DE1763707B2 - Schrittschaltmotor - Google Patents

Description

betreffenden Statorpol ausgerichtet ist, wenn des- Zur Lösung dieses Problems ist ein bekannter

sen Spulen entregt sind. Schrittschaltmotor der eingangs genannten Art für

2. Schrittschaltmotor nach Anspruch I, da- as zehn Rotorstellungen mit nur fünf Ständerpolen verdurch gekennzeichnet, daß der Winkel (Θ) zwi- sehen, welche je eine Haupt- und eine Hilfswicklung sehen der Polarisationsachse (62) des Rotors (46) tragen. Jede Hauptwicklung ist mit der Hilfswicklung und der Mittelachse (68) der Polflächen (64, 66) eines benachbarten Pols in Reihe geschaltet, und eine 5 bis 25° beträgt. Umkehrung der Richtung des Statorfeldes um 180°

3. Schrittschaltmotor nach Anspruch 1 oder 2, 30 erfolgt nicht durch Umpolung der bisher eingeschaldadurch gekennzeichnet, daß die Umfangserstrek- teten Wicklungen, sondern durch Einschaltung je kung jeder Rotorpolfläche (64, 66) im wesent- zweier anderer Haupt- und Hilfswicklungen, deren liehen derjenigen einer Statorpolfläche (42) ent- resultierendes Feld die gewünschte umgekehrte Richspricht. tung besitzt. Während die Halbierung der Polzahl des

4. Schrittschaltmotor nach einem der An- 35 Ständers keine nennenswerte Kostenminderung mit spräche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der sich bringt, erhöht sich der Aufwand für die beson-Rotor (46) eine zylindrische Oberfläche (48) be- dere Wicklungsanordnung erheblich, und es müssen sitzt und die radial vorspringenden Polflächen des besondere Schaltungsmaßnahmen getroffen werden, Rotors von an diesem befestigten gewölbten Pol- da je nach der gewünschten Rotorstellung teils eine schuhen (64, 66) getragen sind. 4° und teils zwei Hauptwicklungen mit den in Serie

5. Schrittschaltmotor nach einem der An- liegenden Hilfswicklungen eingeschaltet werden spräche 1 bis 4, dadxirch gekennzeichnet, daß das müssen.

Korn des Rotormaterials im wesentlichen par- Aufgabe der Erfindung ist es, die vorerwähnten

allel zur Mittelachse (68) der Polflächen (64, 66) Nachteile zu beseitigen und einen Schrittschaltmotor des Rotors liegt. 45 der eingangs genannten Art zu schaffen, der mit ge

wöhnlichen Feldwicklungen und einfachen Schaltungsmaßnahmen, bei denen jeweils nur eine Wick-

hing eingeschaltet wird, auskommt. Erfindungsgemäß

wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Dauer-50 magnetrotor zwei diametral zueinander gelegene,

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schrittschalt- radial vorspringende Polflächen aufweist, deren im motor, insbesondere für digitale magnetische Indika- Winkel zur Polarisationsachse des Rotors versetzte toren, bestehend aus einem Statorkern mit mehreren Mittelachse auf den betreffenden Statorpol ausgemit Feldspulen versehenen Polen, die eine Bohrung richtet ist, wenn dessen Spulen entregt sind,
begrenzen, in welcher ein diametral polarisierter, 55 Durch die erfindungsgemäße Anordnung besonmittels wahlweiser Erregung von entsprechenden derer Polflächen, deren Mittelachse mit der Polari-Feldspulen in eine Vielzahl von vorbestimmten Rotor- sationsachse des Rotors einen Winkel einschließt, Stellungen steuerbarer Dauermagnetrotor unter Be- entsteht beim Entregen der umzupolenden Statorlassung eines Luftspaltes zwischen seiner Umfangs- wicklung eine geringfügige Drehung des Rotors, die fläche und den Statorpolflächea drehbar gelagert und 60 ausreicht, um bei der erneuten Erregung dieser Stamittels eines Schaltschrittes über zwei durch Aus- torwicldung ein Drehmoment zu erzeugen, das den nutzung von im Winkel versetzten magnetischen Rotor in einem Schritt in die gewünschte entgegenAchsen bedingte mechanische Teilschritte um 1.80° gesetzte Drehstellung bringt.

