WO2016139076A1 - Rotatorischer elektro-schritt-motor und endoskop - Google Patents

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WO2016139076A1
WO2016139076A1 PCT/EP2016/053636 EP2016053636W WO2016139076A1 WO 2016139076 A1 WO2016139076 A1 WO 2016139076A1 EP 2016053636 W EP2016053636 W EP 2016053636W WO 2016139076 A1 WO2016139076 A1 WO 2016139076A1
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rotary electric
permanent magnets
rod
rotor
stepping motor
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PCT/EP2016/053636
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Inventor
Martin Wieters
Sebastian Jungbauer
Original Assignee
Olympus Winter & Ibe Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K37/00—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors
    • H02K37/10—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type
    • H02K37/12—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K37/14—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00131—Accessories for endoscopes
    • A61B1/00133—Drive units for endoscopic tools inserted through or with the endoscope
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B1/00—Instruments for performing medical examinations of the interior of cavities or tubes of the body by visual or photographical inspection, e.g. endoscopes; Illuminating arrangements therefor
    • A61B1/00064—Constructional details of the endoscope body

Definitions

  • the invention relates to a rotary electric stepper motor having a stator with a number of three or more coils arranged in a substantially circular configuration about a central motor axis and a permanent magnetic rotor located within the coil configuration about the central motor axis is rotatably disposed, a use thereof and an endoscope.
  • Rotary electric stepping motors have a permanent magnetic rotor which corresponds to a bar magnet and is advantageously provided with pole shoes at its ends.
  • the rotor is radially aligned in the motor and magnetized in the axial direction of the bar magnet.
  • the rotor turns around its center of gravity, with the pivot point of the rotor corresponding to the motor axis.
  • stator of the motor In the stator of the motor are several coils, for example, three, four or more, often an even number of coils is used.
  • the coils are wound in the radial direction on a soft magnetic core over which also takes place a magnetic return in one direction to the other coils.
  • the coils are thus magnetically connected to one another in the stator via the soft iron.
  • a second magnetic "conclusion" is generated via the permanent magnetic rotor and its magnetization.
  • An advantage of such a system is that the rotor does not require any electrical contact, as is necessary with other rotary electric motors.
  • Corresponding rotary electric stepper motors are operated in full-step mode, half-step mode or microstep operation, for example, a full-step operation with four coils has two steps, a half-step operation with four coils four steps and a microstep operation with a suitable control very small steps allows.
  • the object of the present invention in contrast, is to provide rotary electric step motors which are suitable for use in endoscopes.
  • a rotary electric stepping motor having a stator with a number of three or more coils arranged in a substantially circular configuration about a central motor axis, and a permanent magnetic rotor which moves around the central one within the coil configuration
  • Motor shaft is rotatably arranged, achieved in that the rotor is hollow cylindrical indrisch and at least two arranged in the axial direction rod-shaped Pernnanentnnagneten which are rotationally fixed to each other in a tubular-like configuration with free internal volume.
  • the rotor is no longer a single bar magnet, which is radially aligned, but comprises at least two parallel to each other axially aligned bar magnet. This reduces the space required in the radial direction. Furthermore, the hohlzyl Indian training of the rotor with a tube-like configuration with free inner volume space for performing necessary in endoscopes functional units as in optical feedthroughs, etc.
  • the basic function remains similar to me, since in the rotor of the electric stepper motor according to the invention permanent magnetic material is arranged and in the stator continue to be positioned coils.
  • the electrical control is therefore the same as that already exists in known electric stepping motors.
  • the at least two rod-shaped permanent magnets each have soft-magnetic pole shoes at their two ends. This improves the magnetic flux and the accuracy of adjustment of the electric stepping motor.
  • the soft-magnetic pole shoes of the rod-shaped permanent magnets of the rotor are preferably formed annular section-shaped.
  • the at least two rod-shaped Pernnanentnagnete in the rotor in a configuration with even rotational symmetry at by 1 80 ° or, in a number of n> 2 of permanent magnets, by 360 n staggered positions are arranged and each alternately gegen emitl I poled to each other.
  • a higher number of permanent magnets allows a finer Win kelabstufung in the whole steps of the control of the rotary electric stepping motor.
