DE3026004A1

DE3026004A1 - Elektromagnetischer motor mit zwei drehrichtungen

Info

Publication number: DE3026004A1
Application number: DE19803026004
Authority: DE
Inventors: Jean Depery; Claude Laesser; Roberto Zafferri
Original assignee: Ebauches SA
Current assignee: Ebauchesfabrik ETA AG
Priority date: 1979-07-06
Filing date: 1980-07-07
Publication date: 1981-01-15
Also published as: DE3026004C2; GB2054978B; HK35287A; US4361790A; DE3050997C2; US4371821A; GB2054978A

Description

PATENTANWÄLTE

körner &

er

D-1 BERLIN-DAHLEM 33 · PODBIELSKIALLEE 68 D-8 MÜNCHEN 22 · WIDENMAYERSTRASSE 48

BERLIN: DIPL.-INQ. R. MOLLER-BURNER

MÜNCHEN: DIPL.-ΙΝβ. HANS-HEINRICH WEY

EBAUCHES S.A. dipping.ekkehard körner

Berlin, den 07. Juli I98O

Elektromagnetischer Motor mit zwei Drehrichtungen

(Prioritäten: Schweiz, Nr. 6.33I/79-9 vom 06. Juli'1979

Schweiz, Nr. 11.001/79-2 vom 12. Dezember 1979)

20 Seiten Beschreibung mit
11 Patentansprüchen
3 Blatt Zeichnungen

MP - 27 616

BERLIN: TELEFON (O 3O) 8 31 2O 88 030063/0 9^t4^f6^=HEN: TELEFON (O 8O) 22 CO 85 KABEL: PROPINDUS · TELEX OI 84O57 KABEL: PROPINDU S · TELEX 06 24244

Die vorliegende Erfindung betrifft einen in zwei Drehrichtungen arbeitenden elektromagnetischen Motor an sich bekannter Art:

Beispielsweise beschreibt die FR-PS 2 209 251 einen Motor mit zwei Spulen, die der Reihe nach erregt werden, um die Drehung des Motorrotors in der einen oder der anderen Richtung mit einem Schritt von l80° hervorzurufen. Jede Spule muß so bemessen sein, um für sich allein die für diese Drehung erforderliche Energie zu liefern, d.h. daß jede Spule die gleiche Grosse wie die eines klassischen Schrittmotors mit einer einzigen Drehrichtung haben muß.

Die schweizerische Patentanmeldung Nr. 10 768/71 beschreibt einen Schrittmotor mit zwei Drehrichtungen, der eine einzige Spule aufweist, bei dem aber der Rotor um 36Ο pro Schritt dreht, was einen Nachteil vom mechanischen Gesichtspunkt aus darstellt, weil die Untersetzung zwischen dem Motor und den von ihm mitgenommenen Organen erheblich groß sein muß.

Die US-PS 4 112 671 beschreibt einen Schrittmotor mit zwei Drehrichtungen, der eine einzige Spule aufweist und dessen Rotor nur um I80 pro Schritt dreht. Ein elektronischer Schaltkreis steuert die Drehung in der einen oder anderen Richtung. Diese Art Motor weist einen erheblichen Nachteil dahingehend auf, daß seine Drehrichtung sich umkehrt, wenn er zufällig einen Schritt überspringt oder einen Schritt zuviel macht.

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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Nachteile durch Schaffung eines elektromagnetischen Motors mit zwei Drehrichtungen auszuräumen, dessen Rotor um 180 pro Schritt jeweils in der gewünschten Richtung dreht, selbst wenn ein Schritt ausgelassen wird oder ein Schritt zuviel gemacht wurde. Der Motor hat zwei Spulen, die gleichzeitig und nicht abwechselnd erregt werden. Diese Spulen haben also eine Gesamtgrösse, die im wesentlichen der Grosse der einzigen Spule eines Motors mit einer einzigen Drehrichtung entspricht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadubch gelöst, daß der Stator so angeordnet ist, um den Rotor zwei Magnetfeldern zu unterwerfen^ die durch zwei zum Stator gehörende Spulen erzeugt werden. Die Richtungen dieser Magnetfelder sind schräg und im wesentlichen symmetrisch in bezug auf einen Durchmesser des Rotors oder mehr allgemein in bezug auf eine Gerade, die die Drehachse des Rotors schneidet. Vorzugsweise werden diese Felder durch drei den Rotor umgebende Polschuhe an den Rotor angelegt, wobei der eine Polschuh den beiden Spulen gemeinsam ist und die beiden anderen entsprechend abhängig von jeder der Spulen sind.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Einzelheiten, Vorteile und Anwendungen der Erfindung werden nachstehend anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispxele des Erfxndungsgegenstandes näher erläutert. Es zeigen:

