DE3790562C2

DE3790562C2 -

Info

Publication number: DE3790562C2
Application number: DE3790562A
Authority: DE
Inventors: Masataka Kamakura Kanagawa Jp Ohta
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1986-09-20
Filing date: 1987-09-17
Publication date: 1992-01-23
Anticipated expiration: 2007-09-18
Also published as: WO1988002194A1; US4899072A; DE3790562T

Description

Die Erfindung betrifft einen Schrittmotor.

Ein herkömmlicher Vier-Phasen-Schrittmotor, wie er im Prin zip aus der US-PS 43 06 164 und der DE 27 03 791 B2 bekannt ist, ist in den Fig. 1 und 2 gezeigt. An einer Drehwelle 11 ist ein Permanentmagnet 12 befestigt, und an beide Enden des Magneten 12 sind Rotorkerne 13 gekoppelt. Die Rotorkerne 13 besitzen Zähne 14, die um ihre Umfangsflächen herum mit der gleichen Winkelteilung und an den gleichen Winkelpositionen gebildet sind. Die Drehwelle 11, der Permanentmagnet 12 und die Rotorkerne 13 bilden einen Rotor 15.

Um beide Rotorkerne 13 herum ist ein zylindrisches Stator joch 16 angeordnet, welches acht Pole 17 aufweist, die von seiner Innenfläche in gleichen Winkelabständen gegenüber liegend den Umfangsflächen der Rotorkerne 13 vorstehen. Je der dem Rotor 15 gegenüberliegende Pol 17 besitzt in seiner vorstehenden Stirnfläche mit der gleichen Winkelteilung wie die Zähne 14 ausgebildete Zähne 18, und auf jeden Pol 17 ist eine Spule 19 gewickelt. Das Statorjoch 16, die Pole 17 und die Spulen 19 bilden einen Stator 21. Der Rotor 15 und der Stator 21 sind in einem Gehäuse 22 angeordnet, wobei die Drehwelle 11 drehbar mittels Lagern 23 am Gehäuse 22 gelagert ist.

Der Betrieb dieses herkömmlichen Schrittmotors ist bekannt und wird mithin nur kurz beschrieben.

Fig. 3 ist eine abgewickelte Darstellung des in den Fig. 1 und 2 dargestellten Schrittmotors, welche hauptsächlich die Südpolseite des Permanentmagneten 12 darstellt. Römische Ziffern I, II, III und IV kennzeichnen die Phasennummern. Die Zähne 18 benachbarter Pole sind um eine viertel Teilung seitlich versetzt. Wenn in dem in Fig. 3 dargestellten Zu stand ein Strom in den Spulen 19 der Pole 17 der Phasen Nummer I und III in die dargestellte Richtung fließt, wer den die Zähne 18 mit den angegebenen Polaritäten magneti siert. Dies verursacht, daß der von dem Permanentmagneten 12 stammende magnetische Fluß sowie der von den Spulen 19 stammende Fluß zwischen den Zähnen 14 des Rotorkerns 13 und den Zähnen 18 des Stators 21 fließt, wie es durch ausgezo gene Linien beziehungsweise gestrichtelte Linien darge stellt ist. Im Ergebnis heben die magnetischen Flüsse ein ander in den Zähnen 18 der Phase Nummer III auf, so daß keine Anziehungskraft erzeugt wird, während in den Zähnen 18 der Phase Nummer I, in der die mangetischen Flüsse ad diert werden, eine Anziehungskraft erzeugt wird, die den Rotor 15 veranlaßt, sich in Fig. 3 um ein einem Viertel der Teilung entsprechendes Stück nach rechts zu bewegen. Dann nehmen die Zähne 18 mit den Spulen 19 der Phasen Nummern II und IV, in denen kein Strom fließt, die gleiche Lagebezie hung zu den Zähnen 14 des Rotors 15 an, wie es vor der Ro torbewegung die Zähne 18 der Phasen Nummern I und III getan hatten; indem man Strom in die Spulen 19 der Phasen Nummern II und IV einspeist, läßt sich der Rotor in ähnlicher Weise bewegen. Durch Wiederholen dieses Vorgangs wird stets eine Anziehungskraft zwischen den Zähnen 18 irgendeiner der Pha sen und den Zähnen 14 des Rotors 15 erzeugt, was den Rotor 15 veranlaßt, die Drehung in eine Richtung in Schritten, deren Größe einer viertel Teilung entspricht, fortzusetzen.

