nach der Linie C-C bzw. D-D in Fig. 12, Fig. 15 und 16
in Seitenansicht bzw. schaubildlich je ein weiteres Beispiel, Fig. 17 einen zweiphasig
betriebenen Schrittmotor in Seitenansicht, Fig.18 und 19 einen Querschnitt nach
der Linie E-E bzw. F-F in Fig. 17,
Fig. 20 ein Betriebsdiagramm
des Beispiels nach Fig. 17, Fig. 21 ein weiteres Beispiel mit Fhp-Flop-Schaltung,
Fig.22 und 23 je einen Querschnitt nach der Linie G-G bzw. H-H in Fig. 21, Fig.
24 ein Betriebsdiagramm des Beispiels nach Fig. 21, Fig. 25 ein Beispiel mit drei
Statormagnetsystemen, Fig. 26, 27 und 28 je einen Querschnitt nach der Linie J-J
bzw. K-K bzw. L-L in Fig. 25 oder 29, Fig.29 und 30 je ein weiteres Beispiel eines
Schrittmotors nach der Erfindung, Fig.31 im Längsschnitt eine praktische Ausführungsform
eines Schrittmotors, Fig. 32 einen Querschnitt nach der Linie M-M in Fig. 31 und
Fig. 33 eine Variante zu Fig. 31.
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Vorerst werden an Hand der Fig.1 und 2 der grundsätzliche Aufbau und
die Wirkungsweise eines Schrittmotors bekannter Art beschrieben.
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Der Rotor besteht aus dem Dauermagnet R, welcher zweipolig magnetisiert
ist, wobei die magnetische Achse in Richtung des Rotordurchmessers, d. h. also senkrecht
zur Rotorachse, verläuft. Die magnetische Achse des Rotors ist durch Pfeil a angegeben
sowie durch die Bezeichnung N (Nordpol) und S (Südpol). Der Stator besteht aus zwei
Statormagnetkreisen, nämlich einem ersten Statormagnetkreis, dessen Magnetkern b'
eine Wicklung W1' trägt und einen Statorpol PI' aufweist und dessen Magnetkern b"
eine Wicklung W1" trägt und einen Statorpol P1" aufweist. Mit J ist das Joch bezeichnet.
Dieser erste Statormagnetkreis ergibt bei Erregung, wie aus Fig. 1 ersichtlich,
eine Magnetisierung des Rotors R in vertikaler Richtung. Der zweite Statormagnetkreis
besitzt einen Magnetkern c' mit Wicklung W2 und Statorpol P,', Magnetkern c" mit
Wicklung W." und Statorpol P."; dieser Magnetkreis ergibt bei Erregung eine Magnetisierung
des Rotors R in horizontaler Richtung. Die Achse der Statorpole des ersten Statormagnetkreises
steht senkrecht auf der Achse der Statorpole des zweiten Statormagnetkreises. Bei
diesem Schrittmotor bekannter Art wirken die beiden Statormagnetsysteme auf den
gleichen Längsteil des Rotors ein. Wird der erste Statormagnetkreis erregt, d. h.
wenn durch die Wicklung W1' und W1' Strom fließt, wird sich die magnetische Achse
des Rotors vertikal stellen und wird nach oben oder unten weisen, je nach Stromrichtung
in den Wicklungen. Wird dagegen der zweite Statormagnetkreis erregt, d. h. wenn
durch die Wicklungen W2 und W2' Strom fließt, wird sich die magnetische Achse des
Rotors horizontal stellen und wird nach links oder rechts weisen, je nach Stromrichtung
in den Wicklungen. Ein Speisungsschema der beiden Statormagnetkreise ist in Fig.
1 angegeben.
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Von der Batterie B wird einerseits der erste Statormagnetkreis über
einen Sehalter Si und die Wicklungen W l' und W l" und andererseits der zweite Statormagnetkreis
über einen Schalter S2 und die Wicklungen W2 und W.," gespeist. Die Schalter S,
und S2 haben je drei mögliche Positionen, nämlich die Stellung +, bei welcher der
betreffende Statormagnetkreis in der einen Richtung, die Stellung -, bei welcher
der Statormagnetkreis in der anderen Richtung, und die Stellung 0, bei welcher der
Statormagnetkreis nicht magnetisiert ist. Da sich der Rotor stets nach dem Statorfeld
ausrichtet, kann er durch geeignete Schalterbetätigung in schrittweise Drehung versetzt
werden.
