DE69403613T2

DE69403613T2 - Schrittmotor für den kombinierten linearen drehbaren Antrieb

Info

Publication number: DE69403613T2
Application number: DE69403613T
Authority: DE
Inventors: Takao C O Oriental Motor Iwasa; Hirobumi C O Oriental M Satomi
Original assignee: Oriental Motor Co Ltd
Current assignee: Oriental Motor Co Ltd
Priority date: 1993-11-19
Filing date: 1994-11-17
Publication date: 1998-01-02
Anticipated expiration: 2014-11-18
Also published as: CA2135817C; KR950015919A; CN1108015A; KR0144109B1; EP0655825A1; CA2135817A1; DE69403613D1; EP0655825B1; US5627418A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG UND STAND DER TECHNIK

Die vorliegende Erfindung betrifft einen kombinierten Schrittmotor für Linear- und Drehantrieb.
Als Motor dieser Art auf einem der vorliegenden Erfindung verwandten Gebiet offenbart das US-Patent Nr. 5,093,596 einen kombinierten Direktantrieb-Schrittmotor für Linear- und Drehantrieb mit einem zylindrischen Drehstrom-Schrittmotor-Teil des Typs mit veränderbarer Reluktanz für den Linearantrieb und einem Hybrid-Schrittmotor-Teil oder einem Drehstrom- Schrittmotor-Teil des Typs mit veränderbarer Reluktanz für den Drehantrieb, die in der Wellenrichtung nebeneinander angeordnet sind und eine gemeinsame Abtriebswelle haben. Beide Motorteile sind in einem Gehäuse untergebracht.
Der kombinierte Direktantrieb-Schrittmotor für Linear- und Drehantrieb ist jedoch mit den nachstehend genannten Schwierigkeiten behaftet:
1. Da die Motorteile für Linear- und Drehantrieb in der Wellenrichtung nebeneinander angeordnet sind, ist ihre Länge in der Wellenrichtung vergrößert.
2. Ein Ständer des Linearantrieb-Motorteils umfabt Ständer- und Abstandseisenbleche, die wechselweise geschichtet sind. Beim Herstellen eines Ständereisenkerns müssen zwei Arten Eisenbleche wechselweise geschichtet werden, und vordere Enden von ausgeprägten Polen müssen wechselweise verformt werden. Folglich ist die Herstellung des Ständereisenkerns nicht einfach.
3. Es sind drei Arten Eisenbleche erforderlich: Ständereisenbleche für den Drehantrieb-Motorteil, Ständereisenbleche für den Linearantrieb-Motorteil und Abstandseisenbleche.
4. Für den Linearantrieb- und den Drehantrieb-Motorteil sind zwei Ständer erforderlich, und es ist notwendig, die beiden Ständer in der Wellenrichtung zusammenzubauen, nachdem die Wicklungs- und Anschlußarbeiten getrennt durchgeführt worden sind. Folglich ist der Wirkungsgrad beim Zusammenbauen des gesamten Motors verschlechtert.
5. Wenn im Läufer ein Dauermagnet angeordnet ist, müssen auf derselben Welle auch zwei Arten Läufer angeordnet werden. Folglich ist ihre Gestaltung kompliziert, und der Wirkungsgrad beim Zusammenbauen ist verschlechtert.