Bei dem oben beschriebenen Aufbau des herkömmlichen Schrittmotors erweist sich die Reduzierung seines Durchmes sers deshalb als schwierig, weil sie eine Reduzierung des Durchmessers des Rotors 15 und/oder des Durchmessers des Stators 21 erfordert, was eine Abnahme des Drehmoments des Motors mit sich bringt. Andererseits ist die Herabsetzung der Größe des Motors in axialer Richtung der Drehwelle 11, das heißt, ein Dünner-Machen des Motors, relativ einfach, wobei sich die Abnahme des Drehmoments im Gleichgewicht mit der Miniaturisierung hält, so daß derzeit eine relativ große Anzahl solcher Motoren auf dem Markt ist. Allerdings ist bei einem solchen Typ von Motoraufbau die Minia turisierung des herkömmlichen Schrittmotors, bei dem die Länge der Drehwelle 11 gleich der Länge des Motors in des sen Dickenrichtung (in Richtung des Durchmessers) ist, dadurch begrenzt, daß die Drehwelle 11 eine gewisse Länge aufweisen muß, um an ihr die Rotorkerne montieren zu können.

Die DE 27 27 450 A1 zeigt einen Synchronmotor mit einer Dreh welle, eine Anordnung von 2n, zum Beispiel 4, säulenförmi gen Rotoren aus einer weichmagnetischen Substanz, die Seite an Seite einstückig mit der Drehwelle ausgebildet sind und in der Umfangsfläche Zähne mit fester Teilung besitzen. Ein Stator ist mit einem Feld von 2n, das heißt 4, Polen verse hen, die in Axialrichtung Seite an Seite angeordnet sind, wobei jeder Pol mit seinem einen Ende gegenüber einem Ab schnitt der Umfangsfläche eines der Rotorkerne angeordnet ist. Eine Jochanordnung koppelt jeweils n der ringförmig angeordneten Pole. In den Stirnflächen der 2n Pole, die den 2n Rotorkernen gegenüberliegen, sind Zähne mit der gleichen Winkelteilung wie die Zähne der Rotorkerne ausgebildet. Die relativen Winkellagen der Zähne der 2n Rotorkerne und der Zähne der den Rotorkernen entsprechenden 2n Pole sind ge genüber einem der Rotorkerne um 0,1/2n, 2/2n... mal, das heißt bei dem speziellen Beispiel (n = 2) um 0,1/4, 1/2 und 3/4 versetzt. Die zylinderförmige Jochandordnung ist auf beiden Seiten eines ringförmigen Permanentmagneten angeord net. Jeweils n Polen ist eine ringförmige Erregerwicklung zugeordnet.

Die DE-AS 11 34 150 zeigt einen Schrittmotor Flachbauweise, bei dem die Pole lediglich einem Teilabschnitt der Umfangs fläche des Rotors gegenüberliegend ausgebildet sind. Die Pole sind in einer die Drehwelle enthaltenden Ebene ange ordnet. Mit ihrem der Drehwelle abgewandten Ende sind die Pole paarweise über ein Joch miteinander gekoppelt, welches in einer zu der genannten, die Drehachse enthaltenden Ebene parallelen Ebene verläuft. Die Rotorkerne bestehen aus Per manentmagneten, die in diametraler Richtung magnetisiert sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schrittmo tor mit kleinem Schrittwinkel, möglichst großem Moment und möglichst kleinen Abmessungen zu schaffen.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 angege bene Erfindung. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestal tungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei dem erfindungsgemäßen Motor sind in einer durch die Drehwelle verlaufenden Ebene einander gegenüberliegend be züglich der Rotorkerne ein erster und ein zweiter Stator angeordnet, wobei die dazugehörigen Pole, Jochanordnungen und Spulen praktisch symmetrisch bezüglich einer Ebene aus gebildet und angeordnet sind, die senkrecht zu der genann ten Ebene orientiert ist und ebenfalls durch die Drehwelle verläuft. Die Permanentmagneteinrichtung ist in der Mitte des Schrittmotors symmetrisch zu jeweils den beiden Sta toreinheiten angeordnet. Sämtliche 2n Pole besitzen Zähne, und diese jeweils zu einem Pol gehörenden Zähne liegen nur einem Abschnitt der Umfangsfläche eines zugehörigen, eben falls Zähne aufweisenden Rotorkerns gegenüber.

