DE3022377C2 - - Google Patents
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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
- H02K37/20—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 rotating flux distributors, the armatures and magnets both being stationary
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- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K21/00—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets
- H02K21/38—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with rotating flux distributors, and armatures and magnets both stationary
- H02K21/44—Synchronous motors having permanent magnets; Synchronous generators having permanent magnets with rotating flux distributors, and armatures and magnets both stationary with armature windings wound upon the magnets
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- Power Engineering (AREA)
- Control Of Stepping Motors (AREA)
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Description
Die Erfindung bezieht sich
auf einen Schrittmotor mit einem Stator, der wenigstens
enthält:
einen ersten ringförmigen Statorteil mit einer Ringspule und einer diese Ringspule umschließenden magnetisch leitenden Umhüllung, die in ein erstes und ein zweites ringförmiges Zähnesystem mündet;
einen zweiten ringförmigen Statorteil mit einer Ringspule und einer diese Ringspule umschließenden magnetisch leitenden Umhüllung, die in ein drittes und ein viertes ringförmiges Zähnesystem mündet;
einen axial magnetisierten und ringförmigen dauermagne tischen Teil, der koaxial zu beiden Statorteilen zwischen diesen Statorteilen liegt, wobei das zweite und das dritte ringförmige Zähnesystem an diesen dauermagnetischen Teil grenzen; und einen Rotor mit einer mit dem ersten, dem zweiten, dem dritten und dem vierten Zähnesystem zusammen arbeitenden Verzahnung, wobei das erste Zähnesystem und das zweite Zähnesystem miteinander in bezug auf die Rotor verzahnung einen elektromagnetischen Nennwinkel von 180° einschließen, das dritte und das vierte Zähnesystem miteinander in bezug auf die Rotorverzahnung einen elektro magnetischen Nennwinkel von 180° einschließen, das erste und das vierte Zähnesystem miteinander in bezug auf die Rotorverzahnung einen elektromagnetischen Nennwinkel von 90° einschließen und das zweite und das dritte Zähne system miteinander in bezug auf die Rotorverzahnung einen elektromagnetischen Nennwinkel von 90° einschließen.
einen ersten ringförmigen Statorteil mit einer Ringspule und einer diese Ringspule umschließenden magnetisch leitenden Umhüllung, die in ein erstes und ein zweites ringförmiges Zähnesystem mündet;
einen zweiten ringförmigen Statorteil mit einer Ringspule und einer diese Ringspule umschließenden magnetisch leitenden Umhüllung, die in ein drittes und ein viertes ringförmiges Zähnesystem mündet;
einen axial magnetisierten und ringförmigen dauermagne tischen Teil, der koaxial zu beiden Statorteilen zwischen diesen Statorteilen liegt, wobei das zweite und das dritte ringförmige Zähnesystem an diesen dauermagnetischen Teil grenzen; und einen Rotor mit einer mit dem ersten, dem zweiten, dem dritten und dem vierten Zähnesystem zusammen arbeitenden Verzahnung, wobei das erste Zähnesystem und das zweite Zähnesystem miteinander in bezug auf die Rotor verzahnung einen elektromagnetischen Nennwinkel von 180° einschließen, das dritte und das vierte Zähnesystem miteinander in bezug auf die Rotorverzahnung einen elektro magnetischen Nennwinkel von 180° einschließen, das erste und das vierte Zähnesystem miteinander in bezug auf die Rotorverzahnung einen elektromagnetischen Nennwinkel von 90° einschließen und das zweite und das dritte Zähne system miteinander in bezug auf die Rotorverzahnung einen elektromagnetischen Nennwinkel von 90° einschließen.
