DE2433809A1

DE2433809A1 - Schrittmotor

Info

Publication number: DE2433809A1
Application number: DE2433809A
Authority: DE
Inventors: Heinz Lutz; Volker Zimmermann; Rainer Dr Zuehlke
Original assignee: IBM Deutschland GmbH
Current assignee: IBM Deutschland GmbH
Priority date: 1974-07-13
Filing date: 1974-07-13
Publication date: 1976-01-29
Also published as: JPS5118806A; US4045696A; GB1471272A; FR2278191A1; FR2278191B1; DE2433809B2

Description

Amtl. Aktenzeichen:

Neuanmeldung

Aktenzeichen der Anmelderin: GE 973 034

Schrittmotor

Mit Schrittmotoren können digitale Informationen in mechanische Bewegung umgesetzt werden. Ihre Rotoren werden abhängig von der Zahl der zugeführten Impulse um definierte Winkel gedreht.

Bei den Schrittmotoren gibt es zwei Arten, 1. den Permanent-Magnet-Motor (PM-Motor), dessen Arbeitsweise auf der gegenseitigen Anziehung bzw. Abstoßung von Stator- und Rotorzähnen beruht die erfindungsgemäßen Schrittmotoren arbeiten nach diesem Prinzip und 2. den Motor mit veränderlichem magnetischem Widerstand (VR-Motor: abgeleitet von der englischen Bezeichnung "Variable Reluctance Motor"), dessen Bewegung dadurch zustande kommt, daß sich sein Rotor immer in eine Position stellt, in der er dem magnetischen Fluß den kleinsten Widerstand bietet.

Bei vielen Anwendungen kommt es darauf an, daß der Schrittmotor sehr schnell in Bewegung gesetzt und wieder gestoppt werden kann. Eine solche Anwendung ist beispielsweise der Antrieb des Papiervorschubs in einem Typendrucker für Datenverarbeitungsmaschinen, Wenn das Papier von einer Zeile zur nächsten bewegt wird. Da das zu transportierende Papier nur eine kleine Masse aufweist, wird die Beschleunigung im wesentlichen durch das Trägheitsmoment des

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Motors bestimmt. Lösungen zur Erhöhung der Beschleunigung eines Schrittmotors sind bereits bekannt. So ist in der deutschen Offenlegungsschrift 2 022 750 ein Schrittmotor beschrieben, dessen Rotor aus einem an der Mantelfläche gezahnten Hohlzylinder besteht. In dem Hohlzylinder steht ein Kern, der über magnetische Rückschlüsse mit den Statorpolen verbunden ist. Dieser Schrittmotor arbeitet nach dem Prinzip des veränderlichen magnetischen Widerstandes. Durch die Ausbildung des Rotors als Hohlzylinder ist es möglich, das Trägheitsmoment des Rotors etwa um den Faktor 2 gegenüber einem vollen Rotor zu verkleinern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Trägheitsmoment eines Schrittmotors weiter zu verkleinern, um damit Schrittmotoren noch höherer Beschleunigung schaffen zu können. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus_f daß die Beschleunigung eines Motors durch das Verhältnis von Drehmoment zu Trägheitsmoment bestimmt ist. Eine wesentliche Reduzierung des Trägheitsmomentes bei geringerer Reduzierung des Drehmomentes wird durch Änderung der Form des Rotors erreicht. Macht man den erfindungsgemäßen Rotor auch noch hohl, so addieren sich die günstigen Effekte, so daß bei Anwendung beider Möglichkeiten die Beschleunigung von Schrittmotoren beachtlich erhöht werden kann.

Die Erfindung geht aus von einem Schrittmotor mit magnetisiertem Rotor. Gekennzeichnet ist die Erfindung dadurch, daß der Rotor die Form eines Kegels hat.

