DE1163956B - Schrittmotor, insbesondere fuer Anzeigegeraete - Google Patents

Description

• Schrittmotor, insbesondere für Anzeigegeräte Die Erfindung betrifft einen Schrittmotor, insbesondere für Anzeigegeräte, mit einem mit gleichmäßig am Umfang verteilten Magnetpolen wechselnder Polarität versehenen Läufer und einem eine Erregerspule tragenden Ständer mit zwei Polschenkeln, von denen jeder mehrere Polzacken besitzt, wobei die durch wechselnde Erregung der Ständerspule bewirkte schrittweise Drehung des Läufers stets in derselben Richtung erfolgt.
• Bei einem bekannten so aufgebauten Schrittmotor für ein Nebenuhrwerk besitzt der Läufer eine gerade Anzahl von Polpaaren, nämlich sechs, und jeder Ständerpolschenkel zwei Polzacken. Die Ständerpolschenkel umschließen ferner nicht den gesamten Läufer, so daß infolge der unsymmetrischen Verteilung der am Läufer angreifenden Magnetkräfte eine ungleichmäßige Belastung der Läuferlager, damit insbesondere bei einem flink arbeitenden Schrittmotor eine rasche Lagerabnutzung eintritt.
• Bei einem anderen bekannten derartigen Schrittmotor, dessen Läufer sechs Polpaare und deren Ständerpolschenkel jeweils drei Polzacken aufweist, ist ebenfalls keine gleichmäßige Lagerbelastung gegeben, da die Polzacken nicht gleichmäßig über den halben Umfang des Läufers verteilt sind.
• Es sind ferner Schrittmotoren bekannt, bei denen der Ständer einen topfförmigen Aufbau besitzt. Bei einem solchen Motoraufbau kann zwar ohne weiteres eine symmetrische Verteilung der Magnetkräfte erreicht werden, jedoch ist dieser erheblich aufwendiger als ein Aufbau mit jochförmigem Ständer. Wird die Erregerspule außen am Ständertopf angebracht, so weist diese außerdem einen erhöhten Verlustwiderstand auf, so daß die verbrauchte elektrische Leistung unnötig hoch ist.
• Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, den eingangs geschilderten, einfach aufgebauten, bekannten Schrittmotor so zu verbessern, daß die Magnetkräfte symmetrisch verteilt über den ganzen Umfang am Läufer angreifen, somit die Läuferlager eine gleichmäßige Belastung erfahren und ein verhältnismäßig flink arbeitender Schrittmotor erzielt wird.
• Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Läufer eine ungerade Anzahl von Polpaaren, mindestens jedoch fünf besitzt, jeder Ständerpolschenkel an Polzacken die Hälfte der um eins vermehrten Polpaare des Läufers aufweist und den Läufer nahezu um 180° umschließt.
• Durch die besondere Wahl der Polpaare am Läufer und Polzacken an den Ständerpolschenkeln wird erreicht, daß der Läufer kleine Drehschritte ausführt, somit der Schrittmotor verhältnismäßig flink arbeitet, zum anderen wird durch die symmetrische Verteilung der am Läufer angreifenden Magnetkräfte über den gesamten Läuferumfang eine gleichmäßige Belastung der Läuferlager, damit eine geringere Abnutzung derselben erzielt.
• Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht der Läufer aus einem axial gepolten Dauermagneten und zwei stirnseitig an diesem befestigten Weicheisenscheiben mit zueinander achsparallel abgebogenen, denselben Abstand von der Läuferachse aufweisenden, verzahnt ineinandergreifenden Pollappen.
• Dieser besondere Läuferaufbau ermöglicht es auch, bei einem flink arbeitenden, also eine hohe Läuferpolpaarzahl aufweisenden Motor ein großes Drehmoment beizubehalten. Dies wird dadurch erreicht, daß der Läufer über den Umfang verteilt an konzentrierten Stellen hohe Flußdichten aufweist, wodurch dem nachteiligen Einfluß der Streuflußerhöhung infolge Vergrößerung der Polpaarzahl entgegengewirkt wird.
• Bei großer Polpaarzahl, somit der gewünschten großen Schrittgeschwindigkeit und kleinem S.treufluß, ist kein Platz für die sonst üblichen, die Drehrichtung des Läufers bestimmenden Pollappen. Die Läuferdrehrichtung wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung dadurch bestimmt, daß die Polschenkelform so gewählt ist, daß die Luftspaltschlitze zwischen Läufer und Ständer im Bereich zwischen zwei Polzacken der Polschenkel sich in Läuferdrehrichtung verkleinern.
• Um die Rückdrehung des Läufers bei einem solchen flink arbeitenden Motor sicher zu vermeiden, wird als Rückdrehsperre ein auf der Läuferwelle sitzendes feingezahntes Zahnrad und eine ortsfeste, in die Zahnradzahnung eingreifende Schnappfeder verwendet.
• Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt F i g. 1. eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Schrittmotors, F i g. 2 einen Schnitt durch diesen Schrittmotor und F i g. 3 und 4 Vorder- und Seitenansichten des gesamten Schrittmotors.
• Der Stator des elektromagnetischen Schrittmotors besteht aus dem Eisenkern 7, der Erregerspule 2 und den von Blechpaketen gebildeten Polschenkeln 3, 3', von denen jeder den Läufer um nahezu 180' umschließt. Der Läufer ist an der Welle 4 befestigt und weist einen Permanentmagneten 5 aus einem Werkstoff mit hoher Koerzitivkraft auf, der in Richtung der Achse der Welle 4 magnetisiert ist (siehe F i g. 2) und an dessen beiden Stirnseiten topfförmige Scheiben 6 bzw. 6' angebracht sind, die somit verschiedene Polarität besitzen und die Träger von je fünf Pollappen sind.
• Die zueinander umgebogenen Ränder der Scheiben 6 bzw. 6' sind je mit fünf Ausschnitten versehen, wobei die zwischen diesen gleich großen und gleich weit am Umfang voneinander entfernten Ausschnitten stehengebliebenen Randteile die Pollappen bilden. Aus F i g. 1 geht deutlich hervor, daß die Anordnung derart getroffen ist, daß jeweils zwischen einem Pollappen N (Nordpol) der einen topfförmigen Scheibe 6' ein Pollappen S (Südpol) der anderen topfförmigen Scheibe 6 liegt und daß diese Pollappen am Umfang gleich weit voneinander entfernt sind. Die vom Läufer ausgehenden magnetischen Kraftlinien treten hierbei fast radial aus den Pollappen der topfförmigen Scheiben 6, 6' aus.
• Die den Läufer umgebenden Polschenkel 3, 3' des Stators besitzen ein besonders geformtes Innenprofil und bilden Polzacken 7, wobei ein Luftspalt t von veränderlicher Größe entsteht, wie dies F i g. 1 deutlich zeigt.
• Die Spule 2 wird einmal so erregt, daß sich am Polschenkel 3 ein Südpol und am Polschenkel 3' ein Nordpol ausbildet (Stellung des Läufers in Fig. 1), während darauffolgend die Erregung der Spule 2 umgekehrt wird, so daß der Polschenkel 3 ein Nordpol und der Polschenkel 3' ein Südpol wird.
• Jede Erregungsumkehr bewirkt eine Drehung des Läufers um einen Schritt, wobei die Drehrichtung (siehe Pfeil am Läufer in F i g. 1) durch die Ausbildung der Polzacken 7 festgelegt ist, da sich in dieser Richtung der Luftspalt t zwischen den Polzacken 7 des Stators und den Pollappen des permanentmagnetischen Läufers stetig verringert. Der bei Erregung der Spule 2 vom Stator ausgehende Magnetfluß bewirkt auf diese Weise die schrittweise Weiterdrehung des Läufers, indem er auf diesen - bedingt durch die Form der Polzacken 7 - ein Drehmoment immer in der gleichen Richtung ausübt.
• Um die Betriebssicherheit des erläuterten elektromagnetischen Schrittmotors bei dessen Verwendung zum Antrieb von Fächerwalzen od. dgl. noch zu erhöhen, können zusätzliche Hilfsmittel vorgesehen werden. Eines dieser Hilfsmittel kann aus einer Rückdrehsperre bestehen, die ein Schwingen des Drehankers um die magnetische Gleichgewichtslage zufolge der kontinuierlichen und gegenseitigen Umwandlung von kinetischer Energie in potentielle Energie sowie eine etwaige Rückdrehung des Ankers -falls er zufolge dieser Schwingungen in eine hierzu günstige Lage gelangen sollte - verhindert. Diese Rückdrehsperre bewirkt, daß sich der Drehanker nach jedem Drehschritt in einer Winkellage befindet, die gegenüber der dem magnetischen Gleichgewicht entsprechenden Winkellage etwas vorgedreht ist, so daß der folgende Drehschritt begünstigt wird.
• In den F i g. 3 und 4 ist die Gesamtanordnung eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Schrittmotors, in einer den F i g. 1, 2 entsprechenden Ausführung, samt Rückdrehsperre mit feingezahntem Zahnrad 11 und Schnappfeder 12 und samt einem Reibungsschwungrad 18 mit zugehöriger Andrückfeder 19 dargestellt.
• Auf der Welle des Drehankers sitzt ein Zwischenzahnrad 20, das dazu bestimmt ist, die Fächerwalze od. dgl. anzutreiben.

