DE1802531B2 - Anordnung mit einem elektrischen schrittmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung mit einem elektrischen Schrittmotor, dessen Stator eine Anzahl von mit Wicklungen versehenen Polen besitzt, und einen wenigstens ein Polpaar aufweisenden, permanentmagnetisierten Rotor, der beim taktweisen Erregen der Wicklungen nach einem bestimmten Schema durch eine Steuerschaltung schrittweise dadurch bewegt r.t, daß die dem einen Rotorpol anziehenden Statorpol in Bewegungsrichtung vorgelagerten zwei Statorpole dieselbe Polarität erhalten wie der Rotorpol.

Es ist bereits eine Anordnung mit einem elektrischen Schrittmotor dieser Art bekannt (deutsche Auslegungsschrift 1102 877), bei dem die Wicklung des Pols in unmittelbarer Nähe hinter dem vorher anziehenden Pol von einem ein abstoßendes Feld erzeugenden Strom erregt wird. Das Gesamtdrehmoment wird dabei aus der abstoßenden Kraft des einen Pols und der anziehenden Kraft des anderen Pols gebildet, und der Rotorpol wird von diesen Polen stets in Richtung auf den anziehenden Pol fortgeschoben.

Mit einer derartigen Anordnung läßt sich eine exakt gesteuerte, schrittweise Bewegung des Rotors jodoch nicht erzielen, da sich der Rotorpol über die angesteuerte Polstellung hinaus bewegen kann, da dort der dem anziehenden Pol in Bewegungsrichtung nachfolgende Pol gleichnamig mit dem letzteren Pol polarisiert ist, also auch dieser eine Anziehungskraft auf den Rotorpol ausüM, wodurch zumindest ein Überschwingen auftritt.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, ein derartiges Überschwingen des Rovors bei Erreichen der Schrittstellungen zu vermeiden.

Gemäß der Erfindung wird dies, ausgehend von dem Schrittmotor der eingangs genannten Art, dadurch erreicht, daß auch der dem den Rotorpol anziehenden Statorpol in Bewegungsrichtung folgende Statorpol die Polarität des Rotorpols erhält. Durch eine derartige Ausgestaltung des elektrischen Schrittmotors kann sich der Rotorpol nicht über die angesteuerte Polstellung hinaus bewegen, da auch von dem in Bewegungsrichtung dem anziehenden Pol folgenden Pol eine abstoßende Kraft auf den Rotorpol ausgeübt wird.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung an Hand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Querschnitt durch einen Schrittmotor gemäß der Erfindung,

F i g. 2 die Form eines Statorbleches für einen Schrittmotor nach F i g. 1 und

F i g. 3 das Schaltbild einer Steuerschaltung.
Nach Fig. 1 weist der Schrittmacher zehn ringförmig im gleichen Abstand versetzte Pok auf, die

ίο von einem zylindrischen Gehäuse 2, das einen Stator bildet, nach innen ragen. Jeder Pol 1 nimmt eine Erregerwicklung 3 auf, und die Pole 1 sowie die Wicklungen 3 sind voneinander durch Abschirmungen 4 getrennt, wobei die Pole 1. die Wicklungen 3 und Abschirmungen 4 innerhalb des Gehäuses 2 von einer Füllmasse 5 gehalten werden. Zur Kennzeichnung sind die Pole 1 und die Wicklungen 3 jeweils einzeln mit einem Index 1 bis 10 versehen.

Bei der Herstellung des Stators werden vorzugsweise die Pole 1 in der Weise aufgebaut, daß eine Anzahl »on sternförmigen Blechen 6 aus Eisenblech, deren jede die Gestalt nach F i g. 2 mit zehn parallele Seiten aufweisenden Armen 7 erhält, zu einem Stapel der gewünschten Länge zusammengebaut werden. Nach Herstellung des Stapels werden die Wicklungen 3 aufgebracht, und zwar jeweils eine auf jeden Arm 7, und der Stapel wird in das zylindrische Gehäuse 2 eingesetzt. Dann werden die Abschirmungen 4 zwischen die Wicklungen eingesetzt, und die gesamte Anordnung wird in die Füllmasse S 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 Pole 1 in der in Fig. 1 gezeigten We'se verbleiben.