Ein derartiger Schrittmotor
ist aus der DE 27 27 450 A1 bekannt. Ein derartiger Motor
eignet sich insbesondere zur Verwirklichung sehr kleiner
Schrittwinkel von z. B. 1,8°. In der genannten Anmeldung
ist angegeben, daß Unterschiede in den magnetischen
Leitwerten der Wege von dem dauermagnetischen Ring zu
dem ersten und dem zweiten Zähnesystem, gleich wie in
den Wegen zu dem dritten und dem vierten Zähnesystem, zu
asymmetrischen Drehmomenten, d. h. zu ungleichen Drehmo
menten bei den unterschiedlichen Erregungsphasen, führen.
Dabei sind eine Anzahl von Verfahren angegeben, durch die
diese Ungleichheiten dieser Wege beseitigt werden können.
Es stellt sich heraus, daß es
in der Praxis besonders schwierig ist, die genannten
magnetischen Leitwerte einander gleich zu machen. Außerdem
stellt sich heraus, daß die genannten asymmetrischen Dreh
momente mit Schrittwinkelfehlern einhergehen, die viel
störender als asymmetrische Drehmomente sind.
Die Erfindung hat die Aufgabe,
einen Motor der eingangs genannten Art mit in hohem Maße
beseitigten Schrittwinkelfehlern zu schaffen.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß zur Beseitigung von Schrittwinkel
fehlern der genannte Winkel zwischen dem ersten und dem
vierten Zähnesystem in bezug auf die Rotorverzahnung gleich
90° - α und der genannte Winkel zwischen dem zweiten
und dem dritten Zähnesystem gleich 90° + β ist, wobei α + β
ein positiver Winkel von mindestens 2° ist, wobei diese
Winkelabweichungen auf symmetrische Weise angebracht sind,
derart, daß der genannte Winkel zwischen dem ersten und
dem zweiten Zähnesystem im wesentlichen gleich dem
genannten Winkel zwischen dem dritten und dem vierten
Zähnesystem ist.
Unter einem elektromagnetischen
Winkel von 360° ist dabei eine Relativverschiebung des
Rotors in bezug auf den Stator gleich dem Zahnteilungs
abstand, d. h. gleich dem Mittenabstand dieser Zähne, zu
verstehen. Bei einem 1,8°-Schrittmotor, d. h. bei einem
Schrittmotor, dessen Rotor sich pro Schritt 1,8° und pro
Zyklus von vier Schritten 7,2° verdreht, entsprechen also
360 elektromagnetische Grad 7,2 räumlichen Grad.
Die Erfindung liegt die Er
kenntnis zugrunde, daß die genannte Ungleichheit in
magnetischen Leitwerten zu einem Klebmoment, d. h.
zu dem Drehmoment in unerregtem Zustand führt, das
zusammen mit dem durch die Erregung bestimmten Dreh
moment zu ungleichen Drehmomenten in den vier ver
schiedenen Erregungsphasen und zu ungleichen Schrittwin
keln zwischen den zu den vier Erregungsphasen gehörigen
stabilen Lagen des Rotors führt, und daß es zur Besei
tigung der Schrittwinkelfehler nicht erforderlich ist,
die genannte Ungleichheit in magnetischen Leitwerten zu
eliminieren, sondern daß es durch Änderung der Winkel
zwischen den verschiedenen Zähnesystemen möglich ist, die
Schrittwinkelfehler zu eliminieren. Die benötigten Korrek
turen α und β können beim Ausrichten des Motors während
der Herstellung angebracht werden. Ein Schrittmotor, der
besonders gut für genaue Korrekturen der Ausrichtung
geeignet ist, ist in der niederländischen Patentanmeldung
79 04 817 (DE-30 22 433 A1) der Anmelderin beschrieben.
Ein besonders für Einwegerre
gung entworfener Schrittmotor kann weiter dadurch gekenn
zeichnet sein, daß sowohl α als auch β ein positiver
Winkel von mindestens 1° ist und α und β im wesentlichen
einander gleich sind.
Ein besonders für Doppelweg
erregung entworfener Schrittmotor kann weiter dadurch
gekennzeichnet sein, daß einer der Winkel α und β im
wesentlichen gleich 0° ist und der andere mindestens 2°
beträgt.
