DE4325676C2

DE4325676C2 - Hybrid-Schrittmotor

Info

Publication number: DE4325676C2
Application number: DE4325676A
Authority: DE
Inventors: Hiroo Ohya; Toshiaki Sato; Toshio Takahashi; Makoto Wakakuwa; Masao Mizukami; Masaru Fujita; Sadao Miyazawa; Noriaki Aruga
Original assignee: Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1992-07-31
Filing date: 1993-07-30
Publication date: 1999-02-04
Anticipated expiration: 2013-07-31
Also published as: CN1086934A; GB2269484A; GB2269484B; DE4325676A1; GB9315874D0; CN1036039C; US5444316A

Description

Die Erfindung betrifft einen Hybrid-Schrittmotor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Ein Schrittmotor dieser Art ist aus der DE-OS 14 88 691 bekannt.

Ein Hybrid-Schrittmotor hat einen Läufer aus zwei verti kal stehenden stabförmigen Teilen (N- und S-Polteile) und einen Ständer mit vier oder fünf Elektro magnetpaaren. Wenn der Ständer vier Elektromagnetpaare (insgesamt acht Elektromagnete) hat, ist der Drehwinkel für eine Schrittbewegung 45° (360:8=45), und wenn der Ständer fünf Elektromagnetpaare (insgesamt zehn Elektro magnete) hat, ist der Drehwinkel für eine Schrittbewe gung 36° (360:10=36). Diese acht oder zehn Elektromagne te sind mit gleichen Abständen an der Innenwand des Ständers in Umfangsrichtung verteilt.

Allgemein ist es möglich, das jeweilige Elektromagnet paar eigenständig zu erregen. Die Elektromagnete werden in der Reihenfolge ihrer Positionen in Umfangsrichtung des Ständers erregt. Die Erregung dient dem Anziehen der N- und S-Polteile. Ein Schrittmotor, der für eine Dre hung um 180° vier Schrittbewegungen benötigt und daher vier Elektromagnetpaare hat, wird als Vierphasen- Schrittmotor bezeichnet. Ein Schrittmotor, der fünf Schrittbewegungen benötigt und daher fünf Elektromagnet paare hat, wird als Fünfphasen-Schrittmotor bezeichnet (siehe z. B. DE 22 35 086 B2). Im Vergleich mit dem Vierphasen-Schrittmotor hat er für eine Schrittbewegung einen kleineren Drehwinkel von 36°, was zu einer höheren Auflösung und Stabilität führt. Der Fünfphasen-Schrittmotor hat aber keine Elektromagnete, die um einen Winkel von 90° zueinander stehen, da zehn Elektromagnete mit Abständen von 36° angeordnet sind, so daß beim Anziehen des N-Polteils der S-Polteil, welcher rechtwinklig zum N-Polteil steht, von zwei Elektromagne ten angezogen wird, nämlich von dem zweit- und dem drittnächsten Elektromagneten bei der 72°- bzw. 108°-Po sition. Es wäre technisch vorteilhaft, wenn der S-Pol teil von einem einzigen Elektromagneten angezogen würde. Bei der nächsten Schrittbewegung ziehen zwei Elektro magnete gemeinsam den N-Polteil und ein Elektromagnet den S-Polteil an. Daher erfordert der Fünfphasen- Schrittmotor eine komplizierte Kombinations-Ansteuerung, wie sie z. B. in Feinwerktechnik 8 Meßtechnik 86, 1978, 4, Seiten 176 bis 184, beschrieben wird. Andererseits hat der Vierphasen-Schrittmotor acht Elek tromagnete in Abständen von 45°, so daß jeweils ein Elektromagnet den N-Polteil und ein weiterer Elektro magnet den S-Polteil anzieht. Da aber die Schritteilung des Vierphasen-Schrittmotors groß ist und 45° beträgt, hat er eine schlechtere Auflösung und auch eine schlech tere Drehmomentstabilität. Daher haben der Vierphasen- und der Fünfphasen-Schrittmotor einander entgegengesetz te Merkmale.

Erhöht man die Zahl der Elektromagnete oder Phasen des Schrittmotors, so verringert sich der Drehwinkel für ei ne Schrittbewegung. Dadurch wird die Auflösung erhöht und die Drehmomentschwankung zwischen den einzelnen Drehschritten verringert. Dem Erhöhen der Zahl der Elek tromagnete ist aber eine Grenze gesetzt.

