DE1802531C3

DE1802531C3 - Anordnung mit einem elektrischen Schrittmotor

Info

Publication number: DE1802531C3
Application number: DE1802531A
Authority: DE
Inventors: Adrian John Bengeo Hertfordshire Bolton; Barrie Andrew Crowthorne Berkshire Gillies
Original assignee: Fujitsu Services Ltd
Current assignee: Fujitsu Services Ltd
Priority date: 1967-10-19
Filing date: 1968-10-11
Publication date: 1974-03-14
Also published as: US3559012A; DE1802531B2; DE1802531A1; GB1206429A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung mit einem elektrischen Schrittmotor, dessen Stator eine Anzahl von mit Wicklungen versehenen Polen besitzt, und einen wenigstens ein Polpaar aufweisenden, permanentmagnetisierten Roter, der beim taktweisen Erregen der Wicklungen nach einem bestimmten Schema durch eine Steuerschaltung schrittweise dadurch bewegt ist. daß die dem einen Rotorpol anziehenden Statorp i in Bewegungsrichtung vorgelagerten zwei Statorpole dieselbe Polarität erhalten wie der Rotorpnl.

Es ist bereits eine Anordnung rrit einem elektrischen Schrittmotor dieser Art begannt (deutsche Auslegungsschrift 1 102 877), bei dem die Wicklung des Pols in unmittelbarer Nähe hinter dem vorher anziehenden Pol von einen! ein abstoßendes Feld erzeugenden Strom erregt wird. Das Gesamtdrehmoment wird dabei aus eier abstoßenden Kraft des einen Pols und der anziehenden Kraft des anderen Pols gebildet, und der Rotorpol wird von diesen Polen stets in Richtung auf den anziehenden Pol fortgeschoben.

Mit einer derartigen Anordnung läßt sich eine exakt gesteuerte, schrittweise Bewegung des Rotors jedoch nicht erzielen, da sich der Rotorpol über die angesteuerte Polstellung hinaus bewegen kann, da dort der dem anziehenden Pol in Bewegungsrichtung nachfolgende Pol gleichnamig mit dem letzteren Pol polarisiert ist, also auch dieser eine Anziehungskraft auf den Rotorpol ausübt, wodurch zumindest ein Überschwingen auftritt.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, ein derartiges Überschwingen des Rotors bei Erreichen der Schrittstellungen zu vermeiden.

Gemäß der Erfindung wird dies, ausgehend von. dem Schrittmotor der eingangs genannten Art, dadurch erreicht, daß aucli der dem den Rotorpol anziehenden Statorpol in Bewegungsrichtung folgende Statorpol die Polarität des Rotorpols erhält. Durch eine derartige Ausgestaltung des elektrischen Schrittmotors kann sich der Rotorpol nicht über die angesteuerte Polstellung hinaus bewegen, da auch von dem in Bewegungsrichtung dem anziehenden Pol folgenden Pol eine abstoßende Kraft auf den Rotorpol ausgeübt wird.

Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung an Hand eines Ausführungsbeispiels erläutert. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen Schrittmotor gemäß der Erfindung,

Fig. 2 die Form eines Statorbleches für einen Schrittmotor nach Fig. 1 und

F i g. 3 das Schaltbild einer Steuerschaltung.

Nach Fig. ! weist der Schrittmacher zehn ringförmig im gleichen Abstand versetzte Pole auf, du von einem zylindrischen Gehäuse 2, das einen Stator bildet, nach innen ragen. Jeder Pol 1 nimmt e.ne Erregerwicklung 3 auf, und die Pole 1 sowie die Wick lungen 3 sind voneinander durch Abschirmungen ! getrennt, wobei die PoU: 1, die Wicklungen 3 unJ Abschirmungen 4 innerhalb des Gehäuses 2 von eine. Füllmasse 5 gehalten werden. Zur Kennzeichnung sind die Pole fund die Wicklungen 3 jeweils einzeln mit einem Index 1 bis 10 versehen.

Bei der Herstellung des Stators werden Vorzugs weise die Pole 1 in der Weise aufgebaut, daß eine An- :-ahl von sternförmigen Blechen 6 aus Eisenblech deren jede die Gestalt nach F i g. 2 mit zehn para! Icle Seiten aufweisenden Armen 7 erhält, zu eineii; Stapel der gewünschten Länge zusammengebaut werden. Nach "Herstellung des Stapels werden die Wicklungen 3 aufgebracht, und zwar jeweils eine auf jeden" Arm 7. und der Stapel wird in das zylindrische Gehäuse 2 eingesetzt. Dann werden die Abschirmungen 4 /.wischen die Wicklungen eingesetzt, und die gesamte Anordnung wird in die Füllmasse 5 eingebettet.

