DE1158624B - Schrittschaltmotor - Google Patents

Description

• Schrittschaltmotor Die Erfindung bezieht sich auf einen Sch:rittschaltmotor für Fernsteueranlagen, insbesondere zum Antrieb von Fernsprechwählern, mit mehreren durch je eine von mehreren nacheinander zu erregenden Statorspulen betätigten Rotoren, welche zu einer Einheit vereinigt sind, und mit Statorpolen, deren Polschuhe je Rotor um einen Teilbetrag der Polteilung in Bewegungsrichtung der Rotore gegeneinander versetzt sind.
• Die Erfindung bezweckt bei :einem derartigen Schrittschaltmotor eine Verb: sserung der durch die Erregerwicklungen auf die Rotore ausgeübten Drehmomente und seiner Betriebssicherheit.
• Es sind Schrittschaltmotore bekannt, welche aus einem Stator mit konzentrisch angeordneten Statorpolen in Form von Polringen bestehen, zwischen denen je Polringpaar eine Statorspule angeordnet ist. Zwischen diese Statorpole greifen Rotore in Form von konzentrisch angeordneten Polringen ein, welche über eine Scheibe zu einem einzigen Anker zusammengefaßt sind und deren Polschuhe in Bewegungsrichtung des Rotors um einen Teilbetrag der Polteilung gegeneinander versetzt sind. Durch aufeinanderfolgende Einschaltung der Statorspulen über einen Kollektor wird der Anker schrittweise derart bewegt, daß die durch die erste Statorspule über den ersten Statorpol und den ersten Rotor bewirkte Drehung die Polschuhe des zweiten Rotors in die Nähe der Polschuhe des zweiten Statorpols gebracht werden, so daß bei Erregung der zweiten Spule der Anker mit Sicherheit weiterbewegt wird. Bei dieser Anordnung üben bei gleicher Amperewindungszahl die Statorspulen ein unterschiedliches Drehmoment auf den Anker aus. Außerdem liegen die möglichst klein zu haltenden Luftspalte zwischen den Stator-und den Rotorpolschuhen offen. Dadurch, daß die Statorpole und die Rotore konzentrisch zueinander angeordnet sind, ergibt sich eine einseitig betonte Ausdehnung des Schrittschaltmotors in der zu seiner Achse radialen Richtung.
• Es wurden bereits Schrittschaltmotoren mit drei Ankerpolsystemen, welche zueinander versetzte Pole aufweisen, vorgeschlagen, welche drei in zyklischer Vertauschung einzeln erregbare Ständerpolsysteme aufweisen, die durch konzentrisch angeordnete Spulen nacheinander zur Wirkung gebracht werden. Die Ankersysteme wirken bei ihrem Umlauf auf die Einschaltung der Spule bewirkende Nockenhilfsschalter ein, wobei bei einer der Ausführungsformen die Ankersysteme auf einer drehbaren Welle angeordnet und die einzelnen Ständerpolsysteme an der Innenseite einer die Ankersysteme umhüllende Trommel entsprechend gelagert sind. Da es sich um einzelne Ständerpolsysteme handelt, d. h. um Systeme, welche je aus zwei Polschuhen und einem Joch bestehen, bedarf es zusätzlich eines eigenen, die Trommel bildenden Teiles zur Lagerung dieser Ständerpolsysteme. Dadurch werden der Aufwand und der Platzbedarf vergrößert. Die Betriebssicherheit sowie die gleichmäßige Verteilung der Drehmomente auf die einzelnen Polsysteme sind in hohem Maße abhängig von der Lage der Pole der einzelnen Systeme in Umfangsrichtung zueinander und in axialer Richtung, von ihrem Abstand voneinander. Eine entsprechend genaue Justierung der Ständerpolsysteme in der Trommel und zueinander ist schwierig und erfordert in Anbetracht der Fabrikationstoleranzen einen entsprechend hohen Arbeitsaufwand.
• Gemäß der Erfindung werden diese Nachteile dadurch vermieden, daß die Statorpole über ein Joch magnetisch gekoppelt sind, welches ein zylindrisches Gehäuse zur Aufnahme und Lagerung der Rotore bildet, und daß die Rotore, auf einer Achse hintereinander angeordnet, und mit dieser zu einer drehbaren Einheit verbunden sind. Damit wirkt das Magnetfeld jeder der nacheinander zu erregenden Statorspulen über einen gleich großen Hebelarm auf den ihr zugeordneten Rotor ein, und die Teile des Schrittschaltmotors sind gleichmäßig sowohl in radialer wie in axialer Richtung verteilt. Die Luftspalte und die Rotore sind nach außen abgeschirmt, wie dies z. B. bei Rufstromerzeugern für Fernsprechanlagen an sich bekannt ist.
• Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung werden die im Schrittschaltmotor einander benachbarten magnetischen Flußwege zwischen den Rotoren magnetisch voneinander getrennt. Damit wird verhindert, daß durch magnetische Streuflüsse über benachbarte Rotore die von der einzelnen Statorspule auf den ihr zugeordneten Rotor ausgeübte Kraft geschwächt wird. Als Folge davon erhält man eine wesentliche Steigerung des Wirkungsgrades und der Ansprechempfindlichkeit.
• In einfacher Weise kann die magnetische Abschirmung dadurch bewirkt werden, daß zwischen zwei aufeinanderfolgenden Rotoren eine Scheibe aus nichtmagnetischem Material angeordnet wird.
• Zur Erleichterung des Zusammenbaues des Schrittschaltmotors können gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung die nichtmagnetischen Scheiben aus lötbarem Material bestehen und zusammen mit den Rotoren des Schrittschaltmotors zu einem einstückigen Motoranker vereinigt werden.
• Die Rotore müssen so zueinander angeordnet werden, daß ihre gleichartig ausgebildeten Polschuhe genau hintereinanderliegen. Zu diesem Zweck können zur Fixierung der gegenseitigen Lage der Rotore axial angeordnete Drehsicherungsstifte zwischen den Rotoren vorgesehen werden. Derartige Stifte können zur Kupplung mehrerer auf einer Achse sitzender Rotore verwendet werden, welche nicht miteinander verlötet sind, oder sie können die Lage der Rotore zueinander vor ihrer Verlötung- sicherstellen.
• Im folgenden ist die Erfindung an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen beschrieben. Es bedeutet Fig. 1 eine Seitenansicht des Schrittschaltmotors gemäß der Erfindung mit geschnittenem Stator, Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf den ersten Rotor des Schrittschaltwerkes, vor Erregung der folgenden Statorspule, Fig. 3 eine schematische Draufsicht auf den zweiten Rotor, Fig. 4 eine schematische Draufsicht auf den dritten Rotor, Fig. 5 einen Längsschnitt durch den Schrittschaltmotor in anderer Ausführungsform.
• In den Fig. 1 bis 4 ist ein Schrittschaltmotor dargestellt, welcher drei Rotore R 1, R 2 und R 3 aufweist, die miteinander gekuppelt sind und aus magnetischem Material, z. B. aus dem unter dem handelsüblichen Namen bekannten Permalloy, bestehen. Die Rotore R 1 bis R 3 weisen Polschuhe RP auf und sind auf einer Achse RX gelagert. Jeder der Rotore R 1 bis R 3 werden durch Statorpole S 1 bzw. S 3 um- faßt, welche mit Polschuhen SP entsprechend den Polschuhen RP versehen sind und einen Zylinder C als gemeinsames Joch haben. Die Statorpole S 1 bis S3 und der Zylinder C bestehen ebenfalls aus magnetischem Material. Zwischen den Statorpolen S 1 bis S 3 sind drei Statorspulen L 1, L 2 und L 3 koaxial zu den Rotoren R 1 bis R 3 angeordnet und liegen damit gegenüber je einem der Rotore R 1 bis R 3. Die Statorspulen L 1 bis L 3 sind durch den Zylinder C und durch die entsprechenden Statorpole S 1 bis S 3 festgelegt. Die Rotore R 1 bis R 3 werden über ihre Achse RX an Seitenplatten B mittels Träger SX derart gelagert, daß sie sich frei um die Achse RX drehen können. Die Polschuhe SP der drei Statorpole S 1 bis S 3 sind so angeordnet, daß die Polschuhe SP eines der Statorpole S 1 bzw. S 2 gegenüber den Polschuhen SP des jeweils benachbarten Statorpoles S 2 bzw. S 3 um ein Drittel der Polteilung p in Umfangsrichtung verschoben sind, während die Polschuhe RP der drei Rotore R 1 bis R 3 gleichwinkelig angeordnet sind. Ein Schrittschaltmotor derartigen Aufbaues arbeitet wie folgt: Wenn eine Spannung nacheinander an die drei Statorspulen L 1 bis L 3 angelegt wird, werden die Rotore R 1 bis R 3 jedesmal zusammen um ein Drittel der Polteilung gedreht, und zwar nach der einen oder der anderen Richtung, je nach der durch die vorbeschriebene Bauweise bei der jeweils ersterregten Statorspule zustande kommenden Lage der Polschuhe SP und RP zueinander. Dabei ist zu beachten, daß in einem Schrittschaltmotor gemäß Fig. 1 die drei Rotore R 1 bis R 3 wie die drei Statorpole S 1 bis S 3 magnetisch miteinander gekuppelt sind. Bei der Erregung einer der drei Statorspulen L 1 bis L 3 entsteht daher ein verhältnismäßig großer Streufluß über die benachbarten Rotore und Statorpole. Dadurch ergibt sich ein Absinken des Drehmomentes des Schrittschaltmotors und ein Absinken seiner Ansprechcharakteristik. Wie in der Fig. 1 durch mit Pfeile gekennzeichnete Kreise dargestellt, entstehen bei Erregung, z. B. der Statorspule L 1, die Magnetflüsse 0 1 und 0 2, wobei erstere das eigentliche Drehmoment zur Bewegung des Rotors R 1 um ein Drittel der Polteilung ausübt, (Stellung wie in Fig. 3) und der letztere einen Streufluß darstellt, welcher bestrebt ist, den Rotor R 2 in die entgegengesetzte Richtung zu drehen (Stellung wie in Fig. 4). Dementsprechend wird das Drehmoment von 0 1 kleiner, was zu dem genannten Abfall der Ansprechcharakteristik des Schrittschaltmotors führt.