Bei dem eingangs genannten Schrittmotor sind der N- und der S-Polteil des Läufers zahnradartig ausge bildet, und die Elektromagnete des Ständers haben an ih ren freien Enden jeweils Zähne in gleichen Abständen, so daß die Ständerzähne den Zähnen der beiden Polteile (Läuferzähne) gegenüberstehen. Die Bewegung entsprechend einer Zahnteilung des Läufers wird durch mehrere Schrittbewegungen erzeugt. Die Anzahl dieser Schrittbewegungen wird als Phasenzahl bezeichnet. Der Drehwinkel einer Schrittbewegung ergibt sich durch Tei len der Läuferzahnteilung durch die Phasenzahl. Die Pha senzahl stimmt mit der Zahl der Erregungsmuster überein.

Der Hybrid-Schrittmotor mit einem zahnradförmigen Läufer hat eine kleinere Schritteilung, jedoch ist die Kombina tion oder Reihenfolge der Erregung der Elektromagnete (im folgenden auch als Hauptpole bezeichnet) dieselbe wie bei Schrittmotoren mit einem stabförmigen Läufer. Wenn der Läufer zahnradformig ausgebildet ist, hat er bei fünf Phasen eine größere Phasenzahl, und sein Dreh winkel für eine Schrittbewegung ist kleiner als bei vier Phasen. Bei fünf Phasen hat man aber keine Hauptpole in 90°-Anordnung, so daß die Erregungskombination gegenüber dem Vierphasenmotor kompliziert ist. Eine derart kompli zierte Ansteuerung wird aber gegenüber dem Drehmoment- Wirkungsgrad, der elektrischen Leistung und der Dreh zahlstabilität nicht bevorzugt.

Es gibt eine Anordnung zur rationelleren Kombination der Erregungen. Die Intervalle zwischen benachbarten Stän derzähnen sind zueinander ungleich, und die Drehwinkel der jeweiligen Schrittbewegung sind veränderlich und entsprechen den ungleichen Intervallen. Bei dieser An ordnung kann die Schritteilung gleichfalls verringert werden. Um die Ständerzähne mit ungleichen Intervallen anzuordnen, sollten die Hauptpolintervalle geändert oder der bzw. die Zähne des Hauptpols mit gewissen unregel mäßigen Formgebungen gegenüber der Mittellinie des Hauptpols versehen sein, ohne die Intervalle der Haupt pole zu ändern. Wenn die Intervalle (Winkel) zwischen den Hauptpolen ungleichmäßig sind, verschlechtert sich aber die Symmetrie relativ zur Drehachse des Schrittmo tors, und dieser hat eine geringere Stabilität bei hoher Drehzahl, und wenn die Zähne an einem Hauptpol unregel mäßig ausgebildet sind, werden keine Magnetfelder gleichmäßiger Intensität erzeugt, auch wenn den Hauptpo len dieselbe Leistung zugeführt wird, denn die Wicklun gen befinden sich auf den Hauptpolen.

Außerdem werden Schrittmotore im allgemeinen in großen Stückzahlen gefertigt, jedoch erfordert das Bewickeln manuelle Tätigkeiten. Daher sollte der Herstellungspro zeß vereinfacht werden. Hierzu sollte eine Wickelmaschi ne einsetzbar sein und der Ständer eine Konstruktion ha ben, die das automatische Bewickeln gestattet.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen Hybrid- Schrittmotor anzugeben, bei dem die vorstehend aufge zeigten Probleme vermieden werden, der leicht zu betrei ben und zur Massenproduktion geeignet ist und bei hoher Drehzahl eine gute Stabilität besitzt.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 1, der einen Schrittmotor angibt. Außer dem ist in Patentanspruch 16 ein Steuerverfahren und in Patentanspruch 23 ein Wickelverfahren für diesen Schrittmotor angegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand jeweiliger Unteransprüche.