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-B-

Λ-

Fig. 1 bis 4 schematisch eine erste Ausfuhrungsform eines

Motors in den vier Formen seiner Arbeitsweise,

Fig. 5 ein Diagramm der Stromimpulse in den Motorspulen der Fig. 1 bis 4,

Fig. 6 einen Speiseschaltkreis für die Motorspulen,

Fig. 7a und 7b zwei Tabellen mit einer Zusammenstellung der Arbeitsweise dieses Motors,

Fig. 8 schematisch eine zweite Ausführungsform eines Motors,

Fig. 9 eine Draufsicht auf eine dritte Ausführungsform entsprechend der Erfindung,

Fig. 10 einen Schnitt entlang der Linie X-X in Fig. der dritten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 11 eine Draufsicht auf eine vierte Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 12 und 13 vertikale Schnitte entlang der Linien XII-XII bzw. XIII-XIII der Fig. 10 der vierten Ausführungsform der Erfindung und

Fig. 14 eine Ansicht einer Einzelheit der Fig. 8 bis 10, die eine Abwandlung der Polschuhe darstellt.

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Der in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Motor umfaßt einen Stator 1 aus einem Teil aus weichem Magnetmaterial mit der allgemeinen Form eines gleichschenkeligen Trapezes, dessen Basis bei 2a unterbrochen ist. Die beiden Enden dieses Teils stellen jeweils einen Polschuh dar, wobei der eine mit la und der andere mit Ib bezeichnet ist, während der dem Spalt 2a gegenüberliegende Teil einen Polschuh Ic bildet. Diese drei Polschuhe liegen in diesem Beispiel im wesentlichen mit 120° zueinander angeordnet in bezug auf einen Punkt 3, der das Zentrum des Motorrotors 4 bildet, und begrenzen zwei weitere Spalte 2b und 2c. Der Rotor umfaßt einen Permanentmagneten, dessen diametral gegenüberlxegende Pole mit N und S bezeichnet sind. Die Polschuhe la, Ib und Ic nehmen jeweils einen im beschriebenen Beispiel leicht unter 120° liegenden Winkel ein. Die von jedem der Polschuhe eingenommenen Winkel können aber auch erheblich anders sein, abhängig von den für den Motor erstrebten Eigenschaften, seinen Ausmaßen oder den gewählten Materialien. Auf jeden Fall sind die von den beiden Polschuhen la und Ib eingenommenen Winkelstellungen im wesentlichen gleich. Die Polschuhe la und Ib haben im übrigen eine solche Form, daß die Spaltbreite, die sie mit dem Rotor 4 bilden, eine variable'Größe hat, die am kleinsten nahe dem Spalt 2a und am größten nahe den Spalten 2b und 2c ist. Der Polschuh Ic seinerseits hat eine Form, daß der Spalt, den er mit dem Rotor 4 begrenzt, ebenfalls variabel ist, mit einem Minimum in der Mitte Id des Polschuhs Ic und maximaler Größe nahe den Spalten 2b und 2c. Der Stator 1 hat, wie in Fig. 1 dargestellt, eine Symmetrieachse 7, die durch die Mitte Id des Polschuhs Ic, durch die Achse 3 des Rotors 4 sowie durch die Mitte des Spalts 2a verläuft.

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- Ss -

Es ist festzustellen, daß die besondere Form des Polschuhs Ic mit dem Magneten des Rotors 4 die Entstehung eines Einstellmoments hervorruft. Dieses letztere dränget dem Rotor 4 bei Fehlen eines .ieden anderen Magnetfeldes als das des Magneten selbst zwei Gleichgewichtsstellungen auf _f die die beiden Stellungen sind, in denen die Pole N und S des Magneten sich auf der Symmetrieachse 7 befinden.

