DE3490738T1 - Steller mit Ausgleich-Induktionsfluß-Weg - Google Patents

Description

RECHTSANWALT & PATENTANWALT*

Dipl.-PHYs. dr.JUR. U. HEIBRICH 3490738

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• a·

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P 34 90 738.6 24. März 1986

WO 86/01028 SCANNING - DE/PCT

Actuator

Steller mit Ausgleich-Induktionsfluß-Weg Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung betrifft drehbegrenzte elektromechanische Steller mit sogenannten Dreheisen-Läufern.

Bei derartigen Stellern ist typisch, daß eine permeable Läufer-Einheit Laufer-PoIflachen bildet und gegenüber einer Ständer-Einheit drehbar gelagert ist. Die Ständer-Einheit hat ein Paar Polstücke (mit jeweils einem Paar Ständer-Polflächen um die Läuferachse herum) und ein oder zwei Dauermagnete, die einen Vormagnetisierungs-Induktionsfluß durch die Polstücke und die Läufer-Einheit über entsprechende Paare der Läufer- und Ständer-Polflächen schicken.

Gewöhnlich sind jede Läufer-Polfläche und die entsprechenden Ständer-Polflächen Segmente von Kreisen, die einen konstanten Spalt g bilden, der sowohl vom Vormagnetisierungs-Induktionsfluß als auch von einem veränderlichen Antriebs-Induktionsfluß durchsetzt wird, der von einer Antriebs-Spule an der Ständer-Einheit stammt.
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Es ist bekannt, daß bei großen Winkelausschlägen und für große Antriebs-Ströme das Antriebs-Drehmoment seine genaue Linearität zum Antriebs-Strom verliert.

Bei langsamen Dreheisen-Stellern derart, daß dem Antriebs-Drehmoment eine mechanische Feder entgegenwirkt, führt die Drehmoment-Nichtlinearität zu einer Nichtlinearität der Gleichgewichts-Läuferstellung in Abhängigkeit vom Antriebsstrom. US 3,624,574 (Montagu) beschreibt einen Ausgleich der Nichtlinearität durch Schlitzen des Läufers, um die Bogenlänge eines Bereichs der Läufer-Polfläche zu verringern. Bei großen Winkelausschlägen des Läufers ergibt es sich jedoch, daß der verringerte Polflächen-Bereich nicht langer beide Ständer-Polflächen überlappt und durch den Dauermagnet-Vormagnetisierungs-Induktionsfluß zu der einen Ständer-Polfläche angezogen wird, die er weiter überlappt. Diese Anziehung soll die Positions-Nichtlinearität ausgleichen. US 3,624,574 (Montagu) beschreibt das Abtragen der Ecken der Läufer-Polflächen, um im wesentlichen das gleiche Ergebnis zu erzielen.

Für mittelschnelle Bewegung, die mittlere Drehmomente (und damit mittlerer Antriebsspulen-Ströme) erfordert, wurde erwogen, daß die Bewegungs-Nichtlinearität aufgrund der Drehmoment-Nichtlinearität am besten durch Rückkopplung, beruhend auf Messungen der Läufer-Winkelgeschwindigkeit, ausgeglichen werden könnte, vgl. US 4,186,332 und 3,970,979 (jeweils von Montagu). Derartige Regelkreise zeigen jedoch Instabilität bei schnellem Betrieb, insbesondere bei großen Winkelstellungen, und sind daher ungeeignet für schnelle Anwendungen, die hohe Stellgenauigkeit erfordern.

Daher sind Maßnahmen zum Ausgleich von Nichtlinearität begrenzt drehbarer Steller aufwendig, außerdem besteht eine gewisse Beschränkung des Einsatzes derartiger Steller. 35

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Kurzfassung der Erfindung

Grundsätzlich bringt die Erfindung eine Verbesserung im Bau des Stellers unter Verringerung der vorhandenen Nichtlinearitat durch Vorsehen eines Induktionsfluß-permeablen Ausgleich-Spalts zwischen der Antriebs-Polflache und jeder Ständer-Polfläche, was einen Neben-Weg ergibt, wenn die Ständer-Einheit sich zur Grenze ihres Betriebsbereichs hin dreht, wobei der Ausgleich-Spalt weniger permeabel als der Antriebsspalt ist.

Weiter besteht die Erfindung in einer Läufer-Einheit, die zusätzlich zu einer Haupt-Läufer-Polfläche, die von den Ständer-Polflächen durch einen gleichmäßigen Spalt g getrennt ist, Neben-Polflächen-Bereiche nahe beiden Enden der Haupt-Polfläche bildet, wobei die Neben-Bereiche von den Ständer-Polflächen durch gleichmäßige Ausgleich-Spalte G getrennt sind, mit g < G S ca. 15 g.

Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen nimmt der Ausgleich-Spalt an jeder Ständer-Polfläche in dem Maß zu, wie der Antriebs-Spalt an dieser Ständer-Polfläche abnimmt, und umgekehrt; die Läufer-Einheit bildet eine Läufer-Polfläche, die von den beiden Ständer-Polflächen durch einen ersten bzw. einen zweiten Antriebs-Spalt getrennt ist, und ist so angeordnet, daß ein veränderlicher erster und zweiter Polflächen-Bereich gebildet werden, die mit den beiden Ständer-Polflächen sich überlappen bzw. zusammenwirken, wobei die Flächen der beiden Bereiche von der Winkelstellung der Läufer-Einheit abhängen und die Flächen an den entgegengesetzten Enden des Betriebsbereichs verringert sind; eine Antriebs-Einrichtung ist der Ständer-Einheit zugeordnet und so angeordnet, daß sie einen veränderlichen magnetischen Antriebs-Induktionsfluß aufprägt auf einem Weg, der sich erstreckt durch eine Ständer-Polfläche, den ersten Antriebs-Spalt, den ersten Bereich der Läufer-Polflache, den zweiten Bereich der Läufer-Polfläche und

