DE2147361A1 - Simulierter Zwölfpol-Schrittmotor mit acht echten Polen - Google Patents

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D-PL.-!NG KLAUS BEHN DiPL-PHYS. ROBERT MÜNZHUEER 7 1 Λ 7 ^ R

PATENTANWÄLTE

8 MÜNCHEN 22 Wl DENMAYERSTRASSE 6

TEL. (0811) 22 25 30-29 5192

22. September 1971 Unser Zeichen: A 27571 Pp/ib

Firma THE SUPERIOR ELECTRIC COMPANY, 383 Middle Street Bristol, Conn., USA

Simulierter Zwölfpol-Schrittmotor mit acht echten Polen

In der US-Patentschrift Nr. Re 25445 des Anmelders dieser Erfindung wird ein Schrittmotor beschrieben mit einem Rotor mit fünzig Zähnen und einem Stator mit acht echten Polen, wobei die Pole ebenso mit Zähnen ausgebildet sind, jedoch mit einer Zahnteilung von 48. Jeder der Pole besitzt eine Wicklung, wobei die Wicklungen von 4 verschiedenen Polen zur Bildung einer Phase untereinander verbunden sind und die Wicklungen der verbleibenden vier, dazwischen liegenden Pole ebenso untereinander zur Bildung einer zweiten Phase verbundden sind. Durch Erregung der Phasen gemäß einer Vier-Schritt-Folge rückt der Rotor um ein Viertel einer einzigen Rotorzahn-Teilung bei jedem Schritt der Folge vor, was in diesem Fall 1,0° entspricht.

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Bankhaus Merck. Flnck * Co. München. Nr 264β4 I Bankhaus H. Aufhäussr, Mur.::. . . W- 261 3OO Postscheck: München 20904

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Die Erfordernisse, die der Größe einer Bewegung bei jedem Schritt zugrunde liegen, bringen es mit sich, daß die acht wirklichen Pole derart verbunden werden müssen, daß ein Drehfeld mit vier Magnet-Polen entsteht, wobei die Erregung der Pole für einen Schritt der Vier-Schrittfolge eine elektrische Drehung des Feldes um 90 bewirkt. Die vier Schritte in der Folge erzeugen einen vollen Umlauf des Magnetfeldes des Stators und lassen die Pole im ersten Schritt der nächsten Folge das gleiche Magnetfeld besitzen, wie beim ersten Schritt der vorausgegangenen Folge. Demgemäß benötigt der Rotor fünfzig (Zähne) mal vier (Schritte pro Folge), oder zweihundert Schritte von 1,8°, um eine Umdrehung zu vollführen.

Unter Anwendung dieser Prinzipien, vier echte Stator-Pole für die Bildung zweier Magnet-Pole zu verbinden und für jedes Magnetpol-Paar eine Zahndifferenz von einem Zahn .zu benötigen, ist es für die Schaffung eines Motors mit einer Differenz von drei Zähnen zwischen Stator- und Rotor-Teilung notwendig, einen Motor mit söchs Magnet-Polen vorzusehen, womit demgemäß zwölf echte Pole benötigt würden. Die Differenz von drei Zähnen ermöglicht die Verwendung eines Rotors mit einer Unterschiedlichen Anzahl von Zähnen und sieht so *. mit eine unterschiedliche Große der Bewegung bei jedem Schritt vor. Andererseits ist es ebenso möglich, eine unterschiedliche Bewegungsgröße vorzusehen, während eine Differenz von zwei Zähnen durch Veränderung der Zahnteilung am Stator ein-

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gehalten wird.

Wenn man einen Schrittmotor mit 2° pro Schritt bei einer Vierschritt-Erregungsfolge wünscht, würde in einer speziellen Ausführungsform eine solche Bewegung einen Rotor mit fünfundvierzig Zähnen benötigen. Wird ein Stator mit acht echten Polen verwendet, dann sollte dieser entweder dreiundvierzig oder siebenundvierzig Zähne haben, während, wenn ein Stator mit zwölf echten Pden verwendet wird, dieser achtungdvierzig Zähne haben, kann. Im ersteren Fall ergeben die Anzahlen der Statorzähne bei Verwendung von acht Polen eine etwas ungünstige Konfiguration der Stator-Zähne, da keine der Zahlen leicht durch acht teilbar ist, während im letzteren Fall der Pol, obwohl auf leichte Weise vier Zähne pro Pol anwendbar sind, in Umfangsrichtung etwas klein wird, wobei ein größerer Teil des Stators demgemäß ohne Zähne ist. So müßte in beiden Fällen unter Verwendung der vorliegend bekannten Prinzipien ein Stator geschaffen werden, der in seiner Bauweise wesentliche Unterschiede zu den zur Zeit üblich verwendeten Statoren aufweist, um die gewünschte Grad-Zahl einer Bewegung bei jedem Schritt zu erhalten.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Schrittmotor zu schaffen, welcher einen Stator von üblicher Ausfüh-