Der Stator 1 trägt zwei Spulen 5 und 6, von denen die eine zwischen den Polschuhen la und Ic und die andere zwischen letzterem, den die beiden Spulen so gemeinsam haben, und dem Polschuh Ib liegt. Wenn die Spulen 5 und von den Strömen I^ und I/- durchlaufen werden, unterwerfen sie den Rotor 4 Magnetfeldern R_n. bzw. R/-, deren Richtungen im wesentlichen symmetrisch in bezug auf einen Durchmesser des letzteren verlaufen und unterschiedlich zueinander, d.h. daß der Winkel, den die beiden Richtungen bilden, verschieden von 0 und l80 ist. Die Richtungen dieser Felder bilden vorteilhafterweise miteinander einen Winkel von 90 . Die Richtung der Ströme I₁- und IV bestimmt die Richtung der Felder R₁- und R/-.

Vier Fälle sind möglich:

1. Wenn, wie in Fig. 1 dargestellt, die Ströme Ij. und Ig eine Richtung haben (die im folgenden als positive Richtung bezeichnet wird), so daß im Inneren der Spule das Feld von dem Bereich des Polschuhs Ic zum Bereich des Polschuhs la (Pfeil 11) gerichtet ist, und wenn im Inneren der Spule 6 das Feld vom Bereich des PoI-

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-r-

-Axr-

schuhs Ib zum Bereich des Polschuhs Ic (Pfeil 12) gerichtet ist, erzeugen diese Ströme außerhalb der Spulen Felder Rr- bzw. R_c, die vom Polschuh la

5 ο ³

zum Polschuh Ic und vom Polschuh Ic zum Polschuh Ib gerichtet sind. Die Richtung dieser Felder wird ebenfalls als positiv bezeichnet. Das sich ergebende Feld Rc- _c durchläuft den Bereich des Rotors 4 in einer zumindest in einer ersten Annäherung im wesentlichen senkrecht zur Symmetrieachse 7 verlaufenden Richtung und richtet sich vom Polschuh la, der die Rolle eines Nordpols (N) spielt, zum Polschuh Ib, der die Rolle eines Südpols (S) spielt.

2. Wenn, wie in Fig. 2 dargestellt, der Strom I₁- eine gegenüber der oben beschriebenen Richtung entgegengesetzte Richtung aufweist, d.h. wenn er negativ ist, und wenn der Strom I,- positiv ist, werden die diese Ströme in den Spulen erzeugenden Felder entsprechend dem Pfeil 15 bzw. dem Pfeil 16 ausgerichtet. Die Felder R₁- und Rg außerhalb der Spulen werden dann von Ic nach la bzw. Ic nach Ib gerichtet. Das sich ergebende Feld Rj-g durchläuft dann den Bereich des Rotors 4 in einer im wesentlich parallel zur Symmetrieachse 7 verlaufenden Richtung und richtet sich vom Polschuh Ic, der die Rolle eines Nordpols (N) spielt, zu den Polschuhen la und Ib, die gemeinsam die Rolle eines Südpols (S) spielen.

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- ys -

3. Wenn, wie in Fig. 3 dargestellt,, die Ströme I₁- und Ig beide negativ sind, so daß sie Felder Rj- und Rg bilden, die in Richtung der Pfeile 9 und 10 verlaufen, richtet sich das sich daraus resultierende Feld Ri-_g senkrecht zur Symmetrieachse 7 aus vom Polschuh Ib, der die Rolle eines Nordpols (N) spielt, zum Polschuh Ic, der die Rolle eines Südpols (S) einnimmt.

k. Wenn, wie schließlich in Fig. k dargestellt, der Strom I₁- positiv und der Strom Ig negativ ist, wobei s.ie entsprechend den Pfeilen 13 und Ik ausgerichtete Felder R₁- und Rg bilden, dann verläuft das sich ergebende Feld R^g parallel zur Symmetrieachse 7 und richtet sich von den Polschuhen la und Ib, die gemeinsam die Rolle eines Nordpols (N) spielen, zum Polschuh Ic, der die Rolle eines Südpols (S) spielt.

Man ersieht daraus, daß man in dem Bereich des Rotors ein Magnetfeld bilden kann, das entsprechend den in den Spulen 5 und 6 zirkulierenden Strömen vier verschiedene Richtungen einnehmen kann. Durch günstiges Umschalten der Richtung dieser beiden Ströme kann man dieses Feld in der einen oder der anderen Richtung drehen lassen, was den Rotor in der gleichen Richtung mitnimmt, 'wie nachstehend erläutert wird.