Durch die genannten Maßnahmen kann man einen sehr dünnen Schrittmotor erhalten, der sich bei kleinem Schrittwinkel dennoch durch ein großes Moment auszeichnet.

Aus der DE-AS 21 47 361 ist ein Schrittmotor bekannt, bei dem den Zähnen eines Rotors in gleichen Abständen Pole eines Stators gegenüberliegen, die ebenfalls mit Zähnen ausge stattet sind. Auf der Drehwelle sitzt ein Permanentmagnet, der stirnseitig und umfangsseitig von zwei Endkappen umfaßt ist.

Aus der DE 30 22 392 A1 ist ein Schrittmotor bekannt, wie er im Prinzip aus der oben erläuterten DE 27 27 450 bekannt ist, bei dem jedoch zusätzlich Maßnahmen getroffen sind, um Ein flüsse unterschiedlicher magnetischer Widerstände im Ma gnetkreis zu kompensieren, so daß jeder Schritt ein glei ches Drehmoment erhält. Zu den genannten Maßnahmen gehört eine Veränderung der Geometrie der Zähne der Statorpole.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung an hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines herkömmlichen Vier-Pha sen-Schrittmotors vom Hybridtyp,

Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in Fig. 1,

Fig. 3 eine abgewickelte Darstellung zur Erläute rung der Arbeitsweise des herkömmlichen Schritt motors;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht zur Veranschau lichung eines Beispiels eines Vier-Phasen- Schrittmotors vom Hybridtyp gemäß der vorliegen den Erfindung;

Fig. 5 eine Schnittansicht der Fig. 4 einschließ lich der dort gezeigten Statoren;

Fig. 6 eine Schnittansicht entlang der Linie B-B in Fig. 5;

Fig. 7 eine abgewickelte Darstellung zur Veran schaulichung der Arbeitsweise des in Fig. 4 dargestellten Motors;

Fig. 8 eine Schnittansicht, ähnlich wie Fig. 5, welche eine weitere Ausführungsform der vorlie genden Erfindung veranschaulicht;

Fig. 9 eine Schnittansicht, ähnlich wie Fig. 5, die eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht, bei der ein Perma nentmagnet auf der Rotorseite angeordnet ist; und

Fig. 10 eine Schnittansicht eines weiteren Ausfüh rungsbeispiels der Erfindung, bei dem Permanent magnete auf der Statorseite angeordnet sind, wo bei deren Magnetpole senkrecht zu der Rotorwelle gehalten sind.

In den Fig. 4 bis 6 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, das bei einem Vier-Phasen- Schrittmotor vom Hybridtyp angewendet wird. Rotorkerne 13 ₁, 13₂, 13₃ und 13₄ sind auf der Drehwelle 11 befestigt. In Fig. 4 sind die Rotorkerne 13 ₁ bis 13₄ im Interesse der Übersichtlichkeit als geringfügig beab standet dargestellt, in der Praxis jedoch sind sie mit be nachbarten von ihnen in Berührung gehalten, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Die Rotorkerne 13 ₁ bis 13₄ besitzen die Zähne 14, die in ihren Umfangsflächen mit der gleichen Teilung in ihrer Umfangsrichtung gebildet sind, und die Zähne 14 der jeweiligen Rotorkerne sind um eine viertel Teilung vonein ander versetzt. Beispielsweise sind die Zähne 14 der Rotorkerne 13 ₂, 13₃ und 13₄ von den Zähnen 14 des Rotorkerns 13 ₁ in die gleiche Richtung um zwei Viertel, ein Viertel bzw. drei Viertel der Teilung versetzt. Die Dreh welle 11 und die Rotorkerne 13 ₁ bis 13 ₄ bilden den Rotor 15. Übrigens können die Zähne 14 der Rotorkerne 13 ₂, 13 ₃ und 13 ₄ auch um zwei Viertel, drei Viertel bzw. ein Viertel der Teilung von den Zähnen 14 des Rotorkerns 13 ₁ versetzt sein.

