DE1918500A1 - Impulsbetaetigter elektrischer Stellantrieb - Google Patents

Description

Dipl.-Ing. ·

Patentanwalt
Augsburg- R^hHngenstraße 8 Augsburg, den 10. April I969

)! München Nr. 7«3» Priorität! USA, I5. April I968

531VO2 Bu/Em ^Ser'^No- ^?21'³⁵⁵ ""

ar

Pat entanmeldung

Frederick Preston Willcox, New Canaan, Connecticut 068*10, 565 Oenoke Ridge, USA

Impulsbetätigter elektrischer Stellantrieb

Die Erfindung zeigt einen rotierenden elektrischen Stellantrieb für präzise Steuerung durch Serien von elektrischen Impulsen zum Antreiben, Bremsen'und zum genauen Einstellen der Lage bzw. zum Indexieren von Mehrfachlagen-Drehelementen, wie das Typenrad oder die Trommel, z.B. die Typenwalze eines ,Druckgeräts oder einer Schreibmaschine, oder für das Unterstroms ätzen oder sonstige Unterkraftsetzen (Einschalten, Kuppeln) des Wagen- oder Schlittenantriebs, der Papierzuführung und des eigentlichen Druckvorgangs einer solchen Maschine. Ein magnetisch permeabler (magnetisierbarer) Stator hat eine ringförmige Nut oder Öffnung, in welcher ein einfaches Solenoid (Zylinderspule) und der permeable (maghetisierbare) Ringkragen einer Rotorbüchse von geringer Trägheit aufgenommen sind. Die inneren anliegenden oder benachbarten Flächen des Rotor-Ringkragens und der Statornut sind zylindrisch und sitzen mit engem Abstand zueinander j während ihre äußeren Flächen gezahnt sind, um ihrem Effekt nach einen in einzelne Segmente unterteilten Spalt für den Magnetfluß vorzusehen, der aus einer Mehrzahl von Lücken zwischen den Zähnen besteht, welche magnetisch parallel geschaltet sind. Mehrere dieser Rotor-Stator-Einheitön sind über;

909844/1279

BAD ORIOIlMAt

531^/02 Bu/Em - 2 - 10. April I969

Gr

eine gemeinsame Rotorwelle gekuppelt, und zwar in einer Anordnung mit versetzten Zähnen, so daß eine Steuerung des Drehsinns, des Brems©na,des Indexierens und dgl. möglich ist. Volle Beschleunigung wird erhalten durch wenige Pulse (Stromstöße) des Solenoids, wonach ein Bremsen und Indexieren unter ähnlicher Kraftimpuls-Steuerung folgen kann«

Bekannte Präzisions-Stellmotoren des "Schritt-Typs" erfordern übermäßige Antriebskräfte wegen der wirkungsschwachen magnetischen Kreise.mit einer Vielfach-Serie von Luftspalten oder sie erfordern die Anwendung von Rotoren mit Permanentmagneten, welche einen übermäßigen (mechanischen) Rotorwiderstand verursachen. Die meisten bekannten Motoren dieses Typs erfordern auch eine komplizierte Bespulung und Kominuti erungs anordnung, die sich geradezu verbieten können, wenn eine große Anzahl von diskreten Stop-Positionen ausgewählt werden muß*

Die Erfindung eliminiert die Notwendigkeit jeglicher Permanentmagneten und jede Rotor-Stator-Einheit verwendet ein einziges Solenoid, »welches in einem ringförmigen Raum aufgenommen ist, etwa einem einspringenden Raum oder einer Ausnehmung oder einer Senke, die zwischen inneren und äußeren Ringen eines in seinem Effekt einteiligen Statorkörpers (der Statorkörper kann tatsächlich ganz einteilig sein) definiert bzw. gebildet ist. Die Mehrfach- (mindestens Doppel») Serien von Luftspalten früherer be-kannter Motoren werden ersetzt durch eine einzige segmentierte Wirk-Spalt-Anordnung (eine pro Rotor-Stator-Einheit), bestehend aus 'der Parallelkombination der Spalten oder Lücken und resultierend aus der räumlichen Gegenüberstellung der Zahngebilde an der