Es ist aber als Alternative
auch möglich, daß einer der Winekl α und β einen
negativen Wert aufweist. Durch diese Maßnahme ist es
möglich, die verschiedenen Drehmomente einander unter
Beibehaltung von Schrittwinkelgenauigkeit besser gleich
zu machen.
Einige Ausführungsformen der
Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im
folgenden näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 einen Schnitt durch
einen Schrittmotor, bei dem die Erfindung angewandt wer
den kann,
Fig. 2 eine schematische Dar
stellung der gegenseitigen Lagen der Stator- und der
Rotorverzahnung,
Fig. 3 eine Anzahl von Dia
grammen zur Erläuterung der Erregung eines Motors nach
Fig. 1,
Fig. 4 ein Vektordiagramm zur
Erläuterung des Auftretens von Schrittwinkelfehlern bei
einem Motor nach Fig. 1 bei Einwegerregung,
Fig. 5 ein Vektordiagramm
gleich dem nach Fig. 4 bei Doppelwegerregung,
Fig. 6 ein Vektordiagramm
gleich dem nach Fig. 4 mit Korrekturen nach der Erfindung,
Fig. 7 ein Vektordiagramm gleich
dem nach Fig. 5 mit Korrekturen nach der Erfindung,
und
Fig. 8 ein Vektordiagramm
gleich dem nach Fig. 5 mit einem in bezug auf das nach
Fig. 7 abgewandelten Korrekturverfahren.
Fig. 1 zeigt einen axialen
Schnitt durch einen Schrittmotor, in dem das Prinzip nach
der Erfindung angewandt werden kann. Der Schrittmotor
ist im wesentlichen drehsymmetrisch um die Achse A und
enthält einen Rotor 1 und einen Stator 2. Der Stator
besteht aus zwei koaxialen Statorteilen 3 und 4 mit einem
koaxial dazwischenliegenden in axialer Richtung magneti
sierten dauermagnetischen Ring 5. Jeder der Statorteile 3
bzw. 4 enthält eine koaxial liegende Ringspule 8 bzw. 9,
die von einer magnetisch leitenden Umhüllung 6 bzw. 7
umgeben ist, die auf der Innenseite in zwei ringförmige
Zähnesysteme 10 und 11 bzw. 12 und 13 mündet. Der Rotor 1
ist mit mit den ringförmigen Zähnesystemen 10, 11, 12
bzw. 13 zusammenarbeitenden ringförmigen Zähnesystemen
14, 15, 16 bzw. 17 versehen.
Fig. 2 zeigt schematisch die
Lage der Statorzähnesysteme 10, 11, 12 bzw. 13 in bezug
auf die Rotorzähnesysteme 14, 15, 16 bzw. 17. Dabei sind
die Rotorzähne axial derart fluchtend angeordnet, daß
die obere Reihe in Fig. 2 die Zähnesysteme 14, 15, 16 und
17 darstellt. (Das Umgekehrte, wobei die Statorzähne axial
miteinander fluchten und die Rotorzähne verschoben sind,
ist dabei möglich). Bei einer bestimmten Lage des Rotors
liegen die Zähne des Statorzähnesystems 10 den Rotor
zähnen gegenüber (wie in Fig. 2 dargestellt ist). Die
Zähne des Statorzähnesystems 11 müssen dann im wesentli
chen über 180° oder aber über einen halben Teilungs
abstand gegen die Zähne des Statorzähnesysteme 10 verscho
ben sein. Die Zähne des Zähnesystems 12 sind über 90° oder
aber über einen Viertelteilungsabstand (oder über Drei
viertelteilungsabstandes in der anderen Richtung gesehen)
gegen die des Zähnesystems 10 verschoben und die Zähne
des Zähnesystems 13 sind über 270° oder aber über Drei
viertelteilungsabstand (oder über ein Viertelteilungs
abstand in der anderen Richtung gesehen) gegen die des
Zähnesystems 10 verschoben. Die gegenseitigen Lagen der
Zähne der Zähnesysteme 12 und 13 können auch gerade umge
kehrt sein.