drehbar ist. Merkmale zur vorteilhaften Ausgestaltung der

Die Möglichkeit, bei Schrittschaltmotoren den 65 Erfindung und sich dabei ergebender weiterer VorRotor in eine Vielzahl bestimmter Stellungen; zu teile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibringen, wird weitgehend zur Anzeige digitaler Irtfor- bung eines in der Zeichnung dargestellten bevormationen verwendet. Eine bekannte Ausführung eines zugten Ausführungsbeispiels. Es zeigt

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Fi g. 1 einen Axialschnitt durch einen Schritt- Winkel & bildet, wie dies Fig. 2 zeigt. Die Polschuhe

motor nach der Erfindung, (54,66 haben vorzugsweise dieselbe Umfangserstrek-

F i g. 2 einen Querschnitt nach Linie 2-2 in F i g. I₁ kung wie die Statorpolfiachßn 42, Der Winkel Θ liegt

F i g. 3 die scheraatische Anordnung der Feldwick- vorzugsweise zwischen etwa 5 und 25° und betrögt

lungen für den Schrittschaltmotor nach Fig. 1 und2, 5 beim dargestellten AusführungsbeisplelM⁰. Tn der

F i g. 4 die Abwicklungen der Mantelfläche des Zeichnung erstrecken sich die Polschuhe 64,66 und

Rotors und eines auf der gleichen Achse sitzeaden, die Statorpolflächen 42 über einen Umfangswinkel

mit Ziffern versehenen Anzeigerades, von 28°. Es ist ersichtlich, daß die Polschuhe 64,66

Fig. 5 eine dem Querschnitt nach Fig, 2 ent- und die Statorpolflächen 42 zwischen sich Luftspalte

sprechende Prinzipdarstellung zur Erläuterung der io 70 einschließen, die enger sind als die Luftspalte 72,

Lage der magnetischen Achsen des Rotors und des die zwischen der zylindrischen Mantelfläche 48 des

Statorfeldes, Dauermagnetrotors 46 und den Statorpolflächen 42

F i g. 6 ein Diagramm mit dem Verlauf des vom gebildet sind. In einem Ausführungsbeispiel, bei dem

Statorfeld auf den Rotor ausgeübten Drehmoments der Dauermagnetrotor einen Durchmesser von

in Abhängigkeit von dem Winkel zwischen der Feld- 15 12,7 mm besitzt, sind die Polschuhe 64,66 etwa

achse und der magnetischen Achse des Rotors, 0,127 mm dick. Dabei liegt das Korn des Dauer-

Fig. 7 eine Darstellung ähnlich Fig. 5 bei er- raagnetmaterials, aus dem der Rotor46 hergestellt

regtem Feld und ist, parallel zur Mittelachse 68 der Polschuhe 64, 66,

Fig. 8 eine entsprechende Darstellung bei ent- d.h., die Polarisationsachse 62 bildet gleichfalls mit

regtem Feld, 20 dem Korn den Winkel Θ.

Ein in F i g. 1 mit 10 bezeichneter digitaler magne- Die Feldwicklungen 44 sind über Leitungen 74 tischer Indikator, der den Schrittschaltmotor des mit Anschlußklemmen 76 verbunden, welche durch Ausführungsbeispiels enthält, umfaßt zwei Gehäuse- die Bodenwandung 20 des Gehäuseteils 12 hindurchteile 12 und 14. Der Gehäuseteil 12 hat eine End- treten.

wandung 16 sowie eine obere und eine untere Wan- 25 Gemäß F i g. 3 sind fünf Feldspulen 44-1, 44-2, dung 18 bzw. 20. Der Gehäuseteil 14 ist am Gehäuse- 44-3, 44-4 und 44-5 vorgesehen. Jede Feldspule teil 12 auf geeignete Weise, beispielsweise mittels übergreift fünf Statorpole. Die Feldspule 44-1 überdurchgehender Schrauben 22 (Fig. 2), befestigt. Der greift beispielsweise die Statorpole 40-1, 40-2, 40-3, Gehäuseteil 12 kann mit Ansätzen 24 versehen sein, 40-4 und 40-5, und ihre Längsseiten liegen in den um diesen Teil an einem Schaltbrett zu befesti- 30 Nuten 38-1 und 38-2. Die anderen Feldspulen sind gen. Die obere Wandung 18 enthält ein Fenster 26, entsprechend angeordnet, wie dies grundsätzlich bedurch welches die auf einem trommeiförmigen An- kannt ist. Die einen Enden der Feldspulen 44 sind zeigerad 28 angezeigten Zahlen abgelesen werden miteinander verbunden und an eine gemeinsame können. Klemme 78 geführt, während die anderen Enden ge-