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die andere Ständer-Polfläche; und die Läufer-Einheit bildet zweite Polflächen-Bereiche, die von den beiden Ständer-Polflächen durch den Ausgleich-Spalt getrennt und so angeordnet sind, daß sie sich überlappen und zusammenwirken mit der ersten und zweiten Ständer-Polfläche, um den Neben-Weg für den Antriebs-Induktionsfluß zu bilden, der zwischen der Läufer-Einheit und mindestens einer der Ständer-Polflächen verläuft; ferner sind vorgesehen eine dritte und eine vierte Ständer--PoIflache und eine zusätzliche Läufer-Polfläche, die von der dritten und vierten Ständer-Polfläche durch einen dritten bzw. vierten Induktionsfluß-permeablen Antriebs-Spalt getrennt ist, und die Läufer-Einheit bildet weiter einen veränderlichen dritten und vierten Polflächen-Bereich, der von der dritten bzw. vierten Ständer-Polfläche durch einen zusätzlichen Induktionsfluß-permeablen Ausgleichs-Spalt getrennt und so angeordnet ist, daß er überlappt und zusammenwirkt mit der dritten bzw. vierten Ständer-Polfläche, um einen zusätzlichen Neben-Weg für den Antriebs-Induktionsfluß zu bilden; die Polflächen sind zylindrisch; die Ständer-Polflächen haben denselben Raius, die Polflächen-Bereiche haben denselben Radius, und die Neben-Polflächen-Bereiche haben denselben Radius; die Antriebs-Spalte sind gleichmäßig und gleich g, und die Ausgleichs-Spalte sind gleichmäßig und gleich G = ca. 4 bis ca. 15 g (vorzugsweise 7 - 8 g); die erste und die zweite Ständer-Polfläche und die Neben-Polflächen-Bereiche sind so profiliert, daß sie einen wählbaren Zusammenhang zwischen Antriebs-Strom und Läufer-Drehmoment ergeben; g beträgt ca. 0,01 cm (0,004 in) und G ca. 0,1 cm (0,040 in); und die Größe jedes Läufer-Polflächen-Bereichs ist von der gleichen Größenordnung wie die Größe jeder Ständer-Polfläche.

Ein wichtiges Erfindungs-Merkmal ist ein optischer Leser für Rechner-Speicher od. dgl., nämlich die Kombination eines Ausgleich-Stellers, wie oben beschrieben, mit einem optischen Speicher-Medium, einem optischen Element zum Lesen von auf

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dem Medium gespeicherter Information und einem Arm zur Halterung des optischen Elements, wobei der Arm an einer vom optischen Element getrennten Stelle mit der Läufer-Einheit verbunden ist, so daß ihr Antrieb das optische Element mit hoher Geschwindigkeit und Genauigkeit in auswählbare Stellungen relativ zum optischen Medium sich bewegen läßt.

Andere Ausführungsbeispiele: Die Läufer-Einheit bildet ein Paar Läufer-Polflächen, die entlang der Drehachse beabstandet und permeabel durch einen Weg verbunden sind, der eine axiale Komponente durch die Läufer-Einheit besitzt, und jede Läuferund Ständer-Polfläche spannt einen Winkel von ca. 9 0 ° bis ca. 180 ° um die Achse auf; jede Läufer-Polfläche spannt einen Winkel von ca. 180 ° auf; und jede Ständer-Polfläche spannt einen Winkel von ca. 120 ° bis ca. 160 ° auf.

Die Ausgleich-Läufer-Polflächen-Bereiche bilden einen zweiten Weg. Dieser alternative Weg verringert das Einschnüren des Antriebs-Induktionsflusses, wenn der Läufer sich zu seinem 0 Ort maximalen Winkelausschlags dreht. Das Läufer-Drehmoment zeigt eine verbesserte Linearität gegenüber Winkelstellung und Strom. Eine Profilierung der Ausgleich-Polflächen kann andere gewünschte Drehmoment-Kennwerte erzielen.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung sind aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele und aus den Ansprüchen ersichtlich.

| Λ 3 0 Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele

Erläuterung der Zeichnung.

Zeichnung (es zeigen:)

Fig. 1 eine isometrische Ansicht eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des Stellers;

Fig. 2 eine vergrößerte Teil-Vorderansicht

des Stellers von Fig. 1, wobei der Läufer in seiner Mittenstellung ist und die Spalte zwischen Läufer und

Ständer nicht maßstabsgetreu gezeigt sind;

Fig. 3 eine vergrößerte Teil-Vorderansicht

des Stellers von Fig. 1, wobei der Läufer nahe seinem maximalen Ausschlag in einer Richtung ist und die Spalte zwischen Läufer und Ständer nicht maßstabsgetreu gezeigt sind;

Fig. 4 Funktionskurven des Drehmoments über

der Winkelstellung für verschiedene Antriebsströme für den Steller von

5 Fig. 1 und für einen herkömmlichen

Steller;

Fig. 5 das Blockschaltbild einer geregelten

Stromquelle für den Steller; 30

Fig. 6 eine Draufsicht eines den Steller

von Fig. 1 verwendenden Abtasters für optische Platte;

Fig. 7 eine isometrische Ansicht eines ande

ren Ausführungsbeispiels des Stellers;

Fig. 8 eine isometrische Explosionsansicht

des Stellers von Fig. 7, wobei eine

Endkappe entfernt ist, die Läufer-Einheit axial von der Ständer-Einheit getrennt gezeigt ist und die Spulen aufgeschnitten gezeigt sind; 10

Fig. 9 einen seitlichen Schnitt (9-9 von

Fig. 7) des Stellers von Fig. 7;

Fig. 10 eine Draufsicht des Stellers von

Fig. 7 (mit entfernten End-Kappen und schematisch gezeigten Spulen), woraus typische Vormagnetisierungs-Induktionsfluß-Wege für den Läufer in dessen Mittenstellung ersichtlich sind;

Fig. 1OA ein seitlicher Schnitt (gemäß 10A-10A

in Fig. 10) des Stellers von Fig. 1 mit typischen Vormagnetisierungs-Induktionsfluß-Wegen;

Fig. 1OB eine isometrische Ansicht typischer

Vormagnetisierungs-Induktionsfluß-Wege und Steuer-Induktionsfluß-Wege entsprechend dem Steller von Fig.

10;

Fig. 11 eine Draufsicht des Stellers von

Fig. 7 (bei entfernten End-Kappen und schematisch gezeigten Spulen), die typische Vormagnetisierungs-Induktionsfluß-Wege für den Läufer

nahe dessen weitesten Winkelausschlag im Gegenuhrzeigersinn zeigt;

Fig. HA eine isometrische Ansicht typischer

Vormagnetisierungs-Induktionsfluß-

Wege und Steuer-Induktionsfluß-Wege entsprechend dem Steller von Fig. H;

Fig. 12 Funktionen des Drehmoments über der

Winkelstellung für verschiedene Antriebsströme für den Steller von Fig. 7;

Fig. 13 eine isometrische Explosionsansicht

eines anderen Ausführungsbeispiels des Stellers, wobei eine End-Kappe entfernt ist, die Läufer-Einheit axial von der Ständer-Einheit getrennt gezeigt ist und die Spulen

aufgeschnitten gezeigt sind;

Fig. 14 einen seitlichen Schnitt (14-14 von

Fig. 13) des Stellers von Fig. 30

Aufbau und Betrieb

Fig. 1 : Ein Steller 20 besitzt zwei Ständer-Polstücke 22, 24 auf entgegengesetzten Seiten einer Drehachse 26, die

durch ein Paar Dauermagnete 28, 30 verbunden sind. Das Ständer-Polstück 22 bildet ein Paar zylindrische Ständer-Polflächen 34, 36, während das Ständer-Polstück 24 ein Paar zylindrische Ständer-Polflächen 38, 40 bildet (alle mit gleichem
Radius). Antriebsspulen 39, 41 sind um die Ständer-Polstücke 22 bzw. 24 gewickelt. Ein Läufer 42 ist drehbar zu den Ständer-Polstücken -22, 24 in einem Betriebsbereich zwischen zwei Stellungen maximalen Wickelausschlags (Fig. 1 zeigt den Läufer 42 in seiner neutralen Mittenstellung). Der Läufer 42

bildet zwei erste Läufer-Polflächen 44, 46, die jeweils zwei der Ständer-Polflächen überlappen, und deren jede eine Größe gleicher Größenordnung wie jede Ständer-Polfläche besitzt.
Die Bezeichnung "Spalt" bezieht sich auf den Abstand zwischen den Polflächen, und der Begriff "Größe" bezieht sich auf die Bogenlänge der Polfläche um ihre Achse.

