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Schrittmotor mit-einem mehrpoligen, abwechsßlnd polarisierten permanentmagnetischen
Rotor Der Gegenstand der Erfindung beinhaltet einen Schrittmotor mit einem mehrpoligen,
abwechselnd polarisierten permanentmagnetischen Rotor, dessen Polen die sich axial
versetzt gagenüberstehenden Polfinger eines zweiteilig ausgebildeten, gleichzeitig
als Wicklungsträger einer Ringwicklung dienenden Statorkerns gegenüberstehen (Zusatz
zum deutschen Patent 1 538 705).
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Schrittmotoren,wie vorbenannt, sind zum allgemeinen Stand der Technik
in den verschiedensten Ausführungsarten bekanntgeworden.
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Zur Auflosung eines unipolaren Impulses in zuei Teilschritts, die
zum Betrieb eines Schrittmotors bekannter Ausfuhrung notwendig sind, werden bisher
recht umfangreiche Schaltungen benötigt. Es darf in diesem Zusammenhang auf die
deutschen Patente 1 291 797, 1 291 367 und 1 299 702 verwiesen werden. Des weiteren
sind auch Schaltungen mit Gegentaktwandlern und Schaltungen ähnlicher Art bekanntgeworden.
Das deutsche Patent 1 291 797 zeigt einen Stand der Technik auf, wonach, um einen
zuverlässigen Einsatz der Eebührenzähler nicht nur über eine begrenzte Länge der
AnschluBleitungen zu ermöglichen, es bersit-s bekannt ist, mit den Gebührenimpulsen
vor dar Auswertung durch eine Zähleinrichtung Uber ein auf die Frequenz dieser Zählimpulse
abgestimmtes Siebglied einen Traneistorverstärker anzusteuern, wobei der Transistor
ähnlich wie eine Audionstufe geschaltet wird, d.h. gleichzeitig die Funktionen eines
Gleichrichters und eines Uerstärkers ausübt. Die Betriebsspannung für den Transistor
wird an einem zusätzlich in eine Ader der Teilnehmerleitung eingeschalteten Widerstand
gewonnen. Die Einschaltunq eines derartigen Serienverbrauchere bereitet in der Praxis
einige Schwierigkeiten, da auch bei großen Anschlußleitungslängen die fflr den Betrieb
des Transistorverstärkers notwendige Nindestapannung zur Verfügung stehen muß, d.h.
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der Uarwiderstand kot in die Größenordnung des Eingangswiderstandes
der Sprechstellenschaltung. Dadurch ninint jedoch die Sendebszugsdämpfung erheblich
zu.
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Die auftretenden Schwierigkeiten werden noch erhöht, wenn man anstelle
einer Zähluhr einen hinsichtlich der Ablesbarkeit oder des Bauvolumens besser gestalteten
Gebührenzähler verwendet, der jedoch für seine Betätigung einen höheren Leistungsbedarf
hat.
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Die deutsche Patentschrift 1 291 797 selbst offenbart eine Schaltungsanordnung
für als Rollenzählwerk ausgebildete Gebührenzähler an Stationen in Fernmelde-, inshesondere
Fernaprechanlagen, bei welcher die tonfrequenten Zählimpulse über eine Teilnehmerweiche
einen Transistorverstärker steuern, dessen Speisespannung ein mittelbar mit der
Teilnehmerleitung verbundener und über diese geladener Energiespeicher liefert,
wobei die Wicklung des das Rollenzählwerk betätigenden Schrittschaltmotors in Reihe
zu einem Kondensator geschaltet ist, wobei parallel zu dieser über einen für den
Aufladestrom des Kondensators durchlässigen Richtleiter mit dem Uerstärkerausgang
verbundenen Reihenschaltung die Schaltstrecke eines steuerbaren Schalters (z.B.
Transistor)liegt.
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Ferner zeichnet sich die Schaltungsanordnung gswäß DT-PS 1 291 797
noch dadurch aus, daß in eine Ader der Teilnehmerleitung ein mit einem Kondensator
überbrückter und in Durchlaßrichtung beanspruchter Richtleiter eingeschaltet
ist,
an dem die Betriebsspannung für einen Transistoroszillator abgenommen wird, und
daß ein als Energiespeicher dienender Kondensator in Reihe zu einem weiteren Richtleiter
an den Oszillator induktiv angekoppelt ist.