Der Hybrid-Schrittmotor nach der Erfindung hat einen Läufer mit einer Läuferwelle und diese umgebenden Läu ferzähnen, die als N-Polzähne und S-Polzähne in Umfangs richtung abwechselnd unter konstanten Intervallen ange ordnet sind. Der Ständer hat zwanzig Hauptpole, die die Läuferwelle bzw. die N- und S-Polzähne in Umfangsrich tung umgeben, wobei jeder Hauptpol zur Läuferwelle hin radial bzw. rechtwinklig zur Läuferwellenrichtung liegt. Ein oder mehrere Ständerzähne am freien Ende eines jeden Hauptpols stehen den Läuferzähnen direkt oder indirekt mit einer vorgegebenen Unregelmäßigkeit gegenüber. Die Hauptpole tragen Erregerwicklungen, und der Läufer wird schrittweise gedreht. Der Betrag einer jeden Schrittbe wegung (Schritteilung) ergibt sich durch Teilen der Läu ferzahnteilung durch eine vorbestimmte Zahl (beispielsweise 10). Die Hauptpole stehen sich radial zur Läuferwelle paarweise gegenüber, wobei jeder Hauptpol rechtwinklig zu dem fünftnächsten Hauptpol liegt. Die Zähne eines jeden Hauptpols (Ständerzähne) sind dabei derart angeordnet, daß ihre Positionen für die ersten zehn Hauptpole und diejenigen der Ständerzähne der zweiten zehn Hauptpole die folgende Beziehung bilden:

Pt.k+m.θ

Dabei ist ein Wert m einzusetzen, der nicht zur Überlap pung führt, und Pt ist die Läuferzahnteilung, k eine be liebige ganze Zahl zwischen 0 und K-1, K die Zahl der N- oder S-Polzähne, m eine ganze Zahl zwischen 0 und 9, und θ die Schritteilung, die sich durch Teilen der Läufer zahnteilung Pt durch 10 ergibt.

Die Zähne auf den Hauptpolen können so angeordnet sein, daß die Position eines Zahns auf einem Hauptpol gegen über derjenigen eines Zahns auf einem fünftnächsten Hauptpol (der dazu 90° versetzt ist) gegeben ist, wobei für k die größte ganze Zahl nicht über K/4 und den Wert 5 für m in den obigen Ausdruck einzusetzen ist.

Der Wert von K ist gegeben durch K=2j, wobei j eine be liebige ungerade Zahl größer als 3 ist.

Die Anzahl der N-Polzähne und diejenige der S-Polzähne stimmen überein. Wird der Läufer in axialer Richtung be trachtet, so sind die N- und die S-Polzähne auf einem Kreis abwechselnd angeordnet. Ein S-Polzahn ist immer um 90° in Umfangsrichtung der Läuferwelle gegenüber einem N-Polzahn verlagert, wenn die Anzahl der N-Polzähne 2j beträgt.

Andererseits ist der Winkelabstand zwischen einem Haupt pol (z. B. Pol 1) und einem fünftnächsten Hauptpol (z. B. Pol 6) immer 90°. Ferner sind vier von fünf aufeinander folgenden Intervallen zwischen sechs Hauptpolen (z. B. Pole 1 bis 6) untereinander gleich. Daher sind die An ordnungen der Hauptpole von vier gleichen Abschnitten eines Umfangs (Quadranten) immer untereinander gleich (90°-Symmetrie). Um die Hauptpole effizient zu be wickeln, hat eine Wickelmaschine fünf Düsen. Diese sind in fünf Hauptpolintervallen angeordnet. Diese Intervalle sind so bestimmt, daß die fünf Düsen einander nicht überlappen, wenn die vier gleichen Abschnitte einander überlappen, und mindestens eine von fünf Düsen ragt in jeden Quadranten hinein. Dies erzeugt relativ große Ab stände zwischen benachbarten Düsen, so daß ausreichend Raum für den Wickelvorgang verfügbar ist. Dadurch können gleichzeitig fünf Hauptpole bewickelt werden. Wenn die Relativpositionen der Wickelmaschine und des Ständers um 90° verdreht wird, stehen die Düsen nun den nächsten fünf Hauptpolen gegenüber, die noch nicht bewickelt sind. Dann bewickelt sie diese fünf Hauptpole gleichzei tig. Dieser Wickelvorgang wird noch zweimal wiederholt. Daher werden die zwanzig Hauptpole in vier Wickelopera tionen vollständig bewickelt.

Da der Ständer eine 90°-Rotationssymmetrie hat und vier von fünf aufeinander folgenden Intervallen zwischen sechs Hauptpolen untereinander gleich sind, sind die Achssymmetrie des Ständers und auch der Gewichtsaus gleich der Hauptpole verbessert.