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rungsform verwendet, der jedoch eine Veränderung in der Art und Weise der Erregung seiner Pole und in der Anzahl der Rotor-Zähne aufweist, womit eine unterschiedliche Anzahl von Schritten pro Umdrehung erreicht werden kann, und welcher ebenso mittels einer bereits bestehenden Schaltung zum Antrieb eines Schrittmotors in einer Vierschrittfolge betrieben werden kann.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schrittmotor mit Polen und Wicklungen vorzusehen, wobei die Wicklungen derartig untereinander verbunden sind, daß ein Motor mit einer verschiedenartigen Anzahl von Polen simuliert wird.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, die oben genannten Aufgaben mit einem Schrittmotor zu lösen, wobei der Rotor mit oder ohne Permanent-Magnet gebildet werden kann und wobei all seine Pole gleichzeitig magnetisiert oder nicht magnetisiert werden können.

Zur Durchführung der Erfindung ist ein Schrittmotor vorgesehen, welcher für eine hier beschriebene Ausführungsform eine im wesentlichen zu den oben erwähnten Reissue-Patent ähnliche Bauweise aufweist. So besitzt der Motor einen durch acht echte Pole gebildeten Stator, wobei die nach

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innen weisenden Umfangflächen der Pole mit Zähnen ausgeformt sind. Außerdem hat jeder Pol eine Wicklung, die, wenn sie erregt wird, dem Pol eine bestimmte magnetische Polarität verleiht. Ein Rotor wird von den Stator-Polen umgeben und trägt zwischen zwei von einander getrennten Endabdeckungen einen Permanentmagneten, wobei die zylindrische Umfangfläche der Endabdeckungen ebenfalls Zähne aufweist. In einer anderen Ausführungsform des Schrittmotors wird bei gleicher Bauweise des Stators am Rotor kein Permanentmagnet verwendet, sonde-n am Rotor sitzt ein langgestreckter zylindrischer Außenring, welcher mit Zähnen ausgeformt ist, die sich der Länge nach am äußeren Umfang erstrecken. In beiden Ausführungsformen der Erfindung ist die Zahnteilung des Rotors derart gewählt, daß eine gewünschte Bewegung für jeden Schritt bei einer Vierschrittfolge erreicht wird, während der Stator eine Zahnteilung besitzt, welche eine Differenz von drei Zähnen zwischen Rotor- und Stator aufweist.

Im Zusammenhang mit der Ausführungsform der Erfindung mit einem Permanent-Magnet werden die acht Wicklungen der Pole zu vier Polen in einer Zweiphasen-Konfiguration verbunden, während die Ausführungsform derjveränderlichen Reluktanz (kein Permanentmagnet auf dem Rotor) vier Phasen besitzt, wobei zwei Pol-Wicklungen eine Phase bilden. In beiden Ausführungsformen sind die Verbindungen der Wicklungen der Statorpole derart,daß für jeden Schritt zumindest vier Pole, das heißt deren Wicklungen, erregt werden, wobei zwei der Pole nebeneinander und die

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anderen zwei magnetisierten Pole getrennt voneinander liegen. Wie hier erwähnt, ist ein Pol zur Anziehung bestimmt, wenn seine Polarität derart ist, daß sie den dem Pol benachbarten Teil des Rotors anzieht, und er ist für eine Anziehung nicht bestimmt, wenn seine Windungen den Pol nicht magnetisieren oder wenn die induzierte magnetische Polarität die gleiche wie die des dem Pol gegenüberliegenden Rotor-Teiles ist, wobei eine Abstoßung statt Anziehung erfolgt.

In allen Ausführungsformen des Motors wird das Statorfeld durch vier erregte Pole des Stators erzeugt und ist unsymmetrisch, weil drei Anziehungs-Bereiche entstehen, wobei ein Bereich aus zwei nebeneinanderliegenden Polen, wogegen jeder der beiden anderen Bereiche aus einem einzelnen Pol besteht. Während die Bereiche nicht gleichmäßig um den Rotor verteilt liegen, ist die Summe der durch die Anziehungs«ifereiche hervorgerufenen Kräfte im wesentlichen ausgeglichen^ um eine stabile Lage zu bewirken. Jeder Schritt hat trotz der unterschiedlichen Pole die gleiche Unsymmetrie der Anziehungsbereiche, womit die Größe der Bewegung für jeden Schritt ebenso gleich ist.

