DE1802531A1

DE1802531A1 - Eine Relativbewegung erzeugende Einrichtung

Info

Publication number: DE1802531A1
Application number: DE19681802531
Authority: DE
Inventors: Gillies Barrie Andrew; Bolton Adrian John
Original assignee: Fujitsu Services Ltd
Current assignee: Fujitsu Services Ltd
Priority date: 1967-10-19
Filing date: 1968-10-11
Publication date: 1969-04-30
Also published as: US3559012A; DE1802531B2; DE1802531C3; GB1206429A

Description

In der Antwort bitte angeben Unter Zeichen

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International Computers limited, ICI House, Putney, London S.W.15

England

line Relativbewegung erzeugende Einrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Relativbewegung erzeugende

en
Einrichtung/mit einem magnetisierbaren Bauteil vorbestimmter Polarität, einer Vielzahl von Polstücken und entsprechenden Wicklungen, die mit den Polstücken gekoppelt sind» welche so erregt werden, daß anziehende und abstoßende leider an den Polstücken ausgebildet werden, um das magnetisierte Bauteil mit einem Polstück auszurichten, das mit einem anziehenden Feld mag netisiert wird, wobei die Erregung der Wicklung in der Weise geändert wird, daß eine Relativbewegung zwischen dem magnetisiertem Bauteil und den Polstücken entsteht, in-dem das Bauteil aus der ausgerichteten Zuordnung zu dem vorher anziehenden Pdstück ab-_L gestoßen und gegen ein vorher abstoßendes Pdstück angezogen wird.

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Es iat "bereits vorgeschlagen worden,. s^B. in Verbindung mit stufenweise angetriebenen Elektromotoren, einen Stator mit einer Reihe von magnetisierbaren Polen in Verbindung mit einem einen vorbestimmten magnetischen Zustand aufweisenden Eotor zu versehen. Der &otor wird von Pol zu Pol entsprechend einem anziehenden magnetischen feld verschoben, das an jedem der Pole nacheinander entsteht. Dabei hat die Erzeugung nur eines anziehenden Feldes das zur Verschiebung des Rotors bereitgestellte Drehmoment begrenzt. Ferner gibt es eine Reihe-von bekannten Vorschlagen, bei denen das Schema einer Polmagnetisierung abwechselnde Pole in den gleichen magnetischen Zustand magnetisiert hat, mit dem Ergebnis, daß die Bewegungsrichtung des Rotors vom Anlauf aus der Ruhestellung bei !fehlen eines zusätzlichen äußeren Einflusses unbestimmt ist.

Es ist auch bereits vorgeschlagen worden,, stufenweise angetriebene Elektromotoren digital dadurch zu betätigen, daß digitale Signale einzelnen Statorpolwicklungen aufgegeben wurden. In vielen solchen Systemen bestimmt die Polarität von digitalen Impulsen die Drehrichtung eines permanentmagnetisierten Rotorelementes. Ein schwieriges Problem, das bei derartigen Systemen auftritt, besteht darin, daß manchmal ungenaue oder fehlerhafte Impulse den Statorwicklungen aufgegeben werden, woraus sich eine ungenaue oder unerwünschte Rotorbewegung ergibt. Um derartige fehlerhafte Bewegungen zu vermeiden, hat man komplizierte und kostspielige lorgische Schaltanordnungen verwendet, um sicherzustellen, daß ^ein ©inem Schrittschaltmotor aufgegebener Impuls die richtige Polarität besitzt«

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Im Falle vorliegender Erfindung ist ein permanent magnetisiertes Bauteil so "befestigt, daß es eine Relativbewegung in "bezug auf eine Vielzahl von kreisförmig angeordneten Statcapolen ermöglicht. Gemäß der Erfindung wird dabei vorgeschlagen, daß die Statorpole in der Weise erregt werden, daß ein magnetisches Polschema erzeugt wird, so daß ein anziehendes Feld, das von einem bestimmten Pol erzeugt wird, das magnetische Bauteil damit ausrichtet, während benachbarte Pole auf jeder Seite des besonderen Poles abstoßende Magnetfelder erzeugen. Bei einer -diskreten Änderung der Erregung von Statorpolen erzeugt der i benachbarte Pol in Sichtung der Relativbewegung zwischen dem magnetischen Bauteil und den Statorpolen ein anziehendes PeId, das das magnetische Bauteil damit auszurichten versucht_$ während der besondere Pol und ein anderer benachbarter Pol ein abstoßendes Feld erzeugen, das ebenfalls versucht, das magnetische Bauteil mit dem benachbarten Pol in Richtung der Relativbewegung auszurichten.