Fig. 2 (die nur die obere Hälfte des Stellers von Fig.
1 zeigt, wobei die untere Hälfte identisch zur oberen Hälfte ist): der maximale Winkelausschlag des Läufers 42 in einer

Richtung ist bestimmt durch den Winkel a, der darstellt, wie weit der Läufer 42 sich im Uhrzeigersinn drehen kann, bis
das Ende 50 der Läufer-Polfläche 44 das Ende 51 der Ständer-Polfläche 34 erreicht, und ähnlich ist der maximale Gegenuhrzeigersinn-Winkelausschlag in der anderen Richtung durch einen ähnlichen Winkel a¹ definiert. Der tatsächliche Betriebsbereich kann etwas kleiner als der maximal mögliche Ausschlag
sein. Die Haupt-Läufer-Polfläche 44 hat einen ersten und einen zweiten Polflächen-Bereich 52 bzw. 54, die gegenüber Ständer-Polflächen 36 bzw. 34 liegen, von denen sie um einen gleichmäßigen Antriebs-Spalt g getrennt sind. Neben-Läufer-Polflächen-Bereiche 68, 70 liegen entsprechend gegenüber den Ständer-Polflächen 36, 34, von denen sie durch einen größeren
gleichmäßigen Induktionsfluß-durchlässigen Ausgleich-Spalt
G getrennt sind. Der Spalt G ist größer und weniger permeabel als der Spalt g.

Ein Vormagnetisierungs-Induktionsfluß verläuft auf Wegen 60, 60' (von denen zwei typische Induktionsflußlinien gezeigt sind) in der gleichen Richtung von den Magneten 28, 30 durch die Spalte g und G und durch den Läufer 42 und anschließend zurück über die Läufer-Polfläche 46 (Fig. 1). Das Verhältnis der Dauermagnetfelder in den Spalten G zu den Dauermagnetfeldern in den Spalten g beträgt g/G, wobei die Felder in den Spalten G also kleiner sind.

Ein Antriebs-Induktionsfluß von der Spule 39 kann sowohl auf einem Haupt-Weg 62 als auch auf einem Neben-Weg 64 verlaufen (von dem nur typische Induktionsflußlinien gezeigt sind). Der Haupt-Weg 62 verläuft durch die Ständer-Polfläche 34, den Spalt g, den Läufer-Polflächenbereich 54, den Läufer 42, den Läufer-Polflächenbereich 52, den Spalt g und zurück zur Spule 39.

Der Neben-Weg 64 verläuft durch die Ständer-Polfläche 34, den Spalt G, den Läufer-Polflächen-Bereich 70, den Läufer 42, den Läufer-Polflächen-Bereich 68, den Spalt G, die Ständer-Polfläche 36 und zurück zur Spule 39.

Während der Läufer 42 die Stellungen nahe der Mittenstellung gemäß Fig. 2 annimmt, kann fast der gesamte Antriebs-Induktionsfluß auf dem Weg 62 verlaufen, da die Flächen der Läufer-Polflächen-Bereiche 52, 54, die die Ständer-Polflächen-Bereich 36, 34 überlappen, relativ groß sind.

Um ein Drehmoment dem Läufer zu verleihen (und dadurch ihn in eine gewünschte Richtung zu bewegen), wird ein Strom in die Antriebs-Spulen geschickt, der die Antriebs-Induktionsfluß-Wege durch den Ständer und den Läufer herstellt. Fig. 2: Der Antriebs-Induktionsfluß verläuft auf den Wegen 62, 64 nur in einem der Ständer-Polstücke (22) und verleiht ein Drehmoment dem entsprechenden Läufer-Segment. Der Antriebs-

•/la·

Induktionsfluß verläuft auch auf anderen Wegen (nicht gezeigt) von der Antriebs-Spule 41 aus (Fig. 1). Der Induktionsfluß auf dem Weg 62 verstärkt den Vormagnetisierungs-Induktionsfluß auf dem Weg 60, der durch den Spalt beim Laufer-Polflächen-Bereich 54 verläuft, und schwächt den Vormagnetisierungs-Induktionsfluß auf dem Weg 60', der durch den Spalt am Läufer-Polflächen-Bereich 52 verläuft. Infolgedessen wird ein Drehmoment auf den Läufer 42 ausgeübt, das ihn in eine Richtung zu drehen versucht, die eine Erhöhung des kombinierten Induktionsflusses durch die beiden Spalte verursachen will.

Ein Drehmoment kann in der entgegengesetzten Richtung durch Umkehr der Richtung des Stroms durch die Spulen auferlegt werden.
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Wenn der Läufer 42 sich in verschiedene Winkelstellungen bewegt, ändern sich die Flächen der Läufer-Polflächen-Bereiche 52, 54.

0 Die Größe des Drehmoments, die vom Strom durch die Spulen eines herkömmlichen Stellers erzeugt wird, läßt sich nach folgender Gleichung berechnen:

T = BLNID - „

2g a

mit

B = Magnetfeld in den Spalten zwischen Läufer und Ständer, erzeugt durch Vormagnetisierungs-Magnete,

L = Dicke jedes Polstücks

N = Anzahl der Drahtwindungen jeder Steuerspule -J₁- I = Strom durch jede Steuer-Spule

D= Läufer-Durchmesser

πι = Luft-Permeabilität
c= Winkelstellung, für die das Drehmoment berechnet

a = maximal möglicher Winkelausschlag aus der Mittenstellung

g = Luft-Spalt.

Das Drehmoment besitzt also einen ersten Term (BLNID), der linear mit dem Strom variiert, und einen zweiten nichtlinearen Term, der mit dem Winkelausschlag und mit dem Strom-Quadrat variiert.

Die Ursache der Nichtlinearität kann wie folgt erklärt werden.