Elektromotoren mit konisch ausgebildetem Wicklungsträger sind beispielsweise durch die deutsche Auslegeschrift 2 064 539 bekannt. Bei diesem bekannten Motor ist der Wicklungsträger zudem noch hohl ausgebildet. Dadurch erreicht man ein geringes Trägheitsmoment. Zur schnellen Abbremsung dieses Motors wird der konische Wicklungsträger gegen einen im Innern dieses Wicklungsträgers angeordneten ebenfalls konischen Kern axial verschoben, wobei beide Flächen als Bremse wirken. Die

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konische Ausbildung des Rotors eines solchen Motors - es handelt sich hier um Gleichstrom- oder Wechselstrommotoren - hat nichts mit der erfindungsgemäßen Lösung zu tun, denn erstens handelt es sich bei der Erfindung um Schrittmotoren eines speziellen Typs und zweitens hat die konische Ausbildung des Rotors der Konus weicht nur ganz schwach von der Zylinderform ab praktisch keinen Einfluß auf das Drehmoment oder das Trägheitsmoment des Rotors. Der konische Rotor beim Stand der Technik hat allein den Zweck, mit ihm eine mechanische Bremsung zu ermöglichen.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand der Fign. 1 bis 9 näher erläutert werden.

Fig. 1 ist ein schematischer Längsschnitt durch einen

zylindrischen Rotor.

Fig. 2 ist ein schematischer Längsschnitt durch einen

kegelförmigen Rotor gemäß der Erfindung.

Fig. 3 · zeigt einen Längsschnitt durch einen Schrittmotor gemäß der Erfindung mit vollem Rotor.

Fig. 4 ist ein Querschnitt durch den stehenden Teil des

Schrittmotors nach Fig. 3.

Fig. 5 zeigt den Rotor für den Schrittmotor nach den

Fign. 3 und 4.

Fig. 6 veranschaulicht die Zahnung von Rotor und Statorpolen des in den Fign. 3 bis 5 dargestellten Schrittmotors.

Fig. 7 zeigt die Impulsfolgen, die den Statorwicklungen

des in den Fign. 3 bis 5 dargestellten Schrittmotors zugeführt werden.

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Pig. 8 ist ein Längsschnitt durch einen Schrittmotor

gemäß der Erfindung mit hohlem Rotor.

Fig.' 9 ist ein Längsschnitt durch einen Schrittmotor

gemäß der Erfindung mit einem als Doppelkegel ausgebildeten Rotor.

Anhand eines rechnerischen Vergleichs sollen die Vorteile eines vollen kegelförmigen Rotors gegenüber einem vollen zylindrischen Rotor nachgewiesen werden. In den Fign. 1 und 2 sind Schnitte durch solche Rotoren dargestellt. Die Magnetisierung in diesen Rotoren wird durch mit Wicklungen versehene Kerne erzeugt, die an der linken Seite der Rotoren axial zu diesen angeordnet sind, so daß nur ein geringer Luftspalt zwischen dem Rotor und dem Kern, bestehen bleibt.. Um die Mantelflächa der Rotoren sind in Fig. 1 und 2 nicht dargestellte Statorpole angeordnet, die im Falle des Zylinders gemäß Fig. 1 rechteckige Form aufweisen, im Falle des Kegels nach Fig, 2 zur Spitze hin keilförmig zusammenlaufen und an den Polflächen der Form des Rotors angepaßt sind. Der magnetische Fluß wird den Rotoren über die Stirnfläche zugeführt und tritt an der Mantelfläche wieder aus. Die Mantelfläche besteht nur zur Hälfte aus Zähnen, von denen in jeder Stellung 1/4 den Statorzähnen direkt, 2/4 den Statorzähnen zur Hälfte und 1/4 den Statorzähnen nicht gegenüberstehen. In jeder Stellung des Rotors tritt demnach der über die Stirnfläche eintretende magnetische Fluß nur auf einem Viertel der Mantelfläche aus.

Setzt man gleiche Flußdichte voraus, dann gilt für den zylindrischen Rotor gemäß Fig. 1

Daraus läßt sich errechnen, daß

¹Z = ²¹¹Z - (2)

zum Austritt des gesamten über die Stirnfläche eintretenden Flusses ein Rotor quadratischen Längsschnitts genügt. Eine Ver-

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längerung des Rotors-brächte keine Vorteile, da dadurch nur die Drehmasse erhöht würde, ohne daß die Kraft erhöht wird.