  • the coils in the stator each have axially aligned coil axes.
  • the coils are also installed in the stator in the axial direction, which keeps the radial size small.
  • the coils of the stator are each wound around a soft magnetic core, wherein particularly preferably the soft magnetic cores of the coils of the stator are each formed as a cylinder with soft magnetic pole pieces arranged on both sides.
  • the tube-like configuration of the rod-shaped permanent magnets of the rotor comprises a continuous or formed as a mesh tube on the inside or outside of the rod-shaped permanent magnets and / or their pole shoes attached, in particular glued, and / or in which the rod-shaped permanent magnets and / or their pole pieces are admitted.
  • a tube results in a particularly stable and torsionally rigid design of the rotor.
  • the tube-like configuration of the rod-shaped permanent magnets of the rotor comprises at least two arranged at the ends and / or pole pieces of the rod-shaped permanent magnets rings, on the inner or Outside the rod-shaped permanent magnets and / or pole shoes attached, in particular glued, or in which the rod-shaped permanent magnets and / or their pole shoes are embedded.
  • inventive rotary electric step motor is arranged with a hollow cylindrical rotor.
  • Fig. 3 is a schematic cross-sectional view through the electric stepping motor according to the invention according to FIG. 2 and
  • Fig. 4 is a schematic perspective view of a video endoscope according to the invention.
  • a known rotary electric stepping motor 1 00 is shown, which is located between FIG. 1 a) and FIG. 1 b) I differ in the energization and the condition of the position of the runner.
  • a stator 1 1 0 has four coils 1 1 2, namely, L1, L2, L3 and L4, which are each wound on a core 1 14 having a pole piece 1 1 6 inside.
  • a control 1 1 8 with inputs A, A ⁇ and B and B ⁇ is switched in such a way that the coils L1 and L3 and the coils L2 and L4 are energized in phase opposition to each other at the same time.
  • FIG. 1 a an operating state is reproduced in which only the Coils L1 and L3 are energized and thus represent a magnetic north pole N (L1) and a south magnetic pole S (L3).
  • the bar magnet 1 22 of the rotor 1 20 aligns accordingly, that its north pole N to the south pole S to the coil L3 and the south pole S of the bar magnet 1 22 to the magnetic north pole N to the coil L1.
  • Fig. 1b it is shown how additionally the coils L2 and L4 are energized so that the coil L2 is additionally magnetized as a south pole S and the coil L4 as a magnetic north pole N additionally.
  • the bar magnet 1 22 of the rotor 1 20 aligns in a 45 ° rotated arrangement.
  • the rotary electric stepping motor 1 00 according to FIG. 1 to install only with disadvantages.
  • the radial orientation of the coils requires a large radial design.
  • Fig. 2a), 2b) shows an inventive embodiment of a rotary electric stepping motor 1 in the same excitation and angular positions, as shown in FIG. 1 a) and 1 b) is shown.
  • the electric stepping motor 1 according to FIG. 2 a rotor 20, which has two permanent magnets formed as bar magnets. However, these are arranged axially and oppositely poled to one another, so that the bar magnet 22 'with its in Fig. 2 a) forms a magnetic north pole and the other bar magnet 22 "forms a magnetic south pole S.
  • the two bar magnets 22 'and 22" are interconnected by a ring 26.
  • FIG. 3 is a side cross-sectional view of the inventive rotary electric stepper motor 1 shown in FIG. 2, wherein in this embodiment the bar magnets 22 'and 22 "are poled oppositely to each other and are arranged in reverse polarity relative to each other, parallel to the central motor axis 50.
  • Both bar magnets 22' and 22" each have soft magnetic pole pieces 24 at their axial ends which, as shown in Fig. 2a) and 2b), may have a ring-section-shaped form from the front side.
  • Fig. 4 shows a schematic perspective illustration of an exemplary endoscope 61 according to the invention with a proximal handle 62 and a rigid endoscope shaft 63.
  • a viewing window 65 Arranged on the distal tip 64 of the endoscope shaft 63 is a viewing window 65 behind which a distal section 6 of the endoscope shaft is arranged which does not have a having shown prism unit and an image sensor unit, not shown.