9098U/1279

• BADORIG(NAL *

531^/02 Bu/Em . - 3 - 10. April I969

nach innen weisenden Fläche des äußeren Statorrings und an der nach außen weisenden äußeren Fläche des Ringkragens des Rotors« Die sich gegenüberstehenden Flächen, nämlich die nach innen weisende Fläche des Rotur-Ringkragens und die nach außen weisende Fläche des inneren Statorrings sind" glatt zylindrisch und mit sehr engem Abstand oder geringem Luftspalt zueinander angeordnet, um die Reluktanz (magnetischen Widerstand) dieses "nicht wirksamen" Luftspalte so gering wie möglich zu halten. Diese Anordnung mit einem, einzigen wirksamen Spalt reduziert im starken Umfang die Reluktanz des Magnetflußkreises und verbessert das Drehmoment, welches bei gegebener Erregung erzielbar ist j mit anderen Worten: Der magnetische Kreis ist ,[ sehr wirksam (hoher Wirkungegrad), und der Rotor kann unter geringen Laäfen durch nur einige wenige Impulse des Solenoidstroms hoch beschleunigt werden.

Eine einzelne Einheit, so wie soeben beschrieben, erleichtert nicht die einfache Impulssteuerung der Drehrichtung oder der Bremsung bei umgekehrten Drehmoment. Die Erfindung betrachtet eine Kombination von zwei oder vorzugsweise drei solchen Einheiten, welche untereinander identisch" sind mit der Ausnahme, daß die Rotoren (miteinander) verbunden sind, wie beispielsweise über eine gemeinsame Welle, und daß die Statoren auch untereinander verbunden sind, wobei die Ausrichtung der Rotor-Stator-Zähne so ist, daß diese zwischen den Einheiten gegeneinander versetzt, d.h. winkelverdreht angeordnet sind. Die Aufeinanderfolge in oder mit welcher dann die verschiedenen Solenoide Impulse erhalten, bewirkt die gewünschte Richtungssteuerung ebenso wie die Steuerung des Bremsens mit Rückdrehmoment und auch das Anzeigen bzw. Xndexieren. Das Halten der Rotorwelle in einer Endlage der indexierung

909844/1279

iÖIRO C-8

53iVO2 Bu/Em -'-k -" 10, April I969 -:

wird leicht durch den Durchgang eines moderierten " ■> gleichmäßigen Haltestroms durch eine der Windungen oder Spulen erreicht.Normalerweise wird die Steuerung des Schaltens der Spulenströme ihrer Natur nach digital sein, auf Impulsbasis mit Rückkopplung von einer die Lasst-Position abfühlenden Einrichtung zum Erzielen einer vollen Servö-Wirkung einschließend' der Steuerung der Beschleunigungsperiode entsprechend, der Größe der erforderlichen Wegdistanz (bzw. Winkels)· Im Prinzip ist jedoch auch die Handsteuerung der Aufeinanderfolge von Spulenpulsen voll durchführbar.'

Als Kraftantrieb (abgesehen von dem digitalen Servo-Typ der oben beschriebenen Drehlagen-Steuerung) '· besitzt der Motor gemäß der Erfindung eine sehr \ große Leistungsfähigkeit (hohes Drehmoment) bezogen':,'/ auf seine kleine Baugröße und sein kleines Gewicht, '■-.... was in hohem Maße auf den guten Wirkungsgrad seiner ' Konstruktion mit nur einem wirkβamen Luftspalt und den kompakten Solenoiden.

