NO174947B

NO174947B - Electric step motor

Info

Publication number: NO174947B
Application number: NO922844A
Authority: NO
Inventors: Gustav Saether
Original assignee: Lyng Elektronikk As
Priority date: 1992-01-22
Filing date: 1992-07-17
Publication date: 1994-04-25
Also published as: NO174947C; NO922844L; NO922844D0

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en elektrisk motor, nærmere bestemt en trinnmotor eller steppermotor. Motoren har i utgangspunktet generelle anvendelsesmuligheter, men er spesielt konstruert med tanke på å drive et kjøretøy uten å måtte gå veien om kopling, gearkasse, mellomaksel (eventuelt remdrift) og differensial. Dette oppnås ved å bygge motorens statordel inn i selve drivhjulet, og la rotordelen være en hoveddel av hjulfelgen. Etter ønske om hvilken effekt kjøre-tøyet skal ha, monteres ett eller flere hjul av denne typen. Når motoren skal brukes til andre formål, utføres rotordelen hensiktsmessig utvendig til det bestemte bruksområdet. The present invention relates to an electric motor, more specifically a stepping motor or stepper motor. The engine basically has general application possibilities, but is specially designed with a view to powering a vehicle without having to go the route of clutch, gearbox, intermediate shaft (possibly belt drive) and differential. This is achieved by building the motor's stator part into the drive wheel itself, and letting the rotor part be a main part of the wheel rim. Depending on the desired effect of the vehicle, one or more wheels of this type are fitted. When the motor is to be used for other purposes, the rotor part is suitably designed externally for the particular area of use.

Fra US patent nr. 4.280.072 er kjent en motor med en del likhetstrekk med foreliggende oppfinnelse. Ifølge den utførel-se som vises i US-patentets fig. 9 og 10, benyttes en ytre rotordel med fire innvendig monterte magneter som hver dekker et vinkelområde på 90° av hele omkretsen. Statordelen innenfor omfatter fire tannkrans-lignende deler, men disse delene omfatter ikke fluksledende elementer eller "fingre" som er omkretsmessig jevnt fordelt. På hver del finnes to såkalte "poler" som er delt opp i tre "tenner", og hvert slikt pol-område dekker ca. 90°. Tre "tenner" griper inn imellom tre tilsvarende "tenner" på en mot-vendende del, og et tilsvarende sett av to deler er å finne rett ved siden av, forskjøvet 45° i forhold til det første settet. From US patent no. 4,280,072, a motor with some similarities to the present invention is known. According to the embodiment shown in the US patent's fig. 9 and 10, an outer rotor part is used with four internally mounted magnets, each of which covers an angular range of 90° of the entire circumference. The stator part within includes four gear-like parts, but these parts do not include flux-conducting elements or "fingers" which are circumferentially evenly distributed. On each part there are two so-called "poles" which are divided into three "teeth", and each such pole area covers approx. 90°. Three "teeth" engage between three corresponding "teeth" on an opposing part, and a corresponding set of two parts is found right next to it, offset 45° from the first set.

Det må stilles store spørsmålstegn ved den nevnte motorens evne til å oppnå et suksessivt og jevnt økende turtall fra stillestående til ønsket rotasjonshastighet p.g.a. det lille antall magneter i rotordelen og det tilsvarende lille antall "poler" på statordelen, dvs. med bare to "polområder" på hver tannkrans-lignende del. Imidlertid fremgår det av US-patentet at den elektriske maskinen først og fremst er en slags asynkron-generator, slik at motor-aspektet kommer i annen rekke, ihvertfall hva evne til høyt dreiemoment angår. Ved motor-funksjon legges i US-patentet mest vekt på jevn og "ripple"-fri gange. Dessuten er det et hovedtrekk ved US-patentet at vinkelen mellom "trinnmellomrommene" i "polene" på statordelen ikke får være lik vinkelen mellom magnetpol-sen-trene på rotordelen. Dette er uheldig når det gjelder å oppnå høyt dreiemoment. Major questions must be raised about the aforementioned engine's ability to achieve a successive and steadily increasing speed from standstill to the desired rotational speed due to the small number of magnets in the rotor part and the correspondingly small number of "poles" on the stator part, i.e. with only two "pole areas" on each gear-like part. However, it appears from the US patent that the electric machine is primarily a kind of asynchronous generator, so that the motor aspect comes second, at least as far as high torque capability is concerned. In the case of the motor function, the US patent places the greatest emphasis on smooth and "ripple"-free walking. Moreover, it is a main feature of the US patent that the angle between the "step spaces" in the "poles" of the stator part must not be equal to the angle between the magnetic poles of the rotor part. This is unfortunate when it comes to achieving high torque.

Fra britisk patentsøknad, publikasjonsnr, 2.211.030, er kjent en trinnmotor som bygger på noen av de samme prinsipper som foreliggende oppfinnelse, men som i utgangspunktet har omvendt oppbygning, dvs. med rotoren sentralt anbrakt og statoren utenpå. Motoren er således ikke direkte anvendelig på den måte som skissert først i denne beskrivelse. Dessuten ligner oppbygningen av de fluksførende elementene i statordelen mer på et forlatt utviklingstrinn av foreliggende oppfinnelse, med aksialt innoverbøyde fingre fra ringformede plater som fører fluks fra statorens spoler. From British patent application, publication no. 2,211,030, a stepper motor is known which is based on some of the same principles as the present invention, but which basically has an inverted structure, i.e. with the rotor centrally located and the stator on the outside. The engine is thus not directly usable in the way outlined first in this description. Moreover, the construction of the flux-carrying elements in the stator part is more similar to an abandoned development stage of the present invention, with axially inwardly bent fingers from annular plates that carry flux from the stator's coils.