Claims (4)

1. Patentansprüche: 1. Schrittmotor, insbesondere für Anzeigegeräte, mit einem mit gleichmäßig am Umfang verteilten Magnetpolen wechselnder Polarität versehenen Läufer und einem eine Erregerspule tragenden Ständer mit zwei Polschenkeln, von denen jeder mehrere Polzacken besitzt, wobei die durch wechselnde Erregung der Ständerspule bewirkte schrittweise Drehung des Läufers stets in derselben Richtung erfolgt, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß der Läufer eine ungerade Anzahl von Polpaaren (N, S), mindestens jedoch fünf besitzt, jeder Ständerpolschenkel (3, 3') an Polzacken (7) die Hälfte der um eins vermehrten Polpaare des Läufers aufweist und den Läufer nahezu um 180° umschließt.
2. 2. Schrittmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer aus einem axial gepolten Dauermagneten (5) und zwei stirnseitig an diesem befestigten Weicheisenscheiben (6, 6') mit zueinander achsparallel abgebogenen, denselben Abstand von der Läuferachse (4) aufweisenden, verzahnt ineinandergreifenden Pollappen besteht.
3. 3. Schrittmotor nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschenkelform so gewählt ist, daß die Luftspaltschlitze (t) zwischen Läufer und Ständer im Bereich zwischen zwei Polzacken (7) der Polschenkel (3, 3') sich in Läuferdrehrichtung verkleinern.
4. 4. Schrittmotor nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Rückdrehsperre ein auf der Läuferwelle sitzendes feingezahntes Zahnrad (11) und eine ortsfeste, in die Zahnradzahnung eingreifende Schnappfeder (12) verwendet ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 716 753, 856 278, 673170, 972 659; deutsches Gebrauchsmuster Nr. 1729 598.