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Der Unterschied des erfindungsgemäßen Schrittmotors gegenüber dem
an Hand der Fig. 1 und 2 erläuterten Schrittmotor ist im folgenden an Hand von Fig.
3 erklärt. Der Rotor 1 besteht aus einem Dauermagnet, dessen Länge wesentlich größer
ist als dessen Durchmesser und dessen magnetische Achse in Richtung des Durchmessers
verläuft und somit auf der Rotorachse senkrecht steht. Die Rotorachse 2 ist in Lagern
3 gelagert. Die magnetische Achse des Rotors ist durch den Pfeil a angegeben sowie
durch die Bezeichnung N und S. Der Stator wird gebildet von zwei Statormagnetkreisen,
wovon der erste Statormagnetkreis aus einem Magnetkern b' mit Wicklung W1' und Statorpol
P1 , Magnetkern b" mit Wicklung W1" und Statorpol P1" sowie dem Joch J1 besteht
und der zweite Statormagnetkreis aus einem Magnetkern C mit Wicklung W,'
und Statorpol P,', einem Magnetkern C" mit Wicklung WJ" und Statorpol P2 ' sowie
dem Joch J2 besteht. Der erste Statormagnetkreis gibt bei Erregung eine Magnetisierung
seines zugeordneten Rotorteils 1 a in vertikaler und der zweite Statormagnetkreis
gibt bei Erregung eine Magnetisierung seines zugeordneten Rotorteils 1 b in horizontaler
Richtung. Wenn die magnetische Achse des Rotors a in der Achse der beiden Statorpole
des einen Statormagnetkreises liegt, dann steht die magnetische Achse des Rotors
senkrecht auf der Achse der beiden Statorpole des anderen Statormagnetkreises. Zum
Unterschied von der Ausführungsform nach Fig. 1 sind bei derjenigen nach Fig. 3
die beiden Statormagnetkreise in bezug auf die Rotorachse nebeneinander angeordnet,
so daß die magnetischen Flüsse der beiden Statormagnetkreise voneinander verschiedene
Partien 1 a und 1 b des Rotors 1 durchdringen: Diese Anordnung gestattet, den Rotordurchmesser
und somit das Rotor-Trägheitsmoment sehr klein zu halten, ohne daß die Statorpole
des einen Statormagnetkreises für den anderen Statormagnetkreis einen unerwünschten,
magnetischen Nebenschluß zum Rotor bilden, wie dies bei der Ausführungsform nach
Fig. 1 der Fall ist. Mit der Ausführungsform nach Fig. 3 wird sich somit bei sehr
kleinem Trägheitsmoment des Rotors ein verhältnismäßig großes Drehmoment ergeben,
wodurch eine große Schrittfrequenz zu erzielen ist. Die elektrische Schaltung und
die Wirkungsweise des Schrittmotors gemäß Fig. 3 ist derjenigen nach Fig. 1 analog.
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Der Schrittmotor gemäß Fig. 4 ist von der Ausführungsforen nach Fig.
3 nur dadurch verschieden, daß der zweite Statormagnetkreis um 90° gedreht ist und
jetzt die Achsen der Statorpole beider nebeneinanderhegenden Statormagnetkreise
parallel gerichtet sind. Dagegen steht hier die magnetische Achse Sl-N1 des dem
einen Statormagnetkreis zugeordneten Rotorteils la senkrecht auf der magnetischen
Achse S4 N, des dem anderen Statorznagnetkreis zugeordneten Rotorteils 1 b.