Foreliggende oppfinnelse har som hovedformål å tilveiebringe en motor med kraftig dreiemoment. For å oppnå dette, omfatter motoren de trekk som fremgår av de vedføyde patent-kravene. The main purpose of the present invention is to provide a motor with a powerful torque. To achieve this, the engine includes the features that appear in the attached patent claims.

Oppfinnelsen skal belyses nærmere ved å beskrive først det ovenfor nevnte forlatte utviklingstrinn som gir en bedre forståelse av det deretter følgende detaljerte utførelses-eksempel på oppfinnelsen, og med henvisning til de vedføyde tegningene, hvor The invention shall be elucidated in more detail by first describing the above-mentioned abandoned development step which gives a better understanding of the following detailed embodiment example of the invention, and with reference to the attached drawings, where

fig. 1 viser et eksempel på et motor-hjul ifølge det tidligere utviklingstrinnet, sett fra siden og i delvis snitt, fig. 1 shows an example of a motor-wheel according to the previous stage of development, seen from the side and in partial section,

fig. 2 viser et snitt gjennom samme motor-hjul som i fig. 1, langs linjen A-A, fig. 2 shows a section through the same motor wheel as in fig. 1, along the line A-A,

fig. 3 viser en seksjon av statordelens radialt utover-vendende overflate, med fire tannkranser hvorav de to midtre sitter sammen rygg mot rygg, fig. 3 shows a section of the radially outward-facing surface of the stator part, with four tooth rings of which the two middle ones sit together back to back,

fig. 4 viser en del av samme snitt som i fig. 2, hvor en rotor~magnet og de ytre, vinklede tannkransene rett innenfor fremgår nærmere, fig. 4 shows part of the same section as in fig. 2, where a rotor ~ magnet and the outer, angled tooth rings just inside appear in more detail,

fig. 5 viser et tilsvarende bilde som fig. 3, men legger mer vekt på den antatt beste geometriske utførelse av tenner og mellomrom, og fig. 5 shows a corresponding image as fig. 3, but places more emphasis on the supposedly best geometric design of teeth and spaces, and

fig. 6 er et skjema for å vise hvordan felt-veksling eller felt-reversering styres under drift av motoren. fig. 6 is a diagram to show how field switching or field reversal is controlled during operation of the motor.

Videre viser Further shows

fig. 7 med et tilsvarende riss som fig. 1, et motor-hjul ifølge den enkleste utførelse av foreliggende oppfinnelse, dvs. en utførelse med to spoler i statoren, fig. 7 with a corresponding drawing as fig. 1, a motor wheel according to the simplest embodiment of the present invention, i.e. an embodiment with two coils in the stator,

fig. 8 et snitt gjennom en del av samme motor-hjul som i fig. 7, analogt med fig. 2, fig. 8 a section through part of the same motor wheel as in fig. 7, analogous to fig. 2,

fig. 9 og 10 formen av de flate lameller som i foreliggende oppfinnelse oppbygger fluksførende blokker med T- og r-form, fig. 9 and 10 the shape of the flat lamellae which in the present invention build flux-carrying blocks with T- and r-shape,

fig. 11 viser lamellblokkene oppstilt i aktuell geometri i den enkleste utførelse av oppfinnelsen, dsv. med to spoler, sett radialt utenfra, i analogi med fig. 3, fig. 11 shows the lamellar blocks arranged in the current geometry in the simplest embodiment of the invention, etc. with two coils, seen radially from the outside, in analogy to fig. 3,

fig. 12 viser anordning av enkelt-magneter i rotordelen i den samme tospolers utførelse som vist i fig. 7, 8 og 11, og fig. 12 shows the arrangement of single magnets in the rotor part in the same two-coil design as shown in fig. 7, 8 and 11, and

fig. 13 viser et felt-reverseringsskjerna som er analogt med det som vises i fig. 6, for oppfinnelsens tospolers utfø-relse. fig. 13 shows a field reversal core analogous to that shown in FIG. 6, for the two-coil version of the invention.

Motoren ifølge oppfinnelsen får sin energi fra en strøm-kilde som via en elektrisk regulator tilfører motorens spoler en effekt som såvel i spenningsnivå som frekvens er variabelt kontrollert. Regulatoren utgjør i og for seg ingen del av foreliggende oppfinnelse, som bare angår selve motoren. Motoren omfatter imidlertid fortrinnsvis sensorelementer for tilbakemelding til regulatoren om den øyeblikkelige motortil-stand (hastighet, dreieretning, posisjon), slik at regulatoren kan tilpasse strømpådraget korrekt. The motor according to the invention gets its energy from a power source which, via an electric regulator, supplies the motor's coils with an effect which is variably controlled both in terms of voltage level and frequency. The regulator in and of itself does not form part of the present invention, which only concerns the engine itself. However, the motor preferably includes sensor elements for feedback to the regulator about the current motor condition (speed, direction of rotation, position), so that the regulator can adapt the current input correctly.