An der Endwandung 16 des Gehäuseteils 12 ist ein 35 trennte Anschlußklemmen 80, 82, 84, 86 und 88 auf-

Ringflansch 30 angeformt, der einen Statoraufbau 32 weisen.

aufnimmt. Der Statoraufbau 32 umfaßt einen Stator- Der vorstehend beschriebene Schrittschaltmotor

kern 34 aus einer Vielzahl aufeinandergeschichteter arbeitet wie folgt:

dünner Bleche aus magnetisierbarem Material mit Es sei angenommen, daß die Spule 44-1 erregt einer zentralen Bohrung 36. Eine Vielzahl von gleich- 40 werden soll. Hierzu werden die Klemmen 78, 80 an mäßig am Umfang verteilten Nuten 38 erstreckt sich eine Gleichspannung gewünschter Polarität angeradial von der Bohrung 36 nach außen und bilden schaltet. Hierdurch wird der Stator entlang einer zwischen sich einzelne Statorpole 40, deren Polflächen durch die strichpunktierte Linie 90 (F i g. 3) angedeu-42 die Statorbohrung begrenzen. Bei der dargestellten teten Achse erregt, die sich zwischen den Statorpolen Ausführungsform, die zur Anzeige von zehn Ziffern 45 40-3 und 40-6 erstreckt, wobei der magnetische Fluß 0 bis 9 ausgelegt ist, sind zehn Nuten 38 und somit durch den Luftspalt und den Rotor 46 in Richtung auch zehn Statorpole 40 vorgesehen. In den Nuten 38 des Pfeils 92 verläuft. Es ist ersichtlich, daß das Umsind Feldwicklungen 44 angeordnet, die bei wahl- polen der über die Klemmen 78,80 angelegten Gleichweiser Erregung aus einer Gleichstromquelle mit spannung die Richtung des magnetischen Flusses einer Spannung bestimmter Polarität die betreffenden 50 umgekehrt, wie dies durch den Pfeil 94 angedeutet Pole magnetisch erregen, wie im folgenden näher ist. Entsprechend bewirkt die Erregung der Felderläutert wird. spule 44-2 in der einen Richtung über die Klemmen

Auf einer Welle 50 ist ein Dauermagnetrotor 46 78,82 das Entstehen eines Magnetfeldes entlang einer

mit einer zylindrischen Mantelfläche 48 gelagert. Die Achse, die sich zwischen den Statorpolen 40-5 und

beiden Enden 52, 54 der Welle 50 laufen in Lagern 55 40-7 erstreckt, und das Umpolen der Spannung über

56, 58, die in Lagertaschen in der Wandung 16 des die Klemmen 78, 82 hat wiederum eine Umpolung

Gehäuseteils 12 bzw. 14 vorgesehen sind (Fig. 1). dieses Feldes auf derselben Achse zur Folge. Durch

Das trommeiförmige Anzeigerad 28 ist mit einer v/ahlweise Erregung jeder der fünf Feldspulen 44

Nabe 60 auf der Welle 50 befestigt und auf diese mit der einen oder der anderen Polarität lassen sich

Weise mit dem Dauermagnetrotor 46 drehfest ver- 60 also zehn verschiedene Richtungen des magnetischen

bunden. Feldes entlang fünf gleichmäßig im Umkreis ver-

Der Rotor 46 ist entlang einer Polarisationsachse teilter Achsen erzielen.

62, deren Lage aus Fig. 2 hervorgeht, dauermagne- Es leuchtet ein, daß, wenn eine der Feldwicklungen

tisiert. Weiterhin sind an der Mantelfläche 48 des 44 mit einer bestimmten Polarität erregt wird, sich

Rotors 46 an diametral gegenüberliegenden Stellen 65 die Polarisationsachse 62 des Rotors 46 auf die Achse

zwei gewölbte Polschuhe 64, 66 vorhanden. Diese der Felderregung in einer entsprechenden Richtung

haben eine gemeinsame Mittelachse 68, die mit der einstellt. Wenn z. B. die Feldwicklung 44-1 derart