Es sollen nun die Größenverhältnisse des kegelförmigen Rotors gemäß Fig. 2 untersucht werden. Auch hier kann der über die Stirnfläche eintretende magnetische Fluß wegen der Zahnung nur an einem Viertel der Mantelfläche austreten. Aus der Formel für die Mantelfläche eines Kegels und seiner Stirnfläche ergibt sich

In dieser Gleichung bedeutet s die Länge einer Mantellinie. Löst man diese Gleichung auf, dann erkennt man, daß

s_K = 4R_K (4)

Die Länge des Kegels 1„ kann mit Hilfe des Satzes, des Pythagoras aus Rj, und s = '4R^ leicht errechnet werden. Es

ergibt sich

1_K;= 3,87 R_K . (5)

Im folgenden sollen nun für beide Rotorformen das Drehmoment und das Trägheitsmoment berechnet werden. Für das Drehmoment M gilt ganz allgemein ... -

M = K2fr/r(x)²dl ' . · (6)

In dieser Gleichung ist K die Kraft pro Flächenelement, r der Radius und dl der Differentialquotient der Länge. Setzt man in Gleichung 6 die Werte für den zylindrischen Rotor nach Fig. 1 ein und läßt den konstanten Faktor Κ2ττ weg, so erhält man

	ergibt	Z	J^Zdx O
Daraus	M ¹^ 1 -Z	sich	dann
	034	*-_z ²i_z
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(8)

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und wenn man für I₁₇ = 2R„ (.Gleichung (2)) einsetzt

Ci U

S-- M₁₇ ¹V 2R₇ ³

Setzt man in die Gleichung 6 die Werte für den Kegel ein und läßt ebenfalls wieder den konstanten Faktor K2ir weg, dann ergibt sich

H * R_r ²J(l-f-)²ds . (10)

K K 1_K .

In dieser Beziehung wird nun ds durch

"2
_{ds =} /i+OL- dx = /1+-^- dx

^{dx 1}K
ersetzt, so daß man schließlich

2 R ²S

2 _ ^RK K (12)

K " 3 ' · . ■ ■·

erhält. Ersetzt man in diesem Ergebnis s durch den in Gleichung 4 ermittelten Wert, dann ergibt sich

M_K * |r_k ³ = 1,33 R_K ³ - (13)

Vergleicht man die Beziehungen 9 und 13, unter der Annahme, daß R„ = R^, miteinander, dann erkennt man, daß das Drehmoment des zylindrischen Rotors etwas größer ist als das des kegelförmigen Rotors.

Das Trägheitsmoment eines rotationssymmetrischen Körpers ergibt sich zu

(χ)⁴dx (14)

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-A 2 In dieser Gleichung ist ρ die Dichte in kg«m «see . Läßt man

1 in dieser Gleichung den konstanten Faktor ^-pir weg und setzt die Werte für den Zylinder ein, dann erhält man

^z< ^z ο

Aus dieser ergibt sich schließlich

Werden in die allgemeine Formel 14 für das Trägheitsmoment eines rotationssymmetrischen Körpers die Werte für den Kegel eingesetzt und der konstante Faktor -=-pir wieder weggelassen/ dann erhält man für den Kegel die Beziehung

I -Η/ /^K(l-f-)⁴dx <">

^{K K} ο χ .

Nach Lösung der Integration ergibt sich

4
^: , _Λ ¹¹K ¹K ■ · (18)

und wenn man in diese Gleichung für 1 den Wert aus Gleichung 5

einsetzt

' i_K - R_K ⁵ ίψ = 0,774 R_K ⁵ («I

Vergleicht man die Gleichungen 16 und 19 und berücksichtigt daß R„ = IL. ist, dann erkennt man, daß das Trägheitsmoment eines kegelförmigen Rotors noch nicht einmal halb so groß ist wie das Trägheitsmoment eines zylindrischen Rotors.

Es wurde bereits erwähnt, daß die Beschleunigung eines Schrittmotors um so größer ist, je größer das Verhältnis seines Drehmomentes zu seinem Trägheitsmoment ist. Dieses Verhältnis kann auch als Güte bezeichnet werden. Für den zylindrischen Rotor

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- 8 - ■." . ■"■■■■■■ ■■■"'

ergibt sich aus den Gleichungen 9 und 16 • M_z 2R_Z ^{3 :} _χ ■■■-■

\ ¹Z ²V^

Das Verhältnis von Drehmoment zu Trägheitsmoment für den Kegelrotor ergibt sich aus den Gleichungen 13 und 19. zu ,. J