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Die elektrische Schaltung der Wicklungen, welche nicht eingezeichnet
ist, kann der nach Fig. 1 öder 3 entsprechen. Die Wirkungsweise des Schrittmotors
nach Fig. 4 ist dieselbe wie diejenige gemäß Fig. 3. Für viele Anwendungen ist es
erwünscht, daß der Schrittmotor in einer der drei Dimensionen eine möglichst geringe
Abmessung aufweist. Bei der Ausführungsform nach Fig. 4 könnte diese Forderung dadurch
erfüllt
werden, daß der Abstand der Joche f1 und J., von der Rotorachse 2 möglichst klein
gemacht wird. Dies bringt jedoch den Nachteil, daß die magnetische Streuung von
den Statorpolen zu den Jochen groß und das Drehmoment auf den Rotor klein wird.
Die Ausführungsform gemäß den Fig. 5 bis 7 (sowie auch alle nachfolgend beschriebenen
Ausführungsformen) vermeidet diesen Nachteil. Hier sind die Magnetkerne
b' und b", die Statorpole P1', P1" sowie auch das Joch 4 welche
den einen Statormagnetkreis bilden, ferner die Magnetkerne c' und c", die Statorpole
P,', P," sowie auch das Joch J,, welche den andern Statormagnetkreis bilden, alle
in Flachform ausgeführt und nebeneinander praktisch in einer Ebene liegend angeordnet,
in welcher Ebene auch die Rotorachse 2 mit den beiden Rotorteilen 1 a und 1 b verläuft.
Die beiden Statormagnetkreise sind wiederum voneinander verschiedenen Rotorteilen
1 a und 1 b zugeordnet, nämlich der erste Statormagnetkreis dem Rotorteil 1 a (wobei
der magnetische Fluß des ersten Statormagnetkreises diesen Rotorteil über die Statorpole
P1' und P1" durchdringt) und der zweite Statormagnetkreis dem Rotorteil 1. b (wobei
der magnetische Fluß des zweiten Statormagnetkreises diesen Rotorteil über die Statorpole
P,' und P2" durchdringt). Wie aus den Fig. 6 und 7 ersichtlich ist, steht die magnetische
Achse Si-Ni des Rotorteils 1 a senkrecht auf der magnetischen Achse S2 N, des Rotorteils
1 b.
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Die nicht gezeichnete elektrische Schaltung sowie die Wirkungsweise
kann dieselbe wie bei der Aus-Führungsform nach Fig. 4 sein. Die Rotorachse 2 kann
beispielsweise in der in Fig. 8 gezeigten Art durch die Joche J1 und J2 hindurchgeführt
sein.
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Fig. 8 zeigt eine Anwendungsmöglichkeit des Schrittmotors als dekadischer
Impulszähler. Ein Zahn- ; rad 41 sitzt fest auf der Rotorachse 2 und treibt über
ein Zahnrad 5 eine Zählerachse 6 an. Die Übersetzung von der Achse 2 auf die Achse
6 beträgt 10: 4, so daß die auf der Achse 6 sitzende, dekadische Zahlenrolle
7 bei jeder neuen Schrittphase von einer Zahl zur nächsten springt.
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Es können leicht mehrere Schrittmotoren mit dekadischen Zahlenrollen
gemäß Fig. 8 nebeneinander aufgestellt werden, wodurch ein mehrstelliges, dekadisches
Anzeigewerk entsteht. Der Vorteil der flachen Bauweise der Schrittmotoren (beide
Statormagnetsysteme und die Rotorachse sind praktisch in einer Ebene angeordnet,
und das Ganze besitzt senkrecht zu dieser Ebene sehr geringe Abmessungen) ist leicht
ersichtlich, da die Zahlen der verschiedenen j Zahlenrollen auf diese Art nahe beeinander
stehen und eine übersichtliche Gesamtzahl bilden können. Die Schrittmotoren eignen
sich sowohl als sehr rasche Zählwerke als auch als sehr rasche Anzeigegeräte von
mehrstelligen digitalen Werten (z. B. Digital-Volt- 5 metern). Ferner könnte die
Zahlenrolle 7 als Druckrolle ausgebildet sein, wodurch mit mehreren, nebeneinanderliegenden
Schrittmotoren ein sehr rasch arbeitendes Druckwerk für mehrstellige Zahlen erhalten
würde. Die Achse 6 könnte außerdem mit Schaltnok- 6 ken versehen sein, welche bei
beliebig gewünschten Winkelstellungen Nockenkontakte betätigen.