  • the viewing window 65 at the distal tip 64 is curved and asymmetrical to allow for a variable lateral viewing angle.
  • a change in the viewing direction that is to say a change in the azimuthal angle about the longitudinal axis of the endoscope shaft 63, can be effected, for example, by a rotation of the handle 62 about the central rotational axis or longitudinal axis of the endoscope shaft 63.
  • the cladding tube of the endoscope shaft 63 is connected to the handle 62.
  • the unillustrated prism unit at the distal tip 64 also rotates with the rotation of the handle 62.
  • the handle 62 has a first operating element configured as a turning wheel 67 and a second operating element designed as a slide switch 68 Control on.
  • FIG. 1 Three positions 69 ', 69 ", 69"' are shown, on which an inventive rotary electric stepping motor 1 can be arranged.
  • a position between these two extremes in the endoscope shaft 63 is likewise possible within the scope of the invention
  • Rotary electric stepping motor 1 according to the invention also be arranged in the handle 62, for example, at the height of the position 69 "'in the center of the handle, but also in front or behind.
  • the slide switch 68 can be actuated.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen rotatorischen Elektro-Schritt-Motor (1) mit einem Stator (10) mit einer Anzahl von drei oder mehr Spulen (12), die in einer im Wesentlichen kreisförmigen Konfiguration um eine zentrale Motorachse (50) herum angeordnet sind, und einem permanentmagnetischen Läufer (20), der innerhalb der Spulenkonfiguration um die zentrale Motorachse (50) drehbar angeordnet ist, eine Verwendung desselben und ein Endoskop. Erfindungsgemäß ist der Läufer (20) hohlzylindrisch ausgebildet und weist wenigstens zwei in axialer Richtung angeordnete stabförmige Permanentmagneten (22I, 22II) auf, die rotationsfest miteinander in einer rohrähnlichen Konfiguration mit freiem inneren Volumen (40) verbunden sind.

Description

Rotatorischer Elektro-Schritt-Motor und Endoskop Beschreibung
Die Erfindung betrifft einen rotatorischen Elektro-Schritt-Motor mit einem Stator mit einer Anzahl von drei oder mehr Spulen, die in einer im Wesentlichen kreisförmigen Konfiguration um eine zentrale Motorachse herum angeordnet sind, und einem permanentmagnetischen Läufer, der innerhalb der Spulenkonfiguration um die zentrale Motorachse drehbar angeordnet ist, eine Verwendung desselben und ein Endoskop.
Rotatorische Elektro-Schritt-Motoren weisen einen permanentmagnetischen Läufer auf, der einem Stabmagneten entspricht und vorteilhaft mit Polschuhen an seinen Enden versehen ist. Der Läufer ist radial im Motor ausgerichtet und in axialer Richtung des Stabmagneten magnetisiert. Der Läufer dreht sich um seinen Schwerpunkt, wobei der Drehpunkt des Läufers der Motorachse entspricht.
Im Stator des Motors befinden sich mehrere Spulen, beispielsweise drei, vier oder mehr, wobei häufig eine gerade Anzahl von Spulen eingesetzt wird . Die Spulen sind in radialer Richtung ausgerichtet auf einen weichmagnetischen Kern gewickelt, über den auch ein magnetischer Rückschluss in eine Richtung zu den anderen Spulen erfolgt. Die Spulen sind also im Stator über das Weicheisen magnetisch miteinander verbunden . Ein zweiter magnetischer „Rückschluss" wird über den permanentmagnetischen Läufer und dessen Magnetisierung erzeugt.
Ein Vorteil eines solchen Systems ist, dass der Läufer keine elektrische Kontaktierung benötigt, wie sie bei anderen rotatorischen Elektromotoren notwendig ist.
Entsprechende rotatorische Elektro-Schritt-Motoren werden im Vollschrittbetrieb, Halbschrittbetrieb oder auch Mikroschrittbetrieb betrieben, wobei beispielsweise ein Vollschrittbetrieb mit vier Spulen zwei Schritte hat, ein Halbschrittbetrieb mit vier Spulen vier Schritte und ein Mikroschrittbetrieb mit einer geeigneten Ansteuerung sehr kleine Schritte ermögl icht.