Statoren 21A und 21B sind an beiden Seiten des Rotors 15 angeordnet. Der Stator 21A besitzt Pole 17A₁, 17A₂, 17A₃ und 17A₄, und eine Stirnseite jedes der Pole 17A₁, 17A₂, 17A₃ und 17A₄ liegt der Umfangsfläche eines der Rotorkerne 13 ₁, 13 ₂, 13 ₃ und 13 ₄ gegenüber, und die darin befindlichen Zähne 18 sind mit der gleichen Winkelteilung gebildet wie die Zähne 14. Die Pole 17A₁ und 17A₂ sind an ihren anderen Enden durch ein Statorjoch 16A₁ verbunden, und die Pole 17A₃ und 17A₄ sind mit ihren anderen Enden durch ein Statorjoch 16A₂ verbunden. Zwischen den Statorjochen 16A₁ und 16A₂ befindet sich ein Per manentmagnet 12A, der in axialer Richtung der Drehwelle 11 magnetisiert ist. Die Pole 17A₁, 17A₂, 17A₃ und 17A₄ sind jeweils mit einer Spule 19 bewickelt.

In ähnlicher Weise besitzt der Stator 21B Pole 17B₁, 17B₂, 17B₃ und 17B₄, und eine Stirnseite jeder der Pole 17B₁, 17B₂, 17B₃ und 17B₄ liegt der Umfangsfläche eines der Rotorkerne 13 ₁, 13 ₂, 13 ₃ und 13 ₄ gegenüber, und die darin ausgebildeten Zähne 18 sind mit der gleichen Tei lung gebildet wie die Zähne 14. An die anderen Enden der Pole 17B₁ und 17B₂ ist ein Statorjoch 16B₁ gekoppelt, und an die anderen Enden der Pole 17B₃ und 17B₄ ist ein Statorjoch 16B₂ gekoppelt. Zwischen den Statorjochen 16B₁ und 16B₂ befindet sich ein Permanentmagnet 12B, der in axialer Richtung der Drehwelle 11 magnetisiert ist. Auf jeden der Pole 17B₁, 17B₂, 17B₃ und 17B₄ ist die Spule 19 gewickelt. Die Zähne 18 der beiden Statoren 21A und 21B sind in der Winkelteilung nicht versetzt, sondern sind an den gleichen Winkelstellen angeordnet. In den Fig. 4 bis 6 ist das Motorgehäuse fortgelassen.

Um den Betrieb des in den Fig. 4 bis 6 dargestellten Schrittmotors zu erklären, ist in Fig. 7 ein äquivalentes Abwicklungsmodell gezeigt. Da eine Anziehungskraft stets zwischen den Polen 17A₁, 17B₁ und dem Rotorkern 13 ₁ wirkt, da eine Anziehungskraft in ähnlicher Weise zwischen den Polen 17A₂, 17B₂ (17A₃, 17B₃, 17A₄, 17B₄) und dem Rotorkern 13 ₂ (13 ₃, 13 ₄) wirkt, und da die Rotorkerne 13 ₁ bis 13 ₄ von der Drehwelle 11 zu einer Einheit verbunden sind, können gemäß Fig. 7 die Rotoren 13 ₁ bis 13 ₄ in einer Linie angeordnet werden. In Fig. 7 sind die römischen Ziffern I, II, III und IV die Phasen-Nummern wie in Fig. 3. Wenn in dem in Fig. 7 gezeigten Zustand Strom in jeder der Spulen 19 der Phasen Nummern I und II in der in Pfeilrichtung angegebenen Richtung fließt, werden die Pole 17A₁ bis 17A₄ und 17B₁ bis 17B₄ mit den in Fig. 7 angegebenen Polaritäten magnetisiert. Dann fließen magne tische Flüsse, die von den Permanentmagneten 12A und 12B und den Spulen 19 stammen, zwischen den Zähnen 14 des Rotorkerns 13 und den Zähnen 18 des Stators 21 (21A, 21B), wie durch ausgezogene Linien bzw. gestrichelte Linien ange geben ist. Als Folge davon wird, wie oben in Verbindung mit Fig. 3 beschrieben, ein Antriebsdrehmoment erzeugt durch die Anziehungskraft zwischen den Zähnen 14 der Rotorkerne 13 der Phasen Nummer I und II und den Zähnen 18 der Stato ren 21A und 21B, wodurch der Rotor 15 um ein Viertel der Teilung der Zähne 14 gedreht wird. Anschließend kann durch wiederholtes Erregen der Spulen 19 in den jeweiligen Phasen mit der Nummernfolge II und III, III und IV, IV und I, I und II, ... der Rotor 15 kontinuierlich in Schritten von jeweils einer viertel Teilung der Zähne angetrieben werden. Obiges ist der Fall der Zwei-Phasen-Erregung, und die Ein- Phasen-Erregung kann man erreichen, indem man zuerst die Spule 19 der Phase Nummer I im Zustand nach Fig. 7 antreibt und dann die Spulen in der Reihenfolge II, III, IV, I,....