AUFGABE UND KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG

I. Die vorliegende Erfindung dient zur Lösung der vorstehend genannten Schwierigkeiten und hat als eine Aufgabe die Schaffung eines kombinierten Schrittmotors für Linear- und Drehantrieb, der Ständereisenbleche und einen Läufereisenkern aufweist, die von einem Linearantrieb- und einem Drehantrieb- Motorteil gemeinsam benutzt werden können und deren Länge in der Wellenrichtung nicht vergrößert ist, wobei der Wirkungsgrad beim Zusammenbauen des gesamten Motors ausgezeichnet ist.
Zur Lösung der vorstehend beschriebenen Aufgabe ist in den Ansprüchen ein kombinierter Schrittmotor für Linear- und Drehantrieb definiert. Der erfindungsgemäße kombinierte Schrittmotor für Linear- und Drehantrieb umfaßt einen Ständer mit einem Ständereisenkern, der eine Vielzahl ausgeprägter Pole zweier radial nach innen angeordneter Arten aufweist, wobei die ausgeprägten Pole der einen Art eine Vielzahl erster Ständerzähne aufweisen, die an einer Innenumfangsfläche von ihnen in der Wellenrichtung ausgebildet sind, die ausgeprägten Pole der anderen Art eine Vielzahl zweiter Ständerzähne aufweisen, die an einer Innenumfangsfläche von ihnen in der Umfangsrichtung ausgebildet sind, und einen Läufer mit einem Läufereisenkern, der innerhalb des Ständers in der Wellenrichtung bewegbar und in der Drehrichtung drehbar angeordnet ist und eine Vielzahl Läuferzähne aufweist, die in einer Außenumfangsfläche von ihm mit gleicher Teilung in der Wellenrichtung und in der Umfangsrichtung den ersten und zweiten Ständerzähnen gegenüberliegend ausgebildet sind, und ist ferner folgendermaßen ausgestaltet:
1. Der Ständereisenkern ist durch Schichten von Ständereisenblechen gebildet, welche die die Zahnköpfe der Zähne bildenden ausgeprägten Pole und die die Zahngründe der Zähne bildenden ausgeprägten Pole aufweisen, die in einer vorbestimmten Beziehung angeordnet sind, wobei die Ständereisenbleche um einen vorbestimmten Winkel gedreht werden, der durch die Anzahl der Phasen, die Anzahl der ausgeprägten Pole und die vorbestimmte Beziehung bestimmt ist, so daß die ersten Ständerzähne in der Innenumfangsfläche des ausgeprägten Pols in der Wellenrichtung ausgebildet sind.
2. Der Ständereisenkern wird durch Stanzen den Eisenkern bildender Eisenbleche mit einer Stanzvorrichtung bei Steuerung zum selektiven Aus- und Einfahren beweglicher Stanzwerkzeuge gebildet, die in der Stanzvorrichtung enthalten und so ausgelegt sind, daß sie in jedem der ausgeprägten Pole mittels einer Stanzsteuerung aus- und einfahrbar sind, und durch Schichten der gestanzten Eisenbleche nacheinander so, daß die vorderen Enden der ausgeprägten Pole Zahnköpfe oder Zahngründe der ersten Ständerzähne in einer vorbestimmten Teilung für jedes Stanzen der Eisenbleche bilden, um die ersten Ständerzähne in der Innenumfangsfläche der ausgeprägten Pole in der Wellenrichtung auszubilden.
3. Bei (1) oder (2) weist der Ständereisenkern 2 km ausgeprägte Pole auf, die mit einem gleichen Teilungswinkel nach innen angeordnet sind, wobei die 2 km ausgeprägten Pole ausgeprägte Pole mit den ersten Ständerzähnen, die in der Wellenrichtung ausgebildet sind, und ausgeprägte Pole mit den zweiten Ständerzähnen umfassen, die in Umfangsrichtung ausgebildet sind, beide ausgeprägten Pole abwechselnd angeordnet sind, wobei m die Anzahl der Phasen jedes Linear-Drehantrieb- Motors und k eine ganze Zahl gleich oder größer als 1 ist, und die Läufereisenkerne Zr Läuferzähne aufweisen, die in der Umfangsrichtung ausgebildet sind. Ferner ist ein Permanentmagnet vorgesehen, der zwischen den Ständereisenkernen oder zwischen den Läufereisenkernen angeordnet und in der Wellenrichtung magnetisiert ist, und die Anzahl der Läuferzähne Zr in der Umfangsrichtung des Läufers erfüllt die Bedingung
Zr = k(mb + a)
worin b eine ganze Zahl gleich oder größer als 1 ist, a eine ungerade Zahl ist, die 1 ≤ a < 2m erfüllt, wenn m eine gerade Zahl ist, und eine ganze Zahl ist, die 1 ≤ a < m oder m < a < 2m erfüllt, wenn m eine ungerade Zahl ist.
4. Bei (2) weist der Ständereisenkern 2(m + n) ausgeprägte Pole auf, die nach innen angeordnet sind und m Gruppen ausgeprägte Pole umfassen, von denen jede Gruppe zwei benachbarte ausgeprägte Pole mit in der Wellenrichtung ausgebildeten ersten Ständerzähnen umfaßt, und n Gruppen ausgeprägte Pole, von denen jede Gruppe zwei benachbarte ausgeprägte Pole mit in der Umfangsrichtung ausgebildeten zweiten Ständerzähnen umfaßt, wobei m die Anzahl der Phasen eines Linearantrieb- Motorteils und n die Anzahl der Phasen eines Drehantrieb- Motorteils ist.
Die Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung ist folgende: Der wie oben angegeben gestaltete kombinierte Schrittmotor für Linear- und Drehantrieb umfaßt die innerhalb eines Ständers nebeneinander angeordneten ausgeprägten Pole für den Linearantrieb-Motorteil und die ausgeprägten Pole für den Drehantrieb-Motorteil und folglich kann der kombinierte Schrittmotor ohne Vergrößern der Länge in der Wellenrichtung konfiguriert werden. Weil ferner nur ein Ständer vorhanden ist, wird die Wicklungs- und Anschlußarbeit nur einmal ausgeführt, und der Wirkungsgrad beim Zusammenbauen des gesamten Motors ist ausgezeichnet. Weil der Ständereisenkern gefertigt werden kann durch Drehen und Schichten der Ständereisenbleche oder durch Stanzen und Schichten der Ständereisenbleche bei Steuerung zum Aus- und Einfahren der in der Stanzvorrichtung enthaltenen beweglichen Stanzwerkzeuge in jedem der ausgeprägten Pole in die Arbeits- bzw. in die Ruhestellung des Stanzwerkzeuges in der im voraus festgelegten Reihenfolge, kann der Ständereisenkern auf einfache Weise hergestellt werden, ohne daß eine Vielzahl Stanzvorrichtungen für die Ständereisenbleche benötigt wird. Weil ferner der Läufereisenkern vom Linearantrieb- und vom Drehantrieb-Motorteil gemeinsam benutzt werden kann, ist es nicht notwendig, zwei Arten Läufer für den Linearantrieb-Motorteil und den Drehantrieb-Motorteil vorzusehen.
II. Jedoch weist der wie vorstehend angegeben ausgelegte kombinierte Schrittmotor für Linear- und Drehantrieb die nachstehend angegebenen Schwierigkeiten auf:
1. Weil die Vielzahl der Läuferzähne mit gleicher Teilung in der Außenumfangsfläche des Läufereisenkerns in der Wellenrichtung und in der Umfangsrichtung den ersten und zweiten Ständerzähnen gegenüberliegend ausgebildet sind, ist es schwierig, den Läufereisenkern nach einem anderen als dem Verfahren herzustellen, bei dem zwei Arten Läufereisenbleche geschichtet werden, z.B. durch spanabhebende Bearbeitung.
2. Wenn die Länge des Läufereisenkerns in der Wellenrichtung für den Linearantrieb-Motorteil und für den Drehantrieb- Motorteil unterteilt werden soll, sind die Läuferzähne in der Wellenrichtung und in der Umfangsrichtung gleichmäßig angeordnet, und folglich sind die für den Linearantrieb-Motorteil und für den Drehantrieb-Motorteil vorgesehenen Längen des Läufereisenkerns im wesentlichen gleich. Mit anderen Worten, das Verhältnis der Läuferabschnitte für den Linearantrieb- Motorteil und für den Drehantrieb-Motorteil kann nicht beliebig eingestellt werden.
Die vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die vorstehend beschriebenen Schwierigkeiten erarbeitet, und eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Lösung der vorstehend angegebenen Schwierigkeiten und die Schaffung eines kombinierten Schrittmotors für Linear- und Drehantrieb, bei dem die Ständereisenbleche gemeinsam genutzt werden kann, das Verhältnis der Läuferabschnitte für den Linearantrieb-Motorteil und den Drehantrieb-Motorteil beliebig eingestellt werden kann, und der Wirkungsgrad beim Zusammenbauen des gesamten Motors ausgezeichnet ist.
Zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe umfaßt der erfindungsgemäße kombinierte Schrittmotor für Linear- und Drehantrieb einen Ständer mit einem Ständereisenkern, der eine Vielzahl ausgeprägter Pole zweier radial nach innen angeordneter Arten aufweist, wobei die ausgeprägten Pole der einen Art eine Vielzahl erster Ständerzähne aufweisen, die an einer Innenumfangsfläche von ihnen in der Wellenrichtung ausgebildet sind, die ausgeprägten Pole der anderen Art eine Vielzahl zweiter Ständerzähne aufweisen, die an einer Innenumfangsfläche von ihnen in der Umfangsrichtung ausgebildet sind, und einen Läufer mit einer Vielzahl Läufereisenkerne, die innerhalb des Ständers mittels einer Welle in der Wellenrichtung bewegbar und in der Drehrichtung drehbar und in der Wellenrichtung angeordnet sind und zwei Arten erster und zweiter Läufereisenkerne aufweisen, wobei die ersten Läufereisenkerne eine Vielzahl erster Läuferzähne umfassen, die in einer Außenumfangsfläche von ihnen mit gleicher Teilung in der Wellenrichtung, den ersten Ständerzähnen gegenüberliegend, ausgebildet sind, die zweiten Läufereisenkerne eine Vielzahl zweiter Läuferzähne aufweisen, die in einer Außenumfangsfläche von ihnen mit gleicher Teilung in der Umfangsrichtung, den zweiten Ständerzähnen gegenüberliegend, ausgebildet sind, und folgendermaßen ausgelegt ist:
1. Der Ständereisenkern weist erste Ständerzähne auf, die in der Wellenrichtung mit einer Zahnteilung cmt&sub0; durch aufeinanderfolgendes und mehrmaliges Schichten von cm Arten Ständereisenblechen gebildet sind, die den Ständereisenkern bilden und bei denen vordere Enden ausgeprägter Pole in bezug auf eine ebene Koordinatenachse verschiedenartig gestaltet sind, wobei die Anzahl der Phasen eines Linearantrieb-Motorteils m ist, k Sätze ausgeprägter Pole vorhanden sind, je Satz gebildet von cm ausgeprägten Polen, bei denen die ersten Ständerzähne gegenüber den ersten Ständerzähnen eines bestimmten ausgeprägten Pols um (d/2m)cmt&sub0; in der Bewegungsrichtung des Läufers in ckm ausgeprägten Polen versetzt sind, an denen die ersten Ständerzähne ausgebildet sind, worin c = 1, wenn m eine ungerade Zahl ist, c = 2, wenn m eine gerade Zahl ist, t&sub0; eine Dicke des Eisenblechs ist, k eine ganze Zahl gleich oder größer als 1 ist, und d (cm - 1) verschiedene ganze Zahlen ist, die 1 ≤ d < 2m - 1 erfüllen.