Bekannte rotatorische Elektro-Schritt-Motoren benötigen einen geringen axialen Bauraum, jedoch einen großen radialen Bauraum . Damit sind sie für die Anwendung in Endoskopen wenig geeignet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgegenüber, rotatorische Elektro-Schritt-Motoren zur Verfügung zu stellen, die für den Einsatz in Endoskopen geeignet sind .
Diese Aufgabe wird durch einen rotatorischen Elektro-Schritt-Motor mit einem Stator mit einer Anzahl von drei oder mehr Spulen, die in einer im Wesentlichen kreisförmigen Konfiguration um eine zentrale Motorachse herum angeordnet sind, und einem permanentmagnetischen Läufer, der innerhalb der Spulenkonfiguration um die zentrale Motorachse drehbar angeordnet ist, dadurch gelöst, dass der Läufer hohlzyl indrisch ausgebildet ist und wenigstens zwei in axialer Richtung angeordnete stabförmige Pernnanentnnagneten aufweist, die rotationsfest miteinander in einer rohrähnl ichen Konfiguration mit freiem inneren Volumen verbunden sind .
Abweichend von den bekannten rotatorischen Elektro-Schritt- Motoren ist der Läufer nicht mehr ein einzelner Stabmagnet, der radial ausgerichtet ist, sondern umfasst wenigstens zwei parallel zueinander axial ausgerichtete Stabmagneten . Damit wird der in radialer Richtung notwendige Bauraum verkleinert. Weiterhin weist die hohlzyl indrische Ausbildung des Läufers mit einer rohrähnlichen Konfiguration mit freiem inneren Volumen Platz auf für die Durchführung von in Endoskopen notwendigen Funktionseinheiten wie bei Optikdurchführungen etc.
Die Grundfunktion bleibt ähnl ich, da auch im Läufer des erfindungsgemäßen Elektro-Schritt-Motors permanentmagnetisches Material angeordnet ist und im Stator auch weiterhin Spulen positioniert werden . Die elektrische Ansteuerung ist daher die gleiche, wie sie bei bekannten Elektro-Schritt-Motoren bereits vorhanden ist.
Vorzugsweise weisen die wenigstens zwei stabförmigen Permanentmagnete jeweils an ihren beiden Enden weichmagnetische Polschuhe auf. Hierdurch werden der magnetische Fluss und die Genauigkeit der Einstellung des Elektro-Schritt-Motors verbessert.
Die weichmagnetischen Polschuhe der stabförmigen Permanentmagnete des Läufers sind vorzugsweise ringabschnittsförmig ausgebildet.
In einer bevorzugten Weiterbildung ist vorgesehen, dass die we- nigstens zwei stabförmigen Pernnanentnnagnete im Läufer in einer Konfiguration mit geradzahliger Rotationssymmetrie an um 1 80° oder, bei einer Anzahl von n > 2 von Permanentmagneten, u m 360 n zueinander versetzten Positionen angeordnet sind und jeweils abwechselnd gegensätzl ich zueinander gepolt sind . Eine höhere Anzahl von Permanentmagneten erlaubt eine feinere Win kelabstufung in den Ganzschritten der Steuerung des rotatorischen Elektro-Schritt-Motors.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Spulen im Stator jeweils axial ausgerichtete Spulenachsen aufweisen . Damit sind die Spulen im Stator ebenfalls in axialer Richtung verbaut, was die radiale Baugröße klein hält.
Vorzugsweise sind die Spulen des Stators jeweils um einen weichmagnetischen Kern gewickelt, wobei besonders bevorzugt die weichmagnetischen Kerne der Spulen des Stators jeweils als Zylinder mit beidseitig angeordneten weichmagnetischen Polschuhen ausgebildet sind .