I fig. 1 vises en opprinnelig foreslått hjul-utførelse av motoren under utvikling mot den nå foreliggende oppfinnelse, med en statordel omfattende tre fortannede ringer 1, 2, 3 (se også fig. 2) forbundet med et nav 4 via eiker 5. Materialet i ringene 1, 2, 3 kunne være jern eller et magnetiserbart, sintret pulvermateriale beregnet for høye frekvenser. Mellom de fortannede ringene 1, 2, 3, se fig. 2, ble montert viklin-ger 6 og 7 koaksialt omkring en ringformet kjerne 8 som også lå koaksialt omkring hjulets nav 4. Ringene 1, 2, 3 ble montert i tett kontakt med eller i ett med kjernen 8. Kjernen 8 var fortrinnsvis av samme materiale som de fortannede ringene 1, 2, 3. Ekene 5 dannet hus for lager 9 for rotasjon av rotordelens aksel 22. En akseltapp 10 fungerte som feste for statordelen. Bolter holdt statordelen sammen, f.eks. i posisjoner angitt med referansetall 11. In fig. 1 shows an originally proposed wheel version of the motor under development towards the present invention, with a stator part comprising three toothed rings 1, 2, 3 (see also fig. 2) connected to a hub 4 via spokes 5. The material in the rings 1 , 2, 3 could be iron or a magnetizable, sintered powder material intended for high frequencies. Between the toothed rings 1, 2, 3, see fig. 2, windings 6 and 7 were mounted coaxially around an annular core 8 which also lay coaxially around the hub 4 of the wheel. The rings 1, 2, 3 were mounted in close contact with or in one with the core 8. The core 8 was preferably of the same material such as the toothed rings 1, 2, 3. The spokes 5 formed a housing for a bearing 9 for rotation of the rotor part's shaft 22. A shaft pin 10 served as an attachment for the stator part. Bolts held the stator part together, e.g. in positions indicated by reference number 11.

Rotordelen besto i utviklings-utførelsen av en hjulfelg 12 med innvendige permanentmagneter 13 langs hele periferien. Den periferiske bredden av disse magnet-områdene, som enten utgjordes av separate permanentmagneter eller av en vekselvis magnetisert ring, var tilnærmet lik avstanden C mellom tennene, se fig. 3. På felgen 12 ble montert et dekk 23. In the development version, the rotor part consisted of a wheel rim 12 with internal permanent magnets 13 along the entire periphery. The circumferential width of these magnet areas, which either consisted of separate permanent magnets or of an alternately magnetized ring, was approximately equal to the distance C between the teeth, see fig. 3. A tire 23 was mounted on the rim 12.

Hver magnet 13 hadde poler i radial retning. Magnet-feltene fra permanentmagnetene 13 skulle vekselvirke med magnet-feltene i de gap som fantes mellom de fortannede ringene 1, 2, 3 på statordelen, dvs. gap på utsiden (regnet radialt) av spolene 6, 7. Slik det fremgår av fig. 5, hvor tennene 17, 18, 19, 20 er utformet med 90° bøy slik det fremgår av fig. 4, var den utviklingsmessige utførelse slik at tennene var gitt en avskrånet form, og slik at motstående tannkranser grep noe "inn i hverandre", med et lite sideveis gap. Fra tannkrans til tannkrans var imidlertid tennene forskjøvet, slik at fra ytre venstre krans til nærmeste krans var tennene forskjøvet 1/2 tannperiode, mens de rygg-mot-rygg-stående tannkransene i midten hadde en tannforskyvning dem imellom på hovedsakelig 1/4 tannperiode. Forskyvningen mellom de to høyre tannkransene var som på venstre side, dvs. 1/2 tannperiode. Each magnet 13 had poles in the radial direction. The magnetic fields from the permanent magnets 13 were to interact with the magnetic fields in the gaps that existed between the toothed rings 1, 2, 3 on the stator part, i.e. gaps on the outside (counted radially) of the coils 6, 7. As can be seen from fig. 5, where the teeth 17, 18, 19, 20 are designed with a 90° bend as can be seen from fig. 4, the developmental design was such that the teeth were given a chamfered shape, and so that opposing tooth crowns engaged somewhat "into each other", with a small lateral gap. From tooth ring to tooth ring, however, the teeth were offset, so that from the outer left ring to the nearest ring the teeth were offset by 1/2 tooth period, while the back-to-back tooth rings in the middle had a tooth displacement between them of mainly 1/4 tooth period. The displacement between the two right tooth crowns was the same as on the left side, i.e. 1/2 tooth period.

Felgen 12 var festet til akselen 22 via en felgplate 14 av sterkt materiale. Felgplaten 14 hadde spalter som lot luft sirkulere for kjøling av spoleviklingen. Den oppvarmede luften ble oppsamlet i stussen 16 for eventuelt å kunne brukes til kupé-oppvarming. Rotordelen dreiet koaksialt om statoren og var som tidligere nevnt opplagret via akselen 22. The rim 12 was attached to the axle 22 via a rim plate 14 of strong material. The rim plate 14 had slits which allowed air to circulate for cooling the coil winding. The heated air was collected in the nozzle 16 to possibly be used for passenger compartment heating. The rotor part rotated coaxially around the stator and, as previously mentioned, was supported via the shaft 22.

