DE8711725U1 - Elektrokleinmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor der im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Art mit einem Erregungssystem für eine schrittweise Drehbewegung des Rotors.

Motoren dieser Art sind bereits in vielfältigen Ausführungsformen unter der Bezeichnung "Schrittmotoren" bekannt. Stator und Rotor sowie das Erregungssystem dieser Motoren sind derart aufgebaut, daß bei einer impulsweisen Ansteuerung einzelner Spulen der Motorwicklung gemäß einer festgelegten Ansteuerungs.impuls-Folge der Motor sich in definierten Schritten dreht. Der Vorteil solcher Motoren ist insbesondere darin zu sehen, daß in einfacher Weise exakte Winkelwege durchlaufen werden können und der Rotor recht zuverlässig in vorgegebene Winkellagen einstellbar ist. Der Einsatz erfolgt überwiegend dort, wo Schrittbewegungen gleichbleibender oder variabler Größe durchgeführt werden müssen, wobei in Geräten mit digitaler Steuerung als weiterer Vorteil noch die direkte Ansteuerbarkeit hinzukommt.

In vielen Anwendungsfallen muß jedoch das vom Schrittmotor angetriebene Teil neben der Schrittbewegung in der einen Koordinatenrichtüng auch eine ein- oder mehrschrittige Bewegung in einer dazu senkrechten zweiten Koordinatenrichtung ausführen. Ein Beispiel hierfür ist der Farbbandantrieb in Schreib- oder ähnlichen Maschinen, bei dem das Farbband schrittweise in seiner Längsrichtung transportiert werden, aber auch quer zur Transportrichtung in mindestens zwei Höhenlagen verschiebbar sein muß. Um diese Bewegungen zu realisiersn, sind bisher ein erster Schrittmotor für die TrähsportbeWegUng in der einen Koordinatenridhtung und ein zweiter Motor für die Bewegung in der zweiten KoordifiitenCichtung eingesetzt worden. Auefi Hubmagnete sind für die Verschiebung in der zweiten KOordinatenfichtufig verwendet Morden.

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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde« einen Motor der eingangs genannten Aft zu schaffen, der es erlaubt, ein angetriebenes Teil irt zwei zueinander senkrechten Richtungen zu bewegen«

Diese Aufgäbe wird erfindungsgemäß durch die im Patentanspruch i angegebenen Merkmale gelöst«

Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, daß bei= de Funktionen, nämlich die Bewegung eines angetriebenen Teiles in zwei zueinander senkrechten Richtungen, von ein und demselben Bauteil durchgeführt werden. Der Einsatz eines erfindungsgemäßen Motors macht somit die Verwendung eines weiteren - bisher notwendigen - Bauteils für die Bewegung in der zweiten Richtung überflüssig. Hinzu komme eine erhebliche Erleichterung für den Anwender eines erfindungsgemäßen Motors beim Einbau in ein Gerät sowie bei der Ankopplung an das anzutreibende Teil.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich |

darüberhinaus die Möglichkeit, die Bewegung in der zweiten ' ■

Richtung in mehrere Schritte zu unterteilen, wodurch das ange- |

triebene Teil in verschiedene, abgestufte Lagen einstellbar ist* .,. ¹I

Diese Ausführungsform zeichnet sich außerdem durch eine beson- |

ders kompakte, insbesondere axial flache Bauweise aus. |

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteran- | Sprüchen sowie den Ausführungsbeispielen, die nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert sind. Es zeigen i

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 2 eine Einzelheit des Ausführungsbeispiels der Fig. 1,

Fig. 3 eine weitere Einzelheit des Ausführungsbeispiels der Fig. 1,

12 - 27.08,1987

DE-580i

Fig« 4 eine perspektivische Darstellung eines weiteren Aus= führungsbei-spiels der" Erfindung,

Fig. 5 das Ausführungsbeispiel der Fig< 4 in der Draufsicht* Fig« 6 ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung und Fig. 7 ein Bewegungsschema.

Fig. 8 ein viertes Ausführungsbeispiel der Erfindung im Halbschnitt,

Fig. 9 den Rotor des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. 8 im Schnitt entlang der Linie &Idigr;&KHgr;-&Idigr;&KHgr; in Fig. 10,

Fig. &Igr;&Ogr; den Rotor in Richtung des Pfeiles X in Fig. 9, Fig. 11 din Statorelement des Ausführungsbeispieles gemäß

Fig. 8 im Schnitt-.entlang der Linie XI-XI .in Fig. 12,

Fig. 12 eine Draufsicht auf das Statorelement in Fig. 11 in axialer Richtung,

Fig. 13 einen Statorring des Ausführungsbeispieles gemäß Fig. im Schnitt entlang der Linie XIII-XIII in Fig. 14,

Fig. 14 eine Draufsicht in axialer Richtung auf den Statorring ' in Fig. 13 und

Fig. 15 ein fünftes Ausführungsbeispiel der Erfindung im Schnitt, ähnlich der Darstellung in Fig. 8, welches mit den Elementen der Figuren 9 bis 11 auch harmoniert.