Vorzugsweise umfasst die rohrähnliche Konfiguration der stabförmigen Permanentmagnete des Läufers ein durchgängiges oder als Gittergeflecht ausgebildetes Rohr, an dessen Innenseite oder Außenseite die stabförmigen Permanentmagnete und/oder deren Polschuhe befestigt, insbesondere geklebt, sind und/oder in das die stabförmigen Permanentmagnete und/oder deren Polschuhe eingelassen sind . Ein solches Rohr ergibt eine besonders stabile und ver- windungssteife Ausführung des Läufers. Alternativ oder zusätzlich ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die rohrähnl iche Konfiguration der stabförmigen Permanentmagnete des Läufers wenigstens zwei an den Enden und/oder Polschuhen der stabförmigen Permanentmagnete angeordnete Ringe umfasst, an deren Innen- oder Außenseite die stabförmigen Permanentmagnete und/oder Polschuhe befestigt, insbesondere geklebt sind, oder in die die stabförmigen Permanentmagnete und/oder deren Polschuhe eingelassen sind .
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird in gleicher Weise auch durch eine Verwendung eines zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen rotatorischen Elektro-Schritt-Motors in einem Endoskop mit einem längserstreckten Schaft gelöst, sowie durch ein Endoskop mit einem längserstreckten Schaft, in den in einem sistellen Bereich des Schafts ein zuvor beschriebener, erfindungsgemäßer rotatorischer Elektro-Schritt-Motor mit hohlzylindrischem Läufer angeordnet ist. Mit der erfindungsgemäßen Verwendung und dem erfindungsgemäßen Endoskop sind die gleichen Eigenschaften, Vorteile und Merkmale verbunden wie mit dem erfindungsgemäßen rotatorischen Elektro-Schritt-Motor, auf den sie sich beziehen .
Weitere Merkmale der Erfindung werden aus der Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsformen zusammen mit den Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen ersichtl ich . Erfindungsgemäße Ausführungsformen können einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllen .
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei bezüglich aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich auf die Zeichnungen verwiesen wird . Es zeigen:
Fig . 1 a), b) zwei schematische Darstellungen eines bekannten rotatorischen Elektro-Schritt-Motors, Fig . 2a), b) schematische Darstellungen eines erfindungsgemä- ßen Elektro-Schritt-Motors,
Fig . 3 eine schematische Querschnittsdarstellung durch den erfindungsgemäßen Elektro-Schritt-Motor gemäß Fig . 2 und
Fig . 4 eine schematische perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Videoendoskops.
In den Zeichnungen sind jeweils gleiche oder gleichartige Elemente und/oder Teile mit denselben Bezugsziffern versehen, so dass von einer erneuten Vorstellung jeweils abgesehen wird.
In Fig . 1 a) und 1 b) ist ein bekannter rotatorischer Elektro-Schritt- Motor 1 00 dargestellt, der sich zwischen Fig . 1 a) und Fig . 1 b) ledigl ich in der Bestromung und im Zustand der Position des Läufers unterscheidet. Ein Stator 1 1 0 weist vier Spulen 1 1 2, nämlich L1 , L2, L3 und L4, auf, die jeweils auf einen Kern 1 14 aufgewickelt sind, der nach innen einen Polschuh 1 1 6 aufweist. Eine Ansteuerung 1 1 8 mit Eingängen A, A\ sowie B und B\ ist dergestalt geschaltet, dass die Spulen L1 und L3 sowie die Spulen L2 und L4 jeweils zueinander gegenphasig gleichzeitig bestromt werden .
Im Zentrum ist ein als axial magnetisierter Stabmagnet 1 22 ausgerichteter Läufer 1 20 mit angedeuteten Polschuhen angeordnet, der um die zentrale Achse (läuft in die Bildebene hinein) des Elektro- Schritt-Motors 1 rotierbar ist. Zwischen den Polschuhen des Stabmagneten 1 22 und den Polschuhen 1 16 der Spulen 1 14 befindet sich ein Luftspalt bzw. Spalt 1 30.
In Fig . 1 a) ist ein Betriebszustand wiedergegeben, in dem nur die Spulen L1 und L3 bestromt sind und somit einen magnetischen Nordpol N (L1 ) und einen magnetischen Südpol S (L3) darstellen . Hierin richtet sich der Stabmagnet 1 22 des Läufers 1 20 entsprechend aus, dass sein Nordpol N zum Südpol S an der Spule L3 weist und der Südpol S des Stabmagneten 1 22 zum magnetischen Nordpol N an der Spule L1 .