2. Der Ständereisenkern wird gebildet durch Schichten der Ständereisenbleche, welche die Zahnköpfe der ersten Ständerzähne bildende ausgeprägte Pole und die Zahngründe der Zähne bildende ausgeprägte Pole umfassen, wobei beide ausgeprägten Pole in einer vorbestimmten Beziehung angeordnet sind, bei Drehung der Ständereisenbleche um einen vorbestimmten Winkel, der durch die Anzahl der Phasen, die Anzahl der ausgeprägten Pole und die vorbestimmte Beziehung bestimmt ist, so daß die ersten Ständerzähne in der Innenumfangsfläche des ausgeprägten Pols in der Wellenrichtung ausgebildet sind, wobei Zahnköpfe und Zahngründe der zweiten Ständerzähne durch Schichten von Ständereisenblechen bei gleichzeitiger Drehung der Ständereisenbleche um den vorbestimmten Winkel geschichtet werden.
3. Der Ständereisenkern wird durch Ausstanzen von den Eisenkern bildenden Eisenblechen mit einer Stanzvorrichtung gebildet, die zum selektiven Aus- und Einfahren beweglicher Stanzwerkzeuge gesteuert wird, die in der Stanzvorrichtung enthalten und so ausgelegt sind, daß sie in jedem der ausgeprägten Pole mittels einer Stanzsteuerung aus- und eingefahren werden können, so daß die vorderen Enden der ausgeprägten Pole Zahnköpfe oder Zahngründe der ersten Ständerzähne in einer vorbestimmten Teilung bei jedem Stanzen der Eisenbleche bilden, und durch aufeinanderfolgendes Schichten der gestanzten Eisenbleche, um die ersten Ständerzähne in der Innenumfangsfläche der ausgeprägten Pole in der Wellenrichtung auszubilden.
4. Bei (1) oder (2) oder (3) weist der Ständereisenkern 2km ausgeprägte Pole auf, die mit einem gleichen Teilungswinkel nach innen angeordnet sind, wobei die 2km ausgeprägten Pole die ausgeprägten Pole mit den ersten Ständerzähnen, die in der Wellenrichtung ausgebildet sind, und die ausgeprägten Pole mit den zweiten Ständerzähnen, die in der Umfangsrichtung ausgebildet sind, umfassen, wobei beide ausgeprägten Pole abwechselnd angeordnet sind, wobei m die Anzahl der Phasen jedes Linear-und Drehantrieb-Motors und k eine ganze Zahl gleich oder größer als 1 ist, weist der erste Läufereisenkern eine Vielzahl erster Läuferzähne auf, die in der Wellenrichtung mit einer Zahnteilung ausgebildet sind, die einer Zahnteilung der ersten Ständerzähne entspricht, und weist der zweite Läufereisenkern Zr zweite Läuferzähne auf, die in der Umfangsrichtung ausgebildet sind. Ferner ist ein Permanentmagnet vorgesehen, der zwischen einem Paar aus dem ersten und dem zweiten Läufereisenkern gehalten und in der Wellenrichtung magnetisiert ist, und von den ersten und den zweiten Läufereisenkernen ist je die gleiche Anzahl durch den Permanentmagnet nach den N- und S-Polen magnetisiert. Die Anzahl der zweiten Läuferzähne Zr erfüllt die Bedingung
Zr = k(mb + a),
worin b eine ganze Zahl gleich oder größer als 1 ist, a eine ungerade Zahl ist, die 1 ≤ a < 2m erfüllt, wenn m eine gerade Zahl ist, und eine ganze Zahl ist, die 1 ≤ a < m oder m < a < 2m erfüllt, wenn m eine ungerade Zahl ist.
5. Bei (1) oder (2) oder (3) weist der Läufer zwei auf der Welle symmetrisch angeordnete Paare Läuferkerne auf, wobei das Paar Läuferkerne einen ersten Läuferkern für einen Linearantrieb-Motor und einen zweiten Läuferkern für einen Drehantrieb-Motor umfaßt, die beide in einer Einheit ausgebildet sind, und einen Permanentmagneten, der zwischen dem Paar Läuferkerne gehalten und in der Wellenrichtung magnetisiert ist.
6. Bei (1) oder (2) oder (3) weist der Läufer für einen Linearantrieb-Motor zwei erste Läufereisenkerne und einen zwischen den ersten Läufereisenkernen gehaltenen und in der Wellenrichtung magnetisierten Permanentmagneten auf, und weist für einen Drehantrieb-Motor zwei zweite Läufereisenkerne und einen zwischen den zweiten Läufereisenkernen gehaltenen und in der Wellenrichtung magnetisierten Permanentmagneten auf, die alle auf der Welle angeordnet sind.
7. Bei (1) oder (3) weist der Ständereisenkern 2(m + n) ausgeprägte Pole auf, die nach innen angeordnet sind und m Paare ausgeprägte Pole umfassen, von denen jedes Paar zwei benachbarte ausgeprägte Pole mit in der Wellenrichtung ausgebildeten ersten Ständerzähnen umfaßt, und n Paare ausgeprägte Pole, von denen jedes Paar zwei benachbarte ausgeprägte Pole mit in der Umfangsrichtung ausgebildeten zweiten Ständerzähnen umfaßt, wobei m die Anzahl der Phasen eines Linearantrieb-Motorteils und n die Anzahl der Phasen eines Drehantrieb-Motorteils ist.
Die Arbeitsweise der vorliegenden Erfindung ist folgende: Der vorstehend beschriebene kombinierte Schrittmotor für Linear- und Drehantrieb ist mit zwei Arten des ersten Läufereisenkerns ausgelegt, bei dem die Vielzahl der ersten Läuferzähne in seiner Außenumfangsfläche in gleicher Teilung in der Wellenrichtung ausgebildet sind, und der zweite Läufereisenkern die zweiten Läuferzähne in seiner Außenumfangsfläche in gleicher Teilung in der Umfangsrichtung aufweist oder so ausgelegt ist, daß er den Abschnitt mit der Vielzahl der ersten Läuferzähne, die in gleicher Teilung in der Wellenrichtung ausgebildet sind, und den Abschnitt mit der Vielzahl der zweiten Läuferzähne aufweist, die in gleicher Teilung in der Umfangsrichtung ausgebildet sind, und beide Abschnitte in einem Läufereisenkern in der Wellenrichtung angeordnet sind. Folglich ist ihre Herstellung durch mechanische Bearbeitung, z.B. durch Spanabnahme einfach, und die Länge der zwei Arten Läufereisenkerne oder die Länge der Abschnitte der beiden Arten kann auf einen beliebigen Wert eingestellt werden. Mit anderen Worten, das Verhältnis der Läuferabschnitte für den Linearantrieb-Motorteil und den Drehantrieb-Motorteil kann beliebig eingestellt werden.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen kombinierten Schrittmotors für Linear- und Drehantrieb,
Fig. 2 ist eine Längsschnittansicht entlang der Linie II- II in Fig. 1,
Fig. 3 ist eine vergrößerte Ansicht, mit Blickrichtung von der Ständerlängsseite, von Läuferzähnen, die auf Außenumfangsflächen eines Läufers ausgebildet sind,
Fig. 4 ist eine Längsschnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen kombinierten Schrittmotors für Linear- und Drehantrieb,
Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie V-V in Fig. 4,
Fig. 6 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie VI- VI in Fig. 4,
Fig. 7 ist eine vergrößerte Ansicht, mit Blickrichtung von der Ständerlängsseite, von ersten und zweiten Läuferzähnen, die auf den Außenumfangsflächen des Läufers ausgebildet sind,
Fig. 8 ist eine Schrägansicht, die eine Gestalt von Läufereisenkernen darstellt,
Fig. 9 ist eine Längsschnittansicht mit der Darstellung eines anderen Beispiels von Läufereisenkernen,
Fig. 10 stellt ein Ständereisenblech dar, aus dem ein Ständereisenkern einer dritten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen kombinierten Schrittmotors für Linear- und Drehantrieb gebildet ist, wobei Fig. 10(a) eine Draufsicht desselben und Fig. 10(b) eine vergrößerte Detailansicht von Fig. 10(a) zeigt,
Fig. 11 ist eine vergrößerte Ansicht von ersten und zweiten Ständerzähnen, die entstehen, wenn die in Fig. 10 dargestellten Ständereisenbleche geschichtet und dabei um 144 Grad gedreht werden, oder wenn die in Fig. 13 dargestellten Ständereisenbleche nacheinander in der in Fig. 15 dargestellten Schichtreihenfolge geschichtet werden,
Fig. 12 ist ein Anschlußplan für die Ständerwicklungen des in Fig. 11 dargestellten kombinierten Fünf-Phasen- Schrittmotors für Linear- und Drehantrieb,
Fig. 13 zeigt Draufsichten auf den Ständereisenkern bildende Ständereisenbleche, wobei die Fig. 13(a), 13(b), 13(c), 13(d) und 13(e) Beispiele von Zahnköpfen oder Zahngründen darstellen, die an den vorderen Enden der ausgeprägten Pole zum Bilden der Ständerzähne ausgebildet werden,
Fig. 14 ist ein vereinfachter Schaltplan der Steuerung für bewegliche Stanzwerkzeuge in einer Ständereisenblech-Stanzvorrichtung,
Fig. 15 ist ein Diagramm mit der Darstellung einer Beziehung zwischen einer Stanz- und einer Schichtreihenfolge für Ständereisenbleche in der Steuerung gemäß Fig. 14 und von Steuerzuständen der beweglichen Stanzwerkzeuge,
Fig. 16 zeigt eine Darstellung von Steuerzuständen beweglicher Stanzwerkzeuge in der Stanzvorrichtung, wobei Fig. 16(a) ihren Arbeitszustand und Fig. 16(b) ihren Ruhezustand darstellen,
Fig. 17 ist eine Draufsicht auf ein Ständereisenblech, aus dem ein Ständereisenkern gebildet wird, als Darstellung eines anderen Ausführungsbeispiels,
Fig. 18 ist eine vergrößerte Ansicht, mit Blickrichtung von der Längsseite des Läufers, der ersten und zweiten Ständerzähne, die durch Stanzen der Ständereisenbleche gemäß Fig. 17 in der vorbestimmten Reihenfolge mit einer Stanzvorrichtung, die bewegliche Stanzwerkzeuge in jedem der ausgeprägten Pole aufweist, mit Steuerung des Aus- und Einfahrens der beweglichen Stanzwerkzeuge gebildet werden, und
Fig. 19 zeigt einen Anschlußplan für Ständerwicklungen eines kombinierten Zwei-Phasen-Schrittmotors für Linear- und Drehantrieb gemäß Fig. 18.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG EINER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM

Es werden nun bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im einzelnen anhand der Zeichnungen beschrieben.

Erste Ausführungsform

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht mit der Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen kombinierten Schrittmotors für Linear- und Drehantrieb, und Fig. 2 ist eine Längsschnittansicht entlang der Linie II-II in Fig. 1.
Bei dem Schrittmotor dieser Ausführungsform haben die Anzahl der Phasen m und die numerischen Werte der ganzen Zahlen k, b und a die Werte m = 5, k = 1, b = 14 und a = 2, und folglich ist die Anzahl der ausgeprägten Pole 10 und die Anzahl der Zähne Zr in der Umfangsrichtung eines Läufers 72.
Gemäß Fig. 1 und 2 sind 10 ausgeprägte Pole 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19 und 20 in einem Ständereisenkern 10 eines Ständers 1 radial und nach innen angeordnet. An Innenumfangsflächen der ausgeprägten Pole 11, 13, 15, 17 und 19 ist eine Vielzahl erster Ständerzähne 24 (Zahnköpfe 24a und Zahngründe 24b) in gleicher Teilung in der Wellenrichtung und an Innenumfangsflächen der ausgeprägten Pole 12, 14, 16, 18 und 20 eine Vielzahl zweiter Ständerzähne 25 (Zahnköpfe 25a und Zahngründe 25b) in gleicher Teilung in der Umfangsrichtung ausgebildet. Ständerwicklungen W1, W2, W3, ..., W10 sind an den zugehörigen ausgeprägten Polen 11, 12, 13, ... 20 getrennt angeordnet.
Der Ständer 1 ist mittels nicht dargestellter Schrauben an Endlagerböcken 3 und 4 angeordnet.
Andererseits ist ein im Ständer 1 angeordneter Läufer 2 in den Endlagerböcken 3 und 4 mittels Lagern 5 und 6 so gelagert, daß er in der Wellenrichtung bewegbar und in der Drehrichtung drehbar ist. Auf einer Welle 21 des Läufers 2 sind Magnetpol-Eisenkerne 22a und 22b und ein ringähnlicher Permanentmagnet 23 angeordnet, der zwischen den Magnetpol-Eisenkernen 22a und 22b gehalten und in der Wellenrichtung magnetisiert ist.
An Außenumfangsflächen der Magnetpol-Eisenkerne 22a und 22b ist eine Vielzahl Läuferzähne 26 (Zahnköpfe 26a, Zahngründe 26b, die den ersten Ständerzähnen 24 entsprechen, und Zahngründe 26c, die den zweiten Ständerzähnen 25 entsprechen) in derselben gleichen Teilung in der Wellenrichtung, den ersten Ständerzähnen 24 gegenüberliegend, und in derselben gleichen Teilung in der Umfangsrichtung, den zweiten Ständerzähnen 25 gegenüberliegend, ausgebildet.
In Fig. 3 sind mit Blickrichtung von der Längsseite des Ständers 1 die Läuferzähne 26 dargestellt, die an den Außenumfangsflächen der Magnetpol-Eisenkerne 22a und 2bb ausgebildet sind. In Fig. 3 stellen schraffierte Flächen die Zahnköpfe 26a, leere oder unschraffierte Flächen 26b die in der Wellenrichtung angeordneten Zahngründe und 26c die in der Umfangsrichtung angeordneten Zahngründe dar. Die Zahnteilung t der Läuferzähne 26 in der Umfangsrichtung beträgt (360/Zr) Grad, und die Läuferzähne 26 des Magnetpol-Eisenkerns 22a sind gegenüber denen des Magnetpol-Eisenkerns 22b um t/2 in der Umfangsrichtung versetzt.
Ferner ist die Länge des im Läufer 2 angeordneten Permanentmagneten 23 in Wellenrichtung so gewählt, daß die Läuerzähne 26 im Magnetpol-Eisenkern 22a und die Läuferzähne 26 im Magnetpol-Eisenkern 22b gegeneinander um die Hälfte der Zahnteilung t&sub0; in der Wellenrichtung versetzt sind. Mit anderen Worten, wenn die Zahnköpfe 26a der Läuferzähne 26 im Magnetpol-Eisenkern 22a vor den Zahnköpfen 24a der Ständerzähne 24 stehen, stehen die Zahnköpfe 26a der Läuferzähne 26 im Magnetpol-Eisenkern 22b vor den Zahngründen 24b der Ständerzähne 24.

Zweite Ausführungsform

Fig. 4 ist eine Längsschnittansicht mit einer Darstellung einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen kombinierten Schrittmotors für Linear- und Drehantrieb, und Fig. 5 und 6 sind Querschnittansichten entlang den Linien V-V bzw. VI-VI in Fig. 4.
Bei dem Schrittmotor dieser Ausführungsform haben die Anzahl der Phasen m, die numerischen Werte der ganzen Zahlen k, b und a die Werte m = 5, k = 1, b = 14 und a = 2; folglich beträgt die Anzahl 2km der ausgeprägten Pole 10 (2km = 10), und die Zähnezahl Zr in Umfangsrichtung des Läufers ist Zr = k(mb+a) = 72.
Gemäß Fig. 4 bis 6 sind zehn ausgeprägte Pole 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117, 118, 119 und 120 in einem Ständereisenkern 110 eines Ständers 101 radial innen angeordnet. An Innenumfangsflächen der ausgeprägten Pole 111, 113, 115, 117 und 119 ist eine Vielzahl erster Ständerzähne 124 (Zahnköpfe 124a und Zahngründe 124b) in gleicher Teilung in Wellenrichtung ausgebildet, und an Innenumfangsflächen der ausgeprägten Pole 112, 114, 116, 118 und 120 ist eine Vielzahl zweiter Ständerzähne 125 (Zahnköpfe 125a und Zahngründe 125b) in gleicher Teilung in der Umfangsrichtung ausgebildet. An den ausgeprägten Polen 111, 112, 113, ..., 120 sind zugehörige Ständerwicklungen W101, W102, W103, ..., W110 getrennt angeordnet.
Der Ständer 101 ist mittels nicht dargestellter Schrauben an Endlagerböcken 103 und 104 angeordnet.
Andererseits ist ein im Ständer 101 angeordneter Läufer 102 in den Endlagerböcken 103 und 104 mittels Lagern 105 und 106 so gelagert, daß er in der Wellenrichtung bewegbar und in der Drehrichtung drehbar ist. Auf einer Welle 121 des Läufers 102 sind ein erster Läufereisenkern 122a für einen Linearantrieb- Motor mit einer Vielzahl erster Läuferzähne 127 (Zahnköpfe 127a und Zahngründe 127b), die in gleicher Teilung in der Wellenrichtung ausgebildet sind, und ein zweiter Läufereisenkern 122c für einen Drehantrieb-Motor mit Zr zweiten Läuferzähnen 128 (Zahnköpfe 128a und Zahngründe 128b), die in gleicher Teilung in der Umfangsrichtung ausgebildet sind, angeordnet und bilden einen einstückigen Eisenkern. In ähnlicher Weise sind auf der Welle 121 weitere erste und zweite Läufereisenkerne 122b und 122d angeordnet und bilden einen einstükkigen Eisenkern. Der einstückige Eisenkern mit den Eisenkernen 122a und 122c und der einstückige Eisenkern mit den Eisenkernen 122b und 122d bilden ein Paar, und das Paar einstückiger Eisenkerne ist symmetrisch verblockt. Ein ringähnlicher Permanentmagnet 123, der zwischen den beiden Eisenkernen gehalten und in der Wellenrichtung magnetisiert ist, ist auf der Welle 121 des Läufers 102 fest angeordnet.
Im einzelnen ist die Vielzahl der ersten Läuferzähne 127 (Zahnköpfe 127a und Zahngründe 127b) an den Außenumfangsflächen der ersten Läufereisenkerne 122a und 122b in gleicher Teilung in der Wellenrichtung, den ersten Ständerzähnen 124 gegenüberliegend, ausgebildet, und die Zr zweiten Läuferzähne 128 (Zahnköpfe 128a und Zahngründe 128b) sind an den Außenumfangsflächen der zweiten Läufereisenkerne 122c und 122d in gleicher Teilung in der Umfangsrichtung, den zweiten Ständerzähnen 125 gegenüberliegend, ausgebildet.
Demgemäß können die ersten und zweiten Läufereisenkerne 122a und 122c oder die anderen Läufereisenkerne 122b und 122d zu einem einzigen Läufereisenkern ausgebildet oder durch Zusammenfügen getrennt ausgebildeter Eisenkerne mit einem Haftmittel zu einer Einheit verblockt werden.
Fig. 7 ist eine vergrößerte Ansicht, mit Blickrichtung von der Längsseite des Ständers 101, der ersten und zweiten Läuferzähne 127 und 128, die an den Außenumfangsflächen der ersten und zweiten Läufereisenkerne 122a, 122b und 122c, 122d ausgebildet sind. Schraffierte Flächen stellen die Zahnköpfe 127a und 128a dar, wogegen leere oder unschraffierte Flächen die Zahngründe 127b und 128b darstellen. Ein Winkel t der Zahnreilung in der Umfangsrichtung der zweiten Läuferzähne 128 beträgt t = (360/Zr), und die beiden zweiten Läufereisenkerne 122c und 122d, die sich so gegenüberliegen, daß zwischen ihnen der Permanentmagnet 123 angeordnet ist, sind gegeneinander um t/2 in der Umfangsrichtung versetzt.
Ferner ist die Länge in der Wellenrichtung des im Läufer 102 angeordneten Permanentmagneten 123 entsprechend Fig. 4 so gewählt, daß die ersten Läuferzähne 127 im ersten Läufereisenkern 122a und die ersten Läuferzähne 127 im anderen ersten Läufereisenkern 122b gegeneinander um die Hälfte der Zahnteilung t&sub0; in der Wellenrichtung versetzt sind. Mit anderen Worten, wenn die Zahnköpfe 127a der ersten Läuferzähne 127 im ersten Läufereisenkern 122a vor den Zahnköpfen 124a der Ständerzähne 124 stehen, stehen die Zahnköpfe 127a der ersten Läuferzähne 127 im anderen ersten Läufereisenkern 122b vor den Zahngründen 124b der Ständerzähne 124.
Fig. 8 ist eine Schrägansicht, welche eine Gestalt der Eisenkerne für den Läufer 102 darstellt. Die zweiten Läufereisenkerne 122c und 122d mit den in der Umfangsrichtung ausgebildeten zweiten Läuferzähnen 128 und die ersten Läufereisenkerne 122a und 122b mit den in der Wellenrichtung ausgebildeten ersten Läuferzähnen 127 sind in der Wellenrichtung angeordnet.
Fig. 9 ist eine Längsschnittansicht mit der Darstellung eines anderen Beispiels der Eisenkerne für den Läufer 102. Gemäß Fig. 9 bilden die beiden ersten Läufereisenkerne 122a und 122b, die je mit den in der Wellenrichtung ausgebildeten ersten Läuferzähnen 127 versehen sind, und ein Permanentmagnet 123a, der zwischen den beiden ersten Läufereisenkernen 122a und 122b gehalten und in der Wellenrichtung magnetisiert ist, einen Läuferabschnitt für einen Linearantrieb-Motor, und die beiden zweiten Läufereisenkerne 122c und 122d, die je mit den in der Umfangsrichtung ausgebildeten zweiten Läuferzähnen 128 versehen sind, und ein Permanentmagnet 123b, der zwischen den beiden zweiten Läufereisenkernen 122c und 122d gehalten und in der Wellenrichtung magnetisiert ist, bilden einen Läuferabschnitt für einen Drehantrieb-Motor. Die Läuferabschnitte für den Linear- und für den Drehantrieb-Motor sind auf der Welle 121 fest so angeordnet, daß zwischen ihnen ein nicht- magnetischer Abstandshalter 129 gehalten ist.