Zu Beginn wird angenommen, daß der Rotor k wie in Fig. 1 dargestellt ausgerichtet ist, d.h. mit seinem Nordpol nahe dem Polschuh Ic. Um den Rotor k in der nachstehend als positive Richtung bezeichneten Richtung des Pfeils 8

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drehen zu lassen, genügt es, mittels eines geeigneten elektronischen Steuerschaltkreises gleichzeitig in beide Spulen 5 und 6 die positiven Ströme I- und Ig zu senden. Das resultierende Feld R,_ _c wirkt dann auf den Rotor-

5-fa

magneten so ein, daß sein Nordpol sich dem Polschuh Ib · nähert. Das so geschaffene Kräftepaar läßt den Rotor in positiver Richtung drehen, natürlich unter der Voraussetzung, daß es größer ist als die Summe des Einstellmoments und des Widerstandsmoments, das durch die mechanischen Elemente, die der Motor betätigen soll, ausgeübt wird.

Wenn der Rotor 4 sich um etwa 90° gedreht hat und sich annähernd in der Stellung der Fig. 2 befindet, dreht der Steuerschaltkreis die Richtung des Stroms I_n. um, der dann negativ wird, ohne aber die Richtung des Stroms Ig zu verändern. Das Feld R,-_g ist dann so wie in Fig. 2 ausgerichtet, was erneut ein Kräftepaar in gleicher Richtung wie das vorerwähnte erzeugt. Der Rotor setzt seine Drehung immer in positiver Richtung fort, bis er die in Fig. 3 dargestellte Stellung einnimmt, d.h. die Stellung, in der sein Südpol nahe dem Polschuh Ic liegt. Der Rotor hat auf diese Weise einen ersten Schritt von l80° ausgeführt, und die Ströme I,- und Ig können dann unterbrochen werden.

Um den Rotor 4 einen zweiten Schritt von l80° ausführen zu lassen, schickt der Steuerschaltkreis negative Ströme in die Spulen 5 und 6. Das sich ergebende Feld R,-_£ hatdann die in Fig. 3 gezeigte Stellung und erzeugt so mit dem Magneten des Rotors 4 ein Paar, das diesen Rotor erneut in positiver Richtung drehen läßt.

. -.12 -

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Wenn der Rotor sich ungefähr um einen halben Schritt gedreht hat, dreht der Steuerschaltkreis den Strom I-um, der positiv wird, und das sich ergebende Feld R₁-/-nimmt die in Fig. 4 dargestellte Stellung ein. Der Rotor 4 dreht sich in positiver Richtung weiter und beendet seinen zweiten Schritt von l80°. Der Steuerschaltkreis unterbricht dann die Ströme I₁- und I_c . Die Aufeinanderfolge dieser Ströme ist in Fig. 5a dargestellt.

Um den Rotor ausgehend von der Stellung der Fig. 1 in umgekehrter, d.h. negativer Richtung drehen zu lassen, sendet der Steuerschaltkreis negative Ströme in die beiden Spulen 5 und 6. Das Feld Rc-*: nimmt dann die Richtung entsprechend Fig. 3 ein, und der Rotor macht einen ersten Halbschritt um 90 in negativer Richtung. In diesem Moment befindet sich der Rotor in der in Fig. 4 dargestellten Stellung, und der Steuerschaltkreis dreht die Richtung des Stroms Ig um, die dann positiv wird. Das Feld Rt-_g wird dann wie in Fig. 2 dargestellt ausgerichtet. Der Rotor setzt seine Drehung in negativer Richtung fort, bis er seinen zweiten Halbschritt beendet hat und sich in der in Fig. 3 dargestellten Stellung befindet. Der Steuerschaltkreis unterbricht dann die beiden Ströme I,- und I,-.

Um den Rotor einen erneuten Schritt in negativer Richtung machen zu lassen, sendet der Steuerschaltkreis positive Ströme Ij- und Ig in die Spulen 5 und 6. Das Feld Kc_g nimmt dann die Richtung wie in Fig. 1 ein, und der Rotor dreht um einen Halbschritt in negativer Richtung. Der Steuerschaltkreis dreht die Richtung des Stroms Ig um, die negativ wird, und das Feld Rc-_g nimmt die Richtung ein, die sie in Fig. 4 hat. Der Rotor beendet seinen Schritt

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und berindet sich in seiner Ausgangsstellung. Der

Steuersc!

brechen.

Steuerschaltkreis kann die Ströme I₁- und I_£ unter-

5 ο

Pig. 5b stellt die Aufeinanderfolge dieser Ströme dar. Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Schaltkreises, der es ermöglicht, in den Spulen 5 und 6 des Motors die Stromimpulse zirkulieren zu lassen, wie sie in Fig. 5 dargestellt sind.