Eine Welle 8, die in (nicht dargestellten) Lagern in herkömmlicher Weise an jedem Ende des Gehäuses 2 befestigt ist, nimmt einen Rotor 9 auf, der innerhalb des Stators frei drehbar ist. Der Rotor besitzt zwei diametral gegenüberliegende, entgegengesetzt permanentmagnetisierte Pole 10 und 11.

Die Verbindungen der Wicklungen 3-1 bis 3-10 sind in F i g. 3 geneigt. Daraus läßt sich entnehmen, daß die Wicklungen diametral zueinander angeordneter Pole 1 miteinander verbunden sind, wobei die Verbindungen so gewählt sind, daß die diametral gegenüberliegenden Pole 1 stets entgegengesetzte magnet'sche Polarität besitzen. Jede Wicklung 3 weist bifilare Windungen 12 mit einer Mittenanzapfung 13 auf; die Mittenanzapfungen 13 aller Windungen sind an Erde angeschlossen. Die Windungen 12 werden durch die Stufen 14 eines fünfstufigen Schieberegisters erregt. Jede Stufe 14 besitzt einen bistabilen Trigger, und die Windungen 12 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 Polen 1 erzeugen (Fig. 1). Die Leitungen 15 und 16 einer einzigen Stufe 14 werden im entgegengesetzten Sinne mit einer Wicklung 3 des Satzes 3-1 bis 3-5 und mit einer Wicklung 3 des Satzes 3-6 bis 3-10 verbunden.

6s 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

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17 auftretender Schiebeimpuls bewirkt, daß die Ein- den Satz von Polen 1-1 bis 1-5 (Fig. J) wird

Stellungen der Stufen längs des Schieberegisters von S-N-S-S-N. der Satz vcn Polen 1-6 bis 1-10 wird

links nach rechts in Fig. 3 fortschreiten. Die letzte. entsprechend N-S-N-N-S.

bzw. rechte Stufe 14 des Registers ist über einen Somit erzeugt der Pol 1-2 nunmehr ein anziehen-Rückführpfad, der aus einem Ausgangsleiterpaar 19 5 des Feld in bezug auf den Pol 10, und die Pole 1-1 besteht, zurück zur ersten bzw. linken Stufe 14 ver- und 1-3 erzeugen abstoßende Felder. Damit bewegt bunden. und die Ausgangsleitungen 19 sind an die sich der Pol 10 in Ausrichtung mit dem Po¹ 1-2, die erste Stufe 14 In umgekehrter Weise angeschlossen, Bewegung wird sowohl durch das anziehende Feld so daß die erste Stufe 14 des Registers auf den ent- von dem Pol 1-2 als auch durch das abstoßende Feld gegengesetzten Zustand in bezug auf die letzte Stufe io von dem Pol 1-1 unterstützt. Somit wird das zur Be-14 eingestellt wird, wenn die Einstellung aus der wegung des Rotors 9 zur Verfugung stehende Dreh-Endstufe 14 wieder an der ersten Stufe 14 des Regi- moment nicht nur durch die Anziehungskraft von sters eingeführt wird. dem Pol 1-2, sondern auch durch die Abstoßungs-

Eine Einstelleitung 20 ist mit allen Stufen 14 des kraft von dem Pol 1-1 erzeugt, wobei diese Absto-Schieberegisters verbunden, damit die Trigger der 15 ßungskraft das zur Verfugung stehende Drehmoment Stufen auf ein Anfangsstellschema eingestellt werden erheblich vergrößert. Gleichzeitig ist die Bewegungskönnen. Wenn die beiden möglichen entgegenge- richtung des Rotors eindeutig, weil zu dem Zeitsetzten Zustände eines Triggers willkürlich mit den punk.t, zu dem das anziehende Feld an dem Pol 1-2 Werten »0« und »1« bezeichnet werden, kann das zur Verfügung steht das abstoßende Feld am Pol Anfangseinstellschema, das in den Registerstufen 14 20 1-10 aufrechterhalten wird.