Fig. 3 zeigt zwei Möglichkeiten
zur Erregung des Motors nach Fig. 1. Dabei zeigen die
Diagramme a bzw. b die Erregungsströme für die Spulen 8
bzw. 9 im Falle einer Einwegerregung (jeweils nur eine
Spule erregt) und die Diagramme c bzw. d diese Ströme
im Falle einer Doppelwegerregung. Dabei ist ein Strom +I
derart gerichtet, daß das von der Spule 8 in dem Luft
spalt zwischen den Zähnesystemen 10 und 14 erzeugte Feld
dieselbe Richtung wie das vom dauermagnetischen Ring 5
in diesem Luftspalt erzeugte Feld aufweist und daß das
von der Spule 9 in dem Luftspalt zwischen den Zähne
systemen 12 und 16 erzeugte Feld dieselbe Richtung wie
das von dem dauermagnetischen Ring 5 in diesem Luft
spalt erzeugte Feld aufweist.
Wenn zum Zeitpunkt t 1 ein
Strom +I der Spule 8 zugeführt wird und die Spule 9
unerregt bleibt, wird vom Feld im Luftspalt zwischen
den Zähnesystemen 10 und 14 ein Drehmoment erzeugt, das
die Rotorzähne zu den Zähnen des Zähnesystems 10
richtet, und vorausgesetzt, daß sich der Rotor bewegen
kann, wird sich dann die in Fig. 2 dargestellte Situation
ergeben. Wenn zum Zeitpunkt t 2 die Spule 9 mit einem
Strom +I erregt wird, während die Spule 8 unerregt ist,
erzeugt das Feld im Luftspalt zwischen den Zähnesystemen
12 und 16 ein Drehmoment, daß die Zähne des Zähnesystems
12 in bezug auf die des Zähnesystems 16 zu richten sucht,
wobei sich der Rotor über einen Viertelteilungsabstand
verschiebt. Eine darauffolgende Erregung der Spule 8
zum Zeitpunkt t 3 mit einem Strom -I bewirkt, daß sich
die Zähne des Zähnesystems 11 zu denen des Zähnesystems
15 richten, während eine zum Zeitpunkt t 4 stattfindende
Erregung der Spule 9 mit einem Strom -I bewirkt, daß sich
die Zähne des Zähnesystems 17 zu denen des Zähnesystems
13 richten. So bewegt sich der Rotor nacheinander mit
Schritten von 90° von der in Fig. 2 dargestellten Lage auf
0° zu 90°, 180°, 270° und 360°.
Bei der in Fig. 3c und 3d
dargestellten Doppelwegerregung werden jeweils in zwei
Paaren von Zähnesystemen Drehmomente auf den Rotor aus
geübt. Zum Beispiel bei der Erregung zum Zeitpunkt t 1 der Spulen
8 und 9 mit je einem Strom +I erzeugen die Felder in den
Luftspalten zwischen den Zähnesystemen 10 und 14 und den
Zähnesystemen 12 und 16 Drehmomente, die eine Verschie
bung des Rotors zu einer Lage bewirken, der 45° von der
in Fig. 2 dargestellten Lage entfernt ist. Dadurch, daß
die Spulen 8 und 9 nacheinander auf eine in Fig. 3c
und 3d dargestellte Weise erregt werden, bewegt sich der
Rotor nacheinander mit Schritten von 90° zu Lagen auf
45°, 135°, 225° und 315°.
Fig. 4 zeigt ein Vektordiagramm,
in dem die Richtung der Vektoren die Lage angibt, in die
der Rotor bei einer bestimmten Erregung des Stators
getrieben wird, wobei die Länge dieses Vektors ein Maß
für die Größe des Treibmoments ist. Durch vektorielle
Addition der zu einer bestimmten Erregung gehörigen
Vektoren wird der Vektor, der zu der Summe dieser
Erregung gehört, erhalten. Die Vektoren P 1, P 2, P 3 bzw.
