DE2743564A1

DE2743564A1 - Motor with windings on stator - is divided in sections whose windings and poles are staggered w.r.t. each other by certain angle

Info

Publication number: DE2743564A1
Application number: DE19772743564
Authority: DE
Inventors: Heinz Dr Rer Nat Wehde
Original assignee: Teldix GmbH
Current assignee: Rockwell Collins Deutschland GmbH
Priority date: 1977-09-28
Filing date: 1977-09-28
Publication date: 1979-03-29

Abstract

The motor is divided in axially staggered sections, with all windings of stator sections mounted in the area of a plane passing through the rotor axis. The rotor sections are mounted on a common shaft, and their poles are staggered w.r.t. each other by a specified angle corresponding to the angle between stator coils. The rotor poles are of permanently magnetised material or of soft iron. The relative angles are 180 deg./n where n is the number of poles. The windings on the rotor are each on an axis at right angles to the main axis of rotation of the rotor.

Description

Die Erfindung betrifft einen Motor mit mehreren auf demThe invention relates to an engine with several on the

außenliegenden Stator angeordneten Wicklungen und einem am Stator drehbar gelagerten Rotor, der mit einer Welle verbunden ist und den Wicklungen zugeordnete radiale Pole trägt.outer stator arranged windings and one on the stator rotatably mounted rotor which is connected to a shaft and assigned to the windings carries radial poles.

Derartige Motore sind bekannt (DT-OS 20 28 228) und werden als Synchronmotore, kollektorlose Gleichstrommotore oder Schrittmotore eingesetzt. Die Wicklungen werden bei den bekannten Motoren auf dem die Rotoren umgebenden Stator verteilt.Such motors are known (DT-OS 20 28 228) and are used as synchronous motors, Brushless DC motors or stepper motors are used. The windings will be distributed in the known motors on the stator surrounding the rotors.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Motor zu schaffen, der in der einen zur Drehachse senkrechten Richtung flach ausgebildet ist und so bei gegebenen Raumverhältnissen, die eine flache Ausbildung erfordern, eingesetzt werden kann.The invention is based on the object to provide a motor, which is flat in one direction perpendicular to the axis of rotation, and so on used in given space conditions that require a flat training can be.

Diese Aufgaoe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Motor in mehrere Teilmotore unterteilt ist, die axial gegeneinander versetzt sind, wobei alle Wicklungen der Teilstatoren im Bereich einer durch die Rotorachse verlaufenden Ebene angeordnet sind, daß die axial versetzten Teilrotoren auf einer gemeinsamen Welle angeordnet sind und daß die Pole der Teilmotore um Winkel gegeneinander verdreht auf dem Rotor angeordnet sind, die den Verdrehungswinkeln der Statorspulen in den Bereich der Ebene entsprechen.This task is achieved according to the invention in that the motor in several sub-motors is divided, which are axially offset from one another, wherein all windings of the partial stators in the area of one running through the rotor axis Are arranged level that the axially offset part rotors on a common Shaft are arranged and that the poles of the sub-motors rotated at angles to each other are arranged on the rotor, the angles of rotation of the stator coils in the Area correspond to the plane.

Bei der erfindungsgemäßen Ausbildung des Motors kommt eine axiale Verlängerung des Motors zustande, jedoch wird z.B.In the design of the motor according to the invention, there is an axial one Lengthening of the engine comes about, however, e.g.

bei gleichbleibender Breite die Bauhöhe verringert, da Wicklunten nunmehr nichts zur Höhe beitragen. Man kann diese Motorbauart z.B. bei Synchronmotoren, Schrittmotoren oder kollektorlosen Gleichstrommotoren verwenden.while the width remains the same, the overall height is reduced because it is wrapped down now do not contribute anything to the amount. This type of motor can be used e.g. with synchronous motors, Stepper motors or Use brushless DC motors.

Die Erfindung ist anwendbar bei Motortypen, bei denen der Rotor Pole aus Weicheisen aufweist oder die Pole aus Permanentmagneten aber auch Elektromagneten gebildet werden.The invention is applicable to types of motors in which the rotor has poles made of soft iron or the poles made of permanent magnets but also electromagnets are formed.