Dritte Ausführungsform

Die dritte Ausführungsform ist mit der ersten und der zweiten Ausführungsform verwandt und bezieht sich auf diese. Zur Vereinfachung der Beschreibung wird sie unter Verwendung der Bezugszeichen aus den Zeichnungen der ersten Ausführungsform beschrieben. Folglich müssen im Hinblick auf die zweite Ausführungsform Bezugszeichen bei der dritten Ausführungsform um Hundert erhöht werden. Jedoch werden die Bezugszeichen der zweiten Ausführungsform, wenn speziell erforderlich, mit angegeben.
Die Fig. 10(a) und 10(b) zeigen ein Beispiel eines Ständereisenblechs 30, aus dem der Ständereisenkern 10 gebildet wird, wobei Fig. 10(b) eine vergrößerte Ansicht einer in Fig. 10(a) mit A bezeichneten Einzelheit darstellt. Gemäß Fig. 10(a) weisen ausgeprägte Pole P5 und P9 des Ständereisenblechs 30 einen kleinen Innenradius auf und bilden die Zahnköpfe 24a der ersten Ständerzähne 24 in der Wellenrichtung. Ferner weisen ausgeprägte Pole P1, P3 und P7 einen großen Innenradius auf und bilden die Zahngründe 24b der ersten Ständerzähne 24 in der Wellenrichtung. Die ausgeprägten Pole P2, P4, P6, P8 und P10 bilden die zweiten Ständerzähne 25 in der Umfangsrichtung. Die Mittellinien der ausgeprägten Pole P2, P4, P6, P8 und P10 sind in gleicher Teilung von (360/km) Grad oder 72 Grad in der Umfangsrichtung angeordnet. In jedem der ausgeprägten Pole sind sechs zweite Zähne 25 symmetrisch zur Mittellinie des entsprechenden Pols angeordnet.
Fig. 11 ist eine vergrößerte Ansicht, mit Blickrichtung vom Läufer 2 aus, der ersten und der zweiten Ständerzähne 24 und 25 der ausgeprägten Pole 11, 12, 13, ..., 20, die entstehen, wenn die Ständereisenbleche 30 geschichtet werden, während gleichzeitig jedes Ständereisenblech um das Zweifache des gleichen Teilungswinkels (72 Grad) der ausgeprägten Pole P2, P4, P6, P8 und P10 gedreht wird. Schraffierte Flächen stellen die Zahnköpfe 24a und 25a dar, leere oder unschraffierte Flächen die Zahngründe 24b und 25b.
Wenn die Anzahl Zr der Läuferzähne in der Umfangsrichtung der zweiten Läufereisenkerne 122c, 122d des Läufers 2 oder des Läufers 102 Zr = k(mb+a) beträgt, worin b eine ganze Zahl gleich oder größer als 1 ist, a eine ungerade Zahl ist, die 1 3/4 a < 2m erfüllt, wenn m eine gerade Zahl ist, und a eine ganze Zahl ist, die 1 3/4 a < m oder m < a < 2m erfüllt, wenn m eine ungerade Zahl ist, können die ausgeprägten Pole P2, P4, P6, P8 und P10 des mit den zweiten Ständerzähnen 25 in der Umfangsrichtung versehenen Ständereisenblechs 30 gleichmäßig in der vorstehend beschriebenen Weise angeordnet werden, und folglich können die Ständereisenbleche 30 unter Drehung um einen Winkel geschichtet werden, der ein Mehrfaches von 72 Grad beträgt.
Wenn die zweiten Ständerzähne 25 des ausgeprägten Pols 12 genau vor den Läuferzähnen 26 in der Umfangsrichtung stehen, sind die zweiten Ständerzähne 25 des ausgeprägten Pols 14 gegenüber den Läuferzähnen 26 um 2/5 der Zahnteilung t versetzt, die zweiten Ständerzähne 25 des ausgeprägten Pols 16 sind um 4/5, die zweiten Ständerzähne 25 des ausgeprägten Pols 18 um 6/5 bzw. 1/5, und die zweiten Ständerzähne 25 des ausgeprägten Pols 20 um 8/5 bzw. 3/5 versetzt. Folglich kann gemäß Fig. 12 durch Anschließen der Ständerwicklungen W2, W8, W4, W10 und W6 an die A-, B-, C-, D- bzw. E-Phase ein Fünf- Phasen-Drehantrieb-Schrittmotor mit einem Grundschrittwinkel gleich 1/10 der Zahnteilung t, also 0,5 Grad, gebildet werden.
Wenn ferner die Dicke des Ständereisenblechs 30 mit t&sub0; gewählt ist, und wenn die Eisenbleche 30 bei Drehung um 144 Grad, wie weiter oben angegeben, geschichtet werden, sind in den ausgeprägten Polen 11, 13, 15, 17 und 19 des Ständers gemäß Fig. 11 in der Wellenrichtung die ersten Ständerzähne 24 mit einer Zahnteilung in der Wellenrichtung von m×t&sub0; oder 5t&sub0; und mit einer Zahndicke an den Zahnköpfen 24a von 2t&sub0; ausgebildet. Ferner sind die ersten Ständerzähne 24 des ausgeprägten Pols 13 gegenüber dem ausgeprägten Pol 11 um 2/5 der Zahnteilung versetzt, die Zähne 24 des ausgeprägten Pols 15 um 4/5, die Zähne 24 des ausgeprägten Pols 17 um 6/5 bzw. 1/5, und die Zähne 24 des ausgeprägten Pols 19 um 8/5 bzw. 3/5. Wenn folglich die Ständerwicklungen W1, W7, W3, W9 und W5 an die A-, B-, C-, D- bzw. E-Phase angeschlossen sind, kann ein Fünf-Phasen-Schrittmotor für Linearantrieb mit einer Grundverstellweg von t&sub0;/2 gebildet werden.
Somit kann der kombinierte Fünf-Phasen-Schrittmotor für Linear- und Drehantrieb gebildet werden, und jeder Motor-Teil von ihm kann einzeln gesteuert werden.
Ferner kann der Ständereisenkern 10 statt durch Schichten und Drehen der Ständereisenbleche 30 um 144 Grad in der nachstehend beschriebenen Weise gebildet werden.
Die Fig. 13(a) bis 13(e) zeigen Beispiele von Ständereisenblechen 30a, 30b, 30c, 30d und 30e mit ausgeprägten Polen P1, P3, P5, P7 und P9, welche die ersten Ständerzähne 24 in der Wellenrichtung des Ständereisenkerns 10 bilden. Die ausgeprägten Pole P2, P4, P6, P8 und P10 weisen zweite Ständerzähne 25 auf, die an ihnen in Umfangsrichtung ausgebildet sind. Gemäß Fig. 13(a) bis 13(e) werden die vorderen Enden der ausgeprägten Pole P1, P3, P5, P7 und P9 der Ständereisenbleche 30a, 30b, ... bzw. 30e entsprechend einer sich periodisch wiederholenden Reihenfolge mittels in einer nicht dargestellten Stanzvorrichtung enthaltener beweglicher Stanzwerkzeuge gestanzt, die so ausgelegt sind, daß sie in jedem der ausgeprägten Pole P1, P3, ..., P9, die mit den durch (a), (b), (c), (d), (e), (a), (b), (c), ... in Fig. 13 bezeichneten Formen gebildet werden sollen, bei jedem Stanzen des Eisenblechs aus- und einfahrbar sind, so daß an den vorderen Enden der ausgepägten Pole P1, P3, ..., P9 Zahnkpfe 24a bzw. Zahngründe 24b der ersten Ständerzähne 24 entstehen.
Das in Fig. 13(a) dargestellte Ständereisenblech 30a wird gestanzt, indem die beweglichen Stanzwerkzeuge 5 und 9, die den ausgeprägten Polen P5 und P9 zugeordnet sind, in eine Ruhestellung und die beweglichen Stanzwerkzeuge 1, 3 und 7, die den übrigen ausgeprägten Polen P1, P3 und P7 zugeordnet sind, in eine Arbeitsstellung bewegt werden, so daß die Zahnköpfe 24a an den vorderen Enden der ausgeprägten Pole P5 und P9 und die Zahngründe 24b an den vorderen Enden der ausgeprägten Pole P1, P3 und P7 ausgebildet werden.
Das in Fig. 13(b) dargestellte Ständereisenblech 30b wird gestanzt, indem die beweglichen Stanzwerkzeuge 1 und 5, die den ausgeprägten Polen P1 und P5 zugeordnet sind, in die Ruhestellung und die beweglichen Stanzwerkzeuge 3, 7 und 9, die den übrigen ausgeprägten Polen zugeordnet sind, in die Arbeitsstellung bewegt werden, so daß die Zahnköpfe 24a an den vorderen Enden der ausgeprägten Pole P1 und P5 und die Zahngründe 24b an den vorderen Enden der ausgeprägten Pole P3, P7 und P9 ausgebildet werden.
In ähnlicher Weise werden die in Fig. 13(c), 13(d) und 13(e) dargestellten Ständereisenbleche 30c, 30d und 30e gestanzt, indem die beweglichen Stanzwerkzeuge 1, 3, ..., 9, die den ausgeprägten Polen P1, P3, ..., P9 zugeordnet sind, selektiv in die Ruhe- oder die Arbeitsstellung bewegt werden, so daß die im voraus bestimmten Zahnköpfe 24a bzw. Zahngründe 24b an den vorderen Enden der ausgeprägten Pole P1, P3, ..., P9 ausgebildet werden.