Wenn der Läufer eines Stellers (Fig. 3 ohne Spalte G) nahe einer Stellung maximalen Winkelausschlags ist, verläuft der Weg 62 für den Antriebs-Induktionsfluß, der von der Antriebs-Spule 39 erzeugt wird, durch die Ständer-Polfläche 34, den Spalt G, den Bereich 54 der Läufer-Polfläche, einen zweiten Bereich 52 der Läufer-Polfläche, den Spalt g, die Ständer-Polfläche 36 und zurück zur Spule 39. Wie Fig. 3 andeutet:

Die Fläche des Bereichs 54 nähert sich Null in der Stellung maximalen Winkelausschlags, die eine erhöhte Reluktanz erzeugt, was letztlich den Induktionsflußweg 62 drosselt, so daß es zur Drehmoment-Nichtlinearität kommt. Eine derartige Nichtlinearität in herkömmlichen Stellern bewirkt bei großen Winkelausschlägen, daß die Stärke des Antriebs-Stroms für die Erzeugung eines gegebenen Drehmoments in einer derartigen Stellung für Uhrzeigersinn- und Gegenuhrzeigersinn-Bewegung unterschiedlich ist. Z.B. zeigt Fig. 3 den Antriebs-Induktionsflußweg 62, der den Dauermagnet-Induktionsfluß 60 am PoIflächen-Bereich 54 verstärkt und damit den Läufer im Gegenuhr-

zeigersinn drehen will. Jedoch ist die Fläche des Bereichs 54 so klein, daß der Induktionsfluß auf dem Weg 62 eingeschnürt wird und das resultierende Drehmoment nicht so groß wie erwartet ist. Im Gegenteil, wenn der Antriebs-Strom im Vorzeichen umgekehrt würde (aber sonst die gleiche Stärke behielte), würden die Antriebs-Induktionsflußwege die Richtungen umkehren. Jetzt würde der Antriebs-Induktionsfluß 62 den Dauermagnet-Induktionsfluß 60' verstärken und den Läufer im Uhrzeigersinn drehen. Da die Fläche des Oberflächen-Bereichs 52 groß genug ist, um den Induktionsfluß zu führen, wird das Drehmoment auf den Läufer nicht verringert. Daher, für gegebene Stromstärke, überschreitet das Uhrzeigersinn-Drehmoment das Gegenuhrzeigersinn-Drehmoment, welcher Unterschied bei großen Winkelausschlägen größer wird, was eine Instabilität erzeugt, wenn eine Mitkopplungs-Regelung benutzt wird, um die Läufer-Bewegung bei hohen Geschwindigkeiten zu regeln.

Die Erfindung verringert die Nichtlinearität durch Vorsehen des Neben-Wegs 64 von Fig. 3 für den Antriebs-Induktionsfluß über Neben-Läufer-Polflächen-Bereich 68, 70. Die Reluktanz nähert sich so einem endlichen Wert bei maximalem Winkelausschlag, wobei die Magnetfelder niemals Null werden, und das Einschnüren des Antriebs-Induktionsflusses wird verringert. Es ist zu beachten, daß die Gesamtfläche der Spalte g und 5 die Gesamtfläche der Spalte G, wie durch die Dauermagnete 28, 30 gesehen, jeweils konstant sind bei Drehung des Läufers 42.

Das Einschnüren des Antriebs-Induktionsflusses bei fehlendem 0 zweiten Weg kann wie folgt verstanden werden. Das von der Spule erzeugte Magnetfeld im Spalt g über den Läufer-Polflächen-Bereich 54 kann beschrieben werden durch:

AS ·

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mit

A]_, A2 = Fläche von PoIflächen-Bereich 54 bzw. 55.

Wegen der Konfiguration von Läufer und Ständer ist die Summe dieser Flächen (A = A^ + A2) eine Konstante, und sie kann
durch folgende Funktionen des Mittelausschlags ausgedrückt
werden:

A^ = Lr(a-c) Ä2 = Lr(a+c) A = 2Lra

mit

r = Radius der Polfläche, so daß sich ergibt:
mNI a+c

B₁ =

G 2a

Ähnlich kann B2 als das von der Spule erzeugte Magnetfeld
im Spalt g über den Läufer-Polflächen-Bereich 52 beschrieben werden durch:

_ mNI a-c
^B2 - ~g~ * ^a" *

Daher nähert sich B^ Null, wenn der Läufer sich dem maximalen Winkelausschlag nähert. Und da B2 durch B]_ begrenzt ist, nähert sich auch B2 Null.

Im Gegensatz dazu beim Steller von Fig. 3, wo zusätzlich die Neben-Läufer-Polflächen-Bereiche vorhanden sind, nähert sich die Reluktanz im Spalt beim Bereich 52 einem endlichen Wert, und die Magnetfelder B]_ und B2 werden niemals Null, sondern

haben einen Grenzwert wie folgt:

nNI

1 + G/g

Es ist ersichtlich, daß für G = g das Magnetfeld nicht mehr eine Funktion des Ausschlags wäre noch der Energie in den Spalten g, G, weshalb kein Drehmoment erzeugt werden könnte. Daher muß G größer als g sein. Grundsätzlich geben kleinere Wert von G eine bessere Linearität bei weniger Wirkungsgrad, definiert durch Drehmoment für gegebenen elektrischen Leistungspegel. Größere Werte von G ergeben eine schlechtere Linearität, jedoch einen höheren Wirkungsgrad. Experimentelle Untersuchungen haben gezeigt, daß in vielen Fällen Ergebnisse erzielt werden können, wenn die Ausgleichs-Spalte G das 4-bis 15-fache (vorzugsweise 7- bis 8-Fache) der Abmessungen der ersten Antriebs-Spalte g betragen.

Das Vorhandensein des zusätzlichen Antriebs-Induktionsfluß-Wegs erfordert vergrößerte Dauermagnete sowie Induktionsfluß-Wege mit größerem Querschnitt. Auch ist das Null-Spitzen-Drehmoment bei diesem Aufbau kleiner und ist die Induktanz größer.

Fig. 4 : Die Kurven von gemessenem Drehmoment über dem Verhältnis von Ist-Ausschlag zu maximalem Ausschlag waren wie gezeigt für Antriebs-Ströme von 1,0 A und 0,5 A (alle Motoren besaßen 0,500 Durchmesser Bohrung, g = 0,01 cm (0,004 in), G = 0,1 cm (0,040 in) und 200 Windungen je Antriebs-Spule) und zeigten eine gute Linearität über einen weiten Bereich von Winkelausschlägen. Strom-Kurven 102 und 104 entsprechen Stellern, bei denen der Läufer, anders als beim Steller von Fig. 1, keine zusätzlichen Polflächen-Bereiche besitzen. Strom-Kurven 106, 108 sowie 110, 112 entsprechen zwei Stellern der in Fig. 1 gezeigten Art, angetrieben von 1,0 A bzw. 0,5 A-Antriebs-Strömen. Der Steller, dargestellt durch die Kurven 106, 108, hatte einen maximalen Winkelausschlag mit einem

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Nennwert von 50 °, während der Steller, dargestellt durch die Kurven 110, 112 einen maximalen Winkelausschlag mit einem Nennwert von 4 5 ° besaß.