Nach einer speziellen Ausführungsform der Erfindung wird vorgeschlagen ,."&&S ein Schieberegister mehrere Stufen aufweist, deren ' jede mit einem Paar diametral entgegengesetster Statorpolwicklungen gekoppä-t ist« Die Erregung der Polwicklungen durch den Ausgang des Schieberegisters erzeugt ein magnetisches Polschema» das in einer Richtung in einer Folge von Stufen um den Stator verschoben wird und eine Relativbewegung des Rotorelementes in bezug auf die Statorpole ergibt.

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Vorliegende Erfindung stellt somit einen stufenweise angetriebenen Elektromotor dar, bei dem Statorfelder ein Drehmoment erzeugen, das genügend groß ist, um ein permanent magnetisiert •tes Rotorelement in Drehung zu versetzen* Wenn der &otor ^von der Ausrichtung mit einem Statorpol zu einem benachbarten Statorpol bewegt wird, wird eine Kombination des anziehenden Fei*» des, das durch den benachbarten Pol erzeugt wird, und abstoßender Felder, 'die durch den vorherausgerichteten Pol und den unmittelbar benachbarten, vorausgehenden Pol erzeugt werden, _ ■ so aufgegeben, daß das Rotorelement angetrieben wird. Auf diese Weise ist eine eindeutige Steuerung der Richtung der Äotorbe«· wegung in bezug auf Statorpole gewährleistet, ohne daß komplizierte logische Schaltungen erforderlich sind.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Die Figuren zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht eines Motors,

Fig. 2 ein in Form einer dünnen Platte ausgebildetes Bauteil und

Fig. 3 ein schematisch.es Schaltbild, das eine Steuerschaltung zeigt«

Nach Fig. 1 weist ein Motor einen Ring von zebJ. in gleichem Abstand versetzten Polstücken auf, die von einem zylindrischen Gehäuse 2, das einen Stator bildet, nach innen stehen. Jedes; Polstück 1 nimmt eine Erregerspule 3 auf, und die Polstücke 1

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"^v -v ■■■■·

und die Spulen '5 sind voneinander durch Abschirmungen 4 getrennt, wobei die Polstücke 1, die Spulen 3 und die Abschirmungen 4 innerhalb des Gehäuses 2 durch eine Füllmasse 5 gehalten werden. Zu Zwecken der Festlegung sind die Polstücke 1 und die Spulen 3 jeweils einzeln mit einem Index 1-10 versehen.

Bei der Herstellung des Stators werden vorzugsweise die Polstücke in der Weise aufgebaut, daß eine Anzahl von sternförmigen Schichten 6, deren jede die Gestalt nach Fig. 2 mit zehn, parallele Seiten aufweisenden Armen 7 ausgebildet ist, zu einem Stapel der gewünschten Länge zusammengebaut. Nach Bildung des Stapels werden die Spulen 3 aufgebracht,und zwar jeweils eine auf jedem Arm 7, und der Stapel wird in das .zylindrische Gehäuse 2 eingesetzt. Die Abschirmungen 4 werden dann zwischen die Spulen eingesetzt, und die gesamte Anordnung wird in der Füllmasse eingebettet.

Nach dem Einbetten wird die Mitte des geschichteten Stapels längs der zylindrischen Achse des Gehäuses 2 ausgebohrt; der ^ durchmesser der Bohrung wird dabei so gewählt, daß die Mitten der Schichten 6 vollständig entfernt werden, wobei die Polstücke 1 in der in Fig. 1 gezeigten Weise verbleiben.

Eine Welle 8, die in ( nicht dargestellten) lagern in herkömmlicher Weise an jedem Ende des Gehäuses 2 befestigt ist, nimmt en

eil/ Rotor 9 auf, der sich innerhalb des Stators frei drehen kann. Der Rotor besitzt zwei diametral gegenüberliegende Bauteile

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und 11, die permanent magnetisiert sind und Pole entgegengesetzter magnetischer Polarität ausbilden.