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In Fig. 1 ist ein schrittweise ansteuerbarer Elektromotor in

&bull; iner Schnittansicht dargestellt^ bei dem in einem Gehäuse 1

&bull; us ferromacjnetischem Material eine zylindermantelförmige ei-&bull;enlose Wicklung 2 mit in axialer Richtung nebeneinanderliegenden Spulen (Fig. 3) angeordnet ist. Eine Welle 3 aus nicht-&bull;agnetischem Material ist in zwei mit dem Gehäuse 1 fest verbundenen Gleitlagern 4, 5 drehbar und axial verschiebbar gelagert* Auf der Welle 3 ist ein aus zwei ferroniäghetischen Polrädern und einem zwischen den beiden Polrädern angeordneten, ixiaj. magnetisieren Permanentmagneten 8 bestehender Rotor &bull;ittels einer Hülse 9 verdreh- und verschiebesicher befestigt. Oie Hülse 9 ist zur Verbesserung der magnetischen Abschirmung iweckmäßigerweise aus nichtmägnetischem Material gefertigt und dient als Anschlag für die axial verschiebbare Welle 3 am linken Lager 4.

Am rechten Ende des Gehäuses 1 ist eine Ringspule 10 in einem Wick'iuhgsträcjer 11 angeordnet, deren Zuleitungen, ebenso wie die Zuleitungen der eisenlosen Wicklung 2, mittels einer Leiterplatte 12 in an sich bekannter Weise aus dem Motorgehäuse 1 h-erausgeführt sind. In den Innenraum der Ringspule 10 bzw. des Wicklungsträgers 11 ragt ein zylindrischer Fortsatz (Flußleitstück 13) des Motorflansches 14 hinein, der ebenfalls aus ferroKiagnetischem Material besteht. Das Flußleitstück 13 weist einen mit der größeren Öffnung nach links gerichteten kegelförmigen Hohlraum 15 auf, dem ein auf der Welle befestigter

- ^c fit» &igr;&idiagr;&idiagr;

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kegelförmiger¹ Anker 16 entspricht.

Die Polräder 6, 7 des Rotors sind identisch und haben die in Fig. 2 gezeigte Form. Sie sind am Umfang genutet und weisen dadurch eine von der Anzahl der Wicklungsspulen abhängige Zahliezahl aufi Zähne 17 und Nuten 18 haben dabei am Umfang der PoI-rädei 6, 7 die gleiche Breite* Jedoch ist das rechte Polräd 6 Um die halbe Zahnteilung gegenüber dem linken Polrad 7 uersetzt engeordnet.

Fig. 3 zeigt eine Abwicklung eines Teils der eisenlosen Wicklung 2, deren Wicklungen 19, 20, 21, 22; 19', 20', 21·, 22· sechseck-förmig in einer Ebene liegend gewickelt sind, wobei ein langer Schenkel 23 des Sechsecks in senkrechter Richtung verläuft. Die ersten vier Spulen 19 bis 22 sind über getrennte Leitungen 24 bis 27 einzeln ansteuerbar. Wie aus der gezeichneten Verbindung ersichtlich, sind die Ausgänge der Spulen jeweils wieder mit den Eingängen der jeweils vierten darauf folgenden Spule (19 mit 19', 20 mit 20' usw.) verbunden, so daß bei Ansteuerung einer der Eingangsleitungen 24 bis 27 jede vierte Spule entlang der gesamten Wicklung 2 bestromt ist.

Die Funktion des Motors nach Fig. 1 ist folgende: Bei Ansteuerung einer der Eingangsleitungen 24 bis 27 richtet sich der Rotor entsprechend dem durch die Ansti jerung der Spulen erzeugten Magnetfeld in einer definierten Stellung aus und dreht sich bei Ansteuerung der nächsten Eingangsleitung um einen Schritt weiter. Größere Winkelwege können durch aufeinanderfolgende Ansteuerung der Eingangsleitungen in der Reihenfolge 24, 25, 26, 27, 24, 25 usw. ausgelöst werden. Bei nicht erregter F;.i~r_ule 10 liegt dabei die Hülse 9 am linken Lager 4 an, wobei sich der Rotor am unteren Ende des langen Schenkels 23 der sechseckigen Wicklungsspulen befindet. Wird nun die Ringspule 10 angesteuert, so bewirkt das dadurch erzeugte Magnetfeld, daß der kegelförmige Anker 16 in den Hohlraum 15 des Flußieit-

_ 15 _

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß den Figuren 4 und 5 ist sowohl das Erregungssystem für die schrittweise Drehbewegung des Rotors als auch das Erregungssystem für die axiale Relativverschiebung in einer gemeinsamen ringförmigen Anordnung untergebracht. Die ringförmige Anordnung weist vier Joche 29 bis 32 auf, die jeweils zwei ausgeprägte Statorpole 33 bis 40 besitzen. Zwei Joche 29, 30 sind vorgesehen, um die Drehbewegung des Rotors 41 zu bewirken, die beiden anderen Joche 31, 32 veranlassen die Axialverschiebung des Rotors 41. Jedes Joch 29 bis 32 ist mit einer Spule 42 bis 45 versehen, die jeweils unabhängig von den anderen Spulen mit umschaltbarer Polarität angesteuert werden kann. Die ringförmige Anordnung weist außerdem zwischen benachbarten Jochen 29 bis 32 Permanentmagnete 46 bis 49 auf, die derart angeordnet sind, daß auf beiden Seiten ein und desselben Jochs gleichnamige Permanentmagfiöt^Pöläfitätefi liegen. Sa grenzt Z. S. das Joch 29 auf Söinef einen Seite §n den Nordpol des Permanentmagneten 49 und auf der ändern Seite an den Nordpol des Permanentmagneten 46, das Joch 31 hingegen auf seiner einen Seite an deft Südpol des Permanentmagneten 46 und auf seiner andef&n Seite an der» Südpol des Permanentmagneten 47. Durch diesen Aufbau entsteht