M 1,33 rJ ■ ■

^ 3L. _{β 1/72} 1

-¹K 0,774 ^

Aus den Gleichungen 20 und 21 erkennt man, daß der kegelförmige. Rotor bei R„ = IL um den Faktor 1,72 besser beschleunigt als der zylindrische Rotor. .-·"..". ■"„■''

,Bei der Berechnung wurden ein voller zylindrischer Rotor mit ' einem vollen kegelförmigen Rotor verglichen. Zu den gleichen Gütefaktoren kommt man, wenn man einen hohlen zylindrischen Rotor mit einem hohlen, kegelförmigen Rotor vergleicht. Die Größen- ■_._ Verhältnisse und die Drehmomente sind die gleichen für höhle und volle Rotoren. Die Trägheitsmomente vermindern sich bei beiden Arten von Rotoren um das Trägheitsmoment des im Inneren .weggelassenen Teils des Rotors, so daß sich beispielsweise für das Trägheitsmoment des Hohlzylinders [ ' ·

¹Z hohl * ²V^Rz⁴-^rzV '

und für das Trägheitsmoment des Hohlkegels

. K hohl °'⁷⁷⁴ K'K "^rK ?

ergibt. -. " -

Der Einfachheit halber wurde bisher angenommen, daß die magnetische Flußdichte des Gleichflusses am Rotormantel gleich der magnetischen

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ORIGINAL INSPECTED

Flußdichte an der Stirnfläche ist, und daß die Zähne und die Nuten gleich breit sind. Abweichungen von diesen Annahmen führen bei analoger Berechnung zu etwas anderen Rotorlängen. An der Überlegenheit des kegelförmigen Rotors gegenüber dem zylindrischen Rotor ändert sich jedoch dadurch nichts.

Wenn"ein Schrittmotor angehalten wird, dann pendelt er um den Ruhepunkt. Je größer die Dämpfung dieser Pendelbewegung ist, um so schneller kommt der Rotor zum Stillstand. Für die Dämpfung d gilt folgende Proportionalitätsbeziehung . . „.~~„

1 . (22)

Auch hier bedeuten wieder M das Drehmoment und I das Trägheitsmoment. Setzt man in die Beziehung 22 die aus den Beziehungen 9 und 16 sowie 13 und 19 gewonnenen Werte ein, dann erkennt man, daß die Dämpfung für den kegelförmigen Rotor etwa um das Doppelte größer ist als die des zylindrischen Rotors. Mit anderen· Worten, der Kegelrotor wird nicht so lange um seine Ruhestellung pendeln wie der Zylinderrotor.

Nachfolgend sollen Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Schrittmotoren anhand der Fign. 3 bis 9 näher beschrieben werden.

Ein erfindungsgemäßer Schrittmotor ist in der Fig. 3 im Längsschnitt und in Fig. 4 im Querschnitt dargestellt. Den Rotor dieses Motors zeigt die Fig. 5. Den Rotor 1 trägt eine Welle 2. Um den Rotor herum sind vier Pole 3 (Fig. 4) angeordnet. An den Polschuhen passen sich die Statorpole 3 der Oberfläche des Rotors an. Da die magnetischen Feldlinien nur über die Zähne in die Statorpole 3 eintreten können, die etwa die Hälfte der Stirnfläche ausmachen, ist die Stirnfläche der Statorpole 3 also doppelt so groß als es wegen der Flußdichte B notwendig wäre. Es gibt also keine magnetischen Probleme, wenn sich der Querschnitt der Statorpole 3, wie aus Fig. 3 zu erkennen ist, nach außen hin verjüngt. Die Statorpole sind in Anpassung an die Form des Rotors