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Auf der Zeichnung sind Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer Ausführungsform eines Motors nach vorliegender Erfindung;

Fig. 2 eine schematische Ansicht des Stators mit seinen Polen und des Rotors;

Fig. J) ein Diagramm der Wicklungs-Verbindungen der in Fig. 1 gezeigten AusfUhrungsform des Motors;

Fig. 4 eine schematische Darstellung der magnetischen Polaritäten und der sich ergebenden Vektoren des Magnetfeldes, das durch die Erregung der Wicklungen nach einer Vierschritt-Folge hervorgerufen wird;

Fig. 5 eine Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer anderen Ausführungsform eines Motors, gewöhnlich vergleichbar mit einem Typ mit veränderlicher Reluktanz, wobei vorliegende Erfindung angewendet werden kann;

Fig. 6 ein elektrisches Diagramm der Wicklungs-Verbindungen des in Fig. 5 gezeigten Motors;

Fig. 7 eine schematische Darstellung der magnetischen Pdkritäten der Stator-Pole und der sich ergebenden Vektore des Magnetfeldes bei Erregung der in Fig. 6 gezeig-

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ten Wicklungen nach einer Vierschritt-Folge;

Pig. 8 ein Diagramm einer anderen Ausführungsform der Wicklungs-Verbindungen des in Fig· 5 gezeigten Motors; und

Fig. 9 ähnlich zu Fig. 7 eine schematische Darstellung der magnetischen Polaritäten der Pole und der sich ergebenden Vektoren des Magnetfeldes·, das durch die Erregung der in Pig. 8 gezeigten Wicklungen nach einer Vierschritt-Polge hervorgerufen wird.

Der Motor nach der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist im ganzen mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet und weist einen Stator 11, einen Rotor 12 und ein Gehäuse 13 auf. Wie gezeigt ist, besteht der Stator 11 aus einer Schichtung von gleichgeformten Lamellen 14, welche derart geformt sind, daß sie acht gleichgeformte und in gleichen Abständen zueinander angeordnete , nach innen gerichtete Pole 15-1 bis 15-8 bilden. Jeder der Pole besitzt eine zu ihm zugehörige Wicklung 16-1 bis 16-8. Demgemäß kann durch eine Erregung der Wicklung eines Poles bewirkt werden, daß der Pol eine gewählte magnetische Polarität annimmt. Außerdem ist die innere Oberfläche jedes Poles mit Stator-Zähnen 17 ausgebildet, welche den gleichen Abstand zueinander und in dieser speziellen

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Ausführungsform eine Zahnteilung von 48 haben.

Der Rotor 12 besitzt eine Welle 18, welche durch zwei Lager 19 in dem Gehäuse 13 gelagert ist, wobei auf dieser Welle ein Permanentmagent 20 fest angebracht ist. Der Magnet hat eine Axialmagnetisierung und bewirkt folglich, daß eine seiner Endabdeckungen 21 die eine magnetische Polarität, während die andere Endabdeckung 22 die andere magnetische Polarität besitzt.

Jede der beiden Endabdeckungen hat auf ihrem äußeren Umfang Zähne 23, welche in gleichem Abstand zueinander angeordnet sind und welche in dieser besonderen Ausführungsform eine Zahnteilung von 45 haben. Ein solcher Motor, wie er bis hierher beschrieben ist, ist Gegenstand der US-Patentschrift Nr. Re 25 445, mit der Ausnahme, daß die Zahnteilung der Rotorzähne verscheiden ist.

Wie in Pig. 3 gezeigt ist, ist jede der Wicklungen 16 zweiadrig, so daß jede von ihnen zwei getrennte Teilwicklun_r gen 16-1a und 16-Ib besitzt, wie dies für die Wicklung 16-1 in Fig. 3 gezeigt istj ist der Teil 16-Ia erregt, erhält der Pol 15-1 eine Magnetisierung als N-PoI, während, wenn der

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andere Teil Ιβ-lb erregt wird, der Pol 15-1 eine Magnetisierung als S-PoI erhält. In Pig. 3 ist deutlich gezeigt, daß jeder Teil, der eine magnetische N-Polarität in dem zu ihm gehörigen Pol induziert, durch Schleifen dieses Wicklungsteiles zeichnerisch dargestellt wird, die wie es der Teil l6-la zeigt nach unten weisen, während diejenigen Teile, die bei Erregung einen S-PoI induzieren, ihre Schleifen nach oben gerichtet haben, wie dies der Teil Ιβ-lb zeigt.