Die Verbindungen der Spulen 3 - 1 bis 3-10 sind in Fig. 3 gezeigt; daraus läßt sich entnehmen, daß die Spulen 3 diametral zueinander angeordneter Pole 1 mit-einander verbunden sind, wobei die Verbindungen so gewählt sind, daß die diametral gegenüberliegenden Pole 1 stets entgegengesetzte magnetische Polarität aufweisen. Jede Spule weist eine bifilare Wicklung 12 mit einer Mittelanzapfung 13 auf, die Mittelanzapfungen 13 aller Wicklungen sind an Erde angeschlossen. Die Wicklungen 12 werden durch die Stufen 14 eines fünfstufigen·Schieberegisters erregt. Jede Stufe 14 weist eine bistabilen Trigger auf und die Wicklungen 1 werden durch Ausgangsleitungen 15 und 16 aus diesen Triggern erregt, wobei die leitungen 15 und 16 so geschaltet sind, daß sie entgegengesetzte magnetische Felder an den Polstücken 1 erzeugen (Fig, 1). Die Leitungen 15 und 16 einer einzigen Stufe 14 werden im entgegengesetzten Sinne mit einer Spule 3 des Satzes 3-1 bis 3-5 und mit einer Spule 3 des Satzes 3-6 bis 3-10 verbunden.

Die Stufen 14 der Schieberegister sind miteinander in herkömmlicher Weise verbunden und jeweils an eine Schiebeimpulseingangsleitung 17 über UND-Gatter 18 angeschlossen,so daß ein auf der leitung 17 auftretender Schiebeimpuls bewirkt, daß die Einstellungen der Stufen längs des Schiebeaglsters von links nach rechts in -^ig. 3 fortschreiten. Die letzte bzw. rechte Stufe 13 des Registers ist über einen Rücklaufpfad, der aus einem Aus- ,

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gangs!eitungspaar 19 besteht, zurück zur ersten bzw. linken Stufe H verbunden und die Ausgangsleitungen 19 sind an die erste Stufe 14 in umgekehrter Weise angeschlossen, so daß die erste Stufe 14 des Registers auf den entgegengesetzten Zuetand gegenüber dem der letzten Stufe 14 eingestellt wird, wenn die Einstellung aus der Endstufe 14 wieder an der ersten Stufe 14 des Registers eingeführt wird.

Eine Einstelleitung 20 ist mit allen Stufen 14 des Schieberegisters verbunden, damit die Trigger der Stufen auf ein An- g fangseinstellschema eingestellt werden können.Wenn die beiden möglichen entgegengesetzten Zustände eines Triggers willkürlich mit den Werten "0" und "1" bezeichnet werden, kann das Anfangseinstellschema, das in den Registerstufen 14 durch einen an die Einsteileitung 20 angelegten Impuls erzeugt wird, mit 01100 bezeichnet werden.

Zur Beschreibung der Arbeitsweise sei angenommen, daß die Registerstufen 14 auf dieses Schema nach Fig. 3 eingestellt worden sind. Die linke Stufe 14, die auf den O-Zustand einge- I stellt ist, erzeugt einen Ausgang auf ihrer Leitung 15; die nächsten beiden Stufen, die auf den 1-Zustand eingestilt sind, erzeugen jeweils einen Ausgang auf ihren entsprechenden Leitungen 16* die Endstufen 14, die beide auf den O-Zustand eingestellt worden öind, erzeugen Ausgänge auf ihren zugeordneten Ausgangsleitungen 15. Ferner wird angenommen, daß ein Ausgang auf seiner Stufe 14 über die Leitung 15 bewirkt, daß die Spule des Satzes 3- 1 bis 3 - 5 » mit der er verbunden ist, bewirkt,

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daß ein nordorientierter Pol auf den Rotor einwirkt* und "die Spule 3 des S_atses 3- β bis 3 - 10 einen stidorientierten

erzeugt· Somit wird das Schema der Pole 1-1 BIe 1&5 (^ig»1) das tob. der Anfangseinstellung erzeugt wird₉-.2T-S-S-IMi,. und Pole 1-6 bis .1 - 10""werden auf ein Schema em-tgegenges-etster Polarität j S-I-I-S-S, eingestellt. Da die diametral,-gegenüberliegenden Pole 1 s-tets . entgegengesetzte Polarität "aufweisen'und die Bauteile 10 uad 11 des Botors ebenfalls-entgegengesetzte Polar^itat^besitzen, wird nur die -Wirkung der magnetischen leider, die von dem Satz von.Polen 1-1 bis 1-5 in bezug auf W das Bauteil 10 erzeugt werden, im einzelnen.beschrieben, wobei-, die Wirkung der Felder,.die durch den Satz von. Polen 1-6 bis 1 - 10 auf dem Bauteil 11 erzeugt werden, ähnlich, ist. Das Bauteil 10 wird als permanent.magnetisiert angenommen, so daß ®@ einen südorientierten Magnetpol erzeugte In Abhängigkeit von dem anfänglichen Polschema wird- der Rotor so angeordnet ", daß das Bauteil 10 gegenüber dem Pal 1- 1 liegt,- der zu diesem. Zeitpunkt ein anziehende® magnetisches Feld in. feezmg auf die Polarität des Bauteiles 10 erzeugt. Die beiden benachbarten Pole 1 - 2, 1 - 3* 1 - 10 und 1 - 9 auf jeder Seite des Poles 1-1 erzeugen zu diesem Zeitpunkt abstoßende Seider.