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zumindest am Polschuh keilförmig ausgebildet. Jeder Statorpol 3 trägt eine Wicklung 5. Die Wicklungen 5 sich gegenüberliegender Pole sind im gleichen Wicklungssinn gewickelt und miteinander verbunden. Die äußeren Enden der Statorpole münden in einen magnetisch gut leitenden Ring 6 ein, der zum Rückfluß des wechselmagnetischen Flusses dient (Fig. 4). Der Rotor 1 ist so magnetisiert, daß die magnetischen Feldlinien von der Stirnfläche zum Mantel verlaufen. Zur Magnetisierung des Rotors 1 dient eine von einem Gleichstrom durchflossene Wicklung 7, die auf einen axial zum Rotor 1 liegenden Kern 8 aus ferromagnetisehern Material gewickelt ist. Der Kern 8 hat etwa den gleichen Querschnitt wie der kegelförmige Rotor 1 an der Stirnfläche. Zur Rückführung des magnetischen Gleichflusses ist der Kern 8 über eine magnetisch leitende kreisförmige Platte 9 und einen magnetisch leitenden Ring 10 mit dem Ring 6 und damit mit den Statorpolen 3 verbunden. Der magnetische Gleichfluß fließt also vom Kern 8 über den Rotor 1 in die Statorpole 3, die Ringe 6 und 10 in die Platte 9 und damit wieder zurück zum Kern 8. Gelagert ist die Welle 2 des Rotors in einem Nadellager 11 im Kern 8 und in einem Kugellager 12, das in einem Gehäusedeckel 13 befestigt ist, der gleichzeitig zur Abdichtung des Schrittmotors dient. Das Nadellager 11 hat nur eine geringe Belastung auszuhalten; es kann deshalb sehr klein sein, damit es die magnetischen Feldlinien im Kern 8 nicht stört. Das Drehmoment wird vom rechten freien Ende der Welle 2 abgenommen.

Die Zahnung der vier Statorpole 3 ist aus Fig. 4 zu erkennen und ist in Fig. 6 noch einmal aufgerollt dargestellt. Jeder Statorpol hat im dargestellten Ausführungsbeispiel vier Zähne 14 und drei Nuten 15. Der Abstand zwischen zwei Statorpolen beträgt 1 1/2 Zahnbreiten. Der Rotor 1 hat 17 Zähne 16, die in gleichen Abständen um den Rotorumfang verteilt sind. Im Ausführungsbeispiel ist die Breite der Zähne 16 gleich der Breite der dazwischenliegenden Nuten 17 gewählt. Erregt man die Statorpole 3 wie durch die Impulsfolgen in Fig. 7 dargestellt, wobei V die den vertikal stehenden Statorpolen zugeführte Spannung sein soll und H die den horizontal stehenden Statorpolen zugeführte Spannung, so erhält

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man ein magnetisches Drehfeld/ das jeweils um 90° zyklisch weitergedreht wird. Bei der in Fig. 7 dargestellten Erregung läuft der Motor im sog. Halbschrittbetrieb. Daneben ist auch der sog. Vollschrittbetrieb möglich, bei dem die vertikalen und horizontalen Statorpole immer gleichzeitig erregt sind. Die Drehrichtung des Drehfeldes und damit des Rotors 1 kann durch Umpolung einer der beiden Impulsfolgen umgekehrt werden. Durch die permanente Magnetisierung des Rotors bildet sich beispielsweise an den Zähnen des Rotors der Südpol aus. In der in Fig. 6 gezeigten Stellung der Rotorzähne würde beispielsweise der zweite Statorpol von links gerade als Nordpol erregt werden und der vierte Pol von links demzufolge als Südpol. Die dem zweiten Pol nächststehenden Zähne 16 würden wegen ungleichnamiger magnetischer Pole zu den Zähnen des Statorpols hingezogen, während die dem vierten Statorpol am nächsten gelegenen Zähne 16 wegen gleichnamiger magnetischer Pole von den Zähnen 14 so abgestoßen werden, daß sie schließlich den Nuten 15 gegenüberstehen. In der nächsten Phase würde dann der dritte Statorpol von links als Nordpol und der erste Statorpol als Südpol erregt werden. Der beschriebene Schrittmotor weist wegen der einfacheren Darstellung nur vier Statorpole 3 und nur 17 Zähne 16 auf dem Rotor auf. Natürlich kann der erfindungsgemäße Rotor auch bei Schrittmotoren mit anderen Zahlen von Statorpolen oder mit mehr Zähnen auf dem Rotor verwendet werden.