Stückes 13 gezogen wird, bis der Ansatz 28 am rechten Lager 5" zur Anlage kommt. Zwischen Flußleitstück 13 und Anker 16 verbleibt dann ein geringer Luftspalt, der eine berührungslose Rotation des Ankers 16 und damit der Welle 3 zuläßt. Die Kegelform des Flußleitstückes und des Ankers hat zur Folge, daß eine relativ gleichmäßige Einleitung der Magnetkraft von der Ringspule 10 in den Anker 16 und damit eine sanfte Axialverschiebung von Rotor und Welle 3 relativ zum Gehäuse 1 erfolgt. In I dieser rechten Endstellung befindet sich der Rotor am oberen Rand des senkrecht verlaufenden Schenkels der Wicklungsspulen.' Aus obigem ist ersichtlich, daß - entsprechend der Ansteuerung die Welle des Motors auf ein anzutreibendes Teil sowohl eine schrittweise Drehbewegung als auch eine dazu senkrechte Hubbewegung abzugeben vermag.

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ein sogenanntes Hybrid-System, bei dem die von den Permanentmagneten 46 bis 49 ausgehenden Permanentmagnetfelder von den durch angesteuerte Spulen 42 bis 45 erzeugten elektromagnetischen Feldern in der Art beeinflußt werden, daß der magnetische FLuß und damit die Magnetkraft in dem einen Pol des jeweiligen Joches verstärkt - beispielsweise verdoppelt - und in dem anderen Pol des Joches verringert - beispielsweise zu Null gemacht - wird. Auf diese Art ist es möglich, durch Umschalten der Bestromungsrichtung einer Spule jeweils einen Pol des zugehörigen Joches magnetisch zu aktivieren.

Der Rotor 41 dieses Ausführungsbeispiels besteht aus zwei im Abstand voneinander auf der Welle 50 angeordneten Polrädern 51, 52, die jeweils sechs gleichgerichtete Zähne 53 aufweisen, deren Breite am Umfang der Polräder 51, 52 gleich der Breite der Nuten 54 ist. Die axiale Höhe eines jeden Polrades 51, 52 soll dabei gleich der axialen Breite des Zwischenraumes 55 zwischen den Polrädern sein.

Die Pole 37 bis 40 der beiden Joche 31, 32 für die Axialverschiebung des Rotors 41 weisen in Axialrichtung eine Höhe auf, die im wesentlichen gleich der axialen Höhe der Zähne eines Polrades ist, wobei die Pole 37 bis 40 in axialer Richtung in gleichmäßigen Abständen gestuft angeordnet sind. In der dargestellten Ausführungsform liegt der Pol 37 am unteren Ende der ringförmigen Anordnung, der Pol 39 um eine Stufenteilung höher, der Pol 38 um zwei Stufenteilungen höher und der Pol 40 am oberen Ende der ringförmigen Anordnung.

Die Pole 33 bis 36 der für die Drehbewegung maßgeblichen Joche 29, 30 sind in Axiälfichtung gleich läng ausgebildet, wobei ihre Länge ungefähr der doppelten axialen Höhe eines Polradzähnes 53 entspricht.

t I

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Die Pole 33 bis 40 weisen eine solche Breite auf und sind derart in der Anordnung verteilt, daß die für die Drehbewegung

maßgeblichen Pole 33 bis 36 ungefähr der umfangsmäßigen Zahnbreite der Polräder entsprechen, die Pole jeweils eines Joches 29, 30 unmittelbar nebeneinander angeordnet sind, die beiden Joche 29, 30 jedoch gegenüber den Polrädern 51, 52 um eine halbe Zahnteilung versetzt angeordnet sind, während die umfangs- ! mäßige Polbreite der für die Axialverschiebung maßgeblichen Pole ! 37 bis 40 ungefähr der anderthalbfachen Breite eines Polradzahnes entspricht und die Pole 37 bis 40 so angeordnet sind, daß in jeder Stellung des Rotors 41 .ein gleiches Verhältnis Polrad-&Ggr; zahn 53 zu Polradlücke 54 jedem Pol 37 bis 40 gegenüberliegt. In dem Ausführungsbeispiel der Figuren 4 und 5 sind Zähne und Lücken ues Rotors 41 jeweils 30° breit; die Pole 33, 34, 35, 36 der Joche 29, 30 für die Drehbewegung sind ungefähr 30° breit, wobei die zu einem Joch gehörenden Pole mit geringem Abstand unmittelbar benachbart sind; die Pole 37, 38, 39, 40 der für die Axialverschiebung maßgeblichen Joche 31, 32 sind ungefähr 45 breit, wobei die zu jeweils einem Joch gehörenden Pole ca. 15 weit auseinander liegen; schließlich sind die Joche 29, 30 für die Drehbewegung derart angeordnet, daß die dem einen Joch 31 für die Axialverschiebung benachbarten Pole 34, 36 mit nur geringem Abstand neben den Polen 37, 38 des Joches 31 für die Axialverschiebung liegen, so daß sich zwischen den Polen 39, 40 des zweiten Joches 32 für die Axialverschiebung und den Polen 33, 35 der Joche 29, 30 für die Drehbewegung ein Abstand von ungefähr 15 ergibt.