Weil im obigen Fall der Weg des magnetischen Flusses, der von dem Permanentmagneten 12A stammt, durch den Stator 21A und den Rotor 15 gebildet wird und der Weg des magnetischen Flusses von dem Permanentmagneten 12B gebildet wird durch den Stator 21B und den Rotor 15, können die Permanentmagne ten 12A und 12B auch in Serie eingefügt werden in einen geschlossenen Magnetkreis, der durch die Statoren 21A und 21B sowie den Rotor 15 läuft, wie in Fig. 8 gezeigt ist. In diesem Fall werden die Permanentmagneten 12A und 12B in bezug auf die Axialrichtung der Drehwelle 11 in umgekehrter Richtung eingesetzt, die Rotorkerne 13 ₁, 13 ₂, 13 ₃ und 13 ₄ werden seitlich beabstandet, und es werden, falls notwen dig, Abstandsglieder 25 aus einer nicht-magnetischen Sub stanz zwischen sie gelegt.

Die Anordnung der Statorjoche 16A₁..., der Pole 17A₁ bis 17A₄ und 17B₁ bis 17B₄ mit Zähnen 18, Rotorkernen 13 ₁ bis 13 ₄ mit Zähnen 14 und der Spulen 19 entspricht der Ausfüh rungsform gemäß Fig. 4 bis 6.

Gemäß Fig. 8 werden in einem gewissen Erregungszustand der Spulen die magnetischen Flüsse von den Spulen 19 der Pole 17A₁ und 17B₁ beispielsweise addiert, und laufen durch einen geschlossenen magnetischen Weg der durch den Rotor 15 und die Statoren 21A und 21B gebildet wird, wie in Fig. 8 durch die gestrichelte Linie angedeutet ist.

Beim obigen Fall sind die Permanentmagneten 12A und 12B an den Statoren 21A und 21B vorgesehen, sie können jedoch auch an dem Rotor 15 angeordnet sein, wie es in Fig. 9 gezeigt ist, wobei die den in Fig. 5 dargestellten Teilen entspre chenden Teile die gleichen Bezugsziffern tragen. Der Perma nentmagnet 12 liegt zwischen den Rotorkernen 13 ₂ und 13 ₃ und ist an der Rotorwelle 11 befestigt, und der Permanent magnet 12 ist in axialer Richtung der Drehwelle magneti siert. Die Pole 17A₁ bis 17A₄ sind an ein Statorjoch 16A auf der dem Rotor 17 abgelegenen Seite gekoppelt, und die Pole 17B₁ bis 17B₄ sind in ähnlicher Weise an das Statorjoch 16B auf der dem Rotor 15 abgewandten Seite gekoppelt. Man versteht leicht, daß dieser Schrittmotor in Betrieb exakt identisch ist mit dem in Fig. 7 dargestellten Motor.