Nach dem Einbetten wird die MiUe des geschichteten Stapels längs der zylindrischen Achse des Gehäuses 2 ausgebohrt; der Durchmesser der Bohrung wird dabei so gewählt- daß die Mitten der Schichten 6 vollständig entfernt werden, wobei die Pole 1 in der in F i g. 1 gezeigten Weise verbleiben.

Eine Wellet, die in (nicht dargestellten) Lagern in herkömmlicher Weise an jedem Ende des Gehäuses 2 befestigt ist, nimmt einen Rotor 9 auf, der innerhalb des Stators frei drehbar ist. Der Rotor besitzt zwei diametral gegenüberliegende, entgegengesetzt pcrmanentmagnetisierte Pole 10 und 11.

Die Verbindungen der Wicklungen 3-1 bis 3-10 sind in F i g. 3 gezeigt. Daraus läßt sich entnehmen, daß die Wicklungen diametral zueinander angeordneter Pole 1 miteinander verbunden sind, wobei die Verbindungen so gewählt sind, daß die diametral gegenüberliegenden Pole 1 stets entgegengesetzte magnetische Polarität besitzen. Jede Wicklung 3 weist bifi-Ia^1-C Windungen 12 mit einer Mittenanzapfung 13 auf; die Mittenan/.apfungcn 13 aller Windungen sind an Erde angeschlossen. Die Windungen 12 werden durch die Stufen 14 eines fünfstufigen Schieberegisters erregt. Jede Stufe 14 besitzt einen bistabilen Trigger, und die Windungen 12 werden durch Ausgangslcitungen 15 und 16 aus diesen Triggern erregt, wobei die Leitungen 15 und 16 so geschaltet sind, daß sie entgegengesetzte magnetische Felder an den Polen 1 erzeugen (Fig. 1). Die Leitungen 15 und 16 einer einzigen Stufe 14 werden im entgegengesetzten Sinne mit einer Wicklung 3 des Satzes 3-1 bis 3-5 und mit einer Wicklung 3 des Satzes 3-6 bis 3-10 verbunden.

Die Stufen 14 der Schieberegister sind miteinander in herkömmlicher Weise verbunden und jeweils an eine Schiebeimpulseingangsleitung 17 über UND-Gatter 18 angeschlossen, so daß ein auf der Leitung

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17 auftretender Schiebeimpuls bewirkt, daß die Einstellungen der Stuten längs des Schieberegister* von links nach rechts in Fig. 3 fortschreiten. Die letzte, bzw. rechte Stufe 14 des Registers ist über einen Rückführpfad, der aus einem Ausgangsleileepaar 19 besteht, zurück zur ersten bzw. linken Stufe 14 verbunden, und die Ausgangslcitungen 19 sind an die erste Stufe 14 in umgekehrter Weise angeschlossen, so daß dii· erste Stufe 14 des Registers auf den entgegengesetzten Zustand in bezug auf die letzte Stufe 14 eingestellt wird, wenn die Einstellung aus der Endstufe 14 wieder an der ersten Stufe 14 des Registers eingeführt wird.

Fine Eiustelleiiun» 20 ist mit allen Stufen 14 des Schieberegisters verbunden, damit die Triutier der Stufen au! ein Anfangsstellschema eingestellt werden können. Wenn die beiden möglichen entgegengesetzten Zustände eines Triggers willkürlich mit den V-'crien ■<■> und ■■· I bezeichne! wcuien. kann das Anfanüseinsiv'llschema das in dun Reizi--ierskilVn 1-t ic durch einen an die ilinstelleitu.ig 20 Mngekiiien Impuls eizcugt ·■.' ird. mit OiH)O bezeichnet \\i.-rd.jii.