Des weiteren ist in dem Ausführungsbeispiel vorgesehen, daß die üxiale Höhe der Polradzähne 53 und des Abstandes 55 zwischen den Poiradzähnen jeweils k im beträgt. Entsprechend obiger Beschreibung sind demnach die axialen Längen der für die Axialverschiebung maßgeblichen Pole 37 bis 40 ebenfalls 4 mm, wobei der P'oi 39 gegenüber dem Pol 37 um 2 mm höhenversetzt, der Pel 58 gegenüber dem Pol 39 wiederum um 2 mm höhenversetzt und der

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Pol 40 gegenüber dem Pol 38 um 2 mm hähenversetzt ist. Bei entsprechender Ansteuerung der Spulen 44 und 45 wird der in der Grundstellung befindliche Rotor 41 durch Aktivierung des Pols 37 um 2 mm axial verschoben, durch darauffolgende Aktivierung des Pols 39 um weitere 2 mm verschoben, durch darauffolgendes Aktivieren des Pols 38 wiederum um 2 mm verschoben und gelangt durch darauffolgendes Aktivieren des Pols 40 in sei.:.-3 zweite axiale Endlage, in der er gegenüber der Grundstellung um insgesamt 8 mm verschoben ist. Durch umgekehrte Reihenfolge ir, der Erregung der Pole 37 bis 40 kann die Richtung der Axialverschiebung umgekehrt werden. Der Bewegungsablauf wird durch das Schema der Fig. 7 verdeutlicht, in der die gleichen Bezugsziffern wie in den Figuren 4 und 5 verwendet werden.

Die schrittweise Drehung des Rotors 41 erfolgt in an sich bekannter Weise durch abwechselnde Erregung der Pole 33 bis 36. Es ist ersichtlich, daß die schrittweise Drehbewegung des Rotors 41 in jeder der geschilderten axialen Verschiebungslagen des Rotors erfolgen kann. Die Breite und Winkellage der Pole 37 bis 40 der für die Axialverschiebung maßgeblichen Joche 31 und 32 gegenüber der Polradteilung bewirkt, daß die in Drehriühtung wirkende resultierende magnetische Kraftkomponente der Pole 37 bis 40 Null ist und der Rotor somit nicht durch Ansteuerung des axial wirkenden Erregungssystems eine Drehbewegung ausführt.

Ein Motor gemäß diesem Ausführungsbeispiel erlaubt eine sehr kompakte, in axialer Richtung flache Bauweise, wobei infolge des verwendeten Hybrid-Systems ein hohes Drehmoment entwickelt wird. Ein vergleichbarer Aufbau ist selbstverständlich auch mit einer anderen Polzahl, insbesondere mit verdoppelter Pt)I^ zahl denkbar, wobei sich zweckmäßiger"wäiäe gleichzeitig zu aktivierende Pole gegenüberliegen, so daß auf Welle und Lacjef einwirkende radiale Kräfte sich gegenseitig aufheben.

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- 19 - '^:" "20,Ve

Oil-LE/gb

D£-58Öi

Ein weiteres Ausführuhgsbeispiel ist in Fig. 6 dargestellt, bei
dem drei in Wickluncjsträger 56 bis 58 eingebettete Ringspulefi
59 bis 61 axial übereinander angeordnet sind. Sowohl oberhalb
als auch unterhalb einer jeden Ringspule 59 bis 61 sind scheibenförmige Bleche 62 bis 67 aus magnetisch leitfähigem Material
angeordnet, auä denen schmale Stege ausgeklinkt und derart nach
innen abgewinkelt sind, daß sich innerhalb einer jeden Ring·?
spule 59 bis 61 eine Folge von Polen 68, 69 entlang der innenwand der jeweiligen Ringspule ergibt. Die Polteilung ist dabei
für alle drei Ringspulen gleich, die Pole 68, 69 der beiden
äußeren Ringspulen 59, 61 sind phasengleich angeordnet und die
Pole der mittleren Ringspule sind phasev.versetzt angeordnet.
Das Motorgehäuse 70 bildet den magnetischen Rückschluß.

Auf der in Gleitlagern 71, 72 axial verschiebbar gelagerten |

Welle 73 ist ein Rotor 74 mit permänentmagnetischen Zähnen 75 |

befestigt, der angenähert eine axiale Länge entsprechend der |

doppelten Höhe eines Spulensystems aufweist. Bei wechselweiser I

Ansteuerung der unteren Spule 61 über deren Zuleitungen 76 und |

der mittleren Spule 60 über die Zuleitungen 77 nimmt der Rotor |

seine untere axiale Endlage ein und wird schrittweise gedreht. |

Bei wechselweisef Ansteuerung der oberen Spule 59 über deren |

Zuleitungen 78 und der mittleren Ringspule 60 nimmt der Rotor |

74 seine axiale obere Endlage ein und wird ebenfalls schritt- f

weise gedreht. Wird hingegen nur eine der beiden äußeren Ring- J

spulen 59, 61 angesteuert, so nimmt der Rotor 74 die entsprech- |

ende Endlage ein, führt aber keine Drehbewegung aus. Auch hier |

sind demzufolge zwei Erregungssysteme vorgesehen, von denen \

eines (Ringspulen 59, 61) für die axiale Relativverschiebung ^: des Rotors 74 gegenüber dem Stator, das andere (Ringspule 60

im wechselweisen Zusammenwirken mit einer der Ringspulen 59 i

bzw. 61) für die Drehbewegung des Rotors maßgebend ist. In dem }

Motor dieses Ausführungsbeispiels - wie auch in denen der beiden ;

anderen Ausführungsbeispiele - kann es darüberhinaus zweck- f:

mäßig sein, eine Rückholfeder anzuordnen, durch die der Rotor j

im nicht angesteuerten Zustand des jeweiligen Erregungssystems. Ii

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für die Axialverschiebung in eifie definierte axiale Ausgangslage gebrächt wird*

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Öll-LE/de D£-5BJJi *

&iacgr;&iacgr; \ \ ,

Die permanentmagnetischen Zähne 75 des Ro&Gfs*^ id Sc¹I₄F ig¹ AGi j können dadurch gebildet 6ein, da3 auf die zylindrische Außenfläche des Rotors solche "per radialer Magnetisierung" quasi aufgeprägt sind oder/und diese können durch nutartige axial laufende Ausnehmungen in der genannten Außenfläche beiderseits der Zähne gebildet bzw. noch wirkungsvoller ausgeprägt sein.