Fig. 5 : Eine geregelte Stromquelle 236 besitzt regelmäßig eine Stellungs-Führungssignal-Quelle 272, einen Läufer-Stellungs-Fühler 27 4 und einen geeigneten Rückkopplungskreis 27 6. Der Rückkopplungskreis regelt in für sich bekannter Weise den Stell-Strom 278 entsprechend Regelabweichungen zwischen Ist- und Soll-Stellung, so daß der Läufer genau den Führungssignalen geeignet gedämpft folgen kann. (Einzelheiten eines möglichen Regelkreises sind beschrieben in US 4,142,144 (Rohr) vom 27. Februar 1979, im Namen des Anmelders.

Die Erfindung ist überall anwendbar, wo ein hohes Drehmoment und hohe Positionsgenauigkeit über einen breiten Bereich von Winkelausschlägen erforderlich sind. Dies ist üblicherweise das Ziel von schnellen Stellungs-Servo-Systemen. Z.B. gemäß Fig. 6 : Eine drehbare optische Speicherplatte 312 kann von einem optischen Element 320 abgetastet werden, das auf einem Dreh-Arm 320 montiert ist, der an einer Welle 318 befestigt ist, die mit dem Läufer eines Stellers 20 verbunden ist. Information, gespeichert in konzentrischen Spuren auf einer Platte 312, kann schnell (z.B. mit 2 oder 3 ms Antwortzeit) und genau wiederaufgefunden werden durch genaue Drehung des Stellers 20, unter Regelung, was durch die verbesserte Läufer-Anordnung gemäß der Erfindung erreicht wird. Diese neue Läufer-Anordnung sichert, unabhängig von der Ausgangsstellung des Elements 322, daß ein gegebener Strom, der in den Steller 20 eingespeist wird, dieselbe Winkelverdrehung in derselben Zeit durchführt.

Der Steller ist auch geeignet für viele andere Anwendungen, insbesondere Streifenschreiber und optische Abtastsysteme. 35

^ν· 30- Oktober 19C4

Andere Ausführungsbeispiele

Andere Ausführungsbeispiele liegen innerhalb der folgenden Ansprüche.
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Z.B. Fig. 7 und 8 : ein Steller 410 besitzt eine Ständer-Einheit 411 mit zwei End-Kappen 412, 412', zwischen denen auf einer Achse A zwei Polstücke 414, 414' und (zwischen den Polstücken) zwei Dauermagnete 416 aufgesteckt sind. Die Ständer-Einheit wird durch vier Montage-Schrauben 417 zusammengehalten. Eine Läufer-Welle 418 (vorzugsweise ferromagnetisch) ist in einem Paar Lager 420, 420' gelagert (42O¹ ist in Fig. 7 verdeckt), die jeweils in einer Endkappe 412 bzw. 412' aufgenommen sind.

Gemäß Fig. 8 , 9 : Ein ca. 1,8 cm (3/4 in) langer ferromagnetischer Läufer 430 (aufgepreßt auf eine Welle 418) besitzt zwei halbzylindrische Abschnitte 438, 440 mit unterschiedlichem Durchmesser. Die gekrümmte Außenfläche des den größeren Durchmesser (z.B. 1,52 cm (0,610 in) Durchmesser) besitzenden halbzylindrischen Abschnitts 438 bildet zwei Läufer-Polflächen 442, 442' (in Fig. 8 verdeckt), und die gekrümmte Außenfläche des den kleineren Durchmesser (z.B. 1,25 cm (0,500 in)) besitzenden halbzylindrischen Abschnitts 440 bildet ähnlich zwei rückgesetzte Flächen (zweite Läufer-Polflächen-Bereiche) 444, 444'.

Eine Ständer-Einheit 412 besitzt zwei identisch geformte, flache ferromagnetische Polstücke 414, 414', die entlang einer Achse A, parallel zueinander und senkrecht zur Achse A sowie durch zwei rechteckige gesinterte Alnico-Vormagnetisierungs-Magnete416 getrennt sind sowie ein Vormagnetisierungs-Feld erzeugen. Jeder Magnet ist ca. 3,5 cm (1,4 in) lang, 1,55 cm (0,62 in) breit und 0,63 cm (0,25 in) dick und besitzt eine Nordpol-Fläche in Induktionsfluß-leitendem Kontakt mit

einer flachen axial gerichteten Fläche von einem der Polstücke und eine entsprechende Südpol-Fläche in Induktionsfluß-leitendem Kontakt mit einer flachen axial gerichteten Fläche des anderen Polstücks.
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Jedes Polstück 414, 414' ist ca. 5 cm (2 in) quadratisch und 0,94 (0,375 in) dick und besitzt zwei Schenkel 428a, 428b bzw. 428a¹, 428b¹, die an einem Ende vereinigt sind durch ein entsprechendes hochpermeables Verbindungselement 431 bzw. 431'. Die beiden Schenkel jedes Polstücks sind so geformt, daß sie zwei fast halbkreisförmige (z.B. 160 ° um die Achse A aufspannende) Ständer-Polflächen 435a, 435b, 435a¹, 435b¹ bilden, die zueinander gerichtet sind zur Bildung einer 1,56 cm (0,625 in) Durchmesser-Rundöffnung. Das Verbindungssegment jedes Polstücks ist von einer 600-Windungs-Isolierdraht-Steuer-(Antriebs)-Spule 434, 434' zur Führung eines Stroms von 0,5 A umwickelt. Die beiden Steuer-Spulen sind in Reihe und dann zu einer geregelten Stromquelle variablen Stroms 436 geschaltet.

Die beiden Polstücke sind mit ihren Verbindungssegmenten auf derselben Seite der Achse A angeordnet, wobei die Rundöffnungen in den beiden Polstücken fluchten, um die Läufer-Einheit aufzunehmen. Die Läufer-Polflächen 442, 442" besitzen einen etwas kleineren Durchmesser als die Ständer-Polflächen 435a, 435b, 435a¹, 435b¹ für ein Dreh-Spiel. Wenn der Steller zusammengebaut ist, wird der Läufer in fester axialer Stellung durch Stellung 420, 420' gehalten, wobei er frei drehbar ist. Jede Läufer-Polfläche (z.B. obere Läufer-Polfläche 442) überbrückt die entsprechenden zwei Ständer-Polflächen (z.B.

obere Ständer-Polflächen 435a, 435b) in allen Stellungen innerhalb des weiten Winkelausschlags des Läufers. Die radialen Spalte g zwischen jeder Läufer-Polfläche und jeder der entsprechenden Ständer-Polflachen sind klein genug (z.B. ca.