Es empfiehlt sich, den Rotor 1 und die Statorpole 3 durch Sintern in Formen herzustellen. Beim Sintern wird feinkörniges oder feinpulvriges Eisen bis nahe an seinen Schmelzpunkt erhitzt, so daß die Teilchen an ihrer Oberfläche zu einer porösen Masse verschmelzen,

Bei dem mathematischen Vergleich zwischen Zylinder- und Kegelrotor wurde errechnet, daß die Länge des kegelförmigen Rotors gleich dem 3,72fachen des Grunddurchmessers ist. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Rotor ist die Spitze des Kegels Infolge der Befestigung der Welle 2 weggefallen. Es handelt sich also bei diesem Rotor 1 eigentlich um einen Kegelstumpf. Wenn man

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die obigen Berechnungen für einen Kegelstumpf ausführt und dabei annimmt, wie es den Größenverhältnissen in Fig. 3 entspricht, daß ' der Radius der Welle 2 am oberen Ende des kegelförmigen Rotors einem Fünftel des Grundradius entspricht, dann ergibt sich für den Rotor 1 eine Länge, die dem 3,2fachen des Grundradius entspricht. Diese Verkürzung des Rotors ist nicht unerwünscht, sie hat natürlich eine geringfügige Verminderung des Gütefaktors ^DrehmOment

Träghe it smomen t; zur Folge. Bei dem in Fig. 3 dargestellten Rotor 1 ergibt sich

1 6 5 aber immer noch ein Gütefaktor von . :

Die Fig. 8 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Schrittmotors, bei dem der Rotor 18 als Hohlrotor ausgebildet ' ist. In Fig. 8 sind die Teile, die den Teilen in den Fign. 3 bis [ 5 entsprechen, mit den gleichen Bezugszeichen wie in diesen Figuren gekennzeichnet. Unterschiedlich, gegenüber dem„Qben be- ; schxiebenen Schrittmotor ist lediglich., daß der Kern 8 in ein ; kegelförmiges Ende 19 im Innern des hohlkegeligen Rotors 18 j ausläuft. Die rechtsseitige Lagerung des Rotors 18 erfolgt ι in einem Kugellager 12. Linksseitig ist der hohlkegelige Rotor

18 jedoch in einem Nadellager 20 gelagert, das um den Kern 8 gelegt ist. Wichtig ist, daß das Nadellager 20 möglichst klein ausgebildet ist, damit das Trägheitsmoment des Rotors 18 nicht unnötig vergrößert wird. Wie bereits oben erwähnt, erreicht man dadurch, daß der Rotor hohl ist, eine Verbesserung des Gütefaktors ^{etwa 1}^^{11 den Faktor 2}· ^{Dazu kommt} durch die kegelförmige Ausbildung noch einmal eine Verbesserung um den Faktor 1,65, so daß ein Schrittmotor mit hohlem kegeligen Rotor, wie er in Fig. 8 dargestellt ist, einen etwa um den Faktor 3,3 besseren Gütefaktor aufweist als ein Schrittmotor mit vollem zylindrischen Rotor. Das auf den" Kern 8 aufgeschobene Nadellager 20 könnte auch weiter rechts im Bereich des kegelförmigen Endes

19 angebracht werden, was den Vorteil hätte, daß der kegelförmige Rotor nicht über die Polschuhe hinaus verlängert werden isüßte. Außerdem wäre auch eine einseitige Lagerung des hohlkegeligen Rotors 18 denkbar, indem man diesen auf zwei Kugellagern lagert, wobei ein zusätzliches Kugellager in einigem Abstand von dem

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Kugellager 12 anzuordnen ist. Im Querschnitt entspricht der Stator des Schrittmotors nach Fig. 8 völlig der Darstellung nach Fig. 4.