Die Wicklungen liegen in vier einzelnen Phasen 24a, 24a', 24b und 24b', wobei in jeder Phase Teilwicklungen von vier Polen liegen, so daß, wenn eine Phase erregt wird, vier Pole magnetisiert werden. Wird die Phase 24a erregt, so entstehen an den Polen l6-2 und l6-7 N-PoIe und an den Polen 16-3 und 16-6 S-PoIe. Bei Erregung der anderen Phasen rufen die Wicklungen dieser Phasen durch Induktion eine, magnetische Polarität in ihren dazugehörigen Polen hervor, wobei diese von dem Windungsgang der Wicklungen abhängt, wie scheihatisch in Fig. 3 gezeigt ist.

Zur Steuerung der Erregung der Wicklungen ist eine Gleichstrom-Quelle vorgesehen, beispielsweise eine Batterie 25j zu welcher die Phasen parallel geschaltet sind, und eine

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wahlweise Erregung der Phasen wird durch Schalter erreicht, die Jeweils vor jede Phase geschaltet sind.

Die Erregung der hier beschriebenen Ausführungsform des Motors ist eine Vierschritt-Folge, wie sie in anderen ähnlichen Motoren verwendet wird, und sie besteht aus einer Erregung zweier Phasen zur gleichen Zeit in der Folge 24a und 24b; 24a und 24b'; 24a¹ und 24b'; 24a¹ und 24bj 24a und 24b etc. für eine Drehrichtung des Rotors; ist die Folge umgekehrt, dann dreht sich auch der Rotor in entgegengesetzter Richtung.

In Fig. 4 sind die Polaritäten der Pole für jeden Schritt der oben genannten Folge dargestellt. Fig. 4a zeigt die Erregung der Phasen 24a und 24b, wodurch die Pole 15-1* 15-2, 15-4.und 15-7 N-PoIe werden,während die anderen vier Pole S-PoIe werden. Die Pole 15-1 und 15-2 haben gleiche Polarität und ihr zusammenwirkender Magnet-Effekt ist vektoriell durch den Pfeil 26 gezeigt, während die magnetische Wirkung des Poles 15-1 durch den Pfeil 27 und die des Poles 15-7 durch den Pfeil 28 dargestellt ist. Zur Erklärung wird darauf hingewiesen, daß man sich hier bei der Beschreibung der Figur 4 auf die Endabdeckung 22 bezieht, welche

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durch den Magnet 20 zu einem S-PoI polarisiert ist, und daß daher ihre Zähne von den oben erwähnten End-Polen angezogen werden. Für die Endabdeckung 21, welche eine N-Polarität besitzt, würde die gleiche Anziehungskraft bestehen, jedoch nur für die S-PoIe 15-3/15-5, 15-6 und 15-8.

Der Rotor nimmt eine Lage des geringsten magnetischen Widerstandes ein und im wesentlichen hat .ieweils ein Zahn des Rotors das Bestreben, sich entlang der Teile 2.6, 27 und 28 mit dem Stator auszurichten. Da die Pfeile 26 und 2δ jedoch einen Winkel von 112,5° bilden', was ebenso für die Pfeile 26 und 27 zutrifft, ist es dementsprechend für die Zähne unmöglich, sich zwischen Stator und Rotor entlang der Pfeile 27 und 28 auszurichten, da die Versetzung 7*5° ist. Ein Rotor-Zahn wird grundsätzlich das Bestreben haben, sich entlang des Pfeiles 26 auszurichten, jedoch kann eine wirkliche Ausrichtung nicht stattfinden, da zwischen den benachbarten Polen 15-1 und 15-2 keine Zähne vorhanden sind. Es ist ausserdem zu verstehen, daß die Wicklungen die Pole derart magnetisieren, daß drei Bereiche entstehen, wie dies durch die Pfeile gezeigt ist, in welchen der Stator die benachbarten Rotor-Zähne anzieht. Diese Bereiche sind in gewissem Maße unsymmetrisch, da sie eben nicht die gleichen Abstände voneinander haben und da ebenso die beiden benachbarten Pole,

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die den Teil 26 bilden, ein stärkeres Magnetfeld erzeugen, als die Pole mit den Teilen 27 und 28. Entlang der Mittellinie, welche mit dem Pfeil 26 ausgerichtet ist, sind die Vektor-Kräfte im wesentlichen für das Dreh-Gleichgewicht ausbalanciert und rufen daher eine stabiüe Lage des Rotors hervor.

Um den nächsten Schritt in der Folge zu bewirken, werden die Pole entsprechend der Fig. 4b durch die Erregung der Phasen 24a und 24b' magnetisiert. Die Pole 15-3 und 15-4 bilden nun den Doppel-Pol und dieser ist mechanisch um 90 aus seiner vorhergehenden Position vorgerückt. Das Vektor-Magnetfeld jedoch hat sich in Wirklichkeit um 30° gegen den Uhrzeigersinn gedreht, da sich der Pfeil 26 um 22,5°> der Pfeil 27 um 22,5° und der Pfeil 28 um 45° gedreht haben, was eine Summe von 90° ergibt, da jedoch das Vektorfeld drei Vektoren besitzt, ist die wirkliche Effektiv-Bewegung des gesamten Feldes eine j50°-Bewegung gegen den Uhrzeigersinn.