Obschon in den oben beschriebenen Beispielen der Permanent magnet 12 (12A, 12B) so angeordnet ist, daß seine Pole parallel zur Drehwelle 11 gehalten sind, können sie auch mit den Polen rechtwinklig zur Drehwelle ange ordnet sein, wie in Fig. 10 gezeigt ist. Dieses Beispiel ist eine Modifizierung der Ausführungsform nach Fig. 8, bei der verschiedene Pole (N, S) der Permanentmagneten 12A und 12B mit den Statorjochen 16A und 16B verbunden sind, während die anderen Pole (S, N) über ein Joch 26 verbunden sind. Folglich sind die Pole der Perma nentmagneten 12A und 12B über das Joch 26 in Reihe geschal tet. Das Joch 26 besitzt ein Durchgangsloch 27 mit einem Durchmesser, der größer ist als der der Drehwelle 11, und es nimmt in sich die Welle 11 auf. Dieser Schrittmotor ist hinsichtlich des Betriebs der Arbeitsweise identisch mit dem Schrittmotor nach Fig. 7. Wie aus Fig. 10 ersichtlich ist, kann die Reihenverbindung der zwei Permanentmagneten 12A und 12B und des Jochs 26 auch ersetzt werden durch einen (nicht gezeigten) Permanentmagneten, der ein Durchgangsloch besitzt, ähnlich dem Durchgangsloch 27.

Obschon bei den obigen Ausführungsformen die Zähne 14 der jeweiligen Rotorkerne 13 ₁ bis 13 ₄ in der Phase (das heißt, in der Winkelposition) gegeneinander versetzt sind, ist es auch möglich, eine Anordnung zu schaffen, bei der die Zähne der jeweiligen Rotorkerne 13 ₁ bis 13 ₄ in Phase sind mit den Zähnen der anderen Rotorkerne, stattdessen aber die Zähne 18 der jeweiligen Pole 17A₁ bis 17A₄ der Statoren 21A und 21B in der Phase gegeneinander versetzt sind. Man ver steht leicht, daß bei den Motorstrukturen nach Fig. 5 und 9 die Rotorkerne 13 ₁ und 13 ₂, 13 ₃ und 13 ₄ als einheitliche Strukturen gebildet sein können, und einer der Statoren 21A und 21B fortgelassen werden kann. Außerdem kann bei dem Aufbau nach den Fig. 8 und 10 einer der Statoren 21A und 21B als bloßes Statorjoch allein ausgebildet sein.

Bei dem Aufbau nach Fig. 5 kann zwischen den Rotorkernen 13 ₂ und 13 ₃ auch ein axial magnetisierter Permanentmagnet angeordnet sein, in welchem Fall der Permanentmagnet so magnetisiert ist, daß ein geschlossener magnetischer Weg in Reihe mit jedem der Permanentmagneten 12A und 12B gebildet wird.

Während die obigen Ausführungsformen für vier Pole beschrieben wurden, ist allgemein die Anzahl der Pole zu 2n auszuwählen (wobei n eine natürliche Zahl größer oder gleich 2 ist). Um zu verhindern, daß die in den jeweiligen Polen des Stators erzeugten Drehmomente mit dem Ab stand von dem Permanentmagneten zu den Polen diffe rieren, kann die Anzahl von Windungen der auf jeden Pol gewickelten Spule, die Querschnittsfläche des Pols, der Widerstandswert der Spule oder eine Kombination daraus in geeigneter Weise ausgewählt werden, um dadurch die Erzeugung des gleichen Drehmoments an jedem der Pole sicherzustellen. Dies ist besonders wirksam, wenn die Anzahl der beteiligten Pole groß ist. Der Wider standswert jeder Spule läßt sich leicht ändern, indem man an sie einen Widerstand anschließt.

Wie oben erläutert wurde, läßt sich, da kein Stator in zur Anordnung des Rotors 15 und des Stators 21A (21B) senkrech ter Richtung vorhanden ist, die Dicke des Motors in dieser Richtung reduzieren auf beispielsweise ein Viertel der Dicke des herkömmlichen Motors. Da außerdem der Rotor sich in Axialrichtung erstreckt und mithin die Zähne 14 und 18 relativ lang ausgebildet sein können, läßt sich ein relativ großes Drehmoment erhalten. Da außerdem jeder Motorkern nur eine einzelne Phase annehmen muß, kann der Rotor einen kleinen Durchmesser besitzen, so daß demzufolge der Rotor ein geringes Trägheitsmoment aufweist und auch in einem hochfrequenten Bereich eingesetzt werden kann.