Bei Verwendung lediglich von Weicheisenpolen müssen wenigstens 3 Teilmotore verwendet werden; die Rotorpole sind dabei 1800 gegeneinander verdreht, wenn n die Teilmotorenzahl n 0 ist; die Rotoren weisen bei n = 3, also Stellungen von 0°, 600 und 1200 zueinander auf.If only soft iron poles are used, at least 3 sub-motors be used; the rotor poles are twisted against each other 1800 if n the Sub-engine number n is 0; the rotors point at n = 3, i.e. positions of 0 °, 600 and 1200 to each other.

Bei Verwendung von Magneten auf dem Rotor muß die Zahl der Teilmotore wenigstens 2 sein, wobei auch hier wieder gilt, daß die Rotorpole der Teilmotore u£m 1800 gegeneinander verdreht liegen. Bei zwei Teilmotoren können die Ebenen der beiden Wicklungen in der Ebene durch die Rotorachse,in deren Bereich die Wicklungen alle liegen sollen, liegen; der Verdrehwinkel für die Rotorpole ist dann 900. Bei dieser Ausführungsform wird jede der beiden Wicklungen nacheinander (d.h. zur Einstellung in verschiedene Rotorstellungen) mit Strom unterschiedlicher Vorzeichen beaufschlagt, was bei Verwendung als Wechselstrommotor (Synchronmotor) automatisch erfolgt und bei Gleichstrommotoren (Schrittmotor, kollektorloser Gleichstrommotor) durch Umpolung.When using magnets on the rotor, the number of sub-motors be at least 2, and here again it applies that the rotor poles of the sub-motors um 1800 are twisted against each other. With two sub-engines, the levels of two windings in the plane through the rotor axis, in the area of which the windings all should lie, lie; the angle of rotation for the rotor poles is then 900. At In this embodiment, each of the two windings is sequentially (i.e. for adjustment in different rotor positions) charged with currents of different signs, which is done automatically when used as an AC motor (synchronous motor) and with direct current motors (stepper motor, brushless direct current motor) by polarity reversal.

Man kann die Wicklungen aber auch paarweise seitlich von den Rotoren anordnen, wobei die Achsen der Wicklungen dann senkrecht zur Drehachse stehen; außerdem stehen die Wicklungsebenen dann etwa senkrecht zu der Ebene, in deren Bereich die Wicklungen liegen sollen.The windings can also be paired to the side of the rotors arrange, the axes of the windings then being perpendicular to the axis of rotation; aside from that the winding planes are then approximately perpendicular to the plane in whose area the Windings should lie.

Auf den Rotoren können je ein Polpaar vorgesehen sein, jedoch auch mehrere gleichmäßig verteilte Polpaare.A pair of poles can be provided on each of the rotors, but also several evenly distributed pairs of poles.

Eine Anwendungsmöglichkeit für den Motor ist sein Einsatz als Antrieb in einem Kartengerät. Solche Geräte sollen, insbesondere, wenn sie als in der Hand zu haltendes Kartengerät verwendet werden, flach aufgebaut sein; dieser Forderung kommt der erfindungsgemäße Motoraufbau entgegen. Man kann zum Bewegen der Markierung in eine Richtung zwei Gewindestangen vorsehen, auf die die Markierung tragende Gewindemuttern aufgesetzt sind und jede Gewindestange von einem erfindungsgemäßen Motor antreiben lassen. Die gleiche Anordnung kann man auch noch für die zweite Bewegungsrichtung des Kartengeräts vorsehen.One possible application for the motor is its use as a drive in a card device. Such devices are intended, especially when considered in hand used to be held card device, be flat; this requirement the engine structure according to the invention comes into play. One can move the marker Provide two threaded rods in one direction, onto which the threaded nuts carrying the markings are placed and drive each threaded rod of a motor according to the invention permit. The same arrangement can also be used for the second direction of movement of the card device.