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In der DT-PS 1 291 367 wird als Stand der Technik aufgezeigt, daß
vielfach transistorisierte Schaltungsanordnungen verwendet werden, die Signale verschiedenster
Art in entsprechende Gleichstrom-Impulafolgen umwandeln. Häufig handelt es sich
dabei um Schaltungsanordnungen, die bei Signalgabe von einem stabilen Schaltzustand
in einen labilen und wieder zurück in den stabilen Ausgangszustand schalten oder
die fortlaufend bei Impuisgabe von einem stabilen in einen anderen stabilen Zustand
umschalten, wie dies z.B. von monostabilen oder bistabilen Kippstufen her bekannt
ist.
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Diesen Schaltungsanordnungen haftet der Nachteil an, daß in den beiden
möglichen Schaltzuständen und besonders auch in den Impulspausen ein Strom fließt
und sshr schwache Signale zur Steuerung selten verwendet werden können.
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Die DT-PS 1 291 367 spricht von einer Schaltungsanordnung zur Umwandlung
eines impulsmodulierten Signals in eine Folge von unipolaren Impulsen, deren Zahl
dem Modulationsinhalt des impuismodulierten Signals entspricht.
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In der DT-PS 1 291 367 wird unter Schutz gestellt, daß die Schaltungsanordnung
mit Transistoren bestückt ist und ohne Eingangssignal stromlos bleibt, während eine
an den Eingangskreis gelangende, insbesondare niedrige Eingangswechselspannung den
nachfolgenden im B-Verstärkerbetrieb arbeitenden Transistor ansteuert, wodurch ein
verstärktes, dem Modulationsinhalt der Wechselspannung entpprechendes Glsichstromsignal
an einen der Schalttransistoren gelangt, der dadurch geöffnet wird und an dem zur
Vorspannung seiner Basis erforderlichen Emitter-Basis-Widerstand eine Spannungsänderung
bewirkt sowie ueber seine Emitter-Hollektor-Strecke einen Strom als Erstimpule zu
der einen Spule eines elektromagnetischen Schrittschaltwerke leitet, wodurch dessen
Anker um einen Pnlschritt gedreht und nach Beendigung des Signals der Schalttransistor
gesperrt wird, die durch die Sperrung hervorgerufene Änderung des Spannungsabfalls
am Kollektorwiderstand über den Kondensator den auslösenden Impuls zur Öffnung des
anderen Schalttransistors liefert, wodurch dieser mit dem über seine Emitter-Kollektor-Strecke
fließenden Strom zir anderen SpiBe des elektromagnetischen
Schrittschaltwerkes
bewirkt, daß der Anker um einen weiteren Polschritt in gleicher Richtung wie vorher
weitergedreht wird, wobei die Zeitdauer dieses Zeitimpulses von der Größe des Kondensators
und der Gröses der anliegenden Widerstände der beiden Transistoren abhängig ist.
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Beim Gegenstand der DT-PS 1 291 367 wird der Eingangsimpuls Uber eine
Ankopplungsspule auf den die Frequenz der Trägerschwingung abgestimmten Eingangskreis
übertragen, Anstelle des abgestimmten Eingangakreises ist hier ein aperiodischer
Eingang vorgesehen. Die Schaltungsanordnung ist für Steuer-, Regel- und Zählschaltungen
verwendbar. Der Signaleingang ist symmetrisch oder asymmetrisch ausgelegt.
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Bei der Schaltungsanordnung nach der DT-PS 1 299 702 in Uerbindung
mit dem entsprechenden Hauptpatent DP 1 291 367 bewerkstelligt der eine Schalttransistor
die DemoBaation und larstärkung des Signals und der Schaltung des eraten Halbachrittes
an der Spule.
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In dem Hauptpatent DP 1 538 705 zur vorliegenden Patentanmeldung sind
des weiteren Schrittmotore7als solche bekannt. In diesem Zusammenhang wird auch
auf die US-PS 3 058 019 Bezug genommen. Die in dieser Schrift offenbarten Schrittmotoren
mit
kleiner Ansprechleistung zu bauen, hat sich als sehr schwierig herausgestellt, da
die magnetischen Werte der Dauermagnetwerkstoffe für die Rotoren fertigungsmäsig
nicht genügend genau eingehalten werden können. Außerdem bringen beim einfachen
Zusammenbau der Motoren aus fertigungsmäßigen Einzelteilen nicht zu vermeidende
geringfügige MaßabwEichungen von wenigen Hundertsteln von Millimetern verhältnismäßig
grosse Abweichungen in den elektrischen bertea.