For å få en praktisk anvendelse av konstruksjonen, f.eks. i en elektrisk drevet bil, er det nødvendig at motoren utvi-kler et høyt startmoment. Dette oppnåddes i utviklings-utf ørelsen ved å gjøre antallet permanente magnetpoler 13 så stort som praktisk mulig, og ved at antallet tenner på de ytre ringene 1 og 3 var det samme som antallet permanente magnetpoler med polaritet N (eller S) som samvirker med statordelen. I en praktisk test-utførelse av oppfinnelsen ble benyttet 48 permanent-magnetområder på en vekselvis magnetisert ring. To obtain a practical application of the construction, e.g. in an electrically driven car, it is necessary for the engine to develop a high starting torque. This was achieved in the development version by making the number of permanent magnet poles 13 as large as practically possible, and by the number of teeth on the outer rings 1 and 3 being the same as the number of permanent magnet poles with polarity N (or S) that interact with the stator part . In a practical test embodiment of the invention, 48 permanent magnet areas were used on an alternately magnetized ring.

På ringen 2 som omfattet to tannkranser, befant det seg samme antall tenner som det var permanente magnetpoler med polaritet N og S som samvirket med statordelen. Tennenes innbyrdes plassering på tannkransene fremgår skjematisk på fig. 3, som viser at tannbredden B er omtrent lik avstanden C mellom tennene, og at forskyvningen mellom de to sentrale tannkransene er B/2. Videre er tennene på de to ytre tannkransene plassert pekende hovedsakelig mot tann-mellomrom på kransene innenfor. On the ring 2, which included two ring gears, there were the same number of teeth as there were permanent magnetic poles with polarity N and S which interacted with the stator part. The relative position of the teeth on the tooth crowns is shown schematically in fig. 3, which shows that the tooth width B is approximately equal to the distance C between the teeth, and that the displacement between the two central tooth rings is B/2. Furthermore, the teeth on the two outer tooth rims are positioned pointing mainly towards the tooth spaces on the inner rims.

Når de to spolene 6, 7 ble tilført spenning via ikke viste tilledninger, ble en magnetfluks satt opp gjennom den innenforliggende kjernen 8 og gjennom ringene 1, 2, 3 til tennene 17, 18, 19, 20. Ved å veksle strømretninger i spolene 6, 7 i henhold til et nøye regulert mønster, oppnåddes en kraft-påvirkning på rotordelen slik at den beveget seg skritt-vis. Et vekslingsforløp som ville drive rotordelen fram i en retning, er vist i fig. 6: Fig. 6 angir polaritet på hver av tannkransene slik polariteten bestemmes av strømretningen i spolen derunder. En utgangssituasjon er vist nederst, med venstre krans med polaritet N, neste S, neste krans N og høyre krans polaritet S. When the two coils 6, 7 were energized via leads not shown, a magnetic flux was set up through the inner core 8 and through the rings 1, 2, 3 to the teeth 17, 18, 19, 20. By alternating current directions in the coils 6 , 7 according to a carefully regulated pattern, a force influence was obtained on the rotor part so that it moved step wise. A switching sequence that would drive the rotor part forward in one direction is shown in fig. 6: Fig. 6 indicates the polarity of each of the tooth rings as the polarity is determined by the current direction in the coil below. An initial situation is shown at the bottom, with the left ring having polarity N, the next S, the next ring N and the right ring polarity S.

På tidspunkt t1 veksles strømretningen i spole 6, slik at polariteten for de to venstre tannkransene veksler. De to høyre kransene står som før. At time t1, the direction of the current in coil 6 is reversed, so that the polarity of the two left tooth rings alternates. The two right wreaths are as before.

Ved tidspunkt t2 (som bestemmes av regulatoren og ikke nødvendigvis er lik 2t1) snus så strømretningen i spole 7, mens spole 6 står som før. Dermed veksler polariteten for de to høyre tannkransene, mens de to venstre kransene beholder sine polariteter. At time t2 (which is determined by the regulator and is not necessarily equal to 2t1), the current direction in coil 7 is reversed, while coil 6 remains as before. Thus, the polarity of the two right tooth rings alternates, while the two left tooth rings retain their polarities.

Ved nytt tidspunkt t3 veksles så polariteter for de to venstre tannkransene, mens de to høyre kransenes polariteter beholdes, og slik fortsettes det videre. Vekslingstidspunktene tilpasses av regulatoren på grunnlag av målinger av rotordelens posisjon, hastighet og dreieretning. Målingene ble i utviklings-utførelsen foretatt med Hall-elementer 21 som ga regulatorstyringen indikasjon på permanentmagnetenes øyeblikkelige posisjonering. Derved kunne det bestemmes hvilken polaritet som var ønskelig for en valgt rotasjonsretning. Videre ville Hall-elementene 21 sammen med øvrig elektronikk registrere turtallet. På et kjøretøy som er utrustet med denne type drift på f.eks. begge bakhjul, vil en hastighets-reduksjon på hjul i innersving medføre at tilsvarende effekt-tilførsel/frekvensøkning kan skje på det andre hjul i paret, forårsaket av et samspill mellom Hall-elementene og den øvrige elektriske styringen. At a new time t3, the polarities of the two left tooth rings are then exchanged, while the polarities of the two right ring teeth are retained, and so on. The switching times are adapted by the regulator on the basis of measurements of the rotor part's position, speed and direction of rotation. In the development version, the measurements were made with Hall elements 21 which gave the regulator control an indication of the permanent magnets' instantaneous positioning. Thereby it was possible to determine which polarity was desirable for a chosen direction of rotation. Furthermore, the Hall elements 21 together with other electronics would register the speed. On a vehicle equipped with this type of operation on e.g. both rear wheels, a speed reduction on the wheel on the inside turn will result in a corresponding power supply/frequency increase on the other wheel in the pair, caused by an interaction between the Hall elements and the other electrical control.