Polarisationsachse 62 den verhältnismäßig kleinen erregt wird, daß ein Statorfeld in Richtung des Pfeiles

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92 entsteht, stellt sich die Polarisationsachse 62 des die gewünschte 180°-Drehung des Rotors 46 beRotors 46 auf die Feldachse 90 ein, und zwar in der nötigt wird.

durch den Pfeil 96 in F i g. 2 angedeuteten Richtung. F i g. 7 zeigt nun, daß bei Anordnung vorsprin-

Es sei nun angenommen, daß durch Umpolen der an gender Polflächen durch die Polschuhe 64, 66 und

die Wicklung 44-1 angelegten Spannung und dadurch 5 Erregung der gegenüberliegenden Pole 40-3 und 40-6,

Umkehrung des Feldes entlang der Achse 90 um die ein Statorfeld in Richtung des Pfeiles 92 ergeben,

180° (Pfeil 94 in F i g. 3) eine Drehung des Rotors der Rotor 46 eine solche Stellung einnimmt, daß

um 180° bewirkt werden soll, so daß sich der Polari- seine Polarisationsachse 62 mit der Felderregungs-

sationspfeil 96 (F i g. 2) in derselben Richtung er- achse 96 fluchtet, wobei der Magnetfluß durch den

streckt wie das Statorfeld 94 (Fig. 3). Wie im fol- io Rotor, die Luftspalte und den Stator in derselben

genden noch näher erläutert wird, ergibt diese Um- Richtung verläuft wie der Statorfluß gemäß 92.

polung der Felderregung jedoch kein Drehmoment, Wie aus F i g. 8 hervorgeht, sucht bei entregtem

das den Rotor um 180° drehen könnte, so daß der Rotor, d. h., wenn keine Feldspule 44 erregt ist, der

Rotor in einer Totlage verbleibt. Dauermagnetfluß die Luftspalte mit der kleinsten

Gemäß F i g. 4 ist das trommeiförmige Anzeige- 15 Reluktanz, d. h., die Spalte zwischen den Polschuhen rad 28 mit Ziffern von 0 bis 9 versehen. Die Ziffern 2 64, 66 und den benachbarten Statorpolflächen, und und 3 liegen diametral zueinander am Trommel- liefert ein Reluktanzdrehmoment, das den Rotor so umfang und fluchten mit der Polarisationsachse 62. zu drehen versucht, daß sich die Polschuhe 64 und Entsprechend liegen auch die Ziffern 0 und 1, 7 und 66 mit den benachbarten Statorpolen 40-3 und 40-6 6, 9 und 8 sowie 4 und 5 jeweils diametral einander 20 decken. Das von den Polschuhen gelieferte Relukgegenüber. Wenn daher eine Feldspule 44 mit einer tanzdrehmoment ist genügend groß, um den Rotor Polarität erregt wird, durch welche die Ziffer 2 im 46 um einen Winkel Θ zu verdrehen, der zwischen Fenster 26 erscheinen soll, bewirkt das Umpolen der der Polarisationsachse 62 des Rotors 46 und der Mitan dieser Feldspule angelegten Spannung eine Dre- telachse68 (Fig. 2) der Polschuhe 64, 66 eingehung des Rotors 46 und des Anzeigerades 28 um 25 schlossen ist, d. h. beim dargestellten Ausführungs-180° und dadurch die Anzeige der Ziffer 3, wie im beispiel um einen Winkel von 14°. Nach dieser gefolgenden beschrieben wird. ringen Drehung des Rotors 46 ist der permanente

F i g. 5 zeigt noch einmal in vereinf achter Dar- magnetische Fluß 96' neu verteilt, wie es F i g. 8

stellung den Statorkern 34 mit den zehn Statorpolen zeigt.