Claims

1. Schrittmotor, umfassend:

- eine Drehwelle (11),
- eine Anordnung von 2n, n ist eine natürliche Zahl größer oder gleich 2, säulenförmigen Rotorkernen (13 ₁, 13 ₂ ...) aus einer weichmagnetischen Substanz, Seite an Seite auf der Drehwelle (11) in deren axialer Richtung montiert, wobei in der Umfangsfläche jedes der säulenförmigen Ro torkerne Zähne (14) mit fester Teilung ausgebildet sind,
- einen ersten Stator (21A) mit einem ersten Feld von 2n Polen (17A₁-17A₄), die in Axialrichtung Seite an Seite angeordnet sind, wobei jeder Pol mit seinem einen Ende ge genüber einem Abschnitt der Umfangsfläche eines der Ro torkerne angeordnet ist und mit einer ersten Jochanordnung (16A), durch die n aufeinander folgende Pole (17A₁, 17A₂) des ersten Feldes an deren anderem Ende in einer ersten Statoreinheit magnetisch miteinander gekoppelt sind und durch die die übrigen n aufeinander folgenden Pole (17A₃, 17A₄) des ersten Feldes an derem anderen Ende in einer zweiten Statoreinheit magnetisch miteinander gekoppelt sind, und wobei
- in den Stirnflächen der 2n Pole (17), welche den 2n Rotorkernen gegenüberliegen, Zähne (18) mit der gleichen Winkelteilung wie die Zähne (14) der Rotorkerne ausgebildet sind, und die relativen Winkellagen der Zähne (14) der 2n Rotorkerne und der Zähne (18) der den Rotorkernen entspre chenden 2n Pole (17...) gegenüber einem der Rotorkerne um 0, 1/2n, 2/2n, ... und (2n-1)/2n mal der Winkelteilung ver setzt sind und wobei auf jeden Pol (17A₁...) des ersten Feldes eine Spule (19) gewickelt ist,
- einen zweiten Stator (21B), der auf der dem ersten Stator (21A) gegenüberliegenden Seite der 2n Rotorkerne an geordnet ist, mit einem zweiten Feld von weiteren 2n Polen (17B₁...), die in Axialrichtung Seite an Seite angeordnet sind, wobei jeder Pol mit seinem einen Ende einem weiteren Abschnitt der Umfangsfläche eines der 2n Rotorkerne (13 ₁...) gegenüberliegt und eine auf ihn gewickelte Spule (19) aufweist, und mit einer zweiten Jochanordnung (16B), durch die n aufeinander folgende Pole (17B₁, 17B₂) des zweiten Feldes an deren anderem Ende in der ersten Sta toreinheit magnetisch miteinander gekoppelt sind und die übrigen n aufeinander folgende Pole des zweiten Feldes in der zweiten Statoreinheit magnetisch miteinander gekoppelt sind, wobei
- in den Stirnflächen der weiteren 2n Pole (17B₁...) des zweiten Feldes den 2n Rotorkernen gegenüberliegende Zähne (18) mit der gleichen Winkelteilung wie die Zähne (18) der 2n Pole (17A₁...) des ersten Feldes ausgebildet sind, und wobei
- die Drehwelle (11), die erste und die zweite Joch anordnung (16A, 16B) und das erste und das zweite Feld von Polen (17A₁... 17B₁...) sämtlich in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind, und
- eine Permanentmagneteinrichtung (12, 12A, 12B), die in der Mitte des Schrittmotors angeordnet ist und symme trisch die beiden Statoreinheiten und die entsprechenden Rotorkerne mit einem Gleichfluß durchsetzt (Fig. 4, Fig. 6, Fig. 7).

2. Schrittmotor nach Anspruch 1, wobei die Permanent magneteinrichtung (12) einen ersten und einen zweiten Per manentmagneten (12A, 12B) aufweist, die in die erste bezie hungsweise die zweite Jochanordnung (16A₁, 16A₂, 16B₁, 16B₂) zwischen der ersten und der zweiten Statoreinheit in Axialrichtung zentrisch eingesetzt sind und in der gleichen Richtung in axialer Richtung magnetisiert sind (Fig. 5).

3. Schrittmotor nach Anspruch 1, wobei die Permanent magneteinrichtung (12) einen ersten und einen zweiten Per manentmagneten (12A, 12B) aufweist, die in die erste bzw. die zweite Jochanordnung zentrisch dazu in axialer Richtung zwischen der ersten und der zweiten Statoreinheit einge setzt sind und in entgegengesetzter Richtung axial magneti siert sind, wobei die 2n Rotorkerne durch nicht-magnetische Abstandsglieder (25) voneinander getrennt sind (Fig. 8).