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Der Rotorquerschnitt braucht keineswegs kreisrund zu sein, sondern
er könnte auch rechteckig, elliptisch oder sechseckig usw. sein, wie dies beispielsweise
in 6, den Fig. 6b, 7 b gezeigt ist.
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In den Fig. 6 a und 7 a sind die Statorpole beider Statormagnetsysterne
derart umgebogen, daß, wenn z. B. die magnetische Achse Si-Ni des Rotorteils 1 a
in der Achse der Statorpole P; -P1" des ersten Statormagnetkreises liegt (Fig. 6a),
gleichzeitig die magnetische Achse S2 N, des Rotorteils 1 b senkrecht auf
der Achse der gtatorpole P,'-P." des zweiten Statormagnetkreises steht (Fig. 7 a)
und trotzdem die magnetischen Achsen SI- N1 des einen Rotorteils 1 a und S,-N2 des
anderen Rotorteils 1 b zueinander parallel laufen.
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Anstatt den Schrittmotor durch eine Schalteinrichtung Si und S, gemäß
Fig. 1 oder 3 zu betätigen, kann er auch durch elektronische Zählschaltungen bekannter
Art gesteuert werden. Besonders geeignet sind die sogenannten Ringzähler. Fig. 9
zeigt einen Schrittmotor, welcher von einem vierstufigen Ringzähler 8 mit den Transistoren
TI, T2, T3, T4 gesteuert wird. Der Schrittmotor selbst entspricht der Ausführungsform
nach Fig. 5 bis 7, nur ist hier jeder Magnetkern mit zwei Wicklungen versehen, und
zwar: der Magnetkern b' mit Wicklungen W l' und W3', der Magnetkern b" mit Wicklungen
W l" und W3 ", der Magnetkern c' mit Wicklungen W,' und W4'. der Magnetkern c" mit
Wicklungen W," und W4". Der elektronische Ringzähler 8 hat einen Eingang E, auf
welchen die zu zählenden Stromimpulse gegeben werden, und vier Ausgänge
01, 02, 03, 04, über welche die Ströme il' i2, i3 und i4 an den Schrittmotor
abgegeben werden, und zwar fließt il durch die Wicklungen W1' und W1",
i, durch die Wicklungen W2' und W,",
4 durch die Wicklungen W3' und
W3", i4 durch die Wicklungen W4' und W4". Der Ringzähler hat die Eigenschaft, daß
immer nur gleichzeitig einer der vier Ströme il bis i4 fließen kann, und zwar ist
es so, daß, wenn am Anfang ein Strom il fließt, beim nächsten Impuls auf den Eingang
E ein Strom 1 2 fließen wird; bei einem weiteren Impuls wird ein Strom i3,
beim nächsten Impuls ein Strom i4 und beim folgenden Impuls wieder ein Strom il
fließen. Beim Motor nach Fig. 9 ist der Wicklungssinn so gewählt, daß die Magnetisierung
derbeiden Statormagnetkreise in Abhängigkeit von den aufeinanderfolgenden Zählimpulsen
so erfolgt, daß der Rotor bei jedem neuen Eingangsimpuls eine Drehung um 90r' in
immer gleicher Drehrichtung ausführt. Der Schrittmotor gemäß Fig. 8 ist somit in
der Lage, die Eingangsimpulse zu zählen, und ergibt somit einen Impulszähler sehr
hoher Zählfrequenz. Die Kondensatoren 9 verringern die Spannungsspitzen beim Abschalten
der Ströme und verbessern außerdem die Wirkung der Schrittmotoren. An Stelle der
beschriebenen Ringzählerschaltung könnte auch eine solche verwendet werden, welche
auch die Rückwärtszählung gestattet. Ferner könnte der Ringzähler statt mit Transistoren
auch mit anderen Halbleiterschaltungen oder Elektronenröhren, gasgefüllten Röhren
usw. ausgerüstet sein. Die Ringzählerschaltungen könnten auch auf alle vorangehend
beschriebenen Ausführungsformen des Schrittmotors angewendet werden.