909844/1279

531VO2 Bu/Em - 5 - 10. April I969

Ein Avtsführungsbeispiel der Erfindung und eine modifizierte Ausführungsform desselben sind auf der Zeichnung dargestellt; es zeigen:

Fig. 1 eine Draufsicht auf eine einzelne Rotor-Einheit gemäß der Erfindung, wobei ein Teil des Rotors zum Aufzeigen der darunterliegenden Teile aufgebrochen ist,

Fig. 2 eine Seitenansicht einer Einheit gemäß Fig. 1, teilweise im Schnitt,

Pig. 3 eine Ansicht ähnlich wie Fig. 2, jedoch von einer modifizierten Ausführungsform_f

Fig. k ein axial geführter Schnitt durch einen Motor, welcher drei Rotor-Stator-Einheiten gemäß der Erfindung umfaßt,

Fig. 5 ein Teilschnitt nach Linie 5-5 der Fig. k,

Fig. 6 ein ähnlicher Teilschnitt nach Linie 6-6 der Fig. 4,

Fig. 7 ein anderer ähnlicher Teilschnitt nach Linie 7-7 der Fig. d,

Fig. 8 ein vereinfachtes Schaltschema, welches die Stromvoreorgüng der Solenoide des Motors gemäß Fig. 4 zeigt.

Die Konstruktions-Überlegungen gemäß der Erfindung, welche als Resultat eine extrem geringe Rotorträgheit (Massenträgheit), eine hoch wirksame magnetische Struktur, einjgfache Beapulung und schließlich öia hohe»

9098-U/1279 .-..-· '· - g.".. ; '

53lVO2 Du/Επί - 6 - 10. April I969

Gr .

Verhältnis aus Leistung (bzw. Drehmoment) zu Baugröße und/oder Gewicht haben, können am besten durch Betrachtung einer einzelnen Rotor-Stator-Einheit nach den Fig. 1 und 2 der Zeichnung gewürdigt werden.

Motor/ ,.·-·.

Diese einzelne Einheit wirkt als/in jeder Rieh- .

tung (beiden Drehsinnen), abhängig von der gegenseitigen Drehstellung von Rotor und Stator beim Beginn des ersten Antriebsimpulses. Wie weiter unten klarer werden wird, können komplette Start- und Stop-Steuerungen bevorzugt durch eine Konstruktion mit mehreren Einheiten erreicht werden, aber für das erste Verständnis genügt die Beschreibung einer einzelnen Einheit. Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Einheit wurde realisiert mit einem Durchmesser von ca. 22 mm und einer axialen Länge von ca. 9 mm und mit je 30 Zähnen an Rotor und . Stator.

Diese Einheit produziert ein Überlast-Drehmoment von ca. 0,07 mkg (6 Zoll Pfund) mit einer magnetischen Erregung von 350 bis 400 Ampere-Windungen pro Zoll (ca. 135 bis 160 Ampere-Windungen pro cm), und diese Einheit würde laufen als Synchron-Motor mit Eingangs-" pulsen bis zu 25OO Hz, entweder mit geformten Impulsen, Rechteckwellen (Amplituden) oder mit Halbwelien- oder; Vollwellen-Wechselstrom (sinusförmiger Eingang). In _: . Anwendungen mit bestimmter Rotor-(Dreh-)Lage, wobei weniger als eine volle Umdrehung zwischen aufeinanderfolgenden ausgewählten Lagen durchgeführt wird, bringen drei solcher Elemente, die zusammengekoppelt sind, ein typisches angetriebenes Glied auf eine Geschwindigkeit von 18OO U/min unter Anwendung von nur drei aufeinanderfolgenden Impulsen, und halten es natürlich wieder, an unter Anwendung von drei Impulsen, die in gegenläufigem Sinn eingespeist werden. Mit30 Zähnen pro

909844/1279 ■·■■'"

5314/02 Bu/Em -"*.- " 10." April I969 Gr

Rotor-Stator-Einheit erzielte diese zusammengefaßte Einheit 90 diskrete und sehr positiv indexierte Stellungen und, wie oben gezeigt, ist die volle Geschwindigkeit (Höchstdrehzahl) innerhalb eines recht kleinen Bruchteils einer Umdrehung erreichbar.