Der nächste Schritt in der Folge verlangt die Erregung der Phasen 24a¹ und 24b^f, um die in Fig. 4c gezeigte magnetische Polarität der Pole zu erzeugen. Die Vektoren 26, 27 und 28 sind darin ebenfalls gezeigt und es ist daraus

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ersichtlich, daß, obwohl der Bezugs-Doppelpol zu den Polen 15-5 und 15-6 vorgerückt ist, das Vektor-Magnetfeld wiedernur eine wirkliche Drehung um 30° gegen den Uhrzeiger durchgeführt hat. Fig. 4d zeigt in gleicher Weise die magnetischen Polaritäten der Pole beim vierten Schritt der Folge, wobei die Phasen 24a' und 24b erregt sind und der Doppelpol nunmehr bei den Iblen 15-7 und 15-8 liegt, was wiederum eine Bewegung des Vektor-Magnetfeldes um 30° gegen den Uhrzeigersinn bedeutet. Der nächste Schritt ist die Wiederkehr der in Fig. 4a gezeigten Polaritäten, welche ebenfalls wieder den gleichen Wechsel des Doppelpoles um 90 , eine Drehung des Vektorfeldes jedoch nur um 30° gegen den Uhrzeigersinn hervorrufen.

So wird in jeder der vier Positionen der Folge der Rotor in eine stabile Position kommen und diese stabile Position wechselt um 30 elektrische Grade für jeden Schritt. Die 30 Grad betreffen jedoch die effektive Bewegung, welche ein Zahn haben würde, wobei es zu verstehen ist, daß sich das elektrische Feld für die spezielle, hier beschriebene Ausführungsform, in der der Stator und der Rotor eine Teilungsdifferenz von drei Zähnen haben, um 120° drehen muß, um eine volle Zahnteilung zu bewegen. Somit erzeugt der Rotor

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in einer Vierschritt-Folge vier getrennte Bewegungen von gleicher Länge, wobei diese vier Bewegungen einen Drehschritt erzeugen, der den Reziprokwert der Rotorteilung darstellt.

Die Richtung der Drehung wird dadurch bestimmt, ob der Rotor mehr oder weniger Zähne als der Stator besitzt. In der vorliegenden Ausführungsform, in welcher der Rotor eine Za¹- ' Λ1 :_i^ ".-„ ~'Z "-"-iid der Stator eine von 48 besitzen, drei-L eich der Rotor in die entgegengesetzte Richtung, als sich das Magnetfeld dreht, und dreht sich daher im Uhrzeigersinn. Wenn, andererseits der Rotor eine Teilung von 51 hätte (also mehr als der Stator), dann dreht sich der Rotor in gleicher Ri e.ituru; wie das Magnetfeld, also gegen den Uhrzeigersinn.

Zu Fig. k muß bemerkt werden, daß jeder der Pfeile einen getrennten Bereich von magnetischer Anziehungskraft auf den Teil des Rotors anzeigt, der dazu gegenüberliegt und eine S-Polarität besitzt. Da in der normalen Bauweise des Motors die andere Endabdeckung 21 um eine halbe Zahnteilung zur Endabdeckung 22 versetzt ist, und eine N-Polarität besitzt, hat sie dementsprechend drei getrennte Anziehungsbereiche auf die vier S-PoIe, wie dies in dieser Figur gezeigt ist.

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Es ist ebenfalls einzusehen, daß es möglich ist, während die Endabdeekungen versetzt und die Stator-Pole ausgerichtet sind, die Endabdeekungen ausgerichtet zu halten und die Teile des Stators, die den beiden Endkappen gegenüberliegen, um eine halbe Zahnteilung versetzt aufzuteilen, wenn dies gewünscht wird.

Vorliegende Erfindung ist ebenso bei einem Motor mit veränderbarer Reluktanz verwendbar, bei welchen der Rotor keinen Permanentmagneten hat, und dessen Ausrichtung nach dem geringsten magnetischen Widerstand von der Erregung der Pole nach unterschiedlicher Magnetisierung abhängt. In Figo ist der Motor allgemein mit 30 bezeichnet und besitzt einen- Stator 31 und einen Rotor 32. Der Stator ist im wesentlichen der gleiche, wie der Stator in der vorausgegangenen Ausführungsform, und besitzt daher acht Pole, wobei jeder von diesen Wicklungen aufweist; zu einer leichteren Anschaulichkeit haben die Pole und Wicklungen die gleichen Bezugszeichen, wie in der vorausgegangenen Ausführungsform. Der einzige Unterschied ist, daß in dieser Ausführungsform jede Wicklung nur aus einem Teil besteht, da jeder Pol auch nur eine magnetische Pdarität haben soll. Der Rotor besteht aus einer Welle 33, auf welcher ein Glied 3^ mit einer Nabe 35 und mit einem zylindrischen