Ein viertes Ausführungsbeispiel zeigen die Figuren 8 bis 14, bei dem das ßffegungssystem für die schrittweise Drehbewegung eines Rotors BO ringförmig innerhalb desselben, während das Erregunmssystem für die axiale Verschiebung ringförmig außerhalb demselben untergebracht ist* Der Rotor 80 ist z.B. topfförmig ausgebildet. Im flach ausgebildeten Bodenteil 82 ist zentrisch eine axial verschiebbare Welle 83 befestigt. Die zylindrische Innenwand des topfförmigen Rotors 80 weist sechs radial nach innen gerichtete ausgeprägte Pole 81 auf, die am Umfang äquidistant zueinander angeordnet sind, Die Pole 81 verlaufen parallel zur Achse und haben über ihre gesamte axiale Länge durchgehend den gleichen Querschnitt. Die zylindrische Außenwand des Rotors 80 im Schnitt die Grundform einer Zahnstange auf, wobei die

Zähne 84 ringartig über den gesamten Umfang der Außenwand verlaufen und durch Nuten 85 getrennt parallel im wesentlichen über die gesamte axiale Länge im gleichen Abstand zueinander angeordnet sind. Zähne 84 und Nuten 85 haben aus Ferti^ungsgxünden trapezförmige Kontur.

Die Erregungssysteme für die Bewegungen des Rotois 80 sind in einem Gehäuse 86 untergebracht. Zwei Lager 87, beispielsweise Sinterlager, die im Gehäuse 86 befestigt sind, dienen zur Lagerung der Welle 83.

In diesem Ausführungsbeispiel (Fig. 8) besteht das Erregungssystem für die Drehbewegung des Rotors 80 aus einem inneren Stator, der aus zwei identischen Statorelementen 88 und einer axial dazwischen liegenden axial magnetisieren Permanentmagnetscheibe 89 zusammengesetzt ist. Das Statorelement 88 enthält an jeder Stirnseite je eine Polscheibe 90 mit sechs äquidistanten ausgaprägten Polen 91, die radial nach außen gerichtet sind und mit geringem radialen Abstand den Polen 81 des Rotors 80 gegenüberstehen. Die Polmitten der Pole 91 der beiden Polscheiben 9Ö "eines Statorelements 88 sind umfangsmäßig 30° zueinander versetzt angeordnet.&bull;&bull;J.isictxßn.:db't)'.

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qii-LE/de 5E^SUi "

Pcischeiben ist eine Ringr-pule 92 mit Zuleitungen 93 eingebettet* j
' Die beiden identischen Statorelemente 88 sind bezüglich ihrer Pol-

mitten zusätzlich umfangsmäßig um 15° zueinander verdreht afige-I bracht. Es liegt nur jeweils ein diametral gegenüberliegendes Pölpaar 91 der vier axial versetzten Polscheiben 90 einem entsprach-¹

enden über die ganze axiale Länge des Rotors 80 verlaufenden ebeh- > falls diametral angeordneten Polpaar 81 des Rotors gegenüber.

Jj, Das Ei'fegungssystem für die axiale Verschiebung des Rotors 80 I ' beinhaltet einen äußeren Stator. Dieser Stator besteht aus zwei 1 Statorringen 98, die durch eine Permanentmägnetscheibe 99 axial

If ' Voneinander getrennt konzentrisch zum Rotor 80 im Gehäuse 86 f" befestigt sind. Der Statorring 98 besteht aus zwei Polscheiben I 94₈ die die Form eines flachen Topfes haben und am Topfrand

I mittels eines geeigneten Verbindungsverfahrens miteinander ver-

I bunden sind. Im äußeren Durchmesserbereich zwischen den Pol- -.

I scheiben 94 ist eine Ringspule 95 mit Zuleitungen 96 angeordnet.

I Zur Führung der Zuleitungen 96-Weist die durchgehende Innen-

¹ bohrung 97 der Polscheibe 94 eine Ausnehmung 100 auf. Der Durchmesser der Innenbohrung 97 ist geringfügig größer als der

? Außendurchmesser der Zähne 84 der Außenwand des Rotors 80. Die umfangsmäßig nicht unterbrochenen ringartigen Zähne 34 ergeben

', im Zusammenwirken mit der kreisrunden Innenkante (Innenbohrung 97) der Polscheiben 94 eine größere Kraft.

Der axiale Abstand der Hitten der Polscheiben 94 des einen Statorringes 98 ist so gestaltet, daß die eine Polscheibe 94 einem Zahn 84 des Rotors 80 genau gegenübersteht, während die andere Polscheibe 94 einer Nut gegenübersteht. Der axiale Abstand des zweiten Statorringes 98 zum ersten Statorring ist so gewählt, daß die Mitte der Polscheiben 94 des zweiten Statorringes 98 im wesentlichen jeweils mittig zwischen Zahn tu tind Nut 85 des Rotors 80 liegt. Hierfür ist die axiale Dicke des. Permanentmagneten 99 maßgebend. Die vorbeschriebene Betrachtung ist auf einen feststehenden Rotor bezogen.