Anhand der Zeichnung werden Ausführungsbeispielg der Erfindung erläutert. Es zeigen Fig. 1 - eine ausführungsform mit zwei Teilmotoren und einem permanentmagnetischen Polpaar Fig.,2 - eine Ausführungsform mit drei Teilmotoren und einem permanentmagnetischen Polpaar Fig. 3 - eine Ausführungsform mit drei Teilmotoren und zwei permanentmagnetischen Polpaaren pro Teilrotor Fig. 4 - eine Ausführungsform mit drei Teilmotoren mit einem weichmagnetischen Polpaar Fig. 5 - ein Anwendungsfall für einen erfindungsgemäß ausgebildeten Motor.Exemplary embodiments of the invention are explained with the aid of the drawing. 1 shows an embodiment with two sub-motors and one permanent magnet Pole pair Fig. 2 - an embodiment with three sub-motors and one permanent magnetic Pole pair Fig. 3 - an embodiment with three sub-motors and two permanent magnets Pole pairs per part rotor Fig. 4 - an embodiment with three part motors with one soft magnetic pole pair Fig. 5 - an application for one according to the invention trained engine.

In der Fig. 1 a ist mit 1 ein geschnitten dargestelltes Motorgehäuse bezeichnet, in dem eine Welle 2 drehbar gelagert ist. An dem Motorgehäuse 1 sind axial gegeneinander versetzt zwei Wicklungen 3 und 4 befestigt, deren Achsen senkrecht zur Schnittebene verlaufen, die also in Richtung der eingezeichneten Pfeile gewickelt sind und die somit beide in der Zeichungsebene liegen. Die senkrecht zur Welle 2 verlaufenden Teile der Wicklungen sind um die Welle 2 herumgeführt, z.B. so wie in der Aufsicht auf den Motor der Fig. 1 b gestrichelt angedeutet. Mit der zelle 2 sind die Rotoren 6 und 7 verbunden, die je ein Magnetpolpaar aufweisen und in zwei zueinander und senkrecht zur Welle 2 liegenden Richtungen magnetisiert sind. Der Rotor 6 ist, wie durch die Polbezeichnungen N und S angedeutet, in der Zeichenebene und der Rotor 7, wie durch die Bezeichnung N angedeutet, senkrecht dazu magnetisiert.In Fig. 1 a, 1 is a motor housing shown in section denotes, in which a shaft 2 is rotatably mounted. Are on the motor housing 1 axially offset from one another, two windings 3 and 4 attached, their axes perpendicular run to the cutting plane, which are therefore wound in the direction of the arrows shown and they are both in the plane of the drawing. The perpendicular to shaft 2 trending Parts of the windings are led around shaft 2, e.g. as indicated by dashed lines in the plan view of the engine of Fig. 1b. With Cell 2 has rotors 6 and 7 connected to it, each of which has a pair of magnetic poles and magnetized in two directions lying to each other and perpendicular to the shaft 2 are. The rotor 6 is, as indicated by the pole designations N and S, in the The plane of the drawing and the rotor 7, as indicated by the designation N, are perpendicular magnetized to do so.

Die Wicklungen 3 bzw. 4 werden bei Verwendung als kollektorloser Gleichstrommotor an die Klemmen 8 bzw. 9 der Fig. 1 c angeschlossen. Diese Klemmen 8 und 9 sind über Polwender 10 und 11 und den Umschalter 12 mit der Gleichstromquelle 13 bunden.The windings 3 and 4 are used as a brushless DC motor connected to terminals 8 and 9 of Fig. 1c. These terminals 8 and 9 are over Pole inverters 10 and 11 and the changeover switch 12 with the direct current source 13 tied.