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Außenring 36 befestigt ist, wobei der Außenring 36 aus einem magnetischen Material gebildet ist. Auf dem Außenring yS befindet sich ebenfalls eine gleichmäßige Zahnteilung 37* welche in dieser Ausführungsform eins Teilung von 45 oder 51 haben kann, während der Stator eine Zahnteilung von 48 besitzt, wie in der vorhergegangenen Ausführungsform. Grundlegende Elemente dieses Motors sind in der Anmeldung USA Nr. 737, 191 beschrieben.

In Figur 6 ist eine Möglichkeit der Verbindungen der Wicklungen I6-I bis 16-8 gezeigt. So können die Windungen 16-1 und 16-4 zu einer ersten Phase 37a verbunden werden; die Wicklungen 16-2 und 16-7 sind in Serie verbunden und bilden die Phase 37b; die Wicklungen l6-5 und 16-8 bilden die Phase 37c, während die verbleibenden Wicklungen I6-6 und I6-3 in ihrer Verbindung die Phase 37cL ergeben. Wie die zeichnerische Ausführungsform der Wicklungsrichtungen zeigt, induzieren die Wicklungen I6-I, 16-7* l6-5 und 16-3 bei Erregung in ihren Polen N-PoIe, während die übrigen Wicklungen bei Erregung S-PoIe induzieren.

Im Betrieb wird der Motor 30 ebenfalls in einer Vierschrittfolge erregt, wobei die Phasen 37a und 37b, 37b und 37c* 37c und 37d und 37d und 37a für ein Vorrücken des Rotors

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um eine Zahnteilung erregt werden. Bei jedem Schritt werden zugleich nur vier Wicklungen erregt, im Vergleich zu den acht Wicklungen in der vorhergehenden Ausführungsform.

Es wird bemerkt, daß jede Phase über Schalter mit einer Batterie 38 verbindbar dargestellt ist, um schematisch ein Verfahren der Erregung, der Wicklungen in der gewünschten Folge aufzuzeigen. Es ist jedoch klar, daß die in der vorhergehenden Ausführungsform verwendeten automatischen Schaltkreise bedeutend wirkungsvoller sind.

Wie in Figur 7a gezeigt ist, werden die Pole 15-I, 15-2, 15>s4 und 15-7 für den ersten Schritt der Folge durch die Erregung der Phasen 37a und 37d magnetisiert. Wie vorhin, bilden die vier magnetisierten Pole drei getrennte Bereiche einer magnetischen Anziehungskraft auf den Rotor und diese werden durch die Pfeile 38, 39 und 40 gekennzeichnet. Der Pfeil 58 ist der resultierende Pfeil aus den beiden nebeneinanderliegenden Polen 15-1 und 15-2 und er stellt daher den einen Bereich dar, zu welchem der Rotor eine größere magnetische Anziehungskraft erfährt, als auf die beiden anderen Bereiche, dargestellt durch die Pfeile 39 und 40. Außerdem betragen die Winkel zwischen den Pfeilen 38 und 39* bzw. 38 und 40 jeweils 112,5°, während der Winkel zwischen den Pfeilen 39 und 40 wiederum 135° beträgt. Die Figuren 7b, 7c und 7d zeigen die Erregung der Phasen gemäß der weiteren Folge

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ο der vier Schritte, wobei diese Erregung eine 90 -Drehung der beiden nebeneinanderliegenden Pole entgegen dem Uhrzeigersinn hervorruft, während das Vektor-Magnetfeld um 50° pro Schritt im Uhrzeigersinn vorrückt.

Der Rotor nimmt aus jeder Lage eine Lage des geringsten magnetischen Widerstandes bei jedem Schritt ein, Da die Kräfte entlang einer diametrischen Linie durch den Pfeil auf die beiden benachbarten magnetischen Pole ausgeglichen sind, ist das Dreh-Gleichgewicht hergestellt und eine stabile Lage gegeben. Ebenso hat jeder Schritt die gleiche Bewegungsgröße zur Folge.