- 23 - ,".A. - ."ZS»T38.'1^87.·

DE-580i

Ein Ausführungsbeispiel wurde so ausgeführt, daß die Mitten der Polscheiben 94 des Statorringes 98 soweit axial voneinander entfernt sind, daß die eine Polscheibe 94 einem Zahn 84, während die andere Polscheibe 94 der Nut 85, die dem nächsten Zahn 84 folgt, gegenübersteht, d. h. auf die Zahnteilung T der Zähne 84 bezogen: 1,5 mal T, oder allgemein ausgedrückt: (n + 0,5)mal "T. Die beiden identischen Statorringe 98 sind axial so beabstandet, daß die äußeren Polscheiben 94 4,25 mal T und die inneren Polscheiben 94 1,25 mal voneinander entfernt sind. (Diese Entfernung ist die zwischen den axialen Mitten der Polscheiben). Die axialen Matten der innenliegenden Polscheiben 94 sind allgemein ausgedrückt (n + 0,25)mal T axial voneinander entfernt.

Durch diese Anordnung steht in jeder axialen Rotorstellung nur jeweils ein Zahn 84 einer Polscheibe 94 genau gegenüber.

Im stromlosen Zustand bewegt eine Feder 102 den Rotor 80 in seine Ausgangsstellung.

Je nach Verwendungszweck lassen sich durch Änderung der Zahnteilungsabmessung die Schritte vergrößern oder verkleinern oder man erhält für eine bestimmte Länge mehr oder weniger Schritte.

Im Ausführungsbeispiel ist die axiale Länge der beiden Erregungssysteme zufällig gleich groß.

Die Pole 91 können je nach Fertigungsmethode des Motors auch klauenartige abgewinkelte Polköpfe besitzen.

Die Fig, 15 zeigt eine Variante zuf Figur 8. Die gleich bezifferten 'feile Bind ift Fig. 8 beschrieben*

Claims (1)

1. Ansprüche

   1. Elektromotor mit ausgeprägten Polen am Rotor und/oder Stator und einem Erregungssystem mit einer Wicklung mit selektiv ansteuerbaren Spulen für eine schrittweise Drehbewegung des Rotors,

   dadurch gekennzeichnet, daß Rotor und Stator in axialer Richtung relativ zueinander verschiebbar gelagert sind, und daß zusätzlich zum Erregungssystem für die Drehbewegung des Rotors ein weiteres Erregungssystem für eine axiale Relativverschiebung vorgesehen ist und beide Erregu "igssysteme unabhängig voneinander ansteuerbar sind.

   2. Elektromotor »ach Anspruch 1,

   dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Rotor und Stator mindestens ein zylindrischer Luftspalt vorhanden ist und daß die Erregungssysteme symmetrisch zur Rotorachse, insbesondere koaxial zu ihr, angeordnet sind.

   3. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2,

   dadurch gekennzeichnet, daß das Erregungssystem für die schrittweise Drehbewegung und das Erregungssystem für die axiale Relativverschiebung in axialer Richtung übereinander angeordnet sind.

   k. Elektromotor nach Anspruch 3,

   dadurch gekennzeichnet, daß in axialem Abstand zum Rotor ein mittel- oder unmittelbar auf den Rotor einwirkender, in erregtem Zustand den Rotor axial verschiebender Elektromagnet (&Igr;&Ogr;, 13) angeordnet ist Und daß das Erregungssystem für diß Drehbewegung des Rotors derart ausgestaltet ist_f daß der Re to If sich in beiden axialen Entstellungen in descjn Wirkungsbereich befindet.

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   5. Elektromotor nach Anspruch 4,

   dadurch gekennzeichnet, daß für die axiale Verschiebung eine Ringspule (10) um die Welle (3) herum und fest auf der Welle (3) ein ferromagnetisches Ankerteil (16) angeordnet ist und daß Ringspule (10) und Ankerteil (16) in der Art eines Tauchankermagneten zusammenwirken.

   6. Elektromotor nach Anspruch 5,

   dadurch gekennzeichnet, daß das Ankerteil (16) kegelförmig und der Innenraum der Ringspule (10) hohlkegelförmig ausgestaltet sind.

   7. Elektromotor nach Anspruch 6,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Ringspule (10) zylindrisch gewickelt und auf einem hohlkegelförmigen ferromagnctischen Flußleitstück (13) angeordnet ist.

   8. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor zwei gleichartig genutete Polräder (6, 7) aufweist, die parallel zueinander auf den Stirnseiten eineo axial magnetisierten ringförmigen Permanentmagneten (8) derart angeordnet sind,.daß die Zäfcine (17) um die halbe Zahnteilung gegeneinander versetzt sind*

   9. Elektromotor nach einem der vcihergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das für die schrittweise- Drehbewegung des Rotors vorgesehene Erregungssystem von einer zylindermantelförmigen eisenlosen Wicklung (2) gebildet wird, deren Spulen (19 - 22, 19' - 22') in axialer Richtung nebeneinander angeordnet sind, Wobei die Spulendräh'ie im Bereich der Axialbewegung des Rotois im wesentlichen parälr: lei (23) zui? Welle (3) verlaufen und daß die Wicklung (2) von eiitefn fefFomagnetischen Mäntel (1) umschlössen ist.

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   Oll-LE/ob DE-SOOi

   10. Elektromotor nach Anspruch 9,

   dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Wicklungsspu^ len (19-22, 19'-22') annähernd der halben Zahnteilung der Polräder (6, 7) entspricht.