In diesem Beispiel haben die Impulse eine Periode von einer Sekunde und eine Dauer von 7,8 ms.

Die Spulen 5 und 6 sind jeweils mit den Ausgängen zweier Umwandler I. und Ip bzw. I- und I^ verbunden, die jeweils aus zwei komplementären MOS-Transistoren bestehen. Wenn sich die Eingänge dieser Umwandler im gleichen logischen Zustand befinden, zirkuliert keinerlei Strom in den Spulen 5 und 6. Wenn der Eingang des Umwandlers I. bzw. I, sich im logischen Zustand 0 befindet, während der Umwandler I„ bzw. Ih sich im logischen Zustand 1 befindet, zirkuliert ein Strom in der Spule 5 bzw. 6 mit durch die Pfeile f angezeigter Richtung.

Wenn die Eingangszustände der Umwandler I^ und Ip bzw. I-, und In umgekehrt sind, zirkuliert in der entsprechenden Spule ein Strom in umgekehrter Richtung des Pfeils f.

Ein logischer Schaltkreis C erhält von einer durch den Oszillator A und einen Frequenzteiler B gebildeten Zeitbasis zwei Signale mit einer Frequenz von 1 Hz bzw. 128 Hz. Er verwendet diese beiden Signale sowie ein Steuersignal

- Ik -

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S der Drehrichtung des Rotors, um alle Sekunde den Umwandlern I₁ bis K, die an seine Ausgänge C₁ bis Cj. . angeschlossen sind, die logischen Zustände zu erteilen, die erforderlich sind, damit die gewünschten Ströme in den Spulen 5 und 6 zirkulieren. Der logische Schaltkreis C ist nicht im einzelnen beschrieben, weil seine Realisierung dem Fachmann bekannt ist. Es ist einfach festzustellen, daß das von ihm erhaltene Signal mit 1 Hz die Periode der Stromimpulse bestimmt, die in den Spulen zirkulieren, und das Signal mit 128 Hz ihre Dauer bestimmt. Die Periode dieses letzteren Signals entspricht tatächlich 7,8 ms.

Die Tabelle fa faßt den gesamten Motorbetrieb zusammen. In dieser Tabelle sind die positiven Ströme durch das Zeichen + und die negativen Ströme durch das Zeichen bezeichnet. Die mit RVg überschriebene Spalte gibt für jede Kombination der Ströme I₀- und Ig die Feldrichtung an, die sie in dem Rotor 4 erzeugen, so wie es in den Pig. I bis 4 dargestellt ist. Die beiden Spalten "Rotor Start" und "Rotor Halt" geben ebenfalls durch Pfeile die Anlauf- und Ankunftstellung des Rotors 4 an..Diese Pfeile sind vom Südpol zum Nordpol des Rotormagneten 4 gerichtet.

Der vorliegende Motor hat den erheblichen Vorteil, sich stets in der gewünschten Richtung zu drehen, selbst wenn der Rotor einen Schritt ausgelassen oder einen zuviel gemacht hat. Die Tabelle der Fig. 7b zeigt einen Fall, bei dem sich der Rotor aus irgendeinem Grunde in der umgekehrten Stellung zu derjenigen befindet, in der er sich im Augenblick entsprechend der ersten Zeile der Tabelle

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befinden sollte. Wenn der Steuerschaltkreis die beiden Ströme Ij- und Ig in positiver Richtung abschickt, macht der Rotor 4 einen Halbschritt in negativer Richtung. Wenn die Richtung des Stroms I umgekehrt wird, macht er einen Halbschritt in positiver Richtung und befindet sich wieder in seiner Ausgangsstellung, die genau diejenige ist, in der er sich in diesem Augenblick des Zyklus befinden soll. "Von da an dreht er dann in gewünschter Richtung. Man sieht daraus, daß der Rotor in all diesen Fällen die gewünschte Drehrichtung in einer entsprechenden Art aufnimmt, gleichgültig, wie diese Drehrichtung aussieht und in welchem Augenblick des Zyklus er sich befindet, wenn der Fehler auftritt, der diesen Rotor in eine falsche Stellung bringt.