In der Fig . 1 b) ist gezeigt, wie zusätzlich die Spulen L2 und L4 so bestromt sind, dass d ie Spule L2 als Südpol S und die Spule L4 als magnetischer Nordpol N zusätzlich magnetisiert ist. In diesem Fall richtet sich der Stabmagnet 1 22 des Läufers 1 20 in einer um 45° gedrehten Anordnung aus. Durch verschieden starke Anregungen der Spulenpaare L1 und L3 einerseits und L2 und L4 andererseits lassen sich sehr kleine Winkelschritte auf diese Weise real isieren.
In einem Endoskop ist der rotatorische Elektro-Schritt-Motor 1 00 gemäß Fig . 1 nur mit Nachteilen einzubauen . So erfordert die radiale Ausrichtung der Spulen eine große radiale Bauform. Zusätzlich ist der Innenraum des Schaftes, in dem der Elektro-Schritt-Motor 1 00 einzuordnen ist, durch den Läufer 1 20 blockiert.
Fig . 2a), 2b) zeigt ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines rotatorischen Elektro-Schritt-Motors 1 in den gleichen Anre- gungs- und Winkelstellungen, wie dies in Fig . 1 a) und 1 b) gezeigt ist. Im Unterschied zu dem Elektro-Schritt-Motor 1 00 gemäß Fig . 1 weist der Elektro-Schritt-Motor 1 gemäß Fig . 2 einen Läufer 20 auf, der zwei als Stabmagnete ausgebildete Permanentmagnete aufweist. Diese sind allerdings axial angeordnet und gegensätzlich zueinander gepolt, so dass der Stabmagnet 22' mit seiner in Fig . 2a) dargestellten Frontseite einen magnetischen Nordpol bildet und der andere Stabmagnet 22" einen magnetischen Südpol S. Die beiden Stabmagnete 22' und 22" sind durch einen Ring 26 miteinander ver- bunden und bilden somit eine mechanische Einheit, die sich gemeinsam im Inneren des Stators 1 0 mit vier Spulen 1 2, nämlich L1 , L2, L3, L4, dreht, wobei die Motorachse d ie gemeinsame Achse ist, um die Rotor 20 und Stator 1 0 konzentrisch angeordnet sind . Zwischen der Außenfläche des Rotors 20 und der Innenfläche des Stators 1 0 befindet sich wiederum ein Luftspalt 30.
In Fig . 3 ist eine seitliche Querschnittsdarstellung durch den erfindungsgemäßen rotatorischen Elektro-Schritt-Motor 1 gemäß Fig . 2 gezeigt, wobei in diesem Ausführungsbeispiel die Stabmagneten 22' und 22" gegensätzl ich zueinander gepolt sind und axial, parallel zur zentralen Motorachse 50 in umgekehrter Polung zueinander angeordnet sind . Beide Stabmagneten 22' und 22" weisen an ihren axialen Enden jeweils weichmagnetische Polschuhe 24 auf, die, wie in Fig . 2a) und 2b) dargestellt, von der Frontseite her eine ringab- schnittförmige Form haben können .
Radial nach außen ist jenseits eines Luftspalts 30, der auch durch ein Innenrohr ausgefüllt sein kann, im Querschnitt jeweils eine Spule 1 2, beispielsweise L1 und L3, zu sehen, die gegensätzl ich zueinander bestromt sind, was sich in der magnetischen Polung des weichmagnetischen Kerns im oberen und im unteren Teil der Fig . 3 ausdrückt. Beispielhaft sei an der oben dargestellten Spule 12 erläutert, dass mit der momentanen Bestromung sich ein Magnetfeld ausbildet, das rein schematisch auf der linken Seite der Fig . 3 den magnetischen Südpol und auf der rechten Seite den magnetischen Nordpol hat. Dies zieht den Stabmagneten 22' an, dessen magnetische Polung genau umgekehrt ist. Im der unteren Hälfte der Fig . 3 sind die Verhältnisse umgekehrt.