Zur Uociireibuiig di:r Arbeitsweise -ei an vnom IViCIi. daß die Registerstufen 14 auf dieses Schcni;· nach r^r 1 11. λ eingestellt worden vind. Die linke Stufe

14. die auf den O-Zustand enmestclh r.'.. er/'-i:<e;t einen Ausgang auf ihrer Leitung 15. die !lachten beiden Siiifcn. die auf den 1-Zu-tand .ingeVccui sind, erzeugen jeweils einen Ausgang auf ihren entsprechenden Lei'.un..-;n 16: die Endstufen Ϊ4. die beide iiui den 0 Zustand eingestellt worden sind, erzeigen Ausgange auf ihren zugeordneter, Aii'gangsleitungen

15. Ferner wird angenommen, u.iß ein Ai'-uaim au! seiner Stufe 14 über die Leitung 15 Iw-ϊ·γκϊ. daß -V'-Wicklung 3 des Satzes 3-1 bis 3-5. mi' der er \ ei¹ ·<:,-den ist, bewirkt, daß ein nordoriciiticricr Pol au. Jen Rotor einwirkt, und die Wicklung 3 des Satze¹-: .'-6 bis 3-10 einen südorientierten Pol erzeug; Sonn! wird du Schema der Pole Il bis 1-5 (Fig. Ij. das von der Anfangseinstelhmg erzeug- wird, M-S-S V-V, .■■- und die Pole 1-6 bis 1-10 werden auf ein Schema entgegengesetzter Polarität. S-N-S-S-S eingestellt. Da die diametral gegenüberliegenden Pole 1 siel·, entgegengesetzte Polarität aufweisen und die Pole 10 und II des Rotors ebenfalls uHgegengesctzle PoIarila't besitzen, wird nur die Wirkung der magnetischen Felder, die von dem Salz von Polen 1-1 bis 1-5 in bezug auf der, Pol 10 erzeugt werden, im einzelnen beschrieben, wobei die Wirkung der I ,.ider, die durch den Satz von Polen 1-6 bis 1-10 auf den Pol 11 erzeugt werden, ähnlich ist. Dei i'ol H< ist ein permanentmaenetisierler Pol. so daß er einen südorientiertjn Magnetpol erzeugt. In Abhängigkeit von dem anfänglichen Polscrrjma wird der Rotoi ,:> angeordnet, dal.' der Pol 10 gegenüber dem Pol J-I liegt, der zu diesem Zeitpunkt ein anziehendes magnetisches Feld in bezug auf die Polarität des Poles 10 erzeugt. Die beiden benachbarten Pole 1-2. 1-3. 1-10 und 1-9 auf jeder Seite de; Pols 1-1 erzeugen zu diesem Zeitpunkt abstoßende Felder.

Nach dem Auftreten eines Schiebeimpulses auf der Leitung 17 (Fig. 3) wird das Einstellschema der ersten vier Stufen 14 des Schieberegisters um eine Stelle nach rechts verschoben, und die erste Stufe 14 wird auf den entgegengesetzten Zustand zu dem Zustand eingestellt, auf den die Endstufe 14 eingestellt war. Das Einstc!l^cchcma der Stufen 14 wird somit 1-0 110. und die entsprechende Polverteilung über den Satz von Polen 1-1 bis 1-5 (Fig. 1) wird S-N-S-S-N, der Satz, von Polen 1-6 bis 1-10 wird entsprechend N-S-N-N-S.

Somit erzeugt der Pol 1-2 nunmehr ein anziehendes Feld in bezug auf den Pol 1Ö, und die Pole 1-! und 1-3 erzeugen abstoßende Felder. Damit bewegt sich der Pol 10 in Ausrichtung mit dem Pol 1-2, die Bewegung wird sowohl durch das anziehende Feld \on dem Pol 1-2 als auch durch das abstoßende Feld von dem Pol 1-1 unterstützt. Somit wird das zur Bewegung des Rotors 9 zur Verfügung stehende Drehmoment nicht nur durch die Anziehungskraft von dem Pol 1-2, sondern auch durch die Abstoßungskraft von dem Pol l-i erzeugt, wobei diese Abstoßungskraft das zur Verfügung siehende Drehmoment erheblich vergrößert. Gleichzeitig ist die Bewegungsrichtung des Rotors eindeutig, weil zu dem Zeitpunkt, zu dem das anziehende Fe-Id an dem Pol 1-2 v.iü Verfiiüi l! stein, das abstoßend'-· Feld am Pol Ϊ-Ι0 aiii rc -,erhalten wird.