4. Schrittmotor nach Anspruch 1, wobei die Permanentmagnetein richtung (12) einen ersten und einen zweiten Permanentma gneten (12A, 12B) aufweist, die an der ersten beziehungs weise der zweiten Jochanordnung (16A, 16B) zentrisch im Schrittmotor angeordnet sind und die in einer zur Axial richtung senkrechten Richtung magnetisiert sind, wobei die 2n Rotorkerne durch Abstandsglieder (25) voneinander ge trennt sind (Fig. 10).

5. Schrittmotor nach Anspruch 1, wobei die Permanent magneteinrichtung (12) zwischen dem n-ten und dem (n+1)-ten der 2n Rotorkerne angeordnet und in axialer Richtung magne tisiert ist (Fig. 9).

6. Schrittmotor nach Anspruch 5, bei dem der erste bis n-te der 2n Rotorkerne als einheitliche Struktur ausge bildet sind, der (n+1)-te bis 2n-te der 2n Rotorkerne als einheitliche Struktur ausgebildet sind, die erste Jochan ordnung magnetisch mit sämtlichen der 2n Polen des ersten Feldes gemeinsam gekoppelt ist, und die zweite Jochanord nung mit sämtlichen der 2n Pole des zweiten Feldes gemein sam magnetisch gekoppelt ist (Fig. 9).

7. Schrittmotor nach Anspruch 5, bei dem die 2n Ro torkerne getrennt voneinander gebildet sind, die erste Jochanordnung (16A) magnetisch mit sämtlichen der 2n Pole des ersten Feldes gemeinsam gekoppelt ist und die zweite Jochanordnung (16B) magnetisch mit sämtlichen der 2n Pole des zweiten Feldes gemeinsam magnetisch gekoppelt ist.

8. Schrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Anzahl von Windungen der Spulen (19), die auf die 2n Pole (17A₁...17b₁...) des ersten und des zweiten Feldes gewickelt sind, mit den Abständen der Spulen von der Perma nentmagneteinrichtung (12) differieren.

9. Schrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Querschnittsflächen der 2n Pole des ersten und des zweiten Feldes mit den Abständen der Pole von der Perma nentmagneteinrichtung (12) differieren.

10. Schrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Widerstandswerte der Spulen (19), die auf die 2n Pole des ersten und des zweiten Feldes gewickelt sind, mit den Abständen der Pole von der Permanentmagneteinrich tung (12) differieren.

11. Schrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei n gleich 2 ist.

12. Schrittmotor nach Anspruch 11, bei dem der drit te, der zweite und der vierte Pol des ersten Feldes sequen tiell um eine viertel Teilung der Zähne (14) der Rotorkerne in der gleichen Richtung in bezug auf die Lage des Pols an je einem Ende des ersten Feldes versetzt sind, wobei die Zähne (14) der Rotorkerne in Phase sind.

13. Schrittmotor nach Anspruch 11, bei dem der drit te, der vierte und der zweite Pol des ersten Feldes sequen tiell um eine viertel Teilung der Zähne (14) der Rotorkerne in der gleichen Richtung in bezug auf die Lage des Pols an einem Ende des ersten Feldes versetzt sind, wobei die Zähne (14) der Rotorkerne in Phase sind.

14. Schrittmotor nach Anspruch 11, bei dem die vier Rotorkerne (13 ₁...) so angeordnet sind, daß die Zähne des dritten, des zweiten und des vierten Rotorkerns sequentiell um eine viertel Teilung der Zähne in die gleiche Richtung in bezug auf den ersten Rotorkern an einem Ende der Ro torkern-Anordnung versetzt sind, wobei die Zähne der 2n Pole in Phase sind.

15. Schrittmotor nach Anspruch 11, bei dem die Ro torkerne so angeordnet sind, daß die Zähne (14) des drit ten, des vierten und des zweiten Rotorkerns sequentiell um eine viertel Teilung der Zähne in die gleiche Richtung in bezug auf den ersten Rotorkern an einem Ende der Rotorkern- Anordnung versetzt sind, wobei die Zähne der 2n Pole in Phase sind.