Es ist ersichtlich, daß jeder der Ströme I^ und Ig, bevor sie am Ende eines ersten Halbschritts umgekehrt werden, während eines bestimmten Zeitraums unterbrochen werden kann, wobei die Trägheit des Rotors k ihm erlaubt, diesen Halbschritt zu beenden und den zweiten Halbschritt zu beginnen. Ebenso könnten die Ströme Ι_ und Ig unterbrochen werden, bevor der Rotor 4 seinen Schritt wirksam beendet hat. Das Einstellmoment und die Trägheit des Motors erlauben dem Rotor 4, seinen Schritt zu beenden. Ebenso könnten die Spulen 5 und 6 durch den Steuerschaltkreis zwischen den Schritten kurzgeschlossen werden, um das Einstellmoment des Rotors zu erhöhen und seine Schwingungen um seine Gleichgewichtsstellung am Ende der Schritte zu dämpfen. Die Anwendung dieser Maßnahmen, die es ermöglicht, eine Energieeinsparung vorzunehmen, hängt im wesentlichen von der Konstruktion des Motors und der Last ab, die er mitnehmen muß, und muß im Augenblick der Entwicklung der Gesamtkonstruktion entschieden werden, deren Teil der Motor ist.

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Es ist noch festzustellen, daß aufgrund der Tatsache, daß die beiden Spulen 5 und 6 stets gleichzeitig gespeist werden und gemeinsam zur Bildung des das an den Rotor angelegte Moment erzeugenden Magnetfeldes dienen, ihre Größe bezüglich derjenigen von Spulen, die abwechselnd gespeist werden, erheblich verringert werden kann. Mit anderen Worten: Für eine gegebene Gesamtgrösse kann das an den Rotor angelegte Moment wesentlich gesteuert werden.

Die Abwandlung der Fig. 8 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform durch die Tatsache, daß die beiden mit 17 und 18 bezeichneten Wicklungen aus zwei Spulen-Rahmen ohne Armatur bestehen, in deren Innerem der um eine Achse 20 drehende Rotor 19 läuft. Diese Achse liegt in der Halbierungsebene 21 der Mittelebenen 17a und 18a der beiden Polschuhe und l8. Ein Einstellelement 22 aus weichem Magnetmaterial richtet den Rotor derart aus, daß seine Nord- bzw. Südpole sich in Gleichgewichtsstellung in der Ebene 21 befinden.

Das Betriebsprinzip dieser Abwandlung ist dem der ersten Ausführungsform völlig gleich.

Nach seiner dritten Ausführungsform entsprechend den Fig. und 10 umfaßt der Motor einen Stator, dessen Armatur aus zwei Teilen aus weichem Magnetmaterial gebildet*ist. Das eine der Teile, das mit 23 bezeichnet ist, hat die Form eines E, dessen drei Schenkel mit 23a, 23b und 23c bezeichnet sind. Das andere Teil, das mit 24 bezeichnet ist, hat im wesentlichen die Form eines geradlinigen Stabes mit drei quer verlaufenden Vorsprür.gen, von denen zwei, nämlich 24a und 24b, an seinen Enden liegen, während der dritte, 24c, in seiner Mitte liegt. Diese beiden Teile 23

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und 24 der Armatur des Stators sind in bezug zueinander in der in der Zeichnung dargestellten Stellung angeordnet, d.h. sie liegen sich gegenüber. Die Schenkel 23a, 23b und 23c des Teils 23 in Ε-Form sind gegen die Vorsprünge 24a, 24b bzw. 24c des Teils 24 des Stators angelegt. Der Zusammenbau wird durch zwei Schrauben 25 gewährleistet, von denen die eine durch den Schenkel 23a verläuft und in dem Vorsprung 24a verschraubt ist, während die andere durch den Schenkel 23b verläuft und im Vorsprung 24b verschraubt ist.

Ein kreisförmiges Loch 26 ist in das Teil 23 in E-Porm eingebracht dort, wo der Mittelschenkel 23c beginnt. Dieses Loch weist drei verdünnte Teile 23d, 23e und 23f in Form von schmalen Stellen auf, die drei Polschuhe miteinander verbinden. Der erste Polschuh besteht aus dem Schenkel 23c. Die beiden anderen bestehen aus dem eigentlichen Körper des Teils 23 und liegen zwischen den schmalen Stellen 23d und 23e bzw. 23e und 23f.

Der Motorrotor umfaßt eine Welle 27» die drehbar zwischen den beiden Elementen 28 und 29 des Apparatgestells angeordnet ist, das ein Uhrengestell sein kann oder auch nicht, und mit dem vorliegenden Motor ausgestattet ist. Diese Welle trägt einen zweipoligen Permanentmagneten 30, dessen diametral gegenüberliegende Pole in Fig. 9 mit N und S bezeichnet sind.