Nachden. der nächste ScIv. Oeimpuls dem Schieberegister aus der LeJumi: 17 (Fig 3) aufgegeben worden i'-.t. hat das gesamte Schema der Polzustände sich um ein; PoKieüung um den Stator herumbewegt. wm\ diese Sdirittbewegting des Schemas tritt hei jcde;n üai-hfois enden Anlegen eines Schiebeimpulses an das Sc:iieberegi-,ier auf. Der P >1 1" des Rotors wird schrittweise auf jeden der PoL 1-1 bis 1-5 nacheinander in fünf Arbeil-.vorüäiiuen verschoben, und die sechste Stufe des Pckchemas. die ursprünglich von den Polen 1-1 bis 1-5 eingenommen worden ist, wird \on ii:n Polen 1-6 bis 1-10 eingenommen. Beim elfter. Sehnt: wird das ursprüngliche Polschema aller !•nie 1-1 bis 1 JO wiederholt, so daß der Rotor 9 in seiner -ei" Mtweisen Hevemmi! in der gleichen Richtung fivi:,.-.:■. solange Sehiebeimpulsc auf der Leitung '7 ι'.-' i i:. -■>/ ;:i:tiiv!en.

betrachte¹ man die. lieding'jn/,eu tür den Pol 10 des Rotors') (Fig. I), so erkennt man, daß während eines jeden Schriti.es der Po! 10 ;:egen einen der Pole 1-1 bis 1-10 angezogen wird, und daß benachbarte Pole ein abstoßendes Feid erzeugen. Wenn das Polschema. /.. B. das magnetische Schema, das von den Slatorp'-'len erzeugt wird, um '.'inen Schritt durch die Polgnippe wcitergewantlert ist. wird der nächste Pol in dei Folge nunmehr das anziehende Feld erzeugen, während der Pol. der in dem vorausgehenden Schritt das ::n/iehen-.le Feld erzeugt hat. nunmehr ein ibstoßenues feld erzeugt. Gleichzeitig erzeugt der unmittelbar '-,ir.Uisgchende Pol der Folge ein abstoßendes Feld, wc 'irch die Bewegungsrichtung des Bauteiles 10 eiiii! jtii: wird.

Vorgeht-,, wurde das Schieberegister in Verbindung mi; nur 5 Stufen erläutert, die Arbeitsweise des Registers ist jedoch so, daß ein Polschema erzeugt wird, das unverändert schrittweise um die gesamte Gruppe von Polen wandert. Somit kann auch ein anderes aufgebautes Schieberegister verwendet werden.

Darüber hinaus kann der Rotor mit nur einem einzigen Pol ähnlich dem Po! 10 verschen werden. In diesem Falle braucht das Schema der Polfc'.dverteilung nicht so ausgelegt zu werden, daß nur ein einziger anziehender Statorpol entsteht, wobei alle anderen Pole so angeordnet sind, daß sie abstoßende Felder erzeugen. Unter diesen Umstanden ergibt sich, daß zur Erzielung einer einsprechenden Steuerung in der Weise, daß die Bewegungsrichtung des Rotors eindeutig ist, jede beliebige Anzahl von Polen

größer als drei im Stator vorgesehen werden kann. Ferner ist es nicht notwendig, daß die Windungen bifilar gewickelt sind und eine Mittenanzapfung aufweisen. Zwei unabhängige Wicklungen oder eine einzige Wicklung in Verbindung mit einer Einrichtung zur Umkehrung der Polarität können andererseits für die wahlweise Erzeugung der entsprechenden Magnetfelder durch die Pole verwendet werden. Zwer ist die Erfindung in Verbindung mit einem stufenweise angetriebenen Motor mit einem eine Anzahl von Polen aufweisenden Stator und mit einem ein oder zwei pcrmanentmagnetisierte Pole aufweisenden Rotor beschrieben, die Rolle von Stator und Rotor kann jedoch vertauscht werden, und es lassen sich auch die gleichen Antriebsanordnungen zui Steuerung der Linearbewegung eines magnetisierten Pols in bezug auf einen Satz von wahlweise magnetisierbarcn Polen verwenden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Anordnung mit einem elektrischen Schrittmotor, dessen Stator eine Anzahl von mit Wicklungen versehenen Polen besitzt, und einen wenigstens ein Polpaar aufweisenden, permanentmagnetischen Rotor, der beim laktweisen Erregen der Wicklungen nach einem bestimmten Schema durch eine Steuerschaltung schrittweise dadurch bewegt ist, daß die dem einen Rotorpol anziehenden Statorpol in Bewegungsrichtung vorgelagerten zwei Statorpole dieselbe Polarität erhalten wie der Rotorpol, dadurch gekennzeichnet, daß auch der dem den Rotorpol (10; 11) anziehende Statorpol (3-2; 3-7) in Bewegungsrichtung folgende Staiorpol (3-3; 3-8) die Polarität des Rotorpols (10; 11) erhält.