0,02 cm (0,008 in), um Induktionsfluß-Wege niedriger Reluktanz

* ^a0' 3A90738

durch diese Spalte zu bilden, während die radialen Spalte G zwischen rückgesetzten Flächen (Neben-Polflächen-Bereichen) 444, 444' und den entsprechenden Polflächen 435a, 435b; 435a", 435b¹ groß genug sind (z.B. ca. 0,16 (0,063 in)) zur Begrenzung auf einen niedrigen Wert (relativ zu den Spalten g) des Dauermagnet-Induktionsflusses durch diese Räume. Der Radius-Unterschied zwischen den beiden Abschnitten des Läufers ist derart, daß G das ca. 8-fache des Spalts g zwischen den Ständer- und Läufer-Polflächen beträgt.

Jedes Polstück besitzt vier Montage-Löcher 415 und die Enden der Magnete besitzen Halte-Schlitze 419, wobei die Löcher und Schlitze so angeordnet sind, daß sie die Bolzen aufnehmen, um die Polstücke und Magnete starr festzuhalten. Die Magnete sind dick genug, um die Polstücke durch einen Zwischenraum zu trennen, der die Spuren 434, 434' an einer gegenseitigen Berührung hindert.

End-Kappen 412, 412' (aus gegossenem oder bearbeitetem AIu-0 minium oder gesintertem unmagnetischem Edelstahl) sind 0,63 cm (0,250 in) dick, 5 cm (2 in) lang und 4,5 cm (1,8 in) breit. Beide End-Kappen haben ein 1,56 cm(0,625 in)-Mittenloch zur Aufnahme eines Lagers 420, 420' und vier Löcher 415 für Schrauben 417. Die vier Löcher in der End-Kappe 412 sind gestuft, um die Gewindeenden der Schrauben aufzunehmen, und die vier Löcher in der End-Kappe 412' sind versenkt, um die Schrauben-Köpfe aufzunehmen.

Der Steller wird kostengünstig hergestellt unter Verwendung von Sintermagneten (geschliffen nur an den beiden die Polstücke berührenden Flächen), gestanzten Metall-Polstücken, gegossenen End-Kappen und Stranggußstücken für die Läufer-Segmente. Die Teile werden leicht zusammengebaut auf einem einfachen Dorn. Das Ausrichten ist vereinfacht (gegenüber einem herkömmlichen Steller), da jedes Polstück ein einstückiges

Bauteil mit fast voll-kreisförmigem Loch ist, wobei die Grenzflächen von ihm den Dorn berühren und durch ihn genau ausgerichtet werden können. Die anderen Maße der Magnete brauchen nicht genau bearbeitet zu werden, da kleine Unterschiede in diesen Maßen nicht die Größe der Spalte g zwischen den
Läufer-Polflächen und den Ständer-Polflächen beeinflussen.

Die Vormagnetisierungs-Magnete erzeugen einen kontinuierlichen Vormagnetisierungs-Induktionsfluß durch die Ständer-
und die Läufer-Einheit, deren magnetischer Weg durch den Läufer immer axial ist, aber deren Weg durch die Polstücke von der Winkelstellung des Läufers abhängt.

Fig. 10, 10 A und 10 B : Wenn der Läufer in seiner
Mittenstellung wie gezeigt ausgerichtet ist (d.h. wenn jede Läufer-Polfläche 442, 442' gleiche Abschnitte ihrer entsprechenden zwei Ständer-Polflächen aufspannt), verläuft der Vormagnetisierungs-Induktionsf luß 450 vom Nordpol der Magnete
416 nach innen über die Schenkel 428a, 428b des Polstücks
414 zum Läufer, die Spalte g zwischen den Ständer-Polflächen und der Läufer-Polfläche 442 in das obere Ende des Läufers, axial in den Läufer in das untere Ende des Läufers, nach außen durch die Spalte g zwischen den Polflächen 442' der unteren Läufer-Segments und die Ständer-Polflächen 435a', 435b¹ des unteren Polstücks, nach außen durch die Schenkel 428a¹, 428b' und nach innen in den Südpol der Magnete.

Wenn der Läufer unter einem Winkel zur Mittenstellung positioniert ist, besitzt jede PoIflache 442, 442' eine größere Überlappungsfläche gegenüber einer der entsprechenden Ständer-Polflächen als die andere, so daß für jede Polfläche 442,
442' mehr Vormagnetisierungs-Induktionsfluß in den Spalt g
an einer ihrer entsprechenden Ständer-Polflachen als an der anderen durchsetzen kann. Das Verbindungs-Segment 431, 431' jedes Ständer-Polstücks bildet einen magnetischen Weg für
den überschüssigen Vormagnetisierungs-Induktionsfluß.

Fig. 11, HA : Wenn also der Läufer nahe seinem größten Drehwinkel weg von der Mittenstellung positioniert ist, müssen die meisten Vormagnetisierungs-Induktionsfluß-Wege 450 durch die Verbindungs-Segmente der Polstücke verlaufen, obwohl ein kleiner Teil des Induktionsflusses weiter auf einem Weg verläuft, der ähnlich dem Weg ist, der im Fall der Mittenstellung verfolgt wird.

Unabhängig von der Stellung des Läufers verläuft der Vormagnetisierungs-Induktionsfluß auf dem Weg 450 immer axial durch den Läufer, und (wenn sich der Läufer nicht in der Mittenstellung befindet) verläuft ein gewisser Induktionsfluß durch die Verbindungs-Segmente. Bei fehlendem Steuer-Strom in den Steuer-Spulen 434, 434' wird kein Drehmoment auf den Läufer ausgeübt, und zwar unabhängig von der Läufer-Position. Das Drehmoment kann definiert werden als die Änderung in der gesamten magnetischen Energie in den vier Spalten (gebildet zwischen den beiden Polflächen 442, 442' und ihren entsprechenden Ständer-Polflächen 435a, 435b, 435a', 435b¹), wenn 0 der Läufer sich drehen will. Da das gesamte Volumen der vier Spalte und das gesamte Magnetfeld in den Spalten bei Bewegung des Läufers unverändert bliebe, würde kein Drehmoment erzeugt werden, so daß der Läufer keine Vorzugsstellung hätte.