Nach dem Auftreten eines Sehieb.eimpuls.es auf der Leitung 17 (Pig. 3) wird das Binstellsshema der ersten vier Stufen H des Schieberegisters um eine Stelle nach rechts verschoben und die erste Stufe H wird auf den entgegengesetzim Zustand zu dem

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stand eingesetzt, auf/die Bndstufe 14· eingestellt war. Das Ein stellschema der Stufen H wird somit 1-0-1-1-0, und die

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entsprechende Polverteilung über den Satz von Polen 1-1 bis ■1 - 5 ( Fig. 1) wird SNSS N, der Satz von Polen 1 - 6 bis 1 - 10 wird .entsprechend NSNIS.

Somit erzeugt der Pol 1-2 nunmehr ein anziehendes Feld in bezug auf den Bauteil 10 und die Pole 1 - 1 und 1-3 erzeugen abstoßende Felder. Damit bewegt sich das Bauteil 10 in Ausrichtung mit dem Pol 1-2, die Bewegung wird sowohl durch das anziehende Feld von dem Pol 1-2 als auch durch das abstoßende Feld· von dem Pol 1-1 unterstützt. Somit wird das zur Bewegung des

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Sotors/zur Verfügung stehende Drehmoment nicht nur durch die Abstoßungskraft von dem Pol 1-2, sondern auch durch die Abstoßunggcraft von dem Pol 1-1 erzeugt, wobei diese Abstoßungskraft das zur Verfügung stehende Drehmoment erheblich vergrößert. Gleichzeitig wis ist die Bewegungsrichtung des Rotors eindeutig, weil zu dem Zeitpunkt, zu dem das anziehende PeId an dem Pol 1-2 zur Verfügung steht, das abstoßende Feld am Pol 1-10 aufrechterhalten wird.

Nachdem der nächste Schiebeimpuls dem Schieberegister aus der leitung 17 (Fig. 3) aufgegeben worden ist, hat das gesamte Schema der Polzustän'de sieh um eine Polstellung um den Stator herumbewegt, und diese Schrittbewegung des Schemas tritt bei jedem nachfolgenden Anl-egen eines Schiebeimpulses an das Schieberegister auf. Das Bauteil 10 des Motors wird schrittweise auf jeden der Pole 1-1 bis 1-5 nacheinander in fünf Arbeitsvorgängen verschoben, und die sechste Stufe des Polschemas,die ur-

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sprünglieh von den Polen 1 - 1 bis 1 - 5 eingenommen worden ist,' wird von den Polen 1 - 6 bis 1 - 10 eingenommen. Beim elften Schritt wird das ursprüngliche Polschema aller Pole 1-1 bis · 1-10 wiederholt, so daß der ^otor 9 in seiner schrittweisen Bewegung in der gleichen Sichtung fortfährt, solange Schiebeimpulse auf der leitung 17 (Pig«3) auftreten.

Betrachtet man die Bedingungen £ir das Bauteil 10 des lotQrs 9 (Pig. 1),so erkennt man, daß während eines jeden Schrittes das Bauteil 10 gegen einen der Pole 1- 1 bis 1 - 10 angezogen wird, und daß benachbarte Pole ©in abstoßendes Feld erzeugen. Wenn das ^olsehema, z.B. das magnetische Schema, das von den Statorpolen erzeugt wird, um einen Schritt durch die Polgruppe weitergewandert ist, wird der nächste Pol in der JFolge nunmehr das anziehende PeId erzeugen,, während der Pol, der in dem vorausgehenden Schritt das anziehende feld erzeugt hat, nunmehr ein abstoßendes Feld erzeugt. Gleichzeitig erzeugt der unmittelbar vorausgehende Pol der Folge ein abstoßendes PeId, wodurch die Bewegungsrichtung des Bauteiles 10 eindeutig wird.