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Bei der Ausführungsform nach Fig.10 ist pro Statormagnetkreis nur
ein Magnetkern bewickelt (W1, W2), während bei der Ausführungsform nach Fig. 11
jeder Statormagnetkreis zwei Joche J l', J#@/' und J.,',
J2
' aufweist. Bei der Ausführungsform nach den Fig. 12 bis 14 ist für beide Statormagnetsysteme
ein gemeinsames Joch J vorgesehen, und bei der Ausführungsform nach Fig. 15 sind
die beiden Achsen 2 a und 2 b der beiden Rotorteile 1 a und 1 b durch Getrieberäder
10 miteinander verbunden. Im übrigen entsprechen Aufbau und Wirkungsweise der Beispiele
nach den Fig.10 bis 15 jenen der vorangehend beschriebenen Ausführungsformen.
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Ein weiteres Beispiel eines Schrittmotors in Anwendung als flacher
Zählrollenantrieb ist in Fig. 16 dargestellt. Das Joch bildet einen Rahmen, und
die zueinander parallelen Rotorteile 1 a und 1 b sind über Kegelräder 11 mit der
Zählradachse 6 verbunden. Analog dem Beispiel nach Fig. 10 ist je nur eine Wicklung
W1 und W2 vorgesehen.
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Alle vorangehend beschriebenen Beispiele sind vierphasig ausgeführt,
d. h., daß es für eine volle Rotorumdrehung vier Schritte bzw. vier Impulse braucht.
Sämtliche beschriebenen Beispiele könnten aber auch zweiphasig betrieben werden,
wie sie z. B. in den Fig. 17 bis 24 dargestellt sind. Beim Beispiel nach Fig. 17
bis 19 sind am gemeinsamen Joch J durch Spaltung der Jocharme zwei in Längsrichtung
des Rotors nebeneinanderliegende Kernpaare mit zugeordneten Polpaaren p1', p1" und
p2', p2' gebildet. Die magnetischen Flüsse 01 und 0, sind somit nur über einen Teil
des Magnetsystems voneinander getrennt. Die Kerne c', c" des einen Kernpaares sind
je mit einer Kurzschlußwicklung W,' und W1" versehen, während die Wicklungen W1'
und W1 " auf den beiden Kernen gemeinsamen Jocharmen sitzen. Der Einfachheit halber
ist zur Impulssteuerung ein einfacher Umschalter S gezeichnet, der die Stellungen
-f- und -einnehmen kann. Die Arbeitsweise dieses Schrittmotors kann an Hand des
Diagramms nach Fig. 20 verfolgt werden.
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Beim ebenfalls zweiphasig arbeitenden Schrittmotor nach Fig. 21 bis
29 sind die beiden Joche J1 und J2 wieder getrennt, und die Steuerung erfolgt über
eine Flip-Flop-Schaltung FF: Auf den Eingang E dieser Schaltung werden Impulse Ue
gegeben, während an den Ausgängen 0, und 02 die Ströme il und i, erhalten
werden. An Hand des in Fig. 24 gegebenen Diagramms ist die Arbeitsweise dieses Schrittmotors
ohne weiteres ersichtlich. Dazu ist zu bemerken, daß durch Vertauschen von U, und
U,1 die Drehrichtung des Motors geändert werden kann. Außerdem kann durch geeignete
Dosierung der Ströme i, und i,t die Rotorabbremsung gesteuert werden.