In den Fig. 1 und 2 bezeichnet das Bezugszeichen 10 den topf- oder tassenartigen Statorkörper aus magnetisch weichem (soft, Weicheisen), permeablem Material, so wie Weicheisen und dieser Körper hat einen ring— förmigen Einsprung zwischen einem Innenring 12 und einem Außenring 14, welche im unteren Teil l6 der Einheit (Fig. 2) verbunden sind. Die Rotoreinheit l8, aus gleichem Material hergestellt, umfaßt einen äußeren Rand oder Ringkragen 20 und ein dünnes ringförmiges ■ flaches Stück 22, welches den Ringkragen mit einem inneren oder zentralen Buchsenteil 24 verbindet, der beispielsweise ein mit quadratischem Querschnitt ausgestattetes Loch 26 zum Aufnehmen einer (nicht dargestellten) Antriebsverbindung besitzt. Der genannte Buchsenteil 24 ist im Stator durch Lager 28 und 30 befestigt (drehbar gegenüber 12,l4,l6). Ein Sicherungsring 32 oder Sprengring kann vorgesehen sein, um diese Teile zusammenzuhalten, oder die Lager können diese Funktion übernehmen. ' ,

Ein einfaches Solenoid 34, welches auf einer Hülse' sitzen kann ist zwischen den Ringen 12 und Ik aufgenommen und in geeigneter Weise innerhalb des unteren Teils des ringförmigen Einsprungs gesichert. Der obere Teil desselben Eins.prun;gs (Ringnut) wird hauptsächlich durch den Ringkragen 20 ausgefüllt, dessen glatte zylindrische nach innen weisende Fläche mit einem minimalen Spiel (Abstand, Luftspalt), nämlich etwa 0.001 Zoll, das sind ca. 0,0254 mm, gegenüber der zylindrischen äußeren Fläche des inneren

- 8 909844/1279

531VO2 Bu/Em 8 - ¹⁰ · April I969

Gr

Stator-Rings 12 angeordnet ist, um eine minimale Reluktanz bei diesem nicht wirkenden Luftspalt zu erzielen. Die nach außen weisende Fläche des Ringlcragens 20 ist mit einer Mehrzahl von Zähnen 36 versehen} hier sind es 30 Zähne, die gleichmäßig verteilt sind über dem Rotorumfang, und die jeweils voneinander getrennt sind durch Lücken (Zahnlücken), welche etwa ' eine typische Tiefe von etwa 1,5 mal der Zahnkopfbreite haben. Die Zähne sind so geformt, daß in diesem typischen Fall der Abstand zwischen benachbarten Zäh-. nen ungefähr das Doppelte der Zahnkopfbreite beträgt.

Die nach innen weisende Fläche des äußeren Statorrings l4 ist bei 38 in ähnlicher Weise gezahnt, wobei die Verzahnung 38 mindestens, in d.er axialen Richtung korrespondierend zu den Rotprzähnen 36 ist. Der Stator·- körper hat mindestens einen Schlitz kO, der sich durch · seinen äußeren Ring hindurch erstreckt, und durch welchen ko die Drähte k2 der Spule wie gezeigt (Spulen-Drahtenden k2) durchtreten. Von den gestrichelt gezeigten (Fig. 2) Kraftlinien kann die "sehr dichte" ' magnetische Kupplung zwischen Rotor und Stator abgelesen werden. Der einzige wirksame Spalt der Einheit ist derjenige, welcher zwischen den Rotorzähnen und den Statorzähnen besteht. Alle anderen Spalte sind so klein, daß sie "nicht wirksam sind", d.h. nicht in Betracht gezogen werden müssen, und dieser Spalt oder Luftspalt ist tatsächlich die Gesamtheit von 30 solcher Spalte, die (vom Gesichtspunkt des magnetischen Kreises aus gesehen) parallel zueinander geschaltet sind, so ■ daß die (gesamte) Spaltfläche relativ sehr groß, und ihre effektive Spaltbreite oder ihr Ztfischen-Pol-Ab*· stand (Abstand zwischen den Polen) sehr klein ist· Der minimale Spalt auf der Innenseite des Ringkragens ist keineswegs ein wirksamer Spalt, denn er tragt nicht direkt zum Antriebe-Drehmoment bei» Darüber- .'