Ved å kontrollere at strømretningen veksles slik at magnetiseringen av tennene får et forløp som ovenfor forklart i forbindelse med fig. 6, ville motoren gå ett helt trinn, dvs. avstanden fra en tann til neste tann på samme tannkrans, se angivelsen "1 trinn" i fig. 5 og fig. 6. By checking that the current direction is changed so that the magnetization of the teeth takes a course as explained above in connection with fig. 6, the motor would go one full step, i.e. the distance from one tooth to the next tooth on the same sprocket, see the indication "1 step" in fig. 5 and fig. 6.

Ved å gjenta dette vekslingsforløpet med stor hastighet (tilpasset hjulets aktuelle rotasjonshastighet), ville hjulet p.g.a. de mange tenner og permanentmagneter få en myk start og jevn gange. Det vil forstås at ved å foreta vekslingen i en annen rekkefølge, ville motoren få omvendt omdreiningsretning. By repeating this switching process at high speed (adapted to the wheel's current rotation speed), the wheel would, due to the many teeth and permanent magnets get a soft start and smooth running. It will be understood that by making the changeover in a different order, the motor would have the reverse direction of rotation.

Det ville, som nevnt- foran, være mulig å konstruere en bredere motor, med flere mellom-tannkranser. Tannforskyv-ningen vil da følge et tilsvarende mønster som det som allerede er vist, idet man enkelt ser at en ny tannkrans til høyre for det som vises i fig. 5, er montert rygg mot rygg med ring 3 og har 1/4 periode forskyvning, med tenner pekende mot høyre. Derutenfor settes så en ny ytre høyre tannkrans med tenner forskjøvet ytterligere 1/2 tannperiode som avslutning. Det benyttes da 3 spoler, og energiseringen av spolene veksles etter et utvidet skjema i forhold til skjemaet vist i fig. 6. As mentioned above, it would be possible to construct a wider engine, with more intermediate gear rings. The tooth displacement will then follow a similar pattern to that already shown, as it is easy to see that a new tooth ring to the right of that shown in fig. 5, is mounted back to back with ring 3 and has a 1/4 period offset, with teeth pointing to the right. In addition, a new outer right tooth ring with teeth offset by a further 1/2 tooth period is then placed as a finish. 3 coils are then used, and the energization of the coils is alternated according to an extended scheme in relation to the scheme shown in fig. 6.

I figurene 7-13 skisseres så den videreutvikling av motoren som utgjør foreliggende oppfinnelse. I disse figurene er samme henvisningstall benyttet som i de tidligere fig. 1-6, så langt det lar seg gjøre. Videreutviklingen har imidlertid frembrakt en del nye elementer som vises med nye henvisningstall. Figures 7-13 then outline the further development of the engine which constitutes the present invention. In these figures, the same reference numbers are used as in the previous figures. 1-6, as far as possible. Further development has, however, produced a number of new elements which are shown with new reference numbers.

Det viste seg under utviklingen av foreliggende oppfinnelse, at det var nødvendig å tilveiebringe en annen utforming for å få brakt tilstrekkelig magnetisme frem i "fingrene" eller "tennene" på det som tidligere er kalt "tannkranser". I den nye utformingen kom oppfinneren frem til at det var gun-stig å oppbygge disse "fingrene" av tynne blikk med tykkelse på fortrinnsvis ca. 0,3 mm. Det ble utstanset tynne blikk-profiler med henholdsvis T- og r-form i henhold til det som vises i fig. 9 og 10. Ved å legge fortrinnsvis ca. 40-50 stk. av slike tynne blikk sammen til en pakke, ble det oppnådd en lamellblokk 30 av den type som vises i fig. 9, henholdsvis en lamellblokk 35 av den type som vises i fig. 10. Hver T og r består i hovedsak av en opprettstående stamme 24, henholdsvis 26, og en toppbjelke 25, henholdsvis 27. It was found during the development of the present invention that it was necessary to provide a different design in order to bring out sufficient magnetism in the "fingers" or "teeth" of what have previously been called "tooth rings". In the new design, the inventor came to the conclusion that it was advantageous to build up these "fingers" from thin sheet metal with a thickness of preferably approx. 0.3 mm. Thin sheet metal profiles with T- and r-shape respectively were punched according to what is shown in fig. 9 and 10. By adding preferably approx. 40-50 pcs. of such thin sheets together into a package, a lamellar block 30 of the type shown in fig. 9, respectively a lamellar block 35 of the type shown in fig. 10. Each T and r essentially consists of an upright trunk 24, 26 respectively, and a top beam 25, 27 respectively.