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Es ist auch möglich, den Schrittmotor dreiphasig zu betreiben. Eine
solche Lösung ist in den Fig. 25 bis 28 dargestellt. Der grundsätzliche Aufbau des
Motors entspricht dabei jenem der vorangehend beschriebenen Beispiele, wobei jedoch
drei Statormagnetsysteme mit je einem separaten Joch f1 bzw. J2 bzw. J3, je einem
Kernpaar b', b" bzw. c', c" bzw. d', d" und den zugeordneten Polpaaren pi , p1"
bzw. p2 , p2" bzw. p3', p3" vorgesehen sind. Der Rotor 1 ist entsprechend in drei
aufeinanderfolgende Teile l a,
1 b und 1 c unterteilt. Wenn die magnetische
Achse Sl- N1 des Rotorteils l a, welcher dem Statorpolpaar pl'-pl" zugeordnet
ist, in Richtung der Achse der Statorpole pi'-pi" des ersten Magnetsystems verläuft,
dann ist gleichzeitig die magnetische Achse S2 N2 des dem Statorpolpaar p2'-p2"
zugeordneten Rotorteils.1 b von der Achse der Statorpole p2 =p2" des zweiten Statormagnetsystem
um 120° verschoben, und ebenfalls ist gleichzeitig die magnetische Achse S3 N3 des
dem Stätorpolpaar p,'-p." zugeordneten Rotorteils 1 c von der Achse der Statorpole
p,'-p," des dritten Statorxnagnetsystems um 240° verschoben. Somit bildet auch hier
die magnetische Achse des einen Polpaares mit jener der andern Polpaare stets einen
zwischen 0 und 180° liegenden Winkel.
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Die Wirkungsweise ist so, daß nacheinander das linke, das mittlere
und das rechte Magnetsystem erregt werden (wobei gleichzeitig also nur je einer
der drei magnetischen Flüsse 0, oder 0., oder vorhanden ist), so daß nacheinander
die magnetischen Achsen der Rotorteile l a, 1 b und 1 c auf ihre zugeordneten
Statorpolachsen ausgerichtet werden und der Rotor sich schrittweise um jeweils 120°
dreht.
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Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform für den dreiphasigen Betrieb
ist in Fig.29 dargestellt. Zum Unterschied von der Ausführungsform gemäß Fig. 25,
bei welcher die drei Statormagnetsysteme je einen für sich abgeschlossenen Magnetkreis
darstellen (Flüsse 01, 0, und 03) und jeder der drei Flüsse q)1, 02 und 03 nur je
einen Rotorteil 1 a oder 1 b oder 1 c durchdringt und sich die magnetischen Kreise
über die Joche f1, J2 und J3 schließen, bildet das Statormagnetsystem der Ausführungsform
gemäß Fig.29 einen einzigen magnetischen Kreis. Dabei ist in der in Fig. 29 gezeichneten
Phase der Fluß 0, aufgeteilt in die Flüsse 02 und #P3, und es besteht die Beziehung
01 = 02 ; cI'3. Der magnetische Fluß 0" welcher den Rotorteil 1 a durchdringt, wird
über die Rotorteile 1 b (Fluß $._) und 1 c (Fluß 03) wieder zurückgeführt. Der Rotor
entspricht etwa demjenigen der Ausführungsform nach Fig. 25, und die magnetischen
Achsen der drei Rotorteile l a, 1 b und 1 c sind (wie in den Fig.
26 bis 28) um je 120° gegeneinander verdreht. Die momentane Lage der magnetischen
Achse des Rotors gemäß den Fig. 26 bis 28 stimmt mit den in Fig. 29 gezeigten von
den Steuerschaltern S1, S2 und S3 abhängigen Richtungen der Magnetflüsse 01, 0,
und 0, überein. Die drei Steuerschalter S1, S2 und S3 können entweder an den Minus-
oder den Pluspol einer Batterie B angelegt werden, wobei jeweils einer der drei
Schalter auf und die beiden andern auf - stehen. Die schrittweise Drehung des Rotors
um jeweils 120' pro Schritt kommt dadurch zustande, daß von der in Fig. 29 gezeichneten
Lage für den 1. Schritt S1 auf -, S2 auf -f-, S3 auf -und für den 2. Schritt S1
auf -; S, auf -, S.3 auf -f-und für den 3. Schritt S1 auf -f-, S2 auf -, S3 auf
-gelegt wird usw.
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Natürlich könnte diese Schaltersteuerung auch durch eine dreiphasige
elektronische Ringzählerschaltung betrieben werden, ähnlich, wie sie für den vierphasigen
Fall gemäß Fig.9 beschrieben wurde. Die Vorteile der Ausführungsform der Fig. 29
sind: Großes Verhältnis Drehmoment zu Trägheitsmoment, da immer gleichzeitig sämtliche
Rotorteile zum Drehmoment beisteuern; die Rotorachse muß nicht an den Jochen J wie
z. B. in Fig. 25 vorbeigeführt werden, da der magnetische Fluß über die Rotorteile
zurückgeführt wird, und man erhält einen verhältnismäßig kurzen Rotor und einen
Motor von einfachem Aufbau.