Folglich werden beim Bilden des Ständereisenkerns 10 die gestanzten Ständereisenbleche 30a, 30b, 30c, 30d und 30e in der Reihenfolge ihrer Beschreibung geschichtet, so daß an den vorderen Enden der ausgeprägten Pole P1, P3, ..., P9 die ersten Ständerzähen 24 für eine Teilung gebildet werden können.
Fig. 14 bis 16 erläutern ein Stanzverfahren an den Ständereisenblechen 30a, 30b, 30c, 30d und 30e mit einer Stanzvorrichtung und das aufeinanderfolgende Schichten der gestanzten Ständereisenbleche zum Ständereisenkern 10.
Fig. 14 ist ein vereinfachter Schaltplan eines Steuerungsteils für bewegliche Stanzwerkzeuge einer Stanzvorrichtung. Gemäß Fig. 14 werden die beweglichen Stanzwerkzeuge 1, 3, 5, ..., 9, die in der Stanzvorrichtung 31 enthalten und in jedem der ausgeprägten Pole P1, P3, P5, ..., P9 ausschieb- und zurückziehbar bzw. aus- und einfahrbar sind, zum selektiven Aus- und Einfahren entsprechend der in Fig. 15 angegebenen Reihenfolge über Antriebssolenoide durch eine Stanzsteuerung 32 so gesteuert, daß die Zahnköpfe 24a oder die Zahngründe 24b der ersten Ständerzähne 24 an den vorderen Enden der ausgeprägten Pole P1, P2, P5, ..., P9 der Ständereisenbleche 30, die den Ständereisenkern 10 bilden, ausgebildet werden. In Fig. 14 sind mit 32a Anschlußleitungen bezeichnet.
Fig. 15 zeigt in einem Diagramm eine Beziehung zwischen einer Schicht- und einer Stanzreihenfolge an den Ständereisenblechen 30a, 30b, 30c, 30d und 30e und Steuerzuständen der beweglichen Stanzwerkzeuge 1, 3, 5, ..., 9. Für den Betrieb der beweglichen Stanzwerkzeuge 1, 3, 5, ..., 9 stellt in Fig. 15 die Markierung o den Arbeitszustand des (ausgefahrenen) Stanzwerkzeuges zum Ausbilden des Zahngrundes 24b dar, die Markierung m den Ruhezustand des (eingefahrenen) Stanzwerkzeuges zum Ausbilden des Zahnkopfes 24a.
Fig. 16 zeigt ein Diagramm zum besseren Verständnis der Steuerzustände eines beweglichen Stanzwerkzeuges 33 als eines der beweglichen Stanzwerkzeuge 1, 3, 5, ..., 9. Fig. 16(a) stellt seinen Arbeitszustand, Fig. 16(b) seinen Ruhezustand dar.
Gemäß Fig. 16 ist das bewegliche Stanzwerkzeug 33 in der Stanzvorrichtung 31 in senkrechter Richtung bewegbar angeordnet und ist mit einer Nocke 33a versehen, die an seiner Oberseite ausgebildet ist und an einem Nockenträger 35 anliegt, der durch Erregen des Solenoides 34 ensprechend Fig. 16 nach rechts verstellt wird.
Wenn dem Solenoiden 34 durch die Stanzsteuerung 32 ein EIN- Signal zugeleitet wird, wird das Solenoid 34 erregt und verstellt den Nockenträger 35 nach rechts. Wenn durch das Verstellen des Nockenträgers 35 ein Vorsprung desselben an einen Vorsprung der Nocke 33a des beweglichen Stanzwerkzeuges 33 anstößt, wird das bewegliche Stanzwerkzeug 33 aus der Fläche der Stanzvorrichtung 31 herausgefahren und nimmt den in Fig. 16(a) dargestellten Arbeitszustand an.
Wenn ferner dem Solenoiden 34 durch die Stanzsteuerung ein AUS-Signal zugeleitet wird, wird das Solenoid 34 entregt und stellt den Nockenträger 35 mittels nicht dargestellter Rückstelleinrichtungen nach links zurück. Beim Rückstellen des Nockenträgers 35 lösen sich die Vorsprünge der beiden Nocken voneinander und das bewegliche Stanzwerkzeug 33 wird mittels nicht dargestellter Rückstelleinrichtungen von der Fläche der Stanzvorrichtung 31 zurückgezogen und nimmt den in Fig. 16(b) dargestellten Ruhezustand ein.
Der Ständereisenkern 10 kann durch Schichten der in der vorstehend beschriebenen Weise gestanzten Ständereisenbleche 30a, 30b, 30c, 30d und 30e in der in Fig. 15 angegebenen Schichtreihenfolge gebildet werden.
Fig. 17 zeigt ein Beispiel eines Ständereisenblechs 40, aus dem der Ständereisenkern 10 gebildet wird, der in einem anderen Beispiel der Ausführungsform des kombinierten Schrittmotors für Linear- und Drehantrieb verwendet wird. Gemäß Fig. 17 beträgt beim Ständereisenblech 40 die Anzahl der Phasen m = 2 für den Linearantrieb-Motorteil und die Anzahl der Phasen n = 2 für den Drehantrieb-Motorteil, und an ihm sind 2(m+n) = 8 ausgeprägte Pole P41, P42, P43, ..., P48 in gleichem Teilungswinkel von 45 Grad ausgebildet.
Im Ständereisenblech 40 sind die ausgeprägten Pole P41, P42 und P45, P46 je gepaart und weisen in der Umfangsrichtung ausgebildete zweite Ständerzähne 25 auf. Die ausgeprägten Pole P43, P44 und P47, P48 sind je gepaart und weisen in der Wellenrichtung ausgebildete erste Ständerzähne 24 auf. Ein Winkel zwischen den Mittellinien der in den ausgeprägten Polen P41 und P42 ausgebildeten zweiten Ständerzähne 25 beträgt 46,8 Grad, und ein Winkel zwischen den Mittellinien der in den ausgeprägten Polen P42 und P45 ausgebildeten zweiten Ständerzähne 25 beträgt 131,4 Grad. Ferner beträgt ein Winkel zwischen den Mittellinien der in den ausgeprägten Polen P45 und P46 ausgebildeten zweiten Ständerzähne 25 46,8 Grad. Die Anzahl der Läuferzähne Zr, die in der Umfangsrichtung des Läufers 2 oder des nicht dargestellten zweiten Läufereisenkerns 122c, 122d angeordnet sind, beträgt 50.
Unter der Annahme, daß die zweiten Ständerzähne 25 des ausgeprägten Pols P41 den Läuferzähnen 26 des Läufers 2 oder den Zähnen 128 des zweiten Läufereisenkerns vom Läufer 102 gegenüberliegen, sind folglich die Zähne 25 des ausgeprägten Pols P42 gegenüber den Läuferzähnen 26 oder den Zähnen 128 des zweiten Läufereisenkerns um 2/4 der Zahnteilung (7,2 Grad) versetzt, und die um die ausgeprägten Pole P41 und P42 gewikkelten Ständerwicklungen sind so angeschlossen, daß die ausgeprägten Pole P41 und P42 voneinander verschiedene Polaritäten haben, wenn die Ständerwicklungen an den ausgeprägten Polen P41 und P42 erregt sind, um dadurch eine Phase bilden zu können. Ferner sind die Zähne 25 des ausgeprägten Pols P45 gegenüber den Läuferzähnen 26 oder den Zähnen 128 des zweiten Läufereisenkerns um 1/4 der Zahnteilung versetzt, die Zähne 25 des ausgeprägten Pols P46 gegenüber den Läuferzähnen 26 oder den Zähnen 128 des zweiten Läufereisenkerns um 3/4 der Zahnteilung, und die Zähne des ausgeprägten Pols P45 gegenüber den Zähnen 25 des ausgeprägten Pols P46 um 2/4 der Zahnteilung. Wenn die Ständerwicklungen um die ausgeprägten Pole P45 und P46 erregt werden, ergibt sich aus ihrem Anschluß, daß die ausgeprägten Pole P45 und P46 voneinander verschiedene Polaritäten haben, um dadurch eine Phase zu bilden, so daß der Läufer in der in Fig. 2 und 3 oder 4 und 7 dargestellten Weise ausgebildet werden kann, um dadurch einen Hybrid-Zwei- Phasen-Schrittmotor für Drehantrieb zu bilden, der einen Grundschrittwinkel von 1,8 Grad besitzt.