Wenn die Wicklungen bei einem Wickelvorgang in einer Normalrichtung gewickelt werden, so werden sie im näch sten Wickelvorgang in entgegengesetzter Richtung ge wickelt. Diese beiden Wickelvorgänge werden nochmals wiederholt, denn es sind vier Wickelvorgänge erforder lich. Die von jeder Düse gelieferte Wicklung wird wäh rend dieser vier Wickelvorgänge nicht abgetrennt, so daß ein Leiter kontinuierlich auf vier Hauptpole mit 90°- Versetzung gewickelt wird, d. h. auf die Hauptpole 1, 6, 11 und 16. Dieser Leiter definiert einen Strang (insgesamt sind fünf Stränge vorhanden). Wenn dem Strang Strom in einer vorgegebenen Richtung zugeführt wird, so wird jeder sechste Hauptpol mit einem Polaritätswechsel polarisiert, d. h. der Hauptpol 1 wird N-polarisiert, der Hauptpol 6 wird S-polarisiert, der Hauptpol 11 wird N- polarisiert, der Hauptpol 16 wird S-polarisiert. Wird der Strom dem Strang entgegengesetzt zugeführt, so wer den die Polaritäten dieser vier Hauptpole umgekehrt, d. h. N-S-N-S wird zu S-N-S-N. Wechselt die Stromrich tung, so wechselt auch die Polarität der Hauptpole, d. h. das Erregungsmuster wechselt entsprechend.

Die Anzahl der Zähne auf jedem Hauptpol kann 1, 2 oder mehr sein. In der folgenden Beschreibung wird für jeden Hauptpol ein Zahn vorausgesetzt, wodurch das Verständnis erleichtert wird.

Für die Hauptpole 1 bis 10 sind die 10 Ständerzähne so angeordnet, daß ihre Positionen durch Pt.k+m.θ bestimmt sind, wobei nicht überlappende Zahlen (0 bis 9) für in eingesetzt werden. Andererseits haben die N-Polzähne die Positionen Pt.(0, 1, 2, . . ., k-1). Wenn ein Ständerzahn eine bestimmte Position Pt.k+m.θ hat, so hat der nächste N-Polzahn die Position Pt.k. Daher ist der Abstand zwischen dem Ständerzahn und dem N- Polzahn m.θ. Da die Werte m bei den Hauptpolen 1 bis 10 einander kein Überlappen bewirken, ist der Abstand eines Ständerzahns auf einem bestimmten Hauptpol gegenüber seinem nächsten N-Polzahn in einer bestimmten Richtung 0, θ, 2θ, . . . 9θ. Hier sei bemerkt, daß die Zu nahme des Abstandes nicht in der Folge der Haupt pole 1 bis 10 auftritt. Sie wird mit einer noch zu be schreibenden Beziehung bestimmt. Wenn die Hauptpole (oder die Ständerzähne) mit zunehmendem Abstand (oder der Reihenfolge der "Schrittpositionen") erregt werden, so gibt es zehn Ar ten von Erregungsmustern während der zehn Erregungsvor gänge (ein Erregungszyklus). Insbesondere zieht der Ständerzahn, dessen Abstand zu seinem nächsten N-Polzahn θ ist, den N-Polzahn in der ersten Erregungsphase an. Diese Anziehung dreht den Läufer um θ, und entsprechend wird jeder Abstand zwischen dem Ständerzahn und seinem nächsten N-Polzahn um θ bei einer Erregungsphase verringert. Dann zieht ein weiterer Ständerzahn, dessen Abstand gegenüber seinem nächsten N-Polzahn θ ist und der zuvor den Abstand 2θ hatte, den N-Polzahn in der zweiten Erregungs phase an. Dadurch dreht sich der Läufer wiederum um θ. Diese Vorgänge wiederholen sich insgesamt zehnmal in ei nem Erregungszyklus, wodurch der Läufer um eine Läufer zahnteilung Pt gedreht wird.