• Dieser Nachteil wird bei der Anordnung nach Fig. 5 vermieden, bei welcher im Grundsätzlichen der Aufbau und die Wirkungsweise des Schrittschaltmotors nach den Fig. 1 bis 3 erhalten bleibt. Zwischen den Rotoren R 1 bis R 3 sind dünne Scheiben UM I und UM 2 aus nichtmagnetischem Material, z. B. aus Kupfer oder Phosphorbronze eingefügt oder auf die Stirnseiten der Rotore R 1 bis R 3 aufgebracht, und die benachbarten Rotore sind mittels Löten oder mittels ,hier nicht dargestellter Befestigungsbolzen zu einer Einheit mit den dazwischenliegenden Scheiben zusammengefügt. Auf den mit dem nichtmagnetischen Material versehenen Stirnseiten der Rotore R 1 bis R 3 sind Öffnungen H vorgesehen, in welche Drehsicherungsstifte K eingeführt sind, um jede Änderung in der Lage der drei Rotore zueinander zu unterbinden. Bei dieser Ausführung sind die Rotore R 1 bis R3' durch die nichtmagnetischen Scheiben UM 1 und UM2 magnetisch voneinander getrennt, mit dem Ergebnis, daß der Magnetfluß 01, welcher in der Statorspule L 1 erzeugt wird, nahezu voll wirksam und der Streufluß 0 2 in hohem Maße verringert wird. Auf diese Weise erzeugt der Schrittschaltmotor ein hohes Drehmoment und weist eine sehr gute Ansprechcharakteristik auf. Des weiteren wird es bei Zwischenfügung von nichtmagnetischen Scheiben UM 1 und UM 2 aus lötbarem Material zur magnetischen Trennung der Rotore R 1 bis R 3 möglich, benachbarte Rotore mit einfachen Mitteln durch Löten zu vereinen, was ein einwandfreies Zusammenwirken der Rotore R 1 bis R 3 sicherstellt. Da die nichtmagnetischen Scheiben UM1 und UM2 nur eine geringe Dicke aufweisen müssen, können die Rotore R 1 bis R 3 dicht aufeinanderfolgend angeordnet werden.

Claims (5)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Schrittschaltmotor für Fernsteueranlagen, insbesondere zum Antrieb von Fernsprechwählern mit mehreren, durch je eine von mehreren nacheinander zu erregenden Statorspulen betätigten Rotoren, welche zu einer Einheit vereinigt sind, und mit Statorpolen, deren Polschuhe je Rotor um einen Teilbetrag der Polteilung in Bewegungsrichtung der Rotore gegeneinander versetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorpole (S1 bis S3) über ein Joch magnetisch gekoppelt sind, welches ein zylindrisches Gehäuse (C) zur Aufnahme und Lagerung der Rotore (R I bis R3) bildet und daß die Rotore (R 1 bis R 3) auf einer Achse (RX) hintereinander angeordnet und mit dieser zu einer drehbaren Einheit verbunden sind.
2. 2. Schrittschaltmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die im Schrittschaltmotor einander benachbarten magnetischen Fluß-Wege (0 1 und (h 2) zwischen den Rotoren (R 1/R 2) und (R 2./R 3) magnetisch voneinander getrennt sind.
3. 3. Schrittschaltmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen je zwei aufeinanderfolgenden Rotoren (R 1/R 2 und R 2/R 3) eine Scheibe (UM1 bzw. UM2) aus nichtmagnetischem Material angeordnet ist.
4. 4. Schrittschaltmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die nichtmagnetischen Scheiben (UM1 und UM2) aus lötbarem Material bestehen und zusammen mit den Rotoren (R 1 bis R3) des Schrittschaltmotors zu einem einstückigen Motoranker vereinigt sind.
5. 5. Schrittschaltmotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Fixierung der gegenseitigen Lage der Rotore (R 1 bis R 3) axial angeordnete Drehsicherungsstifte (K) zwischen den Rotoren (R 1 und R 2 bzw. R 2 und R 3) vorgesehen sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1102 262.