909844/1279

531^/02 Bu/Em - £*.- 10. April I969

Gr ·

hinaus geht der magnetische Fluß nur durch den massiven Ringkragen des Rotors, weshalb des Flachstiick 22 ganz dünn sein kann; zwecks weiterer Verringerung der.. Rotor-Massenträgheit kann es sogar durchbrochen sein.

In'der besonderen Einst e.l^ung der Rotorzähne relativ zu den Statorzähnen,- wie sie in Fig. 1 gezeigt ist, wird ein an' die Spule angelegter Impuls danach streben, den Rotor im Uhrzeigersinn anzutreiben (zu ziehen). Das Timing (die zeitliche Abstimmung) der folgenden Impulse kann zwecks Aufrechterhaltens des in dieser Richtung wirkenden Drehmoments in irgendeiner gewünschten Weise'erzielt werden, etwa durch eine geschlitzte Scheibe an oder auf der Motorwelle oder auf der Welle einer angetriebenen Vorrichtung und durch einen Satz von drei Fotozellen, deren Ausgang (Ausgangsstrom)die relativen 'Zahnstellungen anzeigen wird. Die TiminganOrdnung wird nicht als wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung ange- ; sehen. Wenn dann, während der Rotor sich bewegt, ■ '■' Spulenimpulse angelegt Werden, die zu denjenigen, welche der Beschleunigung des Rotors dienen, phasen- ^: verschoben sind, dann wird eine Verlangsamung (Verzögerung) eintreten, und danach, wenn ab einem bestimmten unteren Wert der Rotordrehzahl ein stetiger '. (gleichmäßiger) Strom an die Spule angelegt wird, wird als Ergebnis ein Verriegeln oder Indexieren der Rotorstellung erzielt, wenn die Rötorzähne und die Statorzähne gegenseitig zentriert sind. Es mag ange- ■ merkt werden, daß die Anwesenheit von Schlitz 40 im Rotorkörper dazu führt,daß jegliche Wirbelströme, welche in unerwünschter Weise die Ansprechgeschwindigkeit auf die Antriebsstromimpulse reduzieren könnten, unterbrochen werden. * - -

- 10 -

0 Ü 9 8 if 4 / 1 2 7

531^/02 Bu/Em - At^- " ιΌ. April I969

In der Abwandlung gemäß Fig. 3 ist die radiale Dicke des Ringkragens 20' derart reduziert, daß dessen Dimension gerade genügt, um die Rotorzähne 36' zu tragen, und zwar zum Zwecke weiterer Verminderung der Massenträgheit des Rotors. Wenn dies in Fig.- 2 getan würde, dann würde die sich dabei ergebende Weite des Ringeinsprungs des Stators das Einsetzen einer Spule von geeigneter Abmessung verhindern. Deswegen ist der Stator in zwei Teilen gefertigt, nämlich dem inneren Weicheisenpolstück 44 mit der Spule 34', welche direkt auf dieses Stück aufgewickelt ist (was auch die Wärmeableitung verbessert), und welches 44 durch Press-Sitz am Statorkörper befestigt ist. Dann kann der Rotor angebracht werden, der mit seiner Nabe 46 den gehärteten Stahlstift 48, der als Rotorwelle dient, umfaßt, wobei der Stahlstift 48 in Sintermetall-Lagern 5O,5²» welche in die Zentralstatorbohrung eingepreßt sind, gelagert ist. Offensichtlich können andere Materialien für Lager und Welle verwendet werden, oder die Konstruktion kann der in den Fig. 1 und 2 gezeigten ähnlich sein. Die Teile der Fig. 3i welche den schon beschriebenen Teilen entsprechen, sind mit gleichen Bezugsziffern, jedoch mit Aufstrich versehen (z.B. 22' für 22).

Es sollte angemerkt werden, daß die Anwendung eines zweiteiligen Stators, so wie eben -beschrieben, tatsächlich einen anderen Spalt (wenngleich einen mit Press-Sitzkontakt versehenen minimalen Spalt) in den magnetischen Stromkreis einführt, und daß dies das erreichbare Ausgangsdrehmoment etwas reduziert. Dies wird ausgeglichen durch die Tatsache, daß diese Konstruktionsform die Anwendung einer größeren Querschnittsfläche für die Sp_Uie erlaubt, so daß jeglicher solcher Drehniomentverlust kompensierbar ist. Für

11 -

-'U .'»/ 1 v ; 3

BAD ORIGINAL.