   11. Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2\

   dadurch gekennzeichnet, daß sowohl das Efregungssystem für" die schrittweise Drehbewegung als auch das Erregungssystem für die axiale Relativverschiebung in einer gemeinsamen ringförmigen Anordnung vorgesehen sind und der Rotor (41) aus zwei gleichartigen in axialem Abstand voneinander angeordneten genuteten Polrädern (51, 52) mit gleichgerichteten Zähnen (53) gebildet ist, wobei das Eiregungssystem für die Drehbewegung ausgeprägte Pole (33-36) einer derartigen axialen Höhe aufweist, daß sich mindestens eines der Polräder in den axialen Endlagen des Rotors (41) voll im magnetischen Wirkungsbereich dieser Pole (33-36) befindet, und wobei das Erregungssystem für die axiale Relativverschiebung ausgeprägte Pole (37-40) gleicher Höhe aufweist, die in axialer Richtung versetzt angeordnet sind.

   12* Elektromotor nach Anspruch 11,

   dadurch gekennzeichnet, daß der maximale Verschiebeweg in Einzelhübe unterteilt und für jeden Einzelhub mindestens ein Pol (37-40) des Erregungssystems für die axiale Relativverschiebung vorgesehen ist, wobei -jeder Pol (37-40) eine der axialen Länge der Polradzähne (53) entsprechende Höhe aufweist und die versetzte Anordnung der Pole (37-40) den Einzelhüben entspricht.

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   - 4 - 2_B.d8.i987

   DE-5B01

   13. Elektromotor nach Anspruch Il oder 12,

   , dadurch gekennzeichnet, daß die Breite sowie die Winkellage der für die Drehbewegung des Rotors maßgeblichen Pole (33-36) in Bezug auf die PolrädzMhrre (53) im Sinne einer Drehbewegung bei wechselweiser Erregung der (Drehbewegungs-) Pole (33-36) gewählt ist und daß die Breite und Winkellage der für die Axialverschiebung maßgeblichen Pole (37^4ü) derart gewählt ist, daß in jeder Drehstellung des Rotors (41) die resultierende in Drehrichtung wirkende magnetische Kraftkomponente eines oder mehrerer erregter (Axialverschiebungs-) Pole (37-40) Null ist.

   14. Elektromotor nach Anspruch 13,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Polräder (51, 52) des Rotors (41) 6-pölig und der Stator 8-polig ausgebildet sind, wobei vier Statorpole (33-^36) für die Drehbewegung und vier Statorpole (37-40) für die axiale Verschiebebewegung vorgesehen sind.

   15. Elektromotor nach Anspruch 14,

   &bull; dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Drehbewegungs-Pole (33-36) ungefähr der Umfangsbreite eines Polradzahnes (53) entspricht.

   16. Elektromotor nach Anspruch 14 oder 15,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Axiäivefschiebungs-Pole (37-40) ungefähr der eineinhalbfachen Umfangsbreite eines Polradzahnes (53) entspricht.

   17. Elektromotor nach Anspruch 14, 15 oder 16,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Polradzähne (53) die gleiche Breite wie die Polradnuten (54) aufweisen.

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   pii-LE/qb DE-580 i

   18i Elektromotor tiäch Anspruch 17,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Drehbewegungs-Pole (33-36) und die Axialverschiebungs-Pole (37-40) jeweils paarweise im Wechsel nebeneinanderliegend angeordnet sind, wobei die Pole eines Drehbewegungs-Polpaares (33, 34 bzw» 35, 36) eine Breite von ungefähr 30 aufweisen üi"iu iiiit ycnriycifi gegenseitigen Abstand angeordnet sind, die Pole eines Axiälbeweguhgs-Pölpaäres (37, 38 bzw. 39,-'4O) eine Breite von ungefähr 45 aufweisen und mit einem gegenseitigen Abstand von ungefähr 15 angeordnet sind, zwischen dem einen Axialverschiebungs-Polpaar (39, 40) und den Drehbewegungs-Polpaären (33, 34 bzw« 35, 36) ein Abstand von ungefähr 15 vorgesehen ist und das andere Axiaiverschiebungs-Polpaar (37, 38) mit geringem Abstand zu den Drehbewegungs-Polpaaren (33, 34 bzw. 35, 36) angeordnet ist.

   19. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens das Erregungssystem für die Drehbewegung des Rotors (41) sowohl Wicklungs&pulen (42-45) als auch Permanentmagnete (46-49) aufweist, die ■derart mit den Polen (33-40) desiStators in Wirkverbindung stehend angeordnet sind, daß der von-den Permanentmagneten (46-49) hervorgerufene magnetische Fluß in den Polen (33-40) durch die Wirkung erregter Wicklungsspulen (42-45) verstärkend oder verringernd beeinflußbar ist.

   20. Elektromotor nach Anspruch 19,

   dadurch gekennzeichnet, daß die Pole (33-40) eines jeden Polpaares (33,.34 / 35, 36 / 37, 38 / 39, 40) magnetisch leitend miteinander verbunden sind und zwischen benachbarten Polpaaren jeweils ein Permanentmagnet (46-49) derart angeordnet ist, daß auf beiden Seiten ein und desselben* Polpaares gleichnamige PefKianentmagnetpole liegen, und daß jedes Polpaar mit einer Wicklungsspule (42-45) versehen ist.