Der beschriebene und dargestellte Motorstator umfaßt zwei koaxiale Spulen 31 und 32, die auf den beiden geradlinigen Teilen 24d des Teils 24 der Armatur verlaufen Die eine liegt zwischen dem Vorsprung 24a und dem Vorsprung 24c des Teils und die andere zwischen dem Vorsprung 24b und dem Vorsprung 24c

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desselben. Die von diesen Spulen in der Bewehrung erzeugten Magnetfelder sind schematisch in Fig.-9 dargestellt, wo sie mit R_q und R₁₀ bezeichnet sind.

Wenn sie den Rotor 30 durchlaufen, verlaufen diese beiden Magnetfelder R_q und R^₀ schräg zueinander und symmetrisch im Verhältnis zum Durchmesser des Rotors, der die Schnittebene X-X durchläuft. Die Richtungen dieser Felder bilden vorteilhafterweise zwischen sich einen Winkel von 90°.

Entsprechend der Richtung des Stroms, der die beiden Spulen 31 und 32 durchläuft, können die beiden Felder R_g und R₁₀ auseinanderlaufen, wie dies durch die Pfeile in Fig. 9 angedeutet ist, wobei in diesem Fall das entstehende Feld diametral mit der Schnittebene X-X zusammenfällt und nach oben in Fig. 9 gerichtet ist. Sie können auch zusammenlaufend sein, wobei in diesem Fall das entstehende Feld diametral ebenfalls mit der Schnittebene X-X zusammenfällt, aber nach unten in Fig. 9 gerichtet ist. Sie können aber auch in umgekehrten Richtungen ausgerichtet sein, wobei in diesem Fall das entstehende Moment diametral aber senkrecht in der einen oder anderen Richtung zur Schnittebene X-X verläuft.

Daraus ergibt sich, daß bei vernünftigem Umschalten der Richtung der beiden die beiden Spulen 31 und 32 durchlaufenden Ströme das sich ergebende Feld in der einen oder anderen Richtung drehen kann, was den Rotor in der gleichen Richtung mitnimmt. Noch allgemeiner gesprochen, der Betrieb dieser dritten Ausführungsform des Motors ist identisch mit dem der ersten Ausführungsform.

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Es ist festzustellen, daß die Tatsache,, daß der Magnet 30 zweipolig ist, während die Bewehrung des Stators drei Polschuhe aufweist, eine Gleichgewichtsstellung des Rotors bestimmt, der an der Stelle des Polschuhs zwischen den Schmalstellen 23d und 23f liegt, d.h. des Polschuhs, durch den der Magnetfluß des Magneten 30 des Rotors einem Weg mit geringstem magnetischem Widerstand folgt.

In dem Fall des Motors nach Fig. 9 und 10 werden die beiden Teile 23 und 24 der Bewehrung aneinander angelegt, wobei diese Teile in verschiedenen Ebenen liegen, wie dies insbesondere aus Fig. 10 hervorgeht. Diese Anordnung unterscheidet sich vom Fall der Abwandlung der Fig. 11 bis 13, wo die beiden Teile der Stator-Armatur, die mit 33 und 34 bezeichnet sind, in einer gleichen Ebene liegen. Das Teil in Ε-Form hat drei Schenkel 33a-j 33b und 33c, während das geradlinige Teil 34 drei Vorsprünge 34a, 34b und 34c hat. Die Enden der Schenkel 33a und 33b sind bei 35 auf halbe Dicke ausgeklinkt, während die Vorsprünge 34a und 34b bei ebenfalls auf halbe Dicke ausgeklinkt sind. Die ausgeklinkten Teile werden aufeinandergelegt und von Befestigungsschrauben 37 durchquert, wie dies Fig. 11 zeigt.

Was den mittleren Schenkel und den mittleren Vorsprung der beiden Teile 33 und 34 der Armatur betrifft, so sind diese nicht auf halbe Dicke ausgeklinkt, sondern der Vorsprung 34c hat eine halbkreisförmige Einkerbung 38, in die ein Vorsprung 33d des Mittelschenkels 33c des Teils 33 .der Armatur von entsprechender Form eingreift (Fig. 11 bis 13)·

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Die Spulen dieser Abwandlung sind nicht dargestellt, entsprechen aber den Spulen 31 und 32 der Ausführungsform nach Fig. 9 und 10 und dienen dazu, den Rotor 30 in gleicher Art mitzunehmen, wie dies in Verbindung mit der ersten Ausführungsform beschrieben wurde.