Vorstehend wurde das Schieberegister in Verbindung mit nur, 5 Stufen erläutert, die Arbeitsweise des Registers ist jedoch so, daß ein Polschema erzeugt wird, das unverändert schrittweise um die gesamte Gruppe von Polen wandert« Somit kann auch ein zehnstufiges umlaufendes Schieberegister, bei dem jede Stufe mit nur einer einen Pol erregenden Spule verbunden ist, verwendet werden. In diesem Falle benötigt der Fmlaufpfad von der letzten zur ersten Stufe des Schieberegisters eine den Zustand umkehrende Kreuzungsstella·

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Darüberhinaus kann der Rotor mit nur einem einzigen Polstück ähnlieh, dem Bauteil 10 versehen werden. In diesem Talle braucht das Schema der PoIfeldverteilung nicht so ausgelegt zu werden, •daß nur ein einziger anziehender Statorpol entsteht, wobei alle anderen Pole so angeordnet sind, daß sie abstoßende Felder eraeugen. Unter diesen Umständen ergibt sich, daß zur Erzielung einer entsprechenden Steuerung in der Weise, daß die Bewegungsrichtung des Rotors eindeutig ist, ;}ede beliebige Anzahl von Polen größer als drei im Stator vorgesehen werden kann, obgleien es vorteilhaft ist, fünf oder mehr Pole zu diesem Zweck zu verwenden. Ferner ist ea nicht notwendig, daß die Spulen bifilar gewickelt sind und eine mittlere Anzapfung aufweisen. Zwei unabhängige liicklungen- oder eine einzige Wicklung in "Verbindung mit einem ßvoiriehtungsstromgenerafcor können andererseits für die wahlwei.se 'm.a-rigun-j ier ent-spiree&e.ttden. Magnetfelder durch die Pole verwendet werden.

Zwar ist die Erfindung in Verbindung mit einem stufenweis« angetriebenen Motor mit sinem eine Anzahl von Polen aufweisenden Stator und mit einem ein oder zwei magnetisierte Bauteile aufweisenden Rotor versehen ' ,, die Solle von Stator und Rotor kann jedoch vertauscht werden und es lassen sich die gleichen Antriebsanordnungen zur Steuerung der linearbewegung eines magnetisierten Bauteiles in bezug auf einen Satz von wahlweise magnetisierbaren Polen verwenden.

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Claims

I/p 6262 ' 9«Okt. 1968 W/T . Patentansprüche!.

1. Eine Relativbewegung erzeugende Einrichtung mit einem magnetisierten Bauteil vorbestimmter Polarität, einer Vielzahl von Polstücken und entsprechenden Wicklungen, die mit den Polstücken gekoppelt sind, welche so erregt werden, daß anziehende und abstoßende Felder an den Polstücken· erzeugt werden, um das magnetisierte Bauteil mit einem Polstück auszurichten, das mit einem anziehenden Feld magnetisiert wird, und bei dem die Erregung der Wicklungen in der Weise geändert wird, daß eine Relativbewegung zwischen dem magnetisieren Bauteil und den Polstüeken entsteht, in-dem das Bauteil aus der ausgerichteten Zuordnung zu dem vorher anziehenden Polstück abgestoßen und das Bauteil gegen ein vorher abstoßendes Polstück angezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklung des Polstückes ( 1- 10) in unmittelbarer Nähe hinter dem vorher anziehenden Polstück ( 1-1) von einem ein ab- , stoßendes Feld erzeugenden Strom erregt wird»

2. Einrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß ein Schieberegister (H) mehrere Stufen aufweist, deren jede so geschaltet ist, daß ein Polwicklungspaar ( 3-1, 3-6) erregt wird, damit ein Magnetisches Polschema erzeugt wird, das beim Anlegen von Schiebesignalen an das Schieberegister (14) in einer Richtung in einer Folge von Schritten verschoben wird, wobei eine in einer Richtung erfolgende Bewegung des magnetisierten Bauteiles (9) in Bezug auf die Pole (3-1, ...3-10)

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erhalten wird.

3· Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Bauteil (9) auf einer Welle (8) drehbar angeordnet ist, .während die Pole ( 3-1, ..* 3-10) etwa kreisförmig um das magnetische Bauteil (9) angeordnet sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die kreisförmige Anordnung von Polen ( 3-1, ♦.. 3-10) eine gerade Anzahl von Polen aufweist, die so erregt werden, daß "diametral gegenüberliegende Pole (3-1, 3-6?.... 3-5,3-10) stets entgegengesetzte magnetische Polarität aufweisen.

5. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leitung (20) vorgesehen ist, um alle Stufen des Schieberegisters (H) in der Weise vor einzustellen, daß alle Pole ( 3-1, .... 3-10) zu Beginn in einem vorbestimmten Polschema erregt werden.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Schiebesi-.gnal, das dem Schieberegister (H) aufge- ( geben wird (17), die erste Stufe des Registers in einen Zustand entgegengesetzt zu der Strombedingung der letzten Stufe des Registers (H) einstellt.

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