Da auch die Wicklung und Ausrichtung der Kerne 14 der Spule 1 2 axial ausgerichtet ist, ergibt sich eine in radialer Richtung kleine Bauform . Außerdem ergibt sich ein freies inneres Volumen 40, das für die Durchführung von Spülkanälen, Greifwerkzeugen, elektrischen Verbindungen oder optischen Umkehrsystemen oder Lichtleitfasern etc. verwendbar ist.
Das hier gezeigte Beispiel mit zwei Permanentmagneten und vier Spulen ist nicht abschließend zu betrachten . Es können auch abweichende Anzahlen von Spulen und Stabmagneten verwendet werden, die je nach Anforderungen der Verwendung passend ausgesucht werden .
Fig . 4 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines beispielhaften erfindungsgemäßen Endoskops 61 mit einem proximalen Handgriff 62 und einem starren Endoskopschaft 63. An der distalen Spitze 64 des Endoskopschafts 63 ist ein Sichtfenster 65 angeordnet, hinter dem ein distaler Abschnitt 6 des Endoskopschafts angeordnet ist, der eine nicht dargestellte Prismeneinheit und eine nicht dargestellte Bildsensoreinheit aufweist.
Das Sichtfenster 65 an der distalen Spitze 64 ist gekrümmt und asymmetrisch ausgeführt, um einen variablen seitl ichen Bl ickwinkel zu ermögl ichen . Eine Änderung der Bl ickrichtung, also eine Änderung des azimutalen Winkels um die Längsachse des Endoskopschafts 63 herum, kann beispielsweise durch eine Drehung des Handgriffs 62 um die zentrale Rotationsachse bzw. Längsachse des Endoskopschafts 63 bewirkt werden . Das Hüllrohr des Endoskopschafts 63 ist mit dem Handgriff 62 verbunden . Auch die nicht dargestellte Prismeneinheit an der distalen Spitze 64 rotiert mit der Drehung des Handgriffs 62 mit.
Der Handgriff 62 weist ein als Drehrad 67 ausgebildetes erstes Bedienelement und ein als Schiebeschalter 68 ausgebildetes zweites Bedienelement auf.
Ferner sind drei Positionen 69', 69", 69"' dargestellt, an denen ein erfindungsgemäßer rotatorischer Elektro-Schritt-Motor 1 angeordnet sein kann . Die Position 69' bezeichnet eine Stelle im Bereich der distalen Spitze 64 des Endoskopschafts 63, die Position 69" eine Stelle im proximalen Bereich des Endoskopschafts 63. Eine Position zwischen diesen beiden Extremen im Endoskopschaft 63 ist ebenfalls im Rahmen der Erfindung möglich . Ferner kann der erfindungsgemäße rotatorische Elektro-Schritt-Motor 1 auch im Handgriff 62 angeordnet sein, beispielsweise auf der Höhe der Position 69"' im Zentrum des Handgriffs, aber auch davor oder dahinter. Zur Steuerung des erfindungsgemäßen rotatorischen Elektro-Schritt- Motors 1 kann beispielsweise der Schiebeschalter 68 betätigt werden .
Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden sowie auch einzelne Merkmale, die in Kombination mit anderen Merkmalen offenbart sind, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen . Erfindungsgemäße Ausführungsformen können durch einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllt sein . Im Rahmen der Erfindung sind Merkmale, die mit „insbesondere" oder „vorzugsweise" gekennzeichnet sind, als fakultative Merkmale zu verstehen .
Bezugszeichenliste
1 Rotatorischer Elektro-Schritt-Motor
10 Stator
12 Spule
14 weichmagnetischer Kern
16 Polschuh
20 Läufer
22', 22" Stabmagnet
24 Polschuh
26, 26' Ring
30 Spalt
40 freies inneres Volumen
50 zentrale Motorachse
61 Endoskop
62 Handgriff
63 Endoskopschaft
64 distale Spitze
65 Sichtfenster
66 distaler Abschnitt
67 Drehrad
68 Schiebeschalter
69' distale Position eines Elektro-Schritt-Motors
69" proximale Position eines Elektro-Schritt-Motors
69"' Position eines Elektro-Schritt-Motors im Handgriff
100 Rotatorischer Elektro-Schritt-Motor
110 Stator
112 Spule
114 Kern
116 Polschuh
118 Ansteuerung
120 Läufer Λ n
- 12 -
122 Stabm
130 Spalt

Claims

Rotatorischer Elektro-Schritt-Motor und Endoskop Patentansprüche
1 . Rotatorischer Elektro-Schritt-Motor (1 ) mit einem Stator (1 0) mit einer Anzahl von drei oder mehr Spulen (1 2), die in einer im Wesentlichen kreisförmigen Konfiguration um eine zentrale Motorachse (50) herum angeordnet sind, und einem permanentmagnetischen Läufer (20), der innerhalb der Spulenkonfiguration um die zentrale Motorachse (50) drehbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Läufer (20) hohlzyl indrisch ausgebildet ist und wenigstens zwei in axialer Richtung angeordnete stabförmige Permanentmagneten (221, 22") aufweist, die rotationsfest miteinander in einer rohrähnlichen Konfiguration mit freiem inneren Volumen (40) verbunden sind .
