DE1488006A1 - Schrittmotor - Google Patents

Description

• "Schrittmotor" Die Erfindung betrifft einen Schrittmotor geringer Leistung für n Schritten pro Umdrehung, der mit zwei koaxialen Statoren versehen ist, deren ringförmige Spulen zwischen zwei Platten aus ferromagnetischem Material liegen, wobei in Form von Zähnen ausgebildete, in einem Kreis angeordnete Pole, die mit den auch in einem Kreis angeordneten, sich abwechselnden Nord- und Südpolen von mindestens einem dauermagnetischen Rotor zusammenwirken, wobei die Anzahl von Rotorpolen pro Stator gleich der jedes der Statoren ist und ein Winkel von 90 elektrischen Graden zwischen der Lage der Pole eines Stators gegenüber den zugehörenden Rotorpolen einerseits und der Lage der Pole des anderen Stators gegenüber den zugehörenden Rotorpolen andererseits.
• Bei einem Schrittmotor nach der Erfindung bestimmt das Antriebsmoment eines Stators (Hilfsstators), dessen Pole über 90 e1.Grad in der Drehrichtung des Motors gegenüber den Polen des anderen Stators (Hauptstators) voreilen, einerseits die Drehrichtung des Motors eindeutig, während andererseits das Haltemoment desselben in dem nicht erregten Zustand des Motors so gering ist, daß die Ruhelagen des Rotors lediglich durch die Pole des Hauptstators bestimmt werden.
• Der Vorteil eines solchen Motors ist der, daß eine mechanische Sperre zum Fixieren der Lagen des Rotors sich erübrigt und daß die Nachteile, d.h. das Überwinden des Momentes der Sperre durch den Stufenmotor und infolgedessen die Abnahme des nützliehen Drehmomentes und die Abnutzung der Sperre vermieden werden. Eine solche Sperre wird bei rotierenden Schaltern, wie Uhren, selbstregistrierenden Anzeigern usw., benutzt. Insbesondere bei Verwendungen, bei denen Handeinstellung notwenig ist, und somit die Anzahl von Schritten, über die z.B.
• ein Rad verschoben wird, genau fühlbar sein muß, ist eine solche Ausführungsform vorteilhaft.
• Am einfachsten ist es, die beiden Statoren solcher Schrittmotoren mit dem gleichen Gleichstromimpuls zu speisen, wobei mittels eines Phasendrehungselementes, z.B. eines Kondensators, der Strom durch den Hilfsstator gegenüber dem Strom durch den Hauptstator in der Phase verschoben wird. Der Rotor wird dann zunächst durch den Hilfsstator in der richtigen Richtung verschoben und dann durch den Hauptstator in die neue Haltelage gebracht. Wären die Haupt- und die Hilfspole gleichwertig, so gäbe es in dem nicht erregten Zustand zweimal so viele Haltelagen als Schritte pro Umdrehung, was beim Zurückfinden einer bestimmten Lage sehr beschwerlich wäre.
• Das Haltemoment des Hilfsstators kann man kleiner als das des Hauptstators machen, indem z.B. der Stator auf der Innenseite schwächer magnetisiert wird. Dies kann manchmal bedenklich sein, da man die Magnetisierungsintensität nicht stets regeln kann, wenn die Magnetisierung nicht vollständig ist. Eine zweite Möglichkeit besteht darin, daß ein grösserer Luftspalt vorgesehen wird zwischen dem Hilfsstator und dem Hilfsrotor. Dies ist weniger günstig, da dann das nützliche Spulenvolumen des Hilfsstators abnimmt.
• Vorzugsweise wird bei dem Schrittmotor nach der Erfindung die Länge der Pole des Hilfsstators kleiner gewählt als die der Pole des Hauptstators, wodurch eine gute Wahl des Haltemomentes und des nützlichen Antriebsmomentes möglich ist. Indem gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung der Rotor in Form eines auf der Innen- und auf der Aussenseite radial magnetisierten Ringes ausgebildet wird, um den die Pole des Hauptstators angeordnet sind, während der Hilfsstator in dem Ring untergebracht ist, wird eine sehr gedrängte Bauart des Motors erhalten, dessen Volumen etwa die Hälfte herabgesetzt wird.
• Vorstehendes wird an Hand beiliegender Zeichnung näher erläutert, wobei Fig. 1 einen Schnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Motors nach der Erfindung, Fig. 2 eine perspektivische Ansicht der Einzelteile und die Fig. 3 und 4 einige mögliche Steuerschaltungen des Motors nach den Fig. 1 und 2 zeigen.
• Nach den Fig. 1 und 2 besteht der Hauptstator aus einer Hauptstatorplatte 1 und einer Statorzwischenplatte 2, zwischen denen sich eine ringförmige Hauptstatorspule 3 befindet. Die Hauptstatorplatte 1 ist mit in einem Kreis angeordneten Hauptstatorpolen 4 versehen, die mit den auf der Statorzwischenplatte 2 angeordneten, auch in einem Kreis angeordneten Hauptpolen 5 zusammenwirken. Außerdem sind auf dieser Statorzwischenplatte 2 eine zweite Reihe von Polen 6 (Hilfssta torpolen) konzentrisch zu den Hauptstatorpolen 5 angeordnet, die gegenüber den Hauptstatorpolen über 90 e1.Grad in der Drehrichtung des Motors verschoben sind. Auf diese Weise wird der Drehsinn des Motors vollständig bestimmt. Die Hilfsstatorpole 6 wirken mit den Hilfsstatorpolen 7 der Hilfsstatorplatte 8 zusammen: Zwisehen der Statorzwischenplatte 2 und der Hilfsstatorplatte 8 ist eine ringförmige Hilfsstatorpule 9 angeordnet. Das Ganze wird durch eine Buchse 10, deren Enden umgefelst sind, zentriert und gehaltert. Diese Buchse 10 enthält zwei Lager 11 und 12 zur Aufnahme einer Achse 13, auf der eine Scheibe 14 angebracht ist. Ein auf der Innen- und auf der Außenseite radial magnetisierter, ringförmiger Dauermagnet 15, der mit der Scheibe ein Ganzes bildet, dreht sich zwischen den Hauptstatorpolen 4, 5 und den Hilfsstatorpolen 6, 7. Die Hilfsstatorpole 6, 7 sind kürzer als die Hauptstatorpole 4, 5, wodurch das Haltemoment des Motors in dem nicht erregten Zustand so gering ist, daß die Haltelagen des Rotors lediglich durch die Hauptstatorpole 4, 5 bedingt werden.
• Die Anbringung des Hilfsstators in dem ringförmigen Dauermagnet 15 ergibt außerdem eine sehr gedrängte Bauart.
• Fig. 3 zeigt die Schaltung eines Motors nach der Erfindung, der durch Gleichstromimpulse gespeist wird. Bei Zufuhr eines solchen Impulses eilt der Strom durch die Hilfsstatorspule 9 gegenüber dem Strom durch die Hauptstatorspule 3 infolge der Zwischenschaltung des Kondensators 19 vor., wodurch der Rotor von dem Hilfsstator in der richtigen Richtung bewegt wird. Das von dem Hilfsstator gelieferte Kräftepaar ist zu diesem Zweck gerade ausreichend. Dann wird der Rotor von dem Hauptstator in der gleichen Richtung weiter bewegt zur nächsten Haltelage. Für den nächsten Schritt muß man die Stromrichtung in die Spulen umkehren, was z.B. durch Umschaltung des Schalters 23 erfolgen kann.
• Soll die Drehrichtung des Motors umgekehrt werden, dann polt man die Hilfsstatorspule 9 mit dem zweipoligen Umschalter 20 um. Dieses Umpolen kann auch mit einem einpoligen Umschalter 21 erfolgen, wenn man, wie in Fig. 4 angegeben ist, einen Mittenabgriff 22 auf der Hilfsstatorspule 9 vorsieht und für jede der beiden Drehrichtungen eine Spulehä,lfte verwendet.
• Indem ein gerä,ndeltes Rad 16 auf der Achse 13 angebracht wird, kann man den Motor von Hand über eine deutlich durch die Haltelagen markierte Anzahl von Schritten bewegen. Es ist gleichsam eine "magnetische Sperre" eingebaut.