In der in Figur 8 und 9 gezeigten Ausführungsform Find die Wicklungen derart geschaltet, daß die beiden nebeneinanderliegenden erregten Pole vielmehr die gleiche Polarität, als die entgegengesetzte Polarität besitzen, wie dies in der vorhergehenden Ausführungsform der Fall war. Wie in Figur 8 gezeigt ist, sind die Wicklungen I6-I, 16-2, 16_T;3 und 16-6 derart gewickelt, daß sie in ihren Polen bei Erregung einen N-PoI erzeugen, während die anderen Wicklungen in ihren Polen S-PoIe induzieren. Die Phasen werden durch die gleichen Wicklungen gebildet, nämlich 16_T1 und 16-4 ergibt Phase 59a, 16-2 und I6-7 Phase 39b, I6-5 und I6-8 Phase 39e und die Wicklungen I6-6 und 16-J5 die Phase J9d. Je-

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de der Phasen ist über einen Schalter mit einer Gleichstromquelle 40 verbi-ndbar dargestellt. Die Wicklungs-Phasen werden in der gleichen Vierschrittfolge wie in der vorausgegangenen Ausführungsform erregt, nämlich 39a und 39b, 39b und 39c, 39c und 39d, und 39d und 39a, und 39a und 39b, Gto.

Figur 9 zeigt, wie für den ersten Schritt die Phasen 39a und 39b erregt werden und die Pole I5-I und 15-ί- N-PoJe, während die Pole 15-4 und 15-7 S-PoIe werden. Beim nächsten Schritt, wenn die Phasen 39b und 39o erregt werden, werden die Pole 15-7 und I5-8 S-PoIe, während die Pole 15-2 und 15-5 zu N-PoIen magnetisiert werden, wie dies Figur 9b zeigt. Die Figuren 9c und 9d zeigen die Magneti-sation der verbleibenden zwei Schritte in der Folge, daß die Phasen 39c und 39d, sodann 39d und 39a erregt werden. Die Anziehungsbereiche für den Rotor werden durch die Pfeile 41, 42 und 43 gezeigt und sie entsprechen identisch den einzelnen, in Figur 7 gezeigten Schritten.

Wie in den vorhergehenden Ausführungsformen ist in dieser Ausführungsform die magnetische Anziehungskraft für den gezahnten Rotor in drei getrennten Bleichen, wobei diese Sereiche unsymmetrisch liegen und wobei einer der Bereiche zwei nebeneinanderliegende Magnetpole beinhaltet. Ausserdem wandern die beiden magnetischen, nebeneinanderliegen-

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df Γ 1'Ί,· if»! j·-dem .Sehr Π. ^ - -??· ΐ ι- i uih gu:,:.-hnn um jO'^wiih- !■«-.itd din Vi:i;tor-MagnotfeLd Ueh urn ,50 pro Schritt bewegt, ί).·ι- i- it.or in dieser Aiuiführung, s/omi er 44 Zähne besitzt, ',;i:, ;;!tii; -r LiJt, aiii die . ahncni. Lung den iilalovii, dreht ,ι- . d-jiii^eiiiaii _fjegen den ^rü t·/" ^;^-.;r ; inn, während das Vek^v' f II ι. rit-tr"«-jl.il si(jh im Uiu .', :ί..·;<ίϊ'.,ΐηη dreht.

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in den oben beiichri ebenen Au^c>f ührungsfoi'iiien Rotor und iJtator jewelLs unterüuhLedliche Zahnteilungen aufweisen, i.ji uü auch einzusehen, daü vorliegende Erfindung ubeiiüci bei .JchrLfctmotoren von ähnlicher Bauweise verwendet ,mrds;n kann, in welchen dLe Zahnteilung von Stator und Rotor di.e gLelchü Lßt, in welchen jedoch die Stator-Pole im ·'■·· ,»:iK.:-U ζ .,it einer gLeLchmäULfien Aufteilung um den Bruch-LuLJ .iii-i uhriteiiurit¹; voneinander verriinlcf uind. Während

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ein Motor mit acht; Polen g^-eigt v/orthm ist, kann die Erfindung ebenso auf einen Motor mit einem Vielfachen von acht Po ion angewendet werden, bt;iüpielaweu;<i auf einen Sechzehnpoi-Motor mit einer Dlfferön^ von sochs Zähnen üv/bjohen Stator- und Rotor-Tui. lung, Ln beiden !''allen eiiü stehen für jeweils acht Pole dr.;i, Bereiche einer mdgrititi ;r:hrjn Anziehungskraft auf den Ro ι or»

Damit ist ein Johrittmotor beschrieben mit einem Stator und einem Rotor*, wobui L.owohi Stator wiö auch Rotor mit ■Zähnon ausgeformt sind* Der ütator bildet acht wirkliche Polt;, weiche untereiiander In einer Art und V/ei.se verbunden üind, no daß drei unsymmetrisch getrennte Bereiche einer magnetischen Anziehung zwischen Stator und Rotor entstehen. Ein Rotor nimmt bei jeder Erregung eine Lage des minimalen magnetischen Widerstandes ein und, wie das unsymmetrische B'eld bei jedem Erregungs-Wechsel der Wicklungen sich um 30 dreht, bewegt sich der Rotor um ein Viertel von einer Zahnteilung bei jedem Wechsel, womit bei einer Vierschrittfolge die gewünschte Bewegung des Rotors um eine Zahnteilung erfolgt. Obwohl das Magnetfeld unsymmetrisch ist, besitzt es dennoch ein Dreh-üleiehgewicht und es ist für jeden der Schritte dieser Folge identisch,,so daß der Rotor sich in Schritten bewegt, welche jeweils eine gleiche Bewegung darstellen.