P 4 gehören zu der Einwegerregung der Spule 8 mit einem
Strom +I, der Spule 9 mit einem Strom +I, der Spule 8 mit
einem Strom -I bzw. der Spule 9 mit einem Strom -I. Die
Größen der zugehörigen Drehmomente sind bei einem idealen
Motor einander gleich.
Dadurch, daß die magneti
schen Leitwerte der Wege von dem dauermagnetischen Ring 5
zu den Zähnesystemen 10, 11, 12 und 13 in der Praxis
einander nicht gleich sein werden, wird der Rotor, falls
der Motor unerregt ist, doch eine bevorzugte Lage auf
weisen, die, weil die magnetischen Leitwerte zu den
Zähnesystemen 11 und 12 kleiner als die zu den Zähne
systemen 10 und 13 sein werden und weil der Stator zu dem
dauermagnetischen Ring 5 symmetrisch ist, auf etwa 135°
liegen wird. Der Vektor, der diese Lage und die Größe
des zugehörigen Klebmoments symbolisch darstellt, ist in
Fig. 4 mit P d bezeichnet.
Bei Erregung des Motors werden
die dieser Erregung entsprechenden Vektoren dadurch
gefunden, daß der zugehörige Vektor P 1, P 2, P 3 oder P 4
vektoriell zu dem Vektor P d addiert wird. Dabei sei
bemerkt, daß dies theoretisch nicht ganz richtig ist, u. a.
weil das Istdrehmoment nicht völlig der Summe des idealen
Drehmoments und des Klebmoments im unerregten Zustand
entspricht. Im erregten Zustand kann auch ein Vektor P d mit
derselben Richtung wie das Klebmoment, jedoch mit einer
anderen Länge u. a. wegen infolge der Erregung auftretender
Sättigungen, als vorhanden angenommen werden, wobei
dieses Drehmoment P d , daß dann nicht für alle Erregungs
zustände eine gleiche Länge aufzuweisen braucht, zusammen
mit dem idealen Drehmoment das Istdrehmoment ergibt. Es
stellt sich aber heraus, daß, wenn der Motor nicht zu
stark von einem idealen Motor abweicht, diese Darstellungs
weise ziemlich genau mit der wirklichen Situation überein
stimmt.
In Fig. 4 stellen die Vektoren
P 1 1, P 1 2, P 1 3 bzw. P 1 4 die Summe der Pektoren P 1, P 2, P 3 bzw.
P 4 dar. Durch das Vorhandensein des Drehmoments P d weichen
also die Rotorlagen bei den unterschiedlichen Einwegerre
gungen von den idealen Lagen ab und sind die Schrittwinkel
einander nicht gleich. Die Istlagen des Rotors bei den
unterschiedlichen Einwegerregungen sind die Lagen a 1, 90°
+β 1, 180° - β 1 und 270° - α 1, so daß die Schritt
winkelfehler gleich b 1 - α 1, 2β 1 und 2α 1 sind. Dabei
sind die Drehmomente nicht mehr gleich groß, was aber viel
weniger bedenklich als das Auftreten von Schrittwinkel
fehlern ist.
Fig. 5 zeigt ein gleiches
Vektordiagramm wie Fig. 4, jedoch der an Hand der Fig.
3c und 3d beschriebenen Doppelwegerregung. Dabei stellen
die Vektoren P 12, P 23, P 34 und P 41 die Drehmomente dar,
die bei Doppelwegerregung in einem idealen Motor auftreten
würden und die durch Kombination der Vektoren P 1 und P 2,
P 2 und P 3, P 3 und P 4 bzw. P₄ und P 1 erhalten werden. Die
Vektoren P 1 12, P 1 23, P 1 34 und P 1 41 stellen die Istdrehmomente
dar, wobei diese Vektoren dadurch entstehen, daß die
Vektoren P 12, P 23, P 34 bzw. P 41 vektoriell zu dem Vektor
P d addiert werden. Die zu den Vektoren P 1 41 und P 1 23 gehöri
gen Lagen des Rotors sind dann, wie gefunden wurde, in
bezug auf die Lagen der Vektoren P 41 und P 23 unverändert,
während die zu den Vektoren P 1 12 und P 1 34 gehörigen Lagen
des Rotors in bezug auf den Winkel einen Fehler α 2
aufweisen. Auch hier sind die Drehmomente nicht mehr
gleich groß.