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Dswi Hauptpatent 1 538 705 zur vorliegenden Patentanmeldung lag aufgrund
der Erkenntnis die Aufgabe zugrunde, einen Schrittmotor mit sehr kleiner Ansprechleistung
zu bauen, welcher einen guten Wirkungsgrad und ein hohes Drehmoment aufzeigt. Diese
gestellte Aufgabe wurde gemäß DT-PS 1 538 705 dadurch gelost, daß die Polfinger
in lkufangsrichtung gegeneinander verdrehbar und in axialer Richtung geringfügig
eintauchend einstellbar angeordnet sind und daß der zylindrische Rotor innerhalb
des Luftspaltbereiches der Polfinger axial verschieb- und einstellbar ist.
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In der Weiterentwicklung des Gegenstandes gemäß dem Hauptpatent 1
538 705 hat der Erfinder sich nunmehr die Aufgabe gestellt, das dynamisch magnetische
Verhalten des Schrittmotors
konstruktiv unter Beibehaltung aller
bekannten Eigenschaften, hoher Wirkungsgrad bei kleinster elektrischer Leistung,
in Verbindung mit einer individuellen Einstellung auf ein maximales Drehmoment so
zu verändern, daß er mit geringstem Schaltungsaufwand betrieben werden kann.
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Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die
beiden die Ringwicklung bildenden Teilwicklungen gegeneinander in Reihe geschaltet
sind, derart, daß sie, von einem Strom durchflossen, ein einziges Magnetfeld, welches
der Differenz der Magnetfelder der Teilwicklung entspricht, erzeugen.
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Zweckmäßigerweise ist mit der einen Teilwicklung ein parallel geschalteter
Kondensator verbunden. Anstelle des Kondensators kann auch ein ähnliches in gleicher
Weise funktionierendes Aggregat Verwendung finden.
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Die nachstehende Beschreibung dient zur Erläuterung des erfindungsgemäßen
Gegenstandes, von dem ein Ausführungsbeispiel in Form eines Schaltechemes in der
Zeichnung dargestellt ist.
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Wie die zeichnerische Darstellung erkennen läßt, sind die beiden Teilwicklungen
7, 8 der Motorspule gegeneinander in
Reihe geschaltet. Mit der
Teilwicklung 8 ist ein außerhalb des Schrittmotors liegender Kondensator C verbunden.
Wird nun die Stromquelle über den mit S bezeichneten Schalter mit dem Schrittmotor
als solchem verbunden, so fließt zum Zeitpunkt t = O n 0n Strom über die Teilwicklung
7 zu dem Kondensator C. Das entstehende Magnetfeld dreht den Rotor des Schrittmotors
in Drehrichtung. Mit zunehmender Spannung in dem Kondensator C verringert sich der
Stromfluß durch die Toilwicklung 7 und in zunehmendem Maße wird die Teilwicklung
8 von Strom durchflossen.
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Da der Aufbau des Magnetfeldes der Teilwicklung 9 phasenverschoben
zu dem des Magnetfeldes in der Teilwicklung 7 einsetzt, heben sich beide Magnetfelder
erst dann annähernd auf, wenn der Rotor den ersten Teilschritt durchgeführt hat.
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Nach Abschalten der Stromquelle über den Schalter S entlädt sich der
Kondensator C Uber die Teilwicklung 8 und die Teilwicklung 7 ist nunmehr stromlos.
Infolgedessen wirkt das gesamte Magnetfeld der Teilwicklung 7 auf den Rotor des
Schrittmotors und dreht denselben in seine Endstellung.
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Der Vorteil gegenüber dem Bekannten ist darin zu erblicken, daß das
dynamisch-magnetische Verhalten des Schrittmotors
konstruktiv unter
Beibehaltung aller bekannten Eigenschaften - hoher Wirkungsgrad bei kleinster elektrischer
Leistung - in Verbindung mit einer individuellen Einstellung auf ein maximales Drehmoment
so zu verändern ist, daß dar Schrittmotor als solcher mit einem minimalen Schaltungsaufwand
betrieben werden kann.