5314/02 Bu/Em - t*^- '* 10. April I969

maximale Drehbeschleunigung ist diese teurere Konstruktion gerechtfertigt» Um eine weitere, wenn auch geringere Verminderung des Rotorträgheitemoments (der Massenträgheit des Rotors) zu erreichen, kann die Scheibe 22. · _t welche den Ringkragen 20' trägt, durch Perforieren mit großen Löchern gerippeartig gestaltet werden, oder man kann sie in der Art eines Rades mit Speichen ausbilden·

Fig. k zeigt einen Querschnitt durch einen Motor, der drei Rotor-Stator-Einheiten gemäß Fig. 1 zum Erzielen von Richtungssteuerungen, oder anderen Steuerungen, wie schon vorher beschrieben, umfaßt, wobei die Zähne der einzelnen Einheiten gegeneinander winkelversetzt sind. Gewisse Teile, weiche den verschiedenen Einheiten gemeinsam sind, sind zur Vereinfachung in-Fig. k einteilig dargestellt. Um das stetige Wiederholen von Bezugszeichen unnötig zu machen, wurden die drei Einheiten mit A, B und C bezeichnet. Diese Einheiten sind in einem lamellierten (Wirbelstromwärme reduzierenden) Gehäuse 5** durch Festklemmen, Einpressen oder ähnliche Mittel zusammengefaßt, und das Gehäuse kann einön Schutzdeckel 56 besitzen. Die Rotoren der Einheiten B und C sind einteilig mit einer Büchse 58* welche eine mit Quadratquerschnitt versehene Welle 60 aufnimmt, die an ein angetriebenes Glied ankuppelbar ist und der Rotor der Einheit A ist bei 62 auf der Büchse 58 durch Einpressen befestigt. Eine tiefe Ringnut 63 isoliert die Rotoren B und C magnetisch voneinander und sie reduziert natürlich auch die Geeamtmassenträgheit des Rotors. -

Ähnlich bilden die Statoren der Einheiten A und B Teile eines einteiligen doppelendigen Statorkörpers 6kι in dessen Verlängerung der Statorkörper der Ein-

Bu/Em ₁₂ ϊθ. April I96?

Gr " .

heit C unbeweglich im Gehäuse ^k gehalten ist, so daß saubere Zahnstellungsphasen erreicht werden. In der besonderen gezeigten Form befinden sich die Zähne der* drei Rotoreinheiten in fluchtender Stellung, so wie : · aus einem Vergleich der Fig. 5, 6 und 7 erkennbar ist» Die Statorzähne indessen- sind um einen gewissen Winke.1 progressiv (von Einheit zu Einheit) versetzt, und ^: .zwar jeweils um eine"Zahnkopfbreite. Rotation entgegen dem Uhrzeigersinn der Rotoreinheit wird erfolgen, wenn die Spulen der Einheiten in der Folge (Reihenfolge) ACB, ACB ... mit Strom versorgt werden, wähnend Rotation im Uhrzeigersinn sich aus der Reihenfolge CAB, CAB ... ergibt, stets vorausgesetzt, daß die Rotoren und Statoren anfangs,wie in Fig. 6 gezeigt, eingestellt waren. Momentane magnetische Polaritäten sind durch die Buchstaben N und S, in wenigen Stellungen, angezeigt, so daß die Antriebsrichtung leicht sichtbar wird. ■