In der gezeichneten Stellung des Schalters 12 und des Polwenders 10 fließt ein Strom in bestimmter Richtung in der Spule 3. Dieser Strom bewirkt, daß der Rotor in eine von der gezeichneten Stellung um 900 abweichende Stellung geht. Schaltet nun der Umschalter 12 um, so fließt in Spule 4 ein Strom, der den Rotor um weitere 900 verdreht. Danach schaltet der Sch;r7.ter 12 und der Polwender 10 um, der gegenüber der ersten Annahme einen entgegengesetzten Strom in Spule 3 fließen läßt, so daß der Rotor um weitere 90° gedreht wird. Dies geschieht noch. einmal nach Umschaltung des Schalters 12 und des Polwenders 11. Während bei Verwendung als kollektorloser Gleichstrommotor diese Umschaltung fortlaufend erfolgt, erfolgt die Ansteuerung bei Verwendung als Schrittmotor durch entsprechende Umschaltung der Schalter 10 bis 12 gemäß den durchzuführenden Schritten, wobei die vier oben beschriebenen Stellungen Schritte darstellen. Bei Verwendung als Synchronmotor erfolgt die Ansteuerung der beiden Wicklungen mit um 900 phasenverschobenen Wechselspannungen.In the illustrated position of the switch 12 and the pole changer 10 a current flows in a certain direction in the coil 3. This current causes the rotor goes into a position deviating by 900 from the position shown. If the changeover switch 12 now switches over, a current flows in coil 4 which controls the rotor twisted another 900. Then the switch 7th switch 12 and the pole inverter 10 um, which compared to the first assumption an opposite current flow in coil 3 leaves so that the rotor is rotated by a further 90 °. This is still happening. once after switching the switch 12 and the pole changer 11. While in use as a brushless DC motor, this switchover takes place continuously the control when used as a stepper motor by switching accordingly the switches 10 to 12 according to the steps to be carried out, the four above described positions represent steps. When used as a synchronous motor the control of the two windings with alternating voltages phase-shifted by 900.

Man erkennt aus Fig. 1 b, daß man durch den erfindungsgemäßen Aufbau des Motors einen schmaleren Motor erreicht, allerdings auf Kosten einer Motorverlängerung (Fig. 1 a).It can be seen from Fig. 1 b that one by the structure according to the invention of the engine achieved a narrower engine, but at the expense of an engine extension (Fig. 1 a).

In der Fig. 2, die ein Prinzipbild zeigt, werden seitlich neben den Rotoren 15 bis 17, die auf einer gemeinsamen Welle 18 befestigt sind, angeordnete Wicklungspaare 20 bis 22 vorgesehen, deren Wicklungsebenen parallel zur Welle 18 verlaufen und deren Achsen senkrecht zur Welle 18 stehen. Die Magnetisierungsrichtungen der drei Rotoren sind verschieden und um 60° gegeneinander verdreht. Bei Ansteuerung des Wicklungspaares 21 mit einer Polung des Gleichstroms wird der Rotor 16 im Uhrzeigersinn gedreht; diese Drehung setzt sich fort, wenn Wicklung 22 angesteuert wird und erreicht 1800 nach Ansteuerung der dritten Wicklung 20. Durch nacheinander erfolgendes Ansteuern mit dem Strom umgekehrter Polung wird die 360°-Drehung des Motors erreicht. Die Wicklungen 20 bis 22 liegen hier nicht in einer Ebene durch die Rotorachse, sondern stehen senkrecht dazu; sie sind jedoch alle im Bereich dieser Ebene angeordnet, so daß hier eine Verkleinerung der Motorhöhe zustandekommt. Das Motorgehäuse ist in Fig. 2 der Einfachheit halber weggelassen.In Fig. 2, which shows a schematic diagram, are next to the side Rotors 15 to 17, which are mounted on a common shaft 18, arranged Winding pairs 20 to 22 are provided, the winding planes of which are parallel to the shaft 18 and the axes of which are perpendicular to the shaft 18. The directions of magnetization of the three rotors are different and rotated by 60 ° against each other. When activated of the winding pair 21 with a polarity of the direct current, the rotor 16 is clockwise turned; this rotation continues when winding 22 is energized and reached 1800 after activating the third winding 20. By activating one after the other with the current of reversed polarity, the motor can be rotated through 360 °. the Windings 20 to 22 do not lie in a plane through the rotor axis here, but rather stand perpendicular to it; however, they are all arranged in the area of this level, so that the engine height is reduced here. The motor housing is in Fig. 2 is omitted for the sake of simplicity.