In Fig. 18 sind die ersten und die zweiten Ständerzähne 24 und 25 der ausgeprägten Pole 41, 42, 43, ..., 48 dargestellt, die ausgebildet werden durch Stanzen und Schichten der vorderen Enden der ausgeprägten Pole P43, P44, P47 und P48 der Ständereisenbleche 40, wobei die beweglichen Stanzwerkzeuge in einer Stanzvorrichtung in den ausgeprägten Polen P43, P44, P47 und P48 entsprechender Weise durch die Stanzsteuerung 32 gesteuert werden, um den Arbeitszustand als Stanzwerkzeug oder den Ruhezustand als Stanzwerkzeug einzunehmen, so daß die vorderen Enden der ausgeprägten Pole P43, P44, P47 und P48 nach der Stanzbearbeitung der Ständereisenbleche 40 abwechselnd die Zahnköpfe 24a und die Zahngründe 24b bilden, wie dies die Ansicht von der Seite des Läufers 2 aus zeigt.
Schraffierte Flächen stellen die Zahnköpfe 24a und 25a dar, unschraffierte Flächen die Zahngründe 24b und 25b. Wenn die Dicke des Ständereisenblechs 40 t&sub0; ist und die Ständereisenbleche 40 in der vorstehend beschriebenen Weise geschichtet werden, werden die ersten Ständerzähne 24 mit der Zahnteilung 2mt&sub0; oder 4t&sub0; und mit der Zahndicke 2t&sub0; in der Wellenrichtung in den ausgeprägten Ständerpolen 43, 44, 47 und 48 in der Wellenrichtung gebildet. Die Zähne 24 des ausgeprägten Pols 44 sind gegenüber dem ausgeprägten Pol 43 um 2/4 der Zahnteilung versetzt, die Zähne des ausgeprägten Pols 47 gegenüber dem ausgeprägten Pol 43 um 1/4 der Zahnteilung, und die Zähne 24 des ausgeprägten Pols 48 gegenüber dem ausgeprägten Pol 43 um 3/4 der Zahnteilung. Folglich kann durch Anschließen der Ständerwicklungen W41, W42, W43, ..., W48 entsprechend Fig. 19 ein Hybrid-Zwei-Phasen-Schrittmotor für Linearantrieb mit dem Grundverstellbetrag von t&sub0; gebildet werden.
Wie vorstehend beschrieben, kann in dieser Ausführungsform der kombinierte Zwei-Phasen-Schrittmotor für Linear- und Drehantrieb gebildet werden. Somit können, wie vorstehend beschrieben, durch den Aufbau einer Phase je Paar der benachbarten ausgeprägten Pole 41 und 42, 43 und 44, 45 und 46, und 47 und 48 die magnetischen Kreise für jede Phase voneinander unabhängig sein, und zur gleichen Zeit können die magnetischen Kreise des Linearantrieb-Motorteils und des Drehantrieb-Motorteils voneinander unabhängig sein, um das Koppeln zwischen den Phasenwicklungen zu verringern.
In den Ausführungsformen wurde der Schrittmotor des Hybrid- Typs beschrieben, wogegen die vorliegende Erfindung in ähnlicher Weise auf den Schrittmotor des Typs mit veränderlicher Reluktanz anwendbar ist.
Die Technik der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die Technik dieser Ausführungsformen beschränkt und kann ein anderes Mittel zur Ausführung derselben Funktion sein. Ferner kann die Technik der vorliegenden Erfindung im Rahmen der vorstehend beschriebenen Konfiguration in verschiedener Weise verändert oder hinzugefügt werden.
Wie sich aus der Beschreibung der ersten und der dritten Ausführungsform ergibt, sind für den erfindungsgemäßen kombinierten Schrittmotor für Linear- und Drehantrieb gemäß Anspruch 1, 2, 3 und 4 vorgesehen, daß der Ständer den Ständereisenkern mit der Vielzahl der ausgeprägten Pole zweier radial nach innen angeordneter Arten aufweist, wobei die ausgeprägten Pole der einen Art die Vielzahl erster Ständerzähne aufweisen, die in der Innenumfangsfläche von ihnen in der Wellenrichtung ausgebildet sind, und die ausgeprägten Pole der anderen Art die Vielzahl zweiter Ständerzähne aufweisen, die in der Innenumfangsfläche von ihnen in der Umfangsrichtung ausgebildet sind, und der Läufer den Läufereisenkern aufweist, der innerhalb des Ständers in der Wellenrichtung bewegbar und in der Drehrichtung drehbar angeordnet ist und die Vielzahl Läuferzähne aufweist, die in seiner Außenumfangsfläche in gleicher Teilung in der Wellenrichtung und in der Umfangsrichtung den ersten und den zweiten Ständerzähnen gegenüberliegend ausgebildet sind.
Weil somit der Ständereisenkern gebildet wird durch Drehen der Ständereisenbleche um den vorbestimmten Winkel und Schichten derselben oder durch Stanzen der den Eisenkern bildenden Eisenbleche mit der Stanzvorrichtung bei gesteuertem Aus- und Einfahren der beweglichen Stanzwerkzeuge, die in der Stanzvorrichtung enthalten und so ausgelegt sind, daß sie in jedem der ausgeprägten Pole bei der für jedes Stanzen der Eisenbleche vorbestimmten Teilung ausfahrbar oder zurückziehbar sind, und durch aufeinanderfolgendes Schichten der gestanzten Eisenbleche, ist die Länge, bezogen auf die Wellenrichtung, nicht vergrößert, und die Ständereisenbleche und der Läufereisenkern für den Linearantrieb- und den Drehantrieb-Motorteil kann gemeinsam benutzt werden.
Folglich wird der Wirkungsgrad beim Zusammenbauen des gesamten Motors verbessert.
Weil, wie sich aus der Beschreibung der zweiten und der driten Ausführungsform ergibt, bei dem erfindungsgemäßen kombinierten Schrittmotor für Linear- und Drehantrieb gemäß den Ansprüchen 5, 6, 8 und 9 der Ständereisenkern durch Schichten der Ständereisenbleche, welche die die Zahnköpfe bildenden ausgeprägten Pole und die die Zahngründe der Zähne bildenden ausgeprägten Pole aufweisen, die in der vorbestimmten Beziehung zueinander angeordnet sind, gebildet wird mit Drehung der Ständereisenbleche um den vorbestimmten Winkel, der durch die Anzahl der Phasen, die Anzahl der ausgeprägten Pole und die vorbestimmte Beziehung bestimmt ist, so daß die ersten Ständerzähne in den Innenumfangsflächen der ausgeprägten Pole in der Wellenrichtung ausgebildet werden, und zur gleichen Zeit die zweiten Ständerzähne geschichtet werden bei Drehung um den vorbestimmten Winkel, um dadurch die Zahnköpfe und die Zahngründe zu schichten, können die Ständereeisenbleche und der Läufereisenkern gemeinsam benutzt werden, und das Verhältnis zwischen den Läuferabschnitten für den Linearantrieb- und den Drehantrieb-Motorteil kann beliebig eingestellt werden.
Weil ferner gemäß den Ansprüchen 5, 7, 8 und 9 der Ständereisenkern durch Stanzen der den Eisenkern bildenden Eisenbleche mit der Stanzvorrichtung bei Steuerung zum selektiven Aus- und Einfahren der beweglichen Stanzwerkzeuge, die in der Stanzvorrichtung enthalten und so ausgelegt sind, daß sie in jedem der ausgeprägten Pole aus- und einfahrbar sind, so daß die vorderen Enden der ausgeprägten Pole die Zahnköpfe oder die Zahngründe der ersten Ständerzähne in einer vorbestimmten Teilung für jedes Stanzen des Eisenblechs bilden, und durch aufeinanderfolgendes Schichten der gestanzten Eisenbleche, um die ersten Ständerzähne in der Innenumfangsfläche des ausgeprägten Pols in der Wellenrichtung zu bilden, gebildet werden kann, können die Ständereisenbleche und der Läufereisenkern gemeinsam benutzt werden, und das Verhältnis zwischen den Läuferabschnitten für den Linearantrieb- und den Drehantrieb-Motorteil kann beliebig eingestellt werden.
Im Anspruch 5 wird das Verfahren zum Herstellen des Ständereisenkerns beschrieben, und die cm Arten Ständereisenbleche können nacheinander mehrmals geschichtet werden, um dadurch die ersten Ständerzähne des Linearantrieb-Teils zu bilden. In diesem Falle ist das Verfahren zum Herstellen der cm Arten Ständereisenbleche nicht speziell eingeschränkt, und Eisenbleche, die mit verschiedenen Stanzvorrichtungen gestanzt wurden, können nacheinander geschichtet werden.
Folglich ist der Wirkungsgrad beim Zusammenbauen des gesamten Motors verbessert.