40 und dem Dauermagnetrotor 46, der diametral ent- 30 F i g. 6 zeigt nun, daß durch diese Drehung um 14° lang der Achse 62 polarisiert ist. Wenn, wie oben das auf die zuvor entregte Feldwicklung bezogene beschrieben, die Statorpole 40-3 und 40-6 (F i g. 3) Drehmoment 102 von Null bei 180° auf einen Punkt erregt werden, so daß ein magnetisches Feld in Rieh- 104 bei 180—14° = 166° ansteigt. Wenn nun die tung des Pfeils 92 entsteht, stellt sich der Rotor 46 Statorpole 40-3 und 40-6 in der entgegengesetzten mit seiner Polarisationsachse 62, deren Richtung in 35 Richtung (94 in Fig. 3) erregt werden, steht ein F i g. 5 mit 96 bezeichnet ist, auf dieselbe Richtung entsprechend großes Drehmoment zur Drehung des ein wie das Statorfeld 92. Wenn demgegenüber die Rotors 46 über den restlichen Winkel von 166° in Statorpole 40-4 und 40-7 erregt werden, um ein die entgegengesetzte Stellung zur Verfügung, in wel-Statorfeld entlang der Achse 98 und in Richtung eher die gewünschte Ziffer angezeigt werden soll. Mit des Pfeiles 100 zu schaffen, kommt es zu einem 40 anderen Worten: Das Entregen des Stators führt zu Winkel Φ zwischen der neuen Achse 98 des Stator- einer geringen Drehung des Rotors aus der oben feldes und dessen vorhergehender Achse 90. F i g. 6 erwähnten Totlage und gestattet durch erneute Erzeigt nun, daß das verfügbare Drehmoment für die regung der gleichen Statorpole in umgekehrter Rich-Drehung des Rotors 46 eine Funktion dieses Win- tung eine Drehung des R.otors um 180° in einem kels Φ ist, deren Verlauf durch die Kurve 102 dar- 45 einzigen Schritt, sofern dies gefordert wird. Es sei gestellt ist. Das maximale Drehmoment steht zur bemerkt, daß die geringe Drehung des Rotors bei der Verfügung, wenn der Winkel Φ 90° beträgt, während Entregung des Feldes eine Gesamtdrehung des Rotors bei einem Winkel von 180° ebenso wie bei einem um weniger als 180° in der einen oder anderen Rich-Winkel von 0° kehl Drehmoment vorhanden ist. tung ha keiner Weise beeinflußt, da auch hierbei Hieraus folgt, daß eine Umpolung ein und derselben 50 stets ein ausreichend großes Drehmoment zur VerFeldwicklung nicht das Drehmoment liefert, das für fügung steht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

SchriUschaltmotors der eingangs genannten Art Patentansprüche; (USA.-Patentschrift 3 311911) weist einen diametral polarisierten Dauermagnetrotor und einen Stator mit

1. Schrittschaltmotor, insbesondere (Ur digitale einer Vielzahl von selbständigen Polen auf, die je magnetische Indikatoren, bestehend aus einem 3 eine erregbare Feldwicklung tragen. Die wahlweise Statorkern mit mehreren mit Feldspulen ver- Einzelerregung dieser Feldwicklungen hat zur Folge, eehenen Polen, die eine Bohrung begrenzen, in daß sich die Polarisationsachse des Dauermagnetweicher ein dinmetml polarisierter, mittels wahl- rotors auf die Achse der jeweils erregten Pole des weiser Erregung von entsprechenden Feldspulen Stators ausrichtet und dadurch den Rotor in eine in eine Vielzahl von vorbestimmten Rotorstel- io bestimmte Stellung dreht. Bei manchen digitalen Hingen steuerbarer Dauermagnetrotor unter Be- magnetischen Indikatoren dieser Art ist es erwünscht, lassung eines Uiftspaltes zwlsshen seiner Um- den Rotor in einem Schritt um 180° drehen zu könfangsflttche und den StatorpolflBchen drehbar nen, was gleichbedeutend mit einer bloßen Umgelagert und mittels eines Schaltschrittes Über polung der erregten Feldwicklung ist. Da das die zwei durch Ausnutzung von im Winkel versetzten is Drehung des Rotors bewirkende Drehmoment jedoch magnetischen Achsen bedingte mechanische Teil- vom Winkel zwischen der Polarisationsachse des Roschritte um 180^y drehbar ist, dadurch ge- tors und der magnetischen Achse des Statorfeldes kennzeichnet, daß der Dauermagnetrotor abhängt und dieser Winkel im Fall der Umpolung (46) zwei diametral zueinander gelegene, radial ein und derselben Feldwicklung 180° beträgt, kommt vorspringende Polflächen (64, 66) aufweist, deren ao es in diesem Fall zu einer indifferenten Lage, in welim Winkel (Θ) zur Polarisationsachse (62) des eher überhaupt kein Drehmoment auf den Rotor ausRotors (46) versetzte Mittelachse (68) auf den geübt wird.