Einen dreiphasigen Motor kann man auch nach den Prinzipien der Fig. 1 aufbauen. Dort sind dann drei Teilmotore vorhanden, deren drei Wicklungen wie in Fig. 10 in einer Ebene liegen; es ist hier also anstelle von je einet seitlich angeoruneten Wicklungspaar nur je eine Wicklung vorgesehen. Die Rotorpole liegen auch hier (wie in Fig. 2) um 600 gegeneinander gedreht.A three-phase motor can also be made according to the principles of Fig. 1 build up. There are then three sub-motors, the three windings of which are like in Fig. 10 lie in one plane; so it is here instead of one on each side angoruneten winding pair only one winding each provided. The rotor poles lie also here (as in Fig. 2) rotated by 600 against each other.

Fig. 3 unterscheidet sich von Fig. 2 lediglich dadurch, daß auf jedem Rotor 30 bis 32 vier Magnetpole abwechselnder Polarität vorgesehen sind. Hier benötigt man keine Polwender zur erzielung der Volldrehung; vielmehr genügt es bei diesem Motor, die Wicklun6spaare 33 bis 35 nacheinander mit der Gleichstroiquelle u verbinden, w X i die Velidrehung rreicht ist, F nn alle Wicklungen zweimal angesteuert waren.Fig. 3 differs from Fig. 2 only in that on each Rotor 30 to 32 four magnetic poles of alternating polarity are provided. Needed here no pole reversers to achieve full rotation; rather, it is sufficient for this Motor, which connect winding pairs 33 to 35 one after the other with the DC source u, w X i the Veli rotation r is reached, F nn all windings were activated twice.

Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 4 weisen die drei vorgesehenen Rotore 40 bis 42 nur Weicheisenpolpaare auf. Durch nacheinander erfolgende Ansteuerung der Wicklungen 43 bis 45 derart, daß die Wicklungen jdes Paares jeweils unterschiedliche auf den Rotor wirkende Magnetpole bilden, kommt eine 1800-Drehung zustande; ein erneutes Ansteuern dieser Wicklungen mit dem gleichen oder umgepolten Strom vollendet die Volldrehung. Hier sind auch auf der Statorseite Weicheisenkerne 46 vorgesehen, die über einen Rückschluß miteinander verbunden sind.In the embodiment of FIG. 4, the three provided rotors 40 to 42 only have soft iron pole pairs. Through successive actuation of the windings 43 to 45 such that the windings of each pair are different form magnetic poles acting on the rotor, an 1800 rotation is achieved; a renewed control of these windings with the same or reversed current is completed the full turn. Soft iron cores 46 are also provided here on the stator side, which are connected to one another via a return path.

Der Motor der Fig. 4 läßt sich auch mit z.B. vier Weicheisenpolen ausbilden (geometrisch ähnlich Fig. 3).The motor of Fig. 4 can also be used with, for example, four soft iron poles train (geometrically similar to Fig. 3).

Bei Verwendung als Synchronmotor wären die Wicklungen mit 600 phasenverschobenen Strömen anzusteuern.If used as a synchronous motor, the windings would be 600 out of phase Controlling streams.