Claims (3)

1. Patentansprüche 1. Schrittmotor kleiner Leistung für n Schritte pro Umdrehung mit zwei koaxialen Statoren, deren ringförmige Spulen zwischen zwei Platten ferromagnetischen Materials liegen, wobei in Form von Zähnen ausgebildete, in einem Kreis angeordnete Pole mit auch in einem Kreis angeordneten, sich abwechselnden Nord- und Südpolen von mindestens einem dauermagnetischen Rotor zusammenwirken und die Anzahl von Rotorpolen n pro Stator gleich der jedes der Statoren ist und ein Winkel von 90 elektrischen Graden zwischen der Lage der Pole eines Stators gegenüber den zugehörenden Rotorpolen einerseits und der Lage der Pole des anderen Stators gegenüber den zugehörenden Rotorpolen andererseits vorliegt, dadurch gekennzeichnet, daß das Moment eines Stators (Hilfsstators), dessen Pole über 90 e1.Grad in der Drehrichtung des Motors gegenüber den Polen des anderen Stators (Hauptstators) voreilen, einerseits die Drehrichtung des Motors vollständig bestimmen, während andererseits das Haltemoment desselben bei angeschaltetem Strom so gering ist, daß die Haltestellungen des Rotors lediglich durch die Pole des Hauptstators bestimmt werden.
2. 2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Pole des Hilfsstators kleiner als die der Pole des Hauptstators ist.
3. 3. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge- kennzeichnet, daß der Rotor in Form eines radial magnetisierten Ringes ausgebildet ist, um den die Pole des Hauptstators angeordnet sind, während der Hilfsstator sich in dem Ring befindet.