Da die Hauptpole in der 90°-Rotationssymmetrie angeord net sind, wobei sich die Anordnung von fünf aufeinander folgenden Hauptpolen in Umfangsrichtung in Abständen von 90° wiederholt, und ein N-Polzahn unter einem Winkelab stand von 90° gegenüber einem S-Polzahn versetzt ist, werden die Magnetfelder in den ersten fünf Erregungspha sen denjenigen der zweiten fünf Erregungsphasen eines Erregungszyklus entgegengesetzt sein, d. h. das Magnet feld der ersten Erregungsphase ist demjenigen der sech sten Erregungsphase entgegengesetzt. Dies bedeutet, daß die Polaritäten der Läuferzähne und die Richtungen der Erregungsströme in der ersten und der zweiten Erregungs phase oder der ersten und zweiten Halberregung in einem Erregungszyklus umgekehrt werden. Wenn den Hauptpolen Strom zugeführt wird, so daß die Ständer mit 90°-Verset zung mit umgekehrter Polarität erregt werden, und der Strom in den ersten und zweiten fünf Erregungsmustern entgegengesetzt zugeführt wird, ergeben sich zehn Erre gungsmuster. Dies bedeutet, daß fünf Eingangsanschlüsse für einen Zehnphasen-Schrittmotor nach der Erfindung ausreichen. Die Erregungsströme werden üblicherweise den zehn Hauptpolen 1 bis 10 individuell zugeführt, um zehn Erregungsmuster zu erhalten. Somit benötigt der bishe rige Zehnphasen-Schrittmotor zehn Eingangsanschlüsse für die Erregung. Die Erfindung vereinfacht also die An steuerung bzw. den Betrieb der Steuerschaltung.

Wenn jeweils vier Hauptpole mit 90°-Versetzung eine Gruppe bilden, so sind die zwanzig Hauptpole des Schrittmotors in fünf Gruppen unterteilt. Fünf Treiber impulszüge mit unterschiedlicher Phasenlage werden die sen Gruppen zugeführt. In jeder Gruppe werden die vier Hauptpole abwechselnd mit entgegengesetzten Polaritäten erregt (N-S-N-S oder S-N-S-N). Bei einem Treiberimpuls (Rechteckimpuls) hat ein Hauptpol mit N-Polarität wäh rend des oberen flachen Impulsverlaufs eine S-Polarität während des unteren flachen Verlaufs, und ein weiterer Hauptpol, der S-Polarität während des oberen flachen Verlaufs hat, hat N-Polarität während des unteren fla chen Verlaufs. Das Erregungsmuster einer Gruppe von vier Hauptpolen wird also in einer Impulsperiode umgekehrt. Deshalb wird die Polarität des Läuferzahns, der von ein und demselben Hauptpol angezogen wird, gleichfalls umge kehrt. Es ist also möglich, zwei Erregungsmuster aus ei nem einzigen Treiberimpuls zu erhalten. Wenn die fünf Treiberimpulszüge unterschiedlicher Phasenlage auf die fünf Gruppen der Hauptpole verteilt werden, können zehn Erregungsmuster in einer Periode erzeugt werden. Auf diese Weise werden zehn Erregungsmuster (Zehnphasen-Er regung) mit den fünf Treiberimpulszügen realisiert, wie sie bisher für den Fünfphasen-Schrittmotor verwendet werden.

Wird ein bestimmter Hauptpol mit S-Polarität erregt, so zieht der Ständerzahn dieses Hauptpols den nächsten N- Läuferpolzahn an. In diesem Fall kann eine vorbestimmte Zahl von Hauptpolen vor und nach diesem Hauptpol in der Reihenfolge zunehmenden (oder abnehmenden) Abstandes in derselben Erregungsphase mit derselben Polarität (S) erregt werden wie der betrachtete Hauptpol, so daß drei Hauptpole gemeinsam einen N-Polzahn anziehen. In der nächsten Erregungsphase wird ein Hauptpol vor dem vordersten Hauptpol mit S-Polarität erregt, während der letzte Hauptpol mit N-Polarität erregt wird.

Um geeignete Hauptpolabstände zu gewährleisten, sollte die folgende Gleichung erfüllt sein:

P=2Pt-θn+Pt (1)

Dabei ist P ein Hauptpolabstand (Intervall zwischen zwei benachbarten Hauptpolen), Pt die Läuferzahnteilung, θ die Schritteilung, die man durch Teilen der Läuferzahn teilung durch die Anzahl der Phasen, z. B. 10, erhält, und n eine ganze Zahl zwischen 1 und 9 mit Ausnahme von 5. Hier sind die Dimensionen des Abstandes und der Tei lung Winkel, nicht Längen.