Fig. 14 zeigt schließlich eine Abwandlung der Motorarmaturen der Fig. 9 und 11. Entsprechend dieser Abwandlung sind Einkerbungen 4l, 42 und 43 in die Armatur 23 (oder 33) in den verengten Teilen 23d bis 23f eingebracht. Diese Einkerbungen dienen einerseits zur Einstellung des Rotors. Andererseits trennen sie die Polschuhe magnetisch voneinander.

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Leerseite

Claims

-y- Patentansprüche

1.) Elektromagnetischer Motor mit zwei Drehrichtungen, gekennzeichnet durch

- einen aus einem Dauermagneten bestehenden Rotor, der drehbar um eine Achse angeordnet ist und ein eigenes Magnetfeld aufweist,

- einen mindestens zwei elektrische Spulen aufweisenden Stator,

- eine Einrichtung, um unabhängig und synchron an jeder Spule elektrische Impulse anzulegen und ihre Polarität zu steuern, so daß die Spulen zwei Magnetfelder erzeugen, wobei der Stator den Rotor den beiden Magnetfeldern unterwirft entsprechend zwei verschiedenen Richtungen, die im wesentlichen zu einer dritten, die Achse schneidenden symmetrisch verlaufen.

2. Motor nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spulen die Form von Rahmen aufweisen, in deren Innerem der Rotor angeordnet ist, wobei die beiden Spulen nicht parallel verlaufen und die Drehachse des Rotors der Halbierungsebene des durch die Ebenen der beiden Spulen gebildeten Flächenwinkels zugehört.

3. Motor nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Spulen des Stators derart angeordnet sind, daß sie zwei Magnetfelder erzeugen, wobei Mittel vorgesehen sind, um den Rotor den beiden Magnetfeldern entsprechend zwei symmetrischen Richtungen in bezug auf eine Gerade zu unterwerfen, die die Achse schneiden und nicht von einer gleichen Geraden getragen werden.

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4. Motor nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet, daß die Richtungen einen Winkel in der Größenordnung von 90° bilden.

5. Motor nach Anspruch 3i'dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, um den Rotor den beiden Magnetfeldern zu unterwerfen, eine Armatur aufweisen, die erste, zweite und dritte Polschuhe enthält, welche um den Rotor angeordnet sind, und Mittel, um eine erste Magnetbahn zu erzeugen, um den ersten Polschuh an den zweiten Polschuh anzuschlxessen, und auf der eine der Spulen angeordnet ist, sowie um eine zweite Magnetbahn zu erzeugen, die den ersten Polschuh an den dritten Polschuh anschließt und auf der die andere Spule angeordnet ist.

6. Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Armatur außerdem eine öffnung aufweist, in der der Rotor liegt, und drei verdünnte Abschnitte, die die Polschuhe verbinden, wobei die Polschuhe und die verdünnten Abschnitte die öffnung vollständig umgeben.

7. Motor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die aus den drei Polschuhen bestehende Gesamtheit im wesentlichen symmetrisch in bezug auf eine durch die Rotationsachse verlaufende und den ersten Polschuh schneidende Gerade ist.

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8. Motor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Polschuh einen Mittelabschnitt aufweist nahe dem Rotor, um eine Gleichgewichtsstellung des Rotors zu bestimmen, wofür das eigentliche Magnetfeld im wesentlichen entsprechend der Symmetrieachse ausgerichtet ist.

9. Motor nach Anspruch 3,dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel, um den Rotor den Magnetfeldern zu unterwerfen, eine Armatur aufweisen, die aus zwei Teilen besteht, von denen das eine eine Ε-Form hat und das andere, das im wesentlichen geradlinig ist, die drei Schenkel des E verbindet, wobei die Wicklungen koaxial verlaufen und auf den beiden Teilen des geradlinigen Stücks der Armatur des Stators angeordnet sind, die jeweils zwischen dem einen der äußeren Schenkel des E-förmigen Teils und des Mittelschenkels dieses liegen.

10. Motor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das E-förmige Teil an der Stelle, wo der Mittelschenkel beginnt, eine öffnung aufweist, und der Rotor in dieser öffnung gelagert ist.

11. Motor nach Anspruch 10, dadurch g e k e n,n zeichnet, daß die öffnung kreisförmig ist.

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