2. Rotatorischer Elektro-Schritt-Motor (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei stabförmi- gen Permanentmagnete (221, 22") jeweils an ihren beiden Enden weichmagnetische Polschuhe (24) aufweisen .
Rotatorischer Elektro-Schritt-Motor (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die weichmagnetischen Polschuhe (24) der stabförmigen Permanentmagnete (221, 22") des Läufers (20) ringabschnittsförmig ausgebildet sind .
Rotatorischer Elektro-Schritt-Motor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zwei stabförmigen Permanentmagnete (221, 22") im Läufer (20) in einer Konfiguration mit geradzahliger Rotationssymmetrie an um 1 80° oder, bei einer Anzahl von n > 2 von Permanentmagneten, um 360 n zueinander versetzten Positionen angeordnet sind und jeweils abwechselnd gegensätzl ich zueinander gepolt sind .
Rotatorischer Elektro-Schritt-Motor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (12) im Stator (1 0) jeweils axial ausgerichtete Spulenachsen aufweisen .
Rotatorischer Elektro-Schritt-Motor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (1 2) des Stators (1 0) jeweils um einen weichmagnetischen Kern (14) gewickelt sind .
7. Rotatorischer Elektro-Schritt-Motor (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die weichmagnetischen Kerne (14) der Spulen (12) des Stators (10) jeweils als Zylinder mit beidseitig angeordneten weichmagnetischen Polschuhen (1 6) ausgebildet sind .
8. Rotatorischer Elektro-Schritt-Motor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die rohrähnliche Konfiguration der stabförmigen Permanentmagnete (22 , 22 ) des Läufers (20) ein durchgängiges oder als Gittergeflecht ausgebildetes Rohr umfasst, an dessen Innenseite oder Außenseite die stabförmigen Permanentmagnete (221, 22") und/oder deren Polschuhe (24) befestigt, insbesondere geklebt, sind und/oder in das d ie stabförmigen Permanentmagnete (221, 22") und/oder deren Polschuhe (24) eingelassen sind .
Rotatorischer Elektro-Schritt-Motor (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die rohrähnliche Konfiguration der stabförmigen Permanentmagnete (221, 22") des Läufers (20) wenigstens zwei an den Enden und/oder Polschuhen (24) der stabförmigen Permamentmagnete (221, 22") angeordnete Ringe (26, 26') umfasst, an deren Innen- oder Außenseite die stabförmigen Permanentmagnete (221, 22") und/oder Polschuhe (24) befestigt, insbesondere geklebt sind, oder in die die stabförmigen Permanentmagnete (221, 22") und/oder deren Polschuhe (24) eingelassen sind . 1 0. Verwendung eines rotatorischen Elektro-Schritt-Motors (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in einem Endoskop (61 ) mit einem längserstreckten Schaft (63).
1 1 . Endoskop (61 ) mit einem längserstreckten Schaft (63) und ei- nem rotatorischen Elektro-Schritt-Motor (1 ) mit hohlzyl indrischem Läufer (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
Endoskop (61 ) nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der rotatorische Elektro-Schritt-Motor (1 ) an einer Position (69"') in einem Handgriff (62) des Endoskops (61 ) oder an einer distalen Position (69') oder einer proximalen Position (69") im längserstreckten Schaft (63) angeordnet ist.
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