durch einen an die Einstelleit¹ ng 20 angelegten Im- Nachdem der nächste Schiebeimpuls dem Schiebepuls erzeugt wird, mit 01100 bezeichnet werden. register aus der Leitung 17 (Fig. 3) aufgegeben wcr-

Zur Beschreibung der Arbeitsweise sei angenom- den ist, hat das gesamte Schema der Polzustände

men. daß die Registerstufen 14 auf dieses Schema sich um eine Polstellung um den Stator herumbewegt, nach Fig. 3 eingestellt worden sind. Die linke Stute 25 und diese Schrittbewegung des Schemas tritt bei je-

14, die auf den 0-Zustand eingestellt ist, erzeugt dem nachfolgenden Anlegen eines Schiebeimpulses einen Ausgang auf ihrer Leitung 15; die nächsten an das Schieberegister auf. Der Pol 10 des Rotors beiden Stufen, die auf den 1-Zustand eingestellt sind, wird schrittweise auf jeden der Pole 1-1 bis 1-5 nacherzeugen jeweils einen Ausgang auf ihren entspre- einander in fünf Arbeitsvorgängen verschoben, und chenden Leitungen 16; die Endstufen 14, die beide 30 die sechste Stufe des Polschemas, die ursprünglich auf den 0-Zustand eingestellt worden sind, erzeugen von den Polen 1-1 bis 1-5 eingenommen worden ist, Ausgänge auf ihren zugeordneten Ausgangsleitungen wird von den Polen 1-6 bis 1-10 eingenommen. Beim

15. Ferner wird angenommen, daß ein Ausgang auf elften Schritt wird das ursprüngliche Polschema aller seiner Stufe 14 über die Leitung 15 bewirkt, daß die Pole 1-1 bis 1-10 wiederholt, so daß der Rotor 9 i.i Wicklung 3 des Satzes 3-1 bis 3-5, mit der er verbun- 35 seiner schrittweisen Bewegung in der gleichen Richden ist, bewirkt, daß ein nordorientierter Pol auf den tung fortfährt, solange Schiebeimpulse auf der Lei-Rotor einwirkt, und die Wicklung3 des Satzes 3-6 tung 17 (Fig. 3) auftreten.

bis 3-10 einen südorientierten Pol erzeugt. Somit Betrachtet man die Bedingungen für den Pol 10 wird dp« Schema der Pole 1-1 bis 1-5 (Fig. 1), das des Rotors 9 (Fig. 1), so erkennt man, daß während von der Anfangseinstellung erzeugt wird, N-S-S-N-N. 4° eines jeden Schrittes der Pol 10 gegen einen der Pole und die Pole 1-6 bis 1-10 werden auf ein Schema 1-1 bis 1-10 angezogen wird, und daß benachbarte entgegengesetzter Polarität, S-N-N-S-S, eingestellt. Pole ein abstoßendes Feld ei zeugen. Wenn das PoI-Da die diametral gegenüberliegenden Pole 1 stets ent- schema, ζ. B. das magnetische Schema, das von den gegengesetzte Polarität aufweisen und die Pole 10 Statorpolen erzeugt wird, um einen Schritt durch die und 11 des Rotors ebenfalls entgegengesetzte PoIa- 45 Polgruppe weitergewandert ist, wird der nächste Pol rität besitzen, wird nur die Wirkung der magneti- in der Folge nunmehr das anziehende Feld erzeugen, sehen Felder, die von dem Satz von Polen 1-1 bis während der Pol, der in dem vorausgehenden Schritt 1-5 in bezug auf den Pol 10 erzeugt werden, im ein- das anziehende Feld erzeugt hat, nunmehr ein abzelnen beschrieben, wobei die Wirkung der Felder, stoßendes Feld erzeugt. Gleichzeitig erzeugt der undie durch den Satz von Polen 1-6 bis 1-10 auf den 50 mittelbar vorausgehende Pol der Folge ein abstoßen-PoI 11 erzeugt werden, ähnlich ist. Der Pol 10 ist des Feld, wodurch die Bewegungsrichtung des Bauein permanentmagnetisierter Pol, so daß er einen teiles 10 eindeutig wird.