Claims

1. Kombinierter Schrittmotor für Linear- und Drehantrieb, umfassend einen Ständer (1) mit einem Ständereisenkern (10), der eine Vielzahl ausgeprägter Pole (11, 12, 13, ... 20) zweier radial nach innen angeordneter Arten aufweist, wobei die ausgeprägten Pole (11, 13, ..., 19) der einen Art eine Vielzahl erster Ständerzähne (24) aufweisen, die an einer Innenumfangsfläche von ihnen in der Wellenrichtung ausgebildet sind, die ausgeprägten Pole (12, 14, ..., 20) der anderen Art eine Vielzahl zweiter Ständerzähne (25) aufweisen, die an einer Innenumfangsfläche von ihnen in der Umfangsrichtung ausgebildet sind, und einen Läufer (2) mit einer Vielzahl Läufereisenkerne (22a, 22b), die innerhalb des Ständers mittels einer Welle in der Wellenrichtung bewegbar und in der Drehrichtung drehbar angeordnet sind und eine Vielzahl Läuferzähne (26) zweier Arten aufweisen, wobei die Läuferzähne der einen Art in einer Außenumfangsfläche von ihnen mit gleicher Teilung in der Wellenrichtung ausgebildet sind, die Läuferzähne der anderen Art in einer Außenumfangsfläche von ihnen mit gleicher Teilung in der Umfangsrichtung, den genannten ersten und zweiten Ständerzähnen gegenüberliegend, ausgebildet sind, wobei der Ständereisenkern von geschichteten Ständereisenblechen (30) gebildet ist, die ausgeprägte Pole, welche Zahnköpfe (24a) der ersten Ständerzähne bilden, und ausgeprägte Pole aufweisen, die Zahngründe (24b) der ersten Ständerzähne bilden, die in einer vorbestimmten Beziehung angeordnet sind, wobei die genannten Ständereisenbleche (30) beim Schichten um einen vorbestimmten Winkel gedreht werden, der durch die Anzahl der Phasen, die Anzahl der ausgeprägten Pole und die vorbestimmte Beziehung bestimmt ist, so daß die ersten Ständerzähne (24) in der Innenumfangsfläche der genannten ausgeprägten Pole in der Wellenrichtung ausgebildet sind.

2. Kombinierter Schrittmotor für Linear- und Drehantrieb nach Anspruch 1, bei dem der Läufer wenigstens zwei Läufereisenkerne (22a, 22b) und einen Permanentmagneten (23) aufweist, der zwischen den beiden Läuferkernen gehalten und in der Achsenrichtung magnetisiert ist, der Läuferkern eine Vielzahl Läuferzähne von Rechteckprismen-Gestalt in einer Außenumfangsfläche von ihm mit gleicher Teilung in der Wellenrichtung und gleichzeitig in der Umfangsrichtung, den genannten ersten und zweiten Ständerzähnen gegenüberliegend, aufweist.

3. Kombinierter Schrittmotor für Linear- und Drehantrieb nach Anspruch 1, bei dem die Läufereisenkerne zwei Arten erster und zweiter Läufereisenkerne (22a, 22b) umfassen, wobei die ersten Läufereisenkerne eine Vielzahl erster Läuferzähne (27) aufweisen, die in einer Außenumfangsfläche von ihnen mit gleicher Teilung in der Wellenrichtung in entgegengesetzter Beziehung zu den genannten ersten Ständerzähnen ausgebildet sind, die zweiten Läufereisenkerne eine Vielzahl zweiter Läuferzähne (28) aufweisen, die in einer Außenumfangsfläche von ihnen mit gleicher Teilung in der Umfangsrichtung, den genannten zweiten Ständerzähnen gegenüberliegend, ausgebildet sind.

4. Kombinierter Schrittmotor für Linear- und Drehantrieb nach Anspruch 3, bei dem der Läufer zwei Paar Läuferkerne (22a, 22b) umfaßt, die einen ersten Läuferkern (22a) für einen Linearmotor und einen zweiten Läuferkern (22b) für einen Rotationsmotor aufweisen, die beide in einer Einheit ausgebildet sind, und einen Permanentmagneten (23), der zwischen dem Paar Läuferkerne gehalten und in der Wellenrichtung magnetisiert ist.

5. Kombinierter Schrittmotor für Linear- und Drehantrieb nach Anspruch 3, bei dem der Läufer für einen Linearmotor zwei erste Läufereisenkerne (122a, 122b) und einen zwischen den ersten Läufereisenkernen gehaltenen und in der Wellenrichtung magnetisierten Permanentmagneten (123a) aufweist, und für einen Rotationsmotor zwei zweite Läufereisenkerne (122c, 122d) und einen zwischen den zweiten Läufereisenkernen gehaltenen und in der Wellenrichtung magnetisierten Permanentmagneten (123b) aufweist, die alle in der Wellenrichtung angeordnet sind.

6. Kombinierter Schrittmotor für Linear- und Drehantrieb nach Anspruch 1, bei dem der Ständereisenkern 2 km ausgeprägte Pole aufweist, die mit einem gleichen Teilungswinkel nach innen angeordnet sind, wobei die 2 km ausgeprägten Pole ausgeprägte Pole mit den ersten Ständerzähnen (24) und ausgeprägte Pole mit den zweiten Ständerzähnen (25) umfassen, beide genannten ausgeprägten Pole abwechselnd angeordnet sind, wobei m die Anzahl der Phasen jedes Linear-Drehantriebsmotors und k eine ganze Zahl gleich oder größer als 1 ist, die genannten ersten Ständerzähne von geschichteten Ständereisenblechen (30) gebildet sind, die je um einen vorbestimmten Winkel gedreht sind, und die Läufereisenkerne (22a, 22b) Zr Läuferzähne aufweisen, die in der Umfangsrichtung ausgebildet sind, wobei die Läuferzähnezahl Zr die Bedingung

Zr = k(m×b + a)

erfüllt, worin b eine ganze Zahl gleich oder größer als 1 ist, a eine ungerade Zahl ist, die 1 ≤ a < 2m erfüllt, wenn m eine gerade Zahl ist, und eine ganze Zahl ist, die 1 ≤ a < m oder m < a < 2m erfüllt, wenn m eine ungerade Zahl ist.

7. Kombinierter Schrittmotor für Linear- und Drehantrieb nach Anspruch 1, bei dem der Ständereisenkern (10) 2(m + n) ausgeprägte Pole aufweist, die nach innen angeordnet sind und m Paare ausgeprägte Pole umfassen, von denen jedes Paar zwei benachbarte ausgeprägte Pole mit in der Wellenrichtung ausgebildeten ersten Ständerzähnen (24) umfaßt, und n Paare ausgeprägte Pole, von denen jedes Paar zwei benachbarte ausgeprägte Pole mit in der Umfangsrichtung ausgebildeten zweiten Ständerzähnen (25) umfaßt, wobei m die Anzahl der Phasen eines Linearmotorteils und n die Anzahl der Phasen eines Rotationsmotorteils ist.

8. Kombinierter Schrittmotor für Linear- und Drehantrieb nach Anspruch 1, bei dem der Ständereisenkern (10) von Eisenblechen gebildet ist, die in einer Stanzvorrichtung (31) ausgestanzt wurden, die zum selektiven Aus- und Einfahren beweglicher Stanzwerkzeuge gesteuert wird, die in der Stanzvorrichtung enthalten und so ausgelegt sind, daß sie in jedem der ausgeprägten Pole mittels einer Stanzsteuerung (33) aus- und einfahrbar sind, wobei die gestanzten Eisenbleche nacheinander so geschichtet werden, daß die vorderen Enden der ausgeprägten Pole Zahnköpfe (24a) oder Zahngründe (24b) der ersten Ständerzähne in einer vorbestimmten Teilung für jedes Stanzwerkzeug der genannten Eisenbleche bilden, um die genannten ersten Ständerzähne in der Innenumfangsfläche der ausgeprägten Pole in der Wellenrichtung auszubilden.

9. Kombinierter Schrittmotor für Linear- und Drehantrieb nach Anspruch 1, bei dem der Ständereisenkern (110) erste Ständerzähne (124) aufweist, die in der Wellenrichtung mit einer Zahnteilung cmt&sub0; durch aufeinanderfolgendes und mehrmaliges Schichten von cm Arten Ständereisenblechen gebildet sind, die den Ständereisenkern bilden und bei denen vordere Enden ausgeprägter Pole (111, 112, ..., 120) in bezug auf eine ebene Koordinatenachse verschiedenartig gestaltet sind, worin die Anzahl der Phasen eines Linearmotorteils m ist, k Sätze ausgeprägter Pole vorhanden sind, je Satz gebildet von cm ausgeprägten Polen, bei denen die ersten Ständerzähne (124) gegenüber den ersten Ständerzähnen eines bestimmten ausgeprägten Pols um (d/2m)cmt&sub0; in der Bewegungsrichtung des Läufers (121) in ckm ausgeprägten Polen versetzt sind, an denen die ersten Ständerzähne ausgebildet sind, worin c = 1, wenn m eine ungerade Zahl ist, c = 2, wenn m eine gerade Zahl ist, t&sub0; eine Dicke des Eisenblechs ist, k eine ganze Zahl gleich oder größer als 1 ist, und d (cm - 1) verschiedene ganze Zahlen ist, die 1 ≤ d ≤ 2m - 1 erfüllen.