I stedet for de tannkranser som ble benyttet i den første utviklings-utførelsen, med forskjøvne tenner fra tannkrans til tannkrans, er det nå tilveiebrakt rundtgående rekker av radialt stående T- og r-profiler, slik det fremgår av fig. 7. Denne figuren viser motor-hjulet ifølge oppfinnelsen sett fra siden, og i en "åpen" kvadrant som viser et snitt sett langs C-C i fig. 8, ses radialt opprettstående stammer 24 av T-profilene 30. Radialt ytterst på disse er toppbjelkene 25, og omkretsmessig mellom disse befinner r-profilenes 35 topp-bjel-ker 27 seg. (Strengt tatt befinner ikke disse toppbjelkene seg i det omtalte snittet, da de ikke når helt frem til snitt-planet, men de er allikevel tegnet inn for anskuelighetens skyld. Det er et gap 34 mellom endene av de to mot hverandre pekende r-toppbjeikene.) Mellom toppbjelkene 25 og 27 befinner det seg et fluksgap 36. De radialt oppstående profilenes stammer 24, 26 ligger med sine nedre ender an mot de ringformede kjernene 8. Instead of the sprockets that were used in the first development design, with staggered teeth from sprocket to sprocket, circumferential rows of radially standing T- and r-profiles are now provided, as can be seen from fig. 7. This figure shows the motor-wheel according to the invention seen from the side, and in an "open" quadrant showing a section seen along C-C in fig. 8, radially upright stems 24 of the T-profiles 30 are seen. Radially at the outermost of these are the top beams 25, and circumferentially between these are the top beams 27 of the r-profiles 35. (Strictly speaking, these top beams are not in the mentioned section, as they do not reach all the way to the plane of the section, but they are still drawn in for the sake of clarity. There is a gap 34 between the ends of the two r-top beams pointing towards each other .) Between the top beams 25 and 27 there is a flux gap 36. The radially upright profiles' stems 24, 26 rest with their lower ends against the annular cores 8.

I fig. 8 fremgår et tilsvarende riss over motor-hjulet som det som vises i fig. 2. Her forsøkes skissert, ved forskjellig type skravering, at rotorens magneter 13 i det viste snittet har forskjellig polretning. Dette går tydelig frem i fig. 12, hvor en kan se at i motoren ifølge foreliggende oppfinnelse benyttes forskjøvne magnetrekker i rotoren, dvs. ikke samme magnet i aksial retning, slik som i den først forsøkte utførelsen. I den utførelse som vises på fig. 8, nemlig en utførelse med to spoler 6, 7 liggende på hver sin kjerne 8, er det tilsvarende til de to spoler tilveiebrakt to separate ringer med magneter 13, hvor magnetene er forskjøvet en halv bredde fra den ene ring til den neste, se fig. 12. In fig. 8 shows a similar view of the motor wheel as that shown in fig. 2. An attempt is made here, by different types of shading, to show that the rotor's magnets 13 in the section shown have different polarity. This is clearly shown in fig. 12, where one can see that in the motor according to the present invention staggered magnet rows are used in the rotor, i.e. not the same magnet in the axial direction, as in the first attempted embodiment. In the embodiment shown in fig. 8, namely a design with two coils 6, 7 each lying on a core 8, two separate rings with magnets 13 are provided corresponding to the two coils, where the magnets are offset by half a width from one ring to the next, see fig . 12.

I fig. 8 fremgår også at T- og r-profilene 30, 35 er oppstilt med sine toppbjelker med aksialt rett konfigurasjon, dvs. ikke lenger med omkretsmessig forskjøvne tenner fra tannkrans til tannkrans i aksial retning, slik som i den først forsøkte utførelse, jfr. fig. 3. Konfigurasjonen ifølge oppfinnelsen fremgår klarest i fig. 11, hvor profilenes toppbjelker ses radialt utenfra. Gapet 34 mellom to mot hverandre vendende r-toppbjelker 27 fremgår av denne figuren, og også det viktige fluksgapet 36 mellom to parallelt-gående toppbjelker. Det er magnetfeltet i dette fluksgapet som samvirker med magnetfeltet fra enkeltmagnetene 13 i de utenforliggende magnetringene i rotoren. In fig. 8 also shows that the T- and r-profiles 30, 35 are set up with their top beams in an axially straight configuration, i.e. no longer with circumferentially offset teeth from tooth ring to tooth ring in the axial direction, as in the first attempted design, cf. fig. 3. The configuration according to the invention appears most clearly in fig. 11, where the profiles' top beams are seen radially from the outside. The gap 34 between two facing r top beams 27 can be seen in this figure, and also the important flux gap 36 between two parallel running top beams. It is the magnetic field in this flux gap that interacts with the magnetic field from the individual magnets 13 in the external magnet rings in the rotor.

Av ytterligere detaljer i fig. 8 må omtales, i tillegg til profilene eller lamellblokkene 30 og 35, sideplater 28 som holder sammen statoren, hvilke sideplater innbefatter lagerhus 29 med dreielagere 9, og som holdes sammen av skruer/bolter Of further details in fig. 8 must be mentioned, in addition to the profiles or lamellar blocks 30 and 35, side plates 28 which hold the stator together, which side plates include bearing housing 29 with pivot bearings 9, and which are held together by screws/bolts