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   011-LE/gb DE-5d"0i

   21. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

   ^ dadurch gekennzeichnet, daß drei gleichartige ringförmige

   Efregungssysteme axial nebeneinander angeordnet sind, die

   &phgr;, jeweils eine Ringspule (59, 60, 61) und QU§geprägte Pole

   &igr; (68, 69) aufweisen, daß die beiden äußeren Erregungssysteme

   I ■ mit gleichphasigem und das mittlere Erregungssystenl mit

   & phasenverschobpnem Verlauf der Pole (68, 69) angeordnet

   || sind und daß ein axial verschiebbarer Rotor (74) mit per-

   |i manentmagnetischen Zähnen (75) vorgesehen ist, dessen

   f axiale Höhe derart bemessen ist, daß er sich in jeder

   ^ seiner axialen Endlagen im magnetischen Wirkungsbereich

   !; des mittleren und eines äußeren Erregungssystems befindet,

   wobei die Drehbewegung durch wechselweise Erregung des I mittleren und eines äußeren Erregungssystems veranlaßt

   I wird und der Rotor (74) eine axiale Lage entsprechend dem

   )i angesteuerten äußeren Erregungssystem einnimmt.

   22. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Rückholfeder zwischen Rotor umd Motorgehäuse vorgesehen ist, durch die der Rotor in seine eine axiale Endlage verschiebbar ist.

   23. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Erregungssystem für die schrittweise Drehbewegung koaxial innerhalb des Rotors (80) u. d das Erregungssystem für die axiale Relativbewegung koaxial außerhalb des Rotors

   ^: (80) angebracht ist«

   24. Elektromotor nach Anspruch 1 od. 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Erregungssystem für die schrittweise Drehbewegung '^: ~ einem Gehäuse (86) ringförmig zwischen einer Welle und der im wesentlichen zylindrischen Innenwand des Rotors (80) und das Eriregungssystem für die axiale Relativbewegung ringförmig außerhalb des Rotors (80) angebracht ist.

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   -T- 28.08.1987 {

   011-LE/gb L DE-580i

   25. Elektromotor nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, daß die statorseitigen Erregungssysteme jeweils permanentmagnetisch (Permanentmagnetscheiben 89, 99) sind.

   26. Elektromotor nach Ansprüchen 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Erregungssystem für die Drehbewegung aus zwei axial durch die axial magnetisierte Permanentmagnetscheibe (89) beabstandeten Statorelemente (88) besteht.

   27. Elektromotor nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorelemente zwei Ringspulen mit ebenen Polscheiben (90) beiderseits aufweisen, die Polmitten radial außen um 30 zueinander versetzt sind.

   28. Elektromotor nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorlemente (88) um 15° zueinander verdreht sind.

   29. Elektromotor nach Anspruch 23 oder Anspruch 24* dadurch gekennzeichnet j daß das Erregungssystem für die axiale Relativbewegung aus zwei axial durch die axial magnetisierte Permanentmagnetscheibe (99) beabstandeten Statorringen (98) besteht, welche zwei Ringspulen (95) mit je zwei benachbarten Polscheiben (94) mit kreisrunder Innenbohrung (97) aufweisen .

   30. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 29, insbesondere noch Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Erregungssystßm für die axiale Relativversehiebung mit mindestens einer Wicklung versehen ist.

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   011-HDP/gb DE-580i

   31. Elektromotor nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß das Erregungssystem für die schrittweise Drehbewegung und das Erregungssystem für die axiale Relativverschiebung in axialer Richtung hintereinander angeordnet sind, wobei der Rotor Permanentmagnete aufweist.

   32. Elektromotor nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß das Erregungssystem für die schrittweise Drehbewegung und das Erregungssystem für die axiale Relativverschiebung axial mindestens angenähert in gleicher Position angeordnet sind· und wobei statorseitig Permanentmagnete vorgesehen sind.

   33. Elektromotor nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Permanentmagnete mit beiden Erregungssystemen zusammenwirken .

   34. Elektromotor nach Anspruch 32 oder Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregungssysteme radial distanziert sind, vorzugsweise Ringspulensysteme unterschiedlichen Durchmessers innerhalb und außerhalb des Rotors bilden.

   35. Elektromotor nach Anspruch 32 oder Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, daß die ErregungSr**ysteme auf einem Statorringeisenkörper sektorielle Gruppen bilden, die symmetrisch zueinander liegende Spulen aufweisen.

   36. Elektromotor nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (6 - 8, 41, 74, 80) auf einer im Motorgehäuse (1, 70, Ö6) axial verschiebbar gelagerten Welle (3, 50, 73, 83) befestigt ist-

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   011-LE/gb DE-5'8Di

   37. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichartig genuteten Polräder (6, 7; 51, 52) am Umfang konzentrierte Pole aufweisen .

   38. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

   j dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (41) mindestens zwei -

   j gleichartig genutete axial fluchtende Rolräder (51, 52) ohne

   permanentmagnetische Erregung aufweist.

   t 39. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

   dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (74) mit einem radial nach innen gerichteten Rückschluß versehen ist.

   40» Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gskennzeichnet, daß der hohlzylindrische Rotor (80) an seiner Innenwand umfangsmäßig äquidistant angeordnete Pole (81) enthält.

   41. Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des Rotors äquidistante Umfangsrillenvon vorzugsweise trapezförmigem Querschnitt bildet, sodaß eine Axialzahnung auf der Außenfläche entsteht, und wobei die Nut- und Zahnkopfbreite gleich groß ist und die Zahnteilung das Maß T hat.

   42.. Elektromotor nach einem der "orhergehenden Ansprüche,

   dadurch gekennzeichnet, daß die axialen Mitten der beiden Polscheiben (94) des Statorringes (98) (n + 0,5)mal T axial voneinander entfernt sind.

   43* Elektromotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

   dädufch gekennzeichnet, daß der axiale Abstand der axialen Mitten der beiden innenliegendefi PolsGheiben (94) der identischen Statorringe (98) (n + 0,25)mal T betrügt.