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Claims (1)

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   PATENTANSPRÜCHE

   1. j Schrittmotor, gekennzeiclinet durch einen aus zumin- <>—*

   dest acht echten, einzelnen Polen (15-1 bis 15-8) gebildeten Stator (11;31)j wobei die die ringförmige Innenfläche bildenden Teile der Po] e (15) mit Zälinen (17) ausgeformt sind und auf jedem Pol zumindest eine Wicklung (16-Ia, 16-Ib, 16-2 bis 16-8); (16-1 bis 16-8) zur Magnetisierung nach deren Erregung angebracht ist, durch einen innerhalb des Stators (11,31) angeordneten Rotor (12,32) mit an seiner Mantelfläche befindlichen Zähnen (23,57), welche gegenüber den Zähnen (17) des Stators (11,31) liegen, und durch Elemente (25, 24a, 24a¹, 24b, 24b^!; 38, 37a-d; 40, 39a-d) zur Erregung der Wicklungen (16) der Pole (I5) für ein unsymmetrisches Magnetfeld mit drei getrennten, magnetischen Bereichen(26,27,28; 38,39,40; 41,42,43), in welche die angrenzenden Rotorzähne (23; 37) magnetisch angezogen werden.

   2. Schrittmotor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß einer der getrennten Bereiche mit magnetischer Anziehungskraft zur Anziehung der Rotorzähne (23J 37) zwei benachbarte Pole umfaßt, welche beide magnetisiert sind, und daß die beiden anderen Bereiche jeweils nur einen Einzeln-all· -

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   Pol umfassen, wobei zumindest ein nichtanziehender Pol zwischen dem einen Bereich und jedem der anderen Bereich vorhanden ist.

   J. Schrittmotor nach Anspruch- 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente zur Erregung einen Wechsel der drei getrennten Anziehungsbereiche von einer ersten Bedingung in eine zweite Bedingung mit drei getrennten Anziehungsbereichen herstel·? len und daß der eine Bereich mit den beiden nebeneinanderliegenden Polen von der Lage unter der ersten Bedingung in eine elektrisch um 90 versetzte Lage unter der zweiten Bedingung gelangt.

   4. Schrittmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die drei getrennten magnetischen Bereiche ein Vektor-Magnetfeld bilden und daß die Elemente zur Erregung Schaltmittel zum Erregungs-Wechsel der Wicklungen aufweisen, womit beim Wechsel der Bereiche in eine andere Lage sich das Vektor-Magnetfeld um 30° aus seiner vorausgegangenen Lage dreht.

   5. Schrittmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Veränderungswinkel von zwei der getrennten Bereiche beim Wechsel von einer zur anderen Lage gleich ist und daß dieser Winkel bei dem verbleibenden dritten getrennten Bereich doppelt so groß ist.

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   6. Schrittmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (12) einen Permanent-Magnet (20) und ein Paar von Endabdeckungen (21,22). besitzt, auf deren zylindrischen Umfang Zähne (2J) ausgebildet sind, und daß der Anziehungsbereich für eine Endabdeckung den Stator-Polen eine Magnetisierung der einen Polarität, der Anziehungsbereich für die andere Endabdeckung den Stator-Polen eine Magnetisierung der entgegengesetzten Polarität gibt.

   7. Schrittmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (32) im wesentlichen aus einem Zylinderteil (3^) aus paramagnetischem Material mit auf seinen Außenring (36) ausgeformten Rotor-Zähnen (37) besteht und daß die Elemente zur Bildung der Anziehungsbereiche jeweils vier Pole magnetisieren, wobei jeweils zwei Pole die gleiche Polarität besitzen.

   8. Schrittmotor nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß einer der Anzeihungsbereiche. durch zwei nebeneinanderliegende, magnetisierte Pole gebildet wird und daß die Pole mit der gleichen Polarität magnetisiert sind.

   9. Schrittmotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß einer der getrennten Bereiche durch zwei nebeneinanderliegende, magnetisierte Pole gebildet wird und daß die Po-

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   le mit entgegengesetzter Polarität magnetisiert sind.

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