Um ein Drehmoment dem Läufer zu verleihen (und dadurch ihm in eine gewünschte Richtung zu bewegen), wird Strom in die Steuer-Spulen geschickt, die ein Paar Steuer-Induktionsfluß-Wege 452, 452' (gezeigt in Fig. 1OB, HA) erzeugen. Jeder Steuer-Antriebs-Induktionsfluß-Weg verläuft nur in einem der Ständer-Polstücke und beaufschlagt mit einem Drehmoment das entsprechende Läufer-Segment. Wegen der Richtungen des Verlaufs der beiden Steuer-Induktionsfluß-Wege verstärken sich die Drehmomente auf beide Segmente gegenseitig. Wenn also der Strom in einer bestimmten Richtung in der Steuer-Spule 334 fließt, verläuft der Steuer-Induktionsfluß auf dem Weg

- >2" - ^ν· 30. Qjctober 1934

452 im Polstück 414 über das Verbindungs-Segment 431 und den Schenkel 428b, den Spalt zwischen der Ständer-Polfläche 435 und der Läufer-Polfläche 442, dem Abschnitt 438 des Läufers 430, dem Spalt zwischen der Ständer-Polfläche 435a und der Läufer-Polfläche 445 und den Schenkel 428a zurück zum Verbindungs-Segment 431. (Der Induktionsfluß 452' nimmt einen ähnlichen Weg (jedoch in entgegengesetzter Richtung) durch das Polstück 414' und das Läufer-Segment 438'). Der Induktionsfluß auf dem Weg 452 verstärkt den Vormagnetisierungs-Induk- tionsfluß auf dem Weg 450 durch den Spalt zwischen den Polflächen 435b, 442 und wirkt entgegen dem Vormagnetisierungs-Induktionsfluß auf dem Weg 450 durch den Spalt zwischen den Polflächen 435a, 442. Infolgedessen wirkt ein Drehmoment auf den Läufer 430 an der Polfläche 442 ein, das den Läufer in derjenigen Richtung drehen will, die eine Erhöhung des kombinierten Induktionsflusses durch die beiden Spalte verursacht (in diesem Fall im Uhrzeigersinn).

Gleichzeitig nimmt der Induktionsfluß-Weg 452' einen ähnlichen Verlauf durch das Polstück 414' und das Läufer-Segment 438, ausgenommen in der entgegengesetzten Richtung, was erreicht wird durch Schicken des Stroms in geeigneter Richtung durch die Steuer-Spulen 434'. Das durch die Spule 434' vermittelte Drehmoment ist ebenfalls im Uhrzeigersinn gerichtet, so daß das von der Spule 434 vermittelte Drehmoment verstärkt wird.

Ein Gegenuhrzeigersinn-Drehmoment kann ähnlich vermittelt werden durch Richtungsumkehr des Stroms durch die Spulen.

Fig. 11 : Das Vorsehen einer Ausgleich-Polfläche 444 am Läufer 418 schafft einen zweiten Induktionsfluß-Weg 453 (zusätzlich zu dem Haupt-Induktionsfluß-Weg 452 durch die Haupt-Polflächen-Bereiche 455, 457), so daß bei den Läufer-Stellungen nahe dem maximalen Ausschlagwinkel der Antriebs-

Induktionsfluß nicht gedrosselt wird, was die Linearität verbessert.

Fig. 12 : Bei einem Widerstandswert der beiden Antriebs-Spulen in Reihe von 26 ü, ihrer Induktivität 161 mH bei 120 Hz und 88 mH bei 1 kHz, war das Drehmoment über dem Antriebs-Strom gemäß den gezeigten Kurven für Antriebs-Ströme von 250, 500, -250 und -500 mA, was eine gute Linearität über einen breiten Bereich von Winkelausschlägen beweist.

Fig. 13, 14 : Bei anderen Ausführungsbeispielen können die Segmente 432, 432' auf der Welle 418 so montiert sein, daß Läufer-Polflächen 442, 442' auf entgegengesetzten Seiten der Achse A liegen und Polstücke 414, 414' dann zusammengebaut werden können mit ihren Verbindungs-Segmenten 431, 431' und Spulen 434, 434' auf entgegengesetzten Seiten der Achse A. Diese Anordnung erlaubt, Polstücke 414, 414' näher zusammenzubauen, da die Spulen 4 34, 4 34' sich nicht räumlich behindern, Ein ringförmiges Segment 433 mit einer Dicke von mindestens dem halben Unterschied im Durchmesser zwischen den Polflächen 442 und 444 sichert einen besseren Vormagnetisierungs-Induktionsfluß zwischen Segmenten 438, 438', wie durch die Induktionsfluß-Wege 450 in Fig. 14 gezeigt ist. (Das ringförmige Segment 433 könnte wahlweise entfallen.)

Claims (15)

1. Ansprüche *

   il). Steller (20) mit
   - einer Ständer-Einheit (22),

   - die ein Paar Ständer-Polflächen (34, 36) bildet,

   - einer permeablen Läufer-Einheit (42), die

   - relativ zur Ständer-Einheit (22) drehbar ist,

   - eine Antriebs-Polflache (44) bildet,

   - die von jeder Ständer-Polfläche (34, 36) durch einen

   Induktionsfluß-permeablen Antriebs-Spalt g getrennt ist,

   - einen Betriebsbereich von Läufer-Winkelstellungen besitzt,

   - innerhalb dem ein Antriebs-Induktionsfluß, der

   den Antriebs-Spalt g durchsetzt, die Läufer-Einheit (42) antreibt,

   - wobei die Abmessung des Antriebs-Spalts g an

   einer der Ständer-Polflächen (34, 36) verringert ist, wenn die Läufer-Einheit (42) zur Grenze des Betrxebsbereichs rotiert,
   gekennzeichnet durch

   - einen Induktionsfluß-permeablen Ausgleich-Spalt G

   - zwischen der Antriebs-Polflache (44) und jeder Ständer-Polfläche (34, 36)

   - zur Bildung eines Neben-Wegs (64) für den Antriebsinduktionsfluß bei Drehung der Läufer-Einheit (42) zur Grenze des Betrxebsbereichs und

   - mit geringerer Permeabilität als der Antriebs-Spalt g (Fig. 1 - 3).

   * Übersetzung gegenüber Original:
   35

   - stärker gegliedert und

   - ergänzt um Bezugszeichen (gemäß berichtigter Zeichnung! und Figurenhxnweise

   3A90738
2. 2. Steller (20) nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet , daß - der Ausgleich-Spalt G

   - an jeder Ständer-Polfläche (34, 36) in seiner Größe zunimmt, während der Antriebs-Spalt g an dieser Ständer-Polfläche abnimmt, und umgekehrt.
3. 3. Steller (20) mit
   - einer Ständer-Einheit (22),

   - einer permeablen Läufer-Einheit (42),

   - die gelagert ist für Drehung relativ zur Ständer-Einheit (22) zwischen zwei entgegengesetzten Stellungen maximalen Betriebs-Winkelausschlags, - wobei die Ständer-Einheit (22)

   - eine erste und eine zweite Ständer-Polfläche (34, 36) um die Drehachse der Läufer-Einheit (42) bildet,

   - wobei die Läufer-Einheit (42)

   - eine Haupt-Läufer-Polfläche (44) bildet,

   - die von der ersten und der zweiten Ständer-Polfläche

   durch einen gleichmäßigen Spalt g getrennt ist und - deren Größe relativ zur Größe der Ständer-Polflächen so bemessen ist, daß in Stellungen nahe jeder Stellung maximalen Winkelausschlags die Überlappung zwischen der Läufer-Polfläche und einer der Ständer-