In Fig. 30 ist das Beispiel eines zwei-
oder vierphasigen Schrittmotors dargestellt. Die beiden Statormagnetkreise sind
über je zwei benachbarte Rotorteile 1 a, 1 b bzw. 1 c, 1 d geschlossen, und
die Flüsse 01 und h., durchdringen je einen Rotorteil von unten nach oben und einen
Rotorteil von oben nach unten. Die magnetische Achse des Rotorteils 1 a zeigt z.
B. nach oben, diejenige von 1 b nach unten, diejenige von 1 c nach vorn und diejenige
von 1 d nach hinten. Ähnlich wie der Schrittmotor nach Fig. 8 treibt der Rotor über
ein Getriebe 4, 5 eine Zahlenrolle 7 an. Damit diese Zahlenrolle gut zugänglich
ist, sind die Magnetjochteile f1' und Jz niedrig und ohne Wicklungen ausgeführt.
An Stelle der Zahlenrolle 7 könnte ein direkt von der Rotorachse 2 angetriebenes,
endloses Band, das mit Zahlen oder Buchstaben versehen ist, vorgesehen sein. Dadurch
kann nicht nur das Getriebe 4, 5 weggelassen werden, sondern auch der Aufbau des
Schrittmotors, welcher hier als Zählwerk dient, kann sehr schmal gehalten werden.
Der Antrieb des endlosen, z. B. aus Kunststoff bestehenden Anzeigebandes kann analog
dem bekannten Filmtransport durch in Randschlitze des Bandes eingreifende Zähne
einer auf der Rotorachse sitzenden Mitnehmerrolle erfolgen. Eine praktische Ausführungsform
des Schrittmotors gemäß Fig. 29 ist in Fig. 31 im Längsschnitt und in Fig. 32 im
Querschnitt dargestellt. Die beiden E-förmigen Statormagnete (Polschuhe P1', P,',
P3' mit Joch J' und Polschuhe P1", P,", P3" mit Joch J") sind lamelliert,
und ihre Schenkel sind mit je einer auf Spulenkörpern 12 angeordneten Wicklungen
W', W" versehen. Die Statormagnete sind mittels Schrauben 13 und Muttern 15 an den
Gehäuseblechen 14 fixiert. Die Rotorlager 3 sind ebenfalls in den Gehäuseblechen
verankert, und der Rotor 1 mit den Rotorteilen 1 a, 1 b und 1 c und der Rotorachse
2 ist in den Lagern 3 drehbar gelagert. N1 ist die magnetische Achse des Rotorteils
l a, N" die magnetische Achse des Rotorteils 1 b und N3 die magnetische
Achse des Rotorteils 1 c. Wie im Querschnitt von Fig. 32 ersichtlich ist, sind die
drei magnetischen Achsen um je 120° zueinander versetzt.
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Die drei Rotorteile l a, 1 b, 1 c können aus drei Dauermagneten
zusammengesetzt sein. Der Rotorkann jedoch auch aus einem einzigen Dauermagnetstab
hergestellt sein, wobei die drei Rotorteile l a, l b, 1 c
in drei verschiedenen
Magnetisierungsrichtungen Nie N." N, magnetisiert wurden.
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Fig. 33 zeigt eine ähnliche Ausführungsform wie Fig. 31 und 32, welche
in der Funktion ebenfalls gleich der Ausführungsform von Fig. 29 ist. Der Statormagnet
weist jedoch, zur Einsparung an Bauhöhe, nur auf der einen Seite der Rotorachse
Wicklungen W auf.
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Bei sämtlichen beschriebenen Ausführungsbeispielen könnten die Dauermagnete
der verschiedenen Rotorteile zusammen einen einzigen Dauermagnetstab bilden, wobei
sich die einzelnen Rotorteile nur durch verschiedene Richtung der magnetischen Achsen
voneinander unterscheiden.