Nach der Erfindung können die
genannten Schrittwinkelfehler dadurch beseitigt werden,
daß man die Winkel zwischen den Zähnesystemen von den
Nennwinkeln 0°, 90°, 180° und 270° abweichen läßt. Fig. 6
zeigt ein Vektordiagramm, das zu einem Motor nach
Fig. 1 gehört, der für Einwegerregung ausgeglichen
ist. Dabei ist dem ersten Zähnesystem eine Abweichung
-1/2 α, dem zweiten Zähnesystem eine Abweichung -1/2 β,
dem dritten Zähnesystem eine Abweichung +½ β und dem
vierten Zähnesystem eine Abweichung +1/2 α gegeben. Diese
Abweichungen sind in Fig. 2 mit gestrichtelten Linien
angegeben. Auf symmetrische Weise ist so der Winkel zwischen
den Zähnesystemen 11 und 12 in bezug auf 90° um β ver
größert und der zwischen den Zähnesystemen 10 und 13 um α
verkleinert.
Wie in Fig. 6 dargestellt ist,
werden die Lagen der Vektoren P 1, P 2, P 3 und P 4, welche
Vektoren die Drehmomente in dem abgesehen von den gegen
seitigen Lagen der Zähnesysteme 10, 11, 12 und 13, idealen
Motor darstellen, gleich -1/2 α, 90° -1/2 β, 180° +1/2 β
und 270° +1/2 α. Addition dieser Vektoren zu dem Vektor P d -
dessen Größe sich infolge der Korrekturen ändern kann -
ergibt die Vektoren P 1 1, P 1 2, P 1 3 bzw. P 1 4. Es läßt sich
einfach erkennen, daß bei einer passenden Wahl der Winkel
α und β die Lagen dieser Vektoren P 1 1, P 1 2, P 1 3 und P 1 4
gleich 0°, 90°, 180° bzw. 270° sind, so daß Schrittwinkel
fehler eliminiert sind. Für kleine Abweichungen läßt sich
dabei annähernd sagen, daß die für Ausgleich vorzunehmen
den Korrekturen α und β gleich den Schrittwinkel
fehlern 2 α 1 und 2 β 1 im unkorrigierten Motor sind
(Fig. 4).
Aus dem Vektordiagramm nach Fig.
5 läßt sich erkennen, daß bei Doppelwegerregung die
Lagen der Vektoren P 1 23 und P 1 41 keinen Fehler, die Lagen
der Vektoren P 1 12 und P 1 34 jedoch wohl einen Fehler aufweisen.
Bei Doppelwegerregung kann dann der Motor dadurch ausge
glichen werden, daß auf symmetrische Weise der Winkel
zwischen nur zwei Zähnesystemen geändert wird. Fig. 7
verdeutlicht dies für einen Motor, bei dem der Winkel
zwischen den Zähnesystemen 11 und 12 um β vergrößert ist,
so daß die Lagen der Vektoren P 2 und P 3 bei 90° -1/2 β bzw.
180° +1/2 β liegen. Addition der Vektoren P 1 und P 2
zu dem Vektor P d und der Vektoren P 3 und P 4 zu dem
Vektor P d ergibt die Vektoren P 1 12 und P 1 34, die eine richti
ge Lage gleich 45° bzw. 225° bei passender Wahl des
Winkels β aufweisen. Annähernd gilt auch, daß die
benötigte Korrektur β gleich dem Schrittwinkelfehler 2 α 2
ist. Die Vektoren P 1 23 und P 1 41 haben in Fig. 7 die richtige
Lage bei 135° bzw. 315° aufrechterhalten, obgleich sich
ihre Längen geändert haben. Der Vektor P 1 23 ist z. B. kürzer
als im Falle nach Fig. 5.