11. Motoren festes med festeskruer 31. 11. The motor is fixed with fixing screws 31.

Som et alternativ til Hall-elementene omtalt i beskrivel-sen tidligere i forbindelse med fig. 3 og 4, og som også kan benyttes i samband med oppfinnelsen slik den nå foreligger, vises i fig. 8 en indeksskive 32 som i samarbeide med en optokobler 33 er innrettet for å tilveiebringe måling av rotorens posisjon og rotasjonshastighet, for tilveiebringelse av data til styringselektronikken. For at motoren skal kunne bevege seg et trinn slik det vises i fig. 11, er det nødvendig at det skjer et magnetiseringsforløp i profilene eller lamellblokkene 30, 35 slik det fremgår av fig. 13. Forløpet er helt likt med det forløp som vist i fig. 6, og kan beskrives slik: I fig. 13 angis polretningene for de to spolene, henholdsvis kalt venstre og høyre spole. Polaritetene bestemmes av strøm-retningene i spolene. En utgangssituasjon er vist nederst, med venstre spole polarisert i en retning, dvs. med sydpol mot høyre, og høyre spole for øyeblikket polarisert i samme retning, dvs. med sydpol mot høyre. På tidspunkt ti veksles strømretningen i venstre spole, slik at polretningene veksler. På dette tidspunktet, dvs. ti, skjer ingen endring for høyre spole. As an alternative to the Hall elements discussed in the description earlier in connection with fig. 3 and 4, and which can also be used in connection with the invention as it currently exists, is shown in fig. 8 an index disk 32 which, in cooperation with an optocoupler 33, is arranged to provide measurement of the rotor's position and rotation speed, for providing data to the control electronics. In order for the motor to be able to move a step as shown in fig. 11, it is necessary that a magnetization sequence takes place in the profiles or lamellar blocks 30, 35 as can be seen from fig. 13. The process is completely similar to the process shown in fig. 6, and can be described as follows: In fig. 13, the polarity directions are indicated for the two coils, respectively called the left and right coils. The polarities are determined by the current directions in the coils. An initial situation is shown at the bottom, with the left coil polarized in one direction, i.e. with south pole to the right, and the right coil currently polarized in the same direction, i.e. with south pole to the right. At time ten, the direction of current in the left coil is reversed, so that the pole directions alternate. At this time, i.e. ten, no change occurs for the right coil.

Ved tidspunkt t2 (som bestemmes av regulatoren og ikke nødvendigvis er lik 2ti) snus så strømretningen i høyre spole, mens venstre spole står som før. Dermed veksler polretningen for høyre spole, mens venstre spole beholder sin polretning. At time t2 (which is determined by the regulator and is not necessarily equal to 2ti), the current direction in the right coil is reversed, while the left coil remains as before. Thus, the polarity of the right coil changes, while the left coil retains its polarity.

Ved nytt tidspunkt t3 veksles så polretningen om for venstre spole igjen, mens høyre spoles polretning beholdes, og slik fortsettes det videre. Vekslingstidspunktene tilpasses av regulatoren på grunnlag av målinger av rotordelens posisjon, hastighet og dreieretning. At a new time t3, the polarity of the left coil is reversed again, while the polarity of the right coil is retained, and so on. The switching times are adapted by the regulator on the basis of measurements of the rotor part's position, speed and direction of rotation.

Med referansetall 37 er vist ringer med hakk utvendig og innvendig, for fiksering og holding av lamellblokkene 30, 35. Reference number 37 shows rings with notches on the outside and inside, for fixing and holding the lamellar blocks 30, 35.

Den måte å anordne profiler på, som nå angis ifølge oppfinnelsen, gjør at magnetfluksen i fluksgapene 36 får en retning som er lik motorens rotasjonsretning, og ikke hovedsakelig på skrå slik det var tilfelle i den forsøksmessige tidligere utførelse. The way of arranging profiles, which is now indicated according to the invention, means that the magnetic flux in the flux gaps 36 has a direction which is equal to the direction of rotation of the motor, and not mainly at an angle as was the case in the experimental previous embodiment.

De ringformede kjernene 8 under spolene 6, 7 består fortrinnsvis av en spunnen coil av tynnblikk som fyller begge rom som finnes mellom T og r-profiler nederst. The ring-shaped cores 8 below the coils 6, 7 preferably consist of a spun coil of thin tin which fills both spaces found between the T and r-profiles at the bottom.

Driftsmåten for motoren ifølge oppfinnelsen er helt analog med det som er beskrevet foran angående den utviklingsmessige utførelsen, og trenger ikke å gjentas. Dessuten er det på samme måte som nevnt i forbindelse med den utviklingsmessige utførelsen, mulig å konstruere en bredere motor, med flere spoler og tilsvarende flere T-profiler anbrakt mellom disse. Ytterst på hver side vil det alltid befinne seg r-profiler med innoverpekende toppbjelker. Forøvrig vil det stå T-profiler mellom spolene. Driftsmåten for energisering av spolene følger da et utvidet skjema på samme måte som tidligere nevnt. The mode of operation of the motor according to the invention is completely analogous to what has been described above regarding the developmental design, and does not need to be repeated. Moreover, in the same way as mentioned in connection with the developmental design, it is possible to construct a wider motor, with more coils and correspondingly more T-profiles placed between them. At the far end of each side, there will always be r-profiles with inward-pointing top beams. Otherwise, there will be T-profiles between the coils. The mode of operation for energizing the coils then follows an extended scheme in the same way as previously mentioned.

En viktig tilleggsegenskap ved den beskrevne motoren er at den ved bruk i et kjøretøy vil kunne lade batteriene i utforbakker, ved omvendt drift, dvs. den kan fungere som generator. Således skal også motoren kunne benyttes som magnetisk brems. An important additional feature of the described engine is that, when used in a vehicle, it will be able to charge the batteries on downhill slopes, in reverse operation, i.e. it can function as a generator. Thus, the motor must also be able to be used as a magnetic brake.