südorientierten Magnetpol erzeugt. In Abhängigkeit Vorstehend wurde das Schieberegister in Verbinvon dem anfänglichen Polschema wird der Rotor so dung mit nur 5 Stufen erläutert, die Arbeitsweise des angeordnet, daß der Pol 10 gegenüber dem Pol 1-1 55 Registers ist jedoch so, daß ein Polschema erzeugt liegt, der zu diesem Zeitpunkt ein anziehendes ma- wird, das unverändert schrittweise um die gesamte gnetisches Feld in bezug auf die Polarität des Poles Gruppe von Polen wandert. Somit kann auch ein an-10 erzeugt. Die beiden benachbarten Pole 1-2, 1-3, deres aufgebautes Schieberegister verwendet werden. 1-10 und 1-9 auf jeder Seite des Pols 1-1 erzeugen Darüber hinaus kann der Rotor mit nur einem zu diesem Zeitpunkt abstoßende Felder. 60 einzigen Pol ähnlich dem Pol 10 versehen werden. Nach dem Auftreten eines Schiebeimpulses auf der In diesem Falle braucht das Schema der Polfeldver-Leitung 17 (Fig. 3) wird das Einstellschema der teilung, nicht so ausgelegt zu werden, daß nur ein einersten vier Stufen 14 des Schieberegisters um eine ziger anziehender Statorpol entsteht, wobei alle an-Stelle nach rechts verschoben, und die erste Stufe 14 deren Pole so angeordnet sind, daß sie abstoßende wird auf den entgegengesetzten Zustand zu dem Zu- 65 Felder erzeugen. Unter diesen Umständen ergibt stand eingestellt, auf den die Endstufe 14 eingestellt sich, daß zur Erzielung einer entsprechenden Steuwar. Das Ekstellschema der Stufen 14 wird somit erung in der Weise, daß die Bewegungsrichtung des 1-0-1-1-0, und die entsprechende Polverteilung über Rotors eindeutig ist, jede beliebige Anzahl von Polen

größer als drei im Stator vorgesehen werden kann. Ferner ist es nicht notwendig, daß die Windungen bifilar gewickelt sind und eine Mittenanzapfung aufweisen. Zwei unabhängige Wicklungen oder eine einzige Wicklung in Verbindung mit einer Einrichtung zur Umkehrung der Polarität können andererseits für die wahlweise Erzeugung der entsprechenden Magnetfelder durch die Pole verwendet werden. Zwar ist die Erfindung in Verbindung mit einem stufenweise angetriebenen Motor mit einem eine Anzahl von Polen aufweisenden Stator und mit einem ein oder zwei permanentmagnetisierte Pole aufweisenden Rotor beschrieben, die Rolle von Stator und s Rotor kann jedoch vertauscht werden, und es lassen sich auch die gleichen Antriebsanordnungen zur Steuerung der Linearbewegung eines magnetisierten Pols in bezug auf einen Satz von wahlweise magnetisierbarer! Polen verwenden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Anordnung mit einem elektrischen Schrittmotor, dessen Stator eine Anzahl von mit Wicklungen versehenen Polen besitzt, und einen wenigstens ein Polpaar aufweisenden, permanentmagnetischen Rotor, der beim taktweisen Erregen der Wicklungen nach einem bestimmten Schema durch eine Steuerschaltung schrittweise dadurch bewegt ist, daß die dem einen Rotorpol anziehenden Statorpol in Bewegungsrichtung vorgelagerten zwei Statorpole dieselbe Polarität erhalten wie der Rotorpol, dadurch gekennzeich-Ii c t, daß auch der dem den Rotorpol (10; 11) anziehende Statorpci (3-2; 3-7) in Bewegungsrichtung folgende Statorpol (3-3; 3-8) die Polariläl des Rotorpols (10; 11) erhält.