Zum Stillsetzen wird zuerst an die Spule derjenigen Einheit Kraft angelegt, deren Zähne momentan ' wie in Fig. 6 gezeigt, voll ausgerichtet sind, d.h. ' ·" die Rotorzahnköpfe stehen genau gegenüber Statorzahn- ' köpfen. Diese Stellung wird im Effekt signalisiert . durch die Abfühl vorr ichtung, welche an das angetrie- -■■;-bene Glied angekuppelt ist. Der Stromhaltekraftimpuls wird aufrechterhalten bis die Zähne dieser Einheit in einer Position sind, wie sie die Fig. 5 und 7 zeigen. Dann wird (Strom-)Kraft angelegt an die Spule einer , ^: anderen Einheit, welche während dieser Zeit die Stellung mit fluchtenden Zähnen erreicht hat. Diese · Kraft- bzw. Stromimpulse werden fortgesetzt bis die ' Rotoreinheit zur Ruhe gekommen ist_f zu' welcher Zeit dann ein stetiger Indexier- oder Haltestrom (von geringer Stärke) an die Spule derjenigen Einheit, bei der die Zähne sich gerade der Kopf-an-Kopf-Stellung ·

- 13 - : 90-9844/1279 .

©AD ORiGlNAL

531^/02 Bu/Em _₁₃ _ 10. April I969

am nächsten befinden, angelegt wird.

Fig. 8 zeigt ein einfaches Schaltschema für die Anlegung von Kraft oder Strom an die individuellen Spulen in bestimmter Aufeinanderfolge. Die Schalter 66,68 und 70 können eine mechanische Kommutatoranordnung, die von der Vorrichtung angetrieben wird, sein oder sie mögen eine elektronische Schaltanordnung dosjenigen Typs sein, von der der bekannte ältere Stand der Technik mehrere Beispiele zu bieten hat. Der Schalter 72 liegt in Serie mit der Stromquelle 7*t, die dient dazu, einen Serienwiderstand 7^ kurz zu schließen, so daß dann, wenn der Schalter 72 geöffnet ist, der reduzierte (geschwächte)· Haltestrom, wie oben erwähnt, an die Spule (sq wie gezeigt, für die Einheit B) angelegt wird, wo ja die Zähne in Kopf-an-Kopf-Stellung (Ausrichtung) liegen._v

Das Steuersystem kann Vorsorge treffen für das "'·.' Anlegen von aufeinanderfolgenden reduzierten Stromimpulsen (folgend den anfänglichen beschleunigenden Impulsen), um die gewünschte Drehzahl aufrechtzuerhalten, wenn sich der Rotor in seine neue Lage bewegt» Dies ist, wenn man sich auf das reine Ausläufen, des Rotors, das einer Beschleunigungsperiode folgt, verläßt, . kein Erfordernis des Systems.

Es ist auch kein Erfordernis, daß der Rotor und · der Stator gleiche Zähriezahlen haben, da einer von ihnen eine solche Zähhezrahl haben kann, welche· ein Mehrfaches oder eine Teilzahl der Zähne des anderen · ist (z.B. hat der Rotor zweimal oder dreimal soviel Zähne wie der Stator, oder umgekehrt).

Wie oben angegeben, verwenden die bevor zugten, ,; Ausfünrungsfornieh Teile des magnetischen Stromkreises

- tk -

5314/02 Du/Em :- ··*£"*-»*__■"" 10. April 19b9

oder Fußkreises aus Eisen von guter magnetischer · Permeabilität und von geringer Remanenz» dies bedeutet, daß der permanente Magnetismus nicht verwendet wird. Indessen können der Stator oder der Rotor oder ein Teil des einen oder anderen einen : gewissen Grad von magnetischer Remanenz haben, um das Indexieren zu unterstützen und das schrittweise Fortschalten zu verbessern; wobei die früher angegebenen Nachteile von magnetisch harten Materialien geduldet werden können. Es ist deshalb nicht die Absicht des Erfinders, die mögliche Anwendung solcher magnetisch "härterer" Werkstoffe auszuschließen·

Neben der Reduzierung der Reluktanz des totalen magnetischen Kreises wird die Aufteilung 'oder Segmentation des wirksamen Spaltes in eine Vielzahl von gleichpoligen Zähnen so wirken, daß die Radialkräfte .an der Armatur oder an der Rotorschale im Gleichgewicht gehalten werden, infolge der Rotationsymmetrie ·; der Kraftvektoren. Dies steht im Gegensatz zu Motoren _t welche nur zwei oder drei Sätze (Paare) von Polen an Rotor oder Stator verwenden, und bei denen immer schwere Kraft-Ungleichgewichte vorkommen» ■.:-