In Fig. 5 sind auf einer durchsichtigen Trägerplatte 51 vier in je zwei Teile aufgeteilue Schrittmotore befestigt und mit 52 a und 52 b bis 55 a und 55 b bezeichnet. Die Ausgangsviellen der Motore sind je mit einer der Gewindestangen 56 bis 59 verbundes Be- Drehung der ewind-tangen 56 bis 59 durch die Motore werden die gegen Drehung gesicherten Teile 60 bis 63, die im wesentlichen als Gewindemutter dienen, auf den Gewindestangen langsam längsverschoben. Zwischen je zwei sich gegenüberliegenden Teilen 60 und 61 bzw. 62 und 63 sind Drähte 64 und 65 gespannt, deren Kreuzungspunkt 66 jeweils die Markierung darstellt. Günstigerweise wird wenigstens ein Ende der Drähte 64 und 65 über eine Feder mit einem der Teile 60 bis 63 verbunden. Da die sich entsprechenden Motore z.B. 52 a und 53 a oder 54 b und 55 b jeweils gleichzeitig mit Impulsen angesteuert werden, kommt es zur Parallelverschiebung der Drähte 64 bzw. 65 zusammen mit den Teilen 60, 61 bzw. 62 und 63, wobei diese Bewegung in kleinen Schritten vor sich geht, die von der Steigung des Gewindes auf den Stangen 56 bis 59 und der Impulshäufigkeit abhängt.In Fig. 5 are on a transparent support plate 51 four in each two parts aufgeteilue stepper motors attached and with 52 a and 52 b to 55 a and 55 b. The output numbers of the motors are each with one of the threaded rods 56 to 59 connected rotation of the ewind rods 56 to 59 by the motors the secured against rotation parts 60 to 63, which essentially as a threaded nut serve, slowly shifted lengthways on the threaded rods. Between each two opposite Parts 60 and 61 or 62 and 63 are tensioned wires 64 and 65, their crossing point 66 each represents the marking. Conveniently, at least one end of the Wires 64 and 65 connected to one of the parts 60 to 63 via a spring. Since the Corresponding motors e.g. 52 a and 53 a or 54 b and 55 b at the same time are controlled with pulses, the wires 64 are shifted in parallel or 65 together with the parts 60, 61 or 62 and 63, this movement in small Steps is going on that on the pitch of the thread the rods 56 to 59 and the pulse frequency depends.

Liegen die Motorwicklungen parallel zur Grundplatte, so wird die Höhe des Kartengeräts im wesentlichen durch die Stärke der Rotore der Schrittmotore, die Plattenstärken und die Kartenaufnahme hinter der Platte 51 bestimmt.If the motor windings are parallel to the base plate, the height will be of the card device mainly by the strength of the rotors of the stepper motors, the plate thickness and the card holder behind the plate 51 is determined.

Claims

lil o t o r patent claims: engine with several on the, l external Stator arranged windings and a rotor rotatably mounted on the stator, the is connected to a shaft and has coordinated radial poles in the windings, characterized in that the rotor is divided into several sub-motors, the are axially offset from one another, with all the windings of the partial stators in the area a plane running through the rotor axis are arranged that the axially offset Part rotors are arranged on a commoncumen shaft and that the poles of the part motors are arranged on the rotor rotated by angles with respect to one another, which determine the angle of rotation of the stator coils correspond to the area of the ne.

2. Motor according to claim 1, characterized in that the poles through Permanent magnets are formed.

Claims 3. Motor according to Claim 1, characterized in that that the poles are made of soft magnetic material.

4. Motor according to claim 3, characterized in that n (n -3) sub-motors are provided, the rotor poles are rotated by 1800 against each other.

n 5. Motor according to claim 2, characterized in that n sub-motors (n 52) are provided, the rotor poles 180 of which are rotated relative to one another.

n 6. Motor according to claim 5, characterized in that the windings lie in the plane and surround the partial rotors (Fig. la).

7. Motor according to claim 5, characterized in that the windings in pairs to the side of the rotors with approximately perpendicular to the axis of rotation Winding axes and are arranged approximately perpendicular to the plane.

8. Motor according to one of claims 1 to 6, characterized in that that each of the windings is applied successively with current of different signs will.

9. Motor according to one of claims 1 to 5 and 7 to 8, characterized in that that more than one pole pair is provided per rotor.

10. Motor according to one of claims 1 to 9, characterized by its Use as a stepper motor.

11. Motor according to one of claims 1 to 10, characterized by its use as a drive for a card device in which at least one marking over the card in one direction of movement by means of two laterally arranged Threaded rods and attached, Claims with the Marking connected threaded nuts is moved in such a way that each threaded rod is driven by a motor.

12. Card device according to claim 11, characterized in that for the second direction of movement of the marking perpendicular to the first from threaded rods, Threaded nuts and motors already have a second drive device of the same type Drive device is arranged and that the intersection of the connections of the Thread nuts forms the mark.