In Fig. 9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Schrittmotors gemäß der Erfindung dargestellt, dessen Rotor 21 die Form eines Doppelkegels hat. Der Rotor 21 ist so als Permanentmagnet magnetisiert, daß sein Südpol durch die Mantelfläche des einen Kegels und sein Nordpol durch die Mantelfläche des anderen Kegels gebildet wird. Der Rotor wird durch eine Welle 22 getragen, die in herkömmlicher Weise in zwei Kugellagern 23 und 24 drehbar gelagert ist. Die Kugellager 23 und 24 werden durch zwei schalenförmige Gehäuseteile 25, 26 gehalten. Entsprechend den zwei symmetrischen Teilen des Rotors 21 sind hier zwei spiegelbildliche Gruppen von Statorpolen 27 und 28 vorgesehen. Die Wicklungen 30 und 31 sind gleichsinnig und können gemeinsam erregt werden, so daß zu einer Zeit an den Zähnen der Statorpole 27 und 28 beispielsweise Südpole entstehen. Der wechselmagnetische Fluß geht quer durch den Rotor in die Statorpole, die den magnetischen Nordpol darstellen, und über einen magnetischen Rückschluß 6 (Fig. 4) auf dem Umfang wieder zurück. Der Rotor 21 habe am Umfang im linken Teil seinen Nordpol und im rechten Teil seinen Südpol. Der gleichmagnetische Fluß, der im Rotor axial verläuft, schließt sich über die Rückführung 29. Unter diesen Annahmen werden sich Stator- und Rotorzähne links oben anziehen und rechts oben abstoßen. Beide Kräfte addieren sich, wenn die Stellung Statorzähne-Rotorzähne zwischen linker und rechter Hälfte um 180° versetzt ist. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 9 sind die Zähne des linken Teils des Rotors 21 gegenüber den Zähnen des rechten Teils des Rotors 21 versetzt. Es ist aber auch möglich, die Zähne der Statorpole 27 und 28 gegeneinander zu versetzen.

In einer anderen Ausführungsform des Doppelkegelmotors können die Statorpole 27 und 28, die magnetisch leitende Rückführung 29 und die Wicklungen 30 und 31 aus einem Teil bestehen. Für die Montage muß dann allerdings der Motor in axialer Richtung teilbar sein.

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Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Schrittmotor mit magnetisiertem Rotor, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (1) die Form eines Kegels hat.

2. Schrittmotor nach Anspruch 1, bei dem für jeden beliebigen Querschnitt Zähne und Nuten von Stator und Rotor gleich breit sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge (1 ) des Rotors etwa dem 3- bis 4fachen des Radius (R„) der Kegelgrundfläche entspricht.

3. Schrittmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (18) als Hohlkegel ausgebildet ist, in dessen Innerem ein kegelförmiger Kern (19) steht.

4. Schrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Magnetisierung des Rotors (1) magnetische Rückschlüsse (9, 10) vorgesehen sind, die in einen Kern (8) einmünden, der an die Grundfläche des kegelförmigen Rotors (1) anschließt oder bei einem hohlen Rotor in ein kegelförmiges Ende (19) übergeht und daß der axiale Kern

(8) eine Wicklung (7) trägt, die den Rotor (1) magnetisiert.

5. Schrittmotor nach Anspruch 1,2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (21) ein Doppelkegel ist, der so permanentmagnetisch ist, daß die Mantelflächen der beiden Kegel die Pole des Permanentmagneten bilden, daß in Achsrichtung hintereinander zwei spiegelbildliche Gruppen von Statorpolen (27, 28) vorgesehen sind, die über einen, vorzugsweise ringförmigen magnetisch leitenden Rückschluß (29) für den magnetischen Gleichfluß miteinander verbunden sind und daß bei gleichsinniger Erregung zweier in axialer Richtung hintereinanderliegender Statorpole (27, 28) die Zähne und Nuten der beiden Teile des Rotors oder der Statorpole gegeneinander versetzt sind.

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6. Schrittmotor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (1) an seinem breiten Ende in dem Kern (8) und an seiner Spitze in einem Gehäusedeckel

(13) gelagert ist.

7. Schrittmotor nach einem der Ansprüche 1,2,3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der hohle Rotor (18) mit seiner offenen Seite auf dem Umfang des Kerns (8) und an seiner Spitze in dem Gehäusedeckel (13) gelagert ist.

8. Schrittmotor nach einem der Ansprüche 5, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (1, 18) in Nadel- (11, 2o) und/oder Kugellagern (12) gelagert ist.

9. Schrittmotor nach einem der Ansprüche 1, 2,3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (1) einseitig auf der Seite der Kegelspitze gelagert ist.

10. Schrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (1) auf einer, das spitze Ende des Kegels überragenden Welle (2) befestigt ist, wodurch der Kegel zum Kegelstumpf abgewandelt wird, und daß die Länge dieses Kegelstumpfes gleich dem 3,2fachen des Grundflächenradius ist, wenn der Radius der Welle (2) 1/5 des Kegelgrundflächenradius beträgt.

11. Schrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10 _r dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (1, 21) und die Statorpole (3, 27, 28) durch Sintern von körnigem oder pulvrigem Eisen in Formen hergestellt wird.

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