Fig. 8 zeigt eine Alternative
bei Doppelwegerregung, wobei der Winkel zwischen den
Zähnesystemen 10 und 14 um einen Winkel α verkleinert ist.
Auf gleiche Weise wie bei Fig. 7 werden durch Addition die
Vektoren P 1 12 und P 1 34 in richtigen Lagen gleich 45° bzw. 225°
bei passender Wahl des Winkels α erhalten, wofür annähernd
gilt, daß der Korrekturwinkel α gleich dem Schrittwinkel
fehler 2 α 2 ist (Fig. 5). In der Alternative nach Fig. 8
ist die Länge des Vektors P 1 23 gerade in bezug auf diesen
Vektor P 1 23 in der Situation nach Fig. 5 vergrößert. Die
Längen der Vektoren P 1 12 und P 1 34 sind dabei verkleinert,
während in der Situation nach Fig. 7 diese Längen vergrö
ßert sind. Um in bezug auf die Größe der Drehmomente
(entsprechend den Längen der zugehörigen Vektoren) den
Motor zu optimieren, kann es vorteilhaft sein, die
Korrekturen α und β, wie in den Vektordiagrammen nach
Fig. 7 und 8 dargestellt, zu kombinieren, wobei eine der
beiden Korrekturen sogar negativ sein kann. Dabei gilt, daß
die benötigte Gesamtkorrektur α + β wieder annähernd
gleich dem Schrittwinkelfehler 2 α 2 ist.
Das an Hand der unterschied
lichen Vektordiagramme gezeigte Korrekturverfahren trifft
auch bei Verwechselung der Lagen der Zähnesysteme 12 und 13
(270° bzw. 90° statt 90° bzw. 270°) zu, weil sich dann auch
die Lage des Vektors P d ändert und annähernd gleich 225°
wird, was auf eine Spiegelung dieser Vektordiagramme um die
Achse 0°-180° hinauskommt.
Statt die Korrekturen in
den gegenseitigen Lagen der Statorzähnesystemen vorzu
nehmen, ist es selbstverständlich auch möglich, daß
dies in den gegenseitigen Lagen der Rotorzähnesysteme
erfolgt.
Die benötigte Gesamtkorrektur
α + β entspricht annähernd dem Schrittwinkelfehler
in dem nichtkorrigierten Motor. Eine Korrektur von z. B.
α +β = 2° ist bei einem Schrittwinkelfehler von etwa
1/2% eines Zahnteilungsabstandes erforderlich (was 360°
entspricht.)