   Polflächen zu Null konvergiert, dadurch gekennzeichnet , daß

   - die Läufer-Einheit (42)

   - Neben-Polflächen-Bereiche (68, 70) nahe beiden Enden der 3Ό Haupt-Polfläche (44) bildet,

   - die von den Ständer-Polflächen (34, 36) durch gleichmässige Ausgleich-Spalte G getrennt sind,

   - mit g < G s 15 g.
4. 4. Steller (20) nach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet , daß

   - die Läufer-Einheit (42)

   - eine Läufer-Polfläche bildet, die von den beiden Ständer-Polflachen (34, 36) durch einen ersten bzw. einen zweiten Antriebs-Spalt g getrennt ist und

   - einen veränderlichen ersten und zweiten Polflächen-Bereich (52, 54) bildet, die die beiden Ständer-Polflächen (34, 36) überlappen und mit ihnen zusammenwirken, - wobei die Flächen des ersten und des zweiten Bereichs (52, 54)

   - von der Winkelstellung der Läufer-Einheit (42) abhängig sind und

   - verringert sind jeweils an den entgegengesetzten Grenzen des Betriebsbereichs,

   - eine Antriebs-Einrichtung, die

   - der Ständer-Einheit (22) zugeordnet und

   - angeordnet ist zur Aufprägung eines veränderlichen Induktionsflusses auf einem Weg (62) durch - eine der Ständer-Polfächen (34), den ersten Antriebs-

   Spalt g, den ersten Läufer-Polflächen-Bereich (54), den zweiten Läufer-Polflächen-Bereich (52) und die andere Ständer-Polfläche (36), und

   - die Läufer-Einheit (42)

   - Neben-Polflächen-Bereiche (68, 70) bildet,

   - die von den beiden Ständer-Polflächen (34, 36) durch den Ausgleich-Spalt G getrennt und

   - angeordnet sind zum Überlappen und Zusammenwirken mit den beiden Ständer-Polflächen (34, 36), - um den Neben-Weg (64) für den Antriebs-Induktions-

   fluß zwischen der Läufer-Einheit (42) und mindestens einer der Ständer-Polflächen (34, 36) zu bilden.
5. 5. Steller (20) nach Anspruch 4,

   dadurch gekennzeichnet , daß

   - die Ständer-Einheit (22)

   - ferner bildet eine dritte und eine vierte Ständer-Polfläche um die Drehachse der Läufer-Einheit (42),

   - die Läufer-Einheit (42)

   - ferner bildet eine zusätzliche Läufer-Polfläche,

   - die von der dritten und vierten Ständer-Polfläche durch einen dritten bzw. vierten Induktionsflußpermeablen Antriebs-Spalt G getrennt und

   - angeordnet ist zur Bildung eines veränderlichen dritten und vierten Polflächen-Bereichs (68, 70)

   - in Überlappung und Zusanunenwirkung mit der dritten bzw. vierten Ständer-Polfläche, - wobei die Fläche des ersten und des zweiten Bereichs

   - abhängig ist von der Winkelstellung der Läufer-Einheit (42) und

   - gegen Null konvergiert an den beiden Punkten maximalen Ausschlags,

   - die Antriebs-Einrichtung

   - ferner ausgebildet ist zum Aufprägen eines zusätzlichen veränderlichen Antriebs-Induktionsflusses auf einem zusätzlichen Weg (62) durch die dritte Ständer-Polfläche, den dritten Antriebs-Spalt, den ersten Bereich der zusätzlichen Läufer-Polfläche, den vierten Bereich der zusätzlichen Läufer-Polfläche und die vierte Ständer-Polfläche und

   - die Läufer-Einheit (42)

   - ferner bildet zusätzliche zweite Polflächen-Bereiche, die - getrennt sind von der dritten und vierten Ständer-Polfläche durch einen zusätzlichen Induktionsfluß-permeablen Ausgleich-Spalt und

   - angeordnet sind für Überlappen und Zusammenwirken mit der dritten bzw. vierten Ständer-Polfläche zur Bildung eines zusätzlichen Neben-Wegs (64) für den Antriebs

   induktionsfluß zwischen der Läufer-Einheit (42) und mindestens einer der Ständer-Polflächen.
6. 6. Steller nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet , daß - die Polflächen

   - zylindrisch sind.
7. 7. Steller nach Anspruch 4,

   dadurch gekennzeichnet , daß

   - die Ständer-Polflächen (34, 36)

   - zylindrisch sind mit gleichem Radius,

   - die Polflächen-Bereiche

   - zylindrisch sind mit gleichem Radius und

   - die Neben-PoIflächen-Bereiche (68, 70)

   - zylindrisch sind mit-gleichem Radius. 15
8. 8. Steller nach Anspruch 7,

   dadurch gekennzeichnet , daß

   - die Antriebs-Spalte

   - gleichmäßig und gleich g sind, und

   - die Ausgleichs-Spalte

   - gleichmäßig und gleich G sind.
9. 9. Steller nach Anspruch 3 oder 8, gekennzeichnet durch

   4 g < G S 15 g,

   vorzugsweise

   7 g ύ G s 8 g .
   30

   . 30 ·
10. 10. Steller nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß

    - die erste und die zweite Ständer-Polfläche (34, 36) und

    - die Neben-Polflächen-Bereiche (68, 70)

    - profiliert sind für eine wählbare Beziehung zwischen Antriebs-Strom und Läufer-Drehmoment.
11. 11. Steller nach Anspruch 3 oder 8,

    gekennzeichnet durch

    -G= ca. 0,01 cm (0,004 in) und - g = ca. 0,1 cm (0,04 in).
12. 12. Steller nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet , daß

    - die Läufer-Einheit (42)

    - ein Paar Läufer-Polflächen bildet, die

    - getrennt sind entlang der Drehachse und - permeabel verbunden sind durch einen Induktions

    fluß-Weg mit Achs-Komponente durch die Läufer-Einheit (42), und

    - jede Läufer- und Ständer-Polfläche

    - einen Winkel von ca. 90 ° bis ca. 180 ° um die Achse aufspannt.
13. 13. Steller nach Anspruch 12,

    dadurch gekennzeichnet , daß - jede Läufer-Polfläche

    - einen Winkel von ca. 18 0 ° aufspannt.

    .34·
14. 14. Steller nach Anspruch 12,

    dadurch gekennzeichnet , daß

    - jede Ständer-Polfläche

    - einen Winkel von ca. 120 ° bis ca. 160 ° aufspannt.
15. 15. Steller nach Anspruch 4,

    dadurch gekennzeichnet , daß

    - die Größe jedes zweiten Polflächen-Bereichs

    - von der gleichen Größenordnung ist wie die Größe jeder Ständer-Polfläche.