Claims

1. Electric stepper motor with mainly cylindrically designed stator part and rotor part, where the stator part comprises at least two annular coils (6, 7) each wound on an annular core (8), which cores (8) lie parallel to each other and with a common axis which is the motor's axis, where the coils (6, 7) are fed separately with alternating current from an electronically controlled current source to alternately magnetize a number of flux-carrying elements (30, 35) which are included in the stator part and are placed successively along the cylinder circumferential direction to form a series flux gaps (36) with flux directions mainly along the circumferential direction between the elements, the elements (30, 35) being in contact with the coil cores (8) in order to conduct magnetic flux from there and to and through the flux gaps (3 6), and where the rotor part consists of an outside the stator part concentrically placed wheel which on its radial inside is equipped with magnets (13) for interaction with the magnetic fields of the stator, the magnets (13) being located with only a small clearance to st the radial outer surface of the stator, and is placed with the polarity pointing radially and with alternating north and south poles towards the stator, calculated in the circumferential direction, characterized in that a) the flux-carrying elements are generally T- and r-shaped profiles (30, 35) placed with the lower end of each T-profile stem (24) between and in contact with two neighboring cores (8) and the lower end of each r-profile stem (26) on the outside of and in contact with one of the two outermost cores (8), in that all the stems of the profiles (24, 26) extend outwards in a radial direction past the coils (6, 7) and are evenly distributed in circumferential rows between and on<*> the axial outer side of the coils (6, 7), in that both the top beams (25, 27) of the T-profiles (30) and the r-profiles (35) point in an axis-parallel direction, the r-top beams (27) point towards the opposite axial outer side, and all have radially outer boundary surfaces that lie mainly in one with the outer cylinder surface of the stator cylinder, in that the stems of the profiles (24, 26) are placed in such a staggered order from one circumferential row to the next that each outer coil (6, 7) is covered on its radial outer side in equal and evenly distributed, successive sectors by an alternating r-top beam (27) and a T-top beam (25) with a circumferential flux gap (36) between these, and so that each axially internal coil is covered in a similar way by top beams (25) belonging to T-profiles (30) with stems (24)) alternately on one and the other axial side of the relevant coil, with the same circumferential flux gap also between these top beams (25), and as top beams (25, 27) of r- and T-profiles (30, 35) which point towards each other in an axis-parallel direction, are cut lengthwise to provide axial clearances (34) between them, and that b) each magnet (13) in the rotor part has an extent in the circumferential direction which mainly corresponds to the circumferential center distance between two circumferentially side-lying top beams (25, 27) in the outer cylinder surface of the stator, and is closely spaced to form a magnet ring, the same number such magnetic rings as the number of coils (6, 7) in the stator are placed close to each other in an axis-parallel direction, but with each successive magnet (13) in the ring displaced in the circumferential direction by half a magnetic sector in relation to the magnets (13) in the ring next to it.

2. Electric stepper motor as stated in claim 1, characterized in that each T-profile's top beam (25) protrudes axially mainly a little beyond the width of the coils (6, 7) on the two neighboring cores (8) which abut the profile stem (24), and that each r-profile top beam (27) protrudes axially slightly beyond the width of its adjacent outer coil (6, 7).

3. Electric stepper motor as stated in claim 1 or 2, with two coils in the stator part, characterized in that the length of each T-profile top beam (25) mainly defines the axial extent of the stator part, the stator only comprising a single circumferential row of T-profile stems (24) and two axially outermost, circumferential r-profile stem rows where each of the r-profile top beams (27) points straight towards an opposite r-top beam (27) .

4. Electric stepper motor as specified in claim 1 or 2, with three coils in the stator part, characterized in that, in the circumferential direction, successive pairs with an r- and a T-profile (35, 30) occur on the stator part, where the two top beams (27, 25) point straight towards each other in the axial direction, the sequence for r- and T-profile is reversed for each successive pair, and the axial extent of the stator part is mainly defined by the sum of the lengths of a T-top beam (25) and an r-top beam (27), plus the aforementioned clearance (34).

5. Electric stepper motor as stated in claim 1 or 2, with four or more coils in the stator part, characterized in that on the stator part successively arranged axis-parallel rows of T-profiles (30) occur in the circumferential direction, where the T-profiles in each successive row are offset in relation to the preceding row, a distance equal to the axial center distance between the coils, and in every other successive axis-parallel row, the top beam (27) of an r-profile (35) occurs at the extreme end of one or both ends, the axial extent of the stator part being mainly defined by the sum of the lengths of the T-top beams (25) plus any r-top beam(s) (27) plus clearances (34) between these, in one axis-parallel row.

6. Electric stepping motor according to one of the preceding claims, characterized in that the magnets (13) in the rotor part are separate permanent magnets.

7. Electric stepper motor according to one of claims 1-5, characterized in that the magnets (13) in the rotor part are separately magnetized areas of a magnetizable ring.

8. Electric stepper motor according to one of the preceding claims, characterized in that the T- and r-profiles (30, 3 5), the stator coils (6, 7) and an electronic control device are designed to co-operatively magnetize the profile's top beams (25, 27) so that the field directions in the flux gaps (36) between circumferentially adjacent top beams (25, 27) are reversed in axial order, over every second coil at a time, thereby providing a cycle of field direction reversals in the flux gaps (36) successively in an axial direction , which cycle is repeated at a speed adapted to the wheel's instantaneous rotational speed.

9. Electric stepper motor according to one of the preceding claims, characterized in that Hall elements (21) signal-wise connected to an electronic control device are arranged for detection of the wheel's rotation speed and the positions of the magnets (13), for controlling the magnetic fields of the stator part.

10. Electric stepper motor according to one of claims 1-8, characterized in that the rotor is equipped with an index disk (32) with a notch that runs through at least one optocoupler (33) connected to an electronic control device for detecting the speed of the wheel and the magnets (13 ) positions, for controlling the stator part's magnetic fields.