- 15 - Bezugezeichenlegende -

5314/02 Gr/Em " ' - 4£4- " Ϊ0. April I969

Bezugszeichenle&ende 191 8b OO

10	Statorkorper
12	Innenring
14,	l4' Außenring
16	Teil
18	Rotoreinheit
20,	20' Ringkragen
22,	22' Stück
24	Buchsenteil
26	Loch
28	Lager
30	Lager
32	Sicherungsring
34,	34' Solenoid
36«	36' Zähne
38	Zähne
40	Schlitz
42	■ Drähte
44	Weicheisenpolstück
46	Nabe
48	Stahlstift
50	Lager
52	Lager
54	Gehäuse
56	Schutzdeckel
58	Büchse
60	Welle
63	Ringnut
64	Statorkörper
66	Schalter
68	Schalter
70	Schalter
72	Schalter
74	Stromquelle

- 16 -

•Patentansprüche

9844/127

Claims (1)

1. 5314/02 Gr/Em - *6· - lü . April I969

   Λ Rotierfähiger, elektromagnetischer Stellantrieb, der einen Stator und einen Rotor umfaßt, dadurch gekennzeichnet , daß der Stator (lO) ein oder mehrere sich i-n axialer Richtung erstrekkende (etirnseitig offene) Ringnuten aufweist, so . daß der Statorkörper in deren Bereich jeweils in einen inneren Pol (12) und einen diesen mit nutenobreitem Abstand ringförmig umgebenden äußeren Pol (l4) unterteilt ist, und daß in der bzw« den Ringnuten, benachbart zu deren Boden, eine bzw.mehrere '^: mindestens teilweise umlaufende Zylinderspulen (34) vorgesehen sind, und daß der Rotor (l8 )* bzw. dessen Baueinheiten (A,B,C) jeweils ins Innere einer Ringnut eingreifende Ringkragen (20) aufweist bzw. auf- · weisen, wobei die Innenfläche des äußeren Pols (l4) und die Außenfläche des entsprechenden Ringkragens (20) jeweils mit einer Verzahnung (36 bzw· 38) versehen sind, derart, daß die Zähne der beiden Verzahnungen einander zugewandt sind.

   2. Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Rotor im wesentlichen einteilig ist. · ^: . . ■ .,

   3· Stellantrieb nach Anspruch 1', dadurch g β k β η η -ζ e i c h η e t , daß der Stator im wesentlichen einteilig ist.

   kt Stellantrieb nach Anspruch 1, dadurch g β k e η η -zeichnet, daß der Rotor aus mehreren, um eine gemeinsame Welle (60) drehbaren Baueinheiten (A_rB,C) zusamnengesetzt ist»

   9614/127

   53lVO2 Gr/Bm - 17. - Ίθ. April I969

   5# Stellantrieb nach Anspruch k, dadurch gekennzeichnet , daß die statorseitigen oder rotoraeiten Zähne der Bereiche der einzelnen Baueinheiten untereinander winkelversetzt sind·

   6. Stellantrieb nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 51 dadurch gekennzeichnet , daß die Außenfläche des inneren Pols (12) des Stators und die Innenfläche des Ringkragens (20) des Rotors, jeweils zylindrische Form aufweisen und zwischen sich einen sehr engen, praktisch nicht wirksamen Luftspalt einschließen. ' ,.

   7.. Stellantrieb nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet , daß die rotor- und statorseitigen Zähnezahlen gleich sind oder zueinander in einem ganzzahligen Verhältnis stehen· .

   8· Stellantrieb nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet _# daß der einzige wirksame Luftspalt zwischen den Verzahnungen des Rotors und des Stators gebildet ist, wobei' die Zahnlücken eine Mehrzahl von in gleichen Winkel-, abständen vorhandenen magnetisch parallel geschalte ten einzelnen Luftspalten bilden* -. ..-■',·