Claims (4)
1. Schrittmotor mit einem
Stator (2), der wenigstens enthält:
einen ersten ringförmigen Statorteil (3) mit einer Ringspu le (8) und einer diese Ringspule umschließenden magnetisch leitenden Umhüllung (6), die in ein erstes (10) und ein zweites (11) ringförmiges Zähnesystem mündet;
einen zweiten ringförmigen Statorteil (4) mit einer Ringspule (9) und einer diese Ringspule umschließenden magnetisch leitenden Umhüllung (7), die in ein drittes (12) und ein viertes (13) ringförmiges Zähnesystem mündet;
einen axial magnetisierten und ringförmigen dauermagneti schen Teil (5), der koaxial zu beiden Statorteilen zwischen diesen Statorteilen liegt, wobei das zweite (11) und das dritte (12) ringförmige Zähnesystem an diesen dauermagnetischen Teil grenzen; und
einen Rotor (2) mit einer mit dem ersten, dem zweiten, dem dritten und dem vierten Zähnesystem zusammenarbeitenden Verzahnung (14, 15, 16, 17), wobei das erste Zähnesystem und das zweite Zähnesystem miteinander in bezug auf die Rotorverzahnung einen elektromagnetischen Nennwinkel von 180° einschlie ßen, das dritte und das vierte Zähnesystem miteinander in bezug auf die Rotorverzahnung einen elektromagnetischen Nennwinkel von 180° einschließen, das erste und das vierte Zähnesystem miteinander in bezug auf die Rotorverzahnung einen elektromagnetischen Nennwinkel von 90° einschließen und das zweite und das dritte Zähnesystem miteinander in bezug auf die Rotorverzahnung einen elektromagnetischen Nennwinkel von 90° einschließen,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Beseitigung von Schrittwinkelfehlern der genannte Winkel zwischen dem ersten und dem vierten Zähnesystem in bezug auf die Rotorverzahnung gleich 90° - α und der genannte Winkel zwischen dem zweiten und dem dritten Zähne system gleich 90° + β ist, wobei α + β ein positiver Winkel von mindestens 2° ist, wobei diese Winkelabweichun gen auf symmetrische Weise angebracht sind, derart, daß der genannte Winkel zwischen dem ersten und dem zweiten Zähnesystem im wesentlichen gleich dem genannten Winkel zwischen dem dritten und dem vierten Zähnesystem ist.
einen ersten ringförmigen Statorteil (3) mit einer Ringspu le (8) und einer diese Ringspule umschließenden magnetisch leitenden Umhüllung (6), die in ein erstes (10) und ein zweites (11) ringförmiges Zähnesystem mündet;
einen zweiten ringförmigen Statorteil (4) mit einer Ringspule (9) und einer diese Ringspule umschließenden magnetisch leitenden Umhüllung (7), die in ein drittes (12) und ein viertes (13) ringförmiges Zähnesystem mündet;
einen axial magnetisierten und ringförmigen dauermagneti schen Teil (5), der koaxial zu beiden Statorteilen zwischen diesen Statorteilen liegt, wobei das zweite (11) und das dritte (12) ringförmige Zähnesystem an diesen dauermagnetischen Teil grenzen; und
einen Rotor (2) mit einer mit dem ersten, dem zweiten, dem dritten und dem vierten Zähnesystem zusammenarbeitenden Verzahnung (14, 15, 16, 17), wobei das erste Zähnesystem und das zweite Zähnesystem miteinander in bezug auf die Rotorverzahnung einen elektromagnetischen Nennwinkel von 180° einschlie ßen, das dritte und das vierte Zähnesystem miteinander in bezug auf die Rotorverzahnung einen elektromagnetischen Nennwinkel von 180° einschließen, das erste und das vierte Zähnesystem miteinander in bezug auf die Rotorverzahnung einen elektromagnetischen Nennwinkel von 90° einschließen und das zweite und das dritte Zähnesystem miteinander in bezug auf die Rotorverzahnung einen elektromagnetischen Nennwinkel von 90° einschließen,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Beseitigung von Schrittwinkelfehlern der genannte Winkel zwischen dem ersten und dem vierten Zähnesystem in bezug auf die Rotorverzahnung gleich 90° - α und der genannte Winkel zwischen dem zweiten und dem dritten Zähne system gleich 90° + β ist, wobei α + β ein positiver Winkel von mindestens 2° ist, wobei diese Winkelabweichun gen auf symmetrische Weise angebracht sind, derart, daß der genannte Winkel zwischen dem ersten und dem zweiten Zähnesystem im wesentlichen gleich dem genannten Winkel zwischen dem dritten und dem vierten Zähnesystem ist.
2. Schrittmotor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß sowohl α als auch β ein
positiver Winkel von mindestens 1° ist und α und β im
wesentlichen einander gleich sind.
3. Schrittmotor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß einer der Winkel α und β
im wesentlichen gleich 0° ist und der andere mindestens
2° beträgt.
4. Schrittmotor nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß einer der Winkel α und β
einen negativen Wert aufweist.
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