Die Summe der Hauptpolabstände für einen Halbkreis des Ständers (ΣP) wird durch die folgende Gleichung angege ben:

ΣP=P.Φ=(2Pt-θn+Pt)Φ (2)

Dabei ist Φ die Anzahl der Hauptpole innerhalb eines Halbkreises (d. h. 10).

Der Wert n kann beliebig bestimmt werden, jedoch werden der Gewichtsausgleich der Hauptpole und die Symmetrie des Ständers besser, wenn der Wert von ΣP 180° nahe kommt. Die Gleichung (2) enthält nicht den Fall n=5, da dann unerwünschte Situationen eintreten, d. h. ein Fall, in dem in überlappend eingesetzt wird.

Es gibt noch eine weitere Abhängigkeit: um die Hauptpole derart anzuordnen, daß ein Hauptpol (z. B. Hauptpol 1) und der fünftnächste Hauptpol (Hauptpol 6) in Umfangs richtung des Ständers immer einen Abstand von 90° haben, sollte der sechste Hauptpol an einer Stelle sein, die 90° von dem ersten Hauptpol versetzt ist, während der erste bis fünfte Hauptpol mit den oben genannten Haupt polintervallen Ps angeordnet sind. Hierzu ist das Inter vall P₉₀ zwischen dem fünften und sechsten Hauptpol nicht gleich dem gemeinsamen Hauptpolintervall P. Auf diese Weise haben vier von fünf aufeinander folgenden Intervallen die Werte P, ein Intervall hat aber den Wert P₉₀. Diese Anordnung wiederholt sich viermal in Umfangs richtung des Ständers. Wenn der Wert n so festgelegt wird, daß der Wert von 180° für ΣP möglichst genau er reicht wird, wird der Unterschied zwischen P₉₀ und P verringert.

Wenn die Hauptpole entsprechend den vorstehend aufge zeigten Anforderungen angeordnet sind, hat die Position des Hauptpols 2 relativ zum Hauptpol 1 einen Abstand von n Schritteilungen, da die Position des Ständerzahns auf dem zweiten Hauptpol durch P=2Pt-θ+Pt gegeben ist, verglichen mit dem Fall, wo die Hauptpole in Intervallen von 3Pt angeordnet sind (und keine Unre gelmäßigkeit vorliegt). Dieser Abstand von n Schritteilungen akkumuliert sich in der Reihenfolge der Hauptpole. Bei dem Hauptpol 6, dessen Position um 90° gegenüber dem Hauptpol 1 versetzt ist, erfolgt eine Änderung von P₉₀-P bei den akkumulierten Abständen zusätzlich zu einem gemeinsamen Abstand. Von dem Hauptpol 7 an wird der Abstand von n Schritteilungen nur akkumuliert. Hier sei bemerkt, daß immer dann, wenn die akkumulierten Abstände Pt überschreiten, dieser Wert von den akkumulierten Abständen abgezogen wird. Da Pt gleich 10.θ und n eine ganze Zahl zwischen 1 und 9 mit Ausnahme von 5 ist, haben die um Pt verringerten Abstände bei den Hauptpolen 1 bis 10 keine übereinstimmenden Werte. Die um Pt verringerten Abstände für die Hauptpole 1 bis 10 sind jeweils 0, θ, 2θ, 3θ, . . . 9θ. Es sei jedoch bemerkt, daß die Reihenfolge dieser Werte nicht den Ordnungszahlen der Hauptpole entspricht. Die zehn Hauptpole mit zehn Arten von Abständen können also beliebig angeordnet sein. Durch Erregen der Hauptpole in der Reihenfolge zunehmender Abstände ist es möglich, den Läufer schritteilungsweise zu drehen und dadurch die Schrittbewegung zu erzeugen.

Der Zahnteil und der Zwischenraum der Ständerzähne kön nen übereinstimmende Länge haben. Gleiches gilt auch für die Läuferzähne.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 den Schnitt eines Hybrid-Schrittmotors senkrecht zur Drehachse,

Fig. 2 den Schnitt des Hybrid-Schrittmotors nach Fig. 1 in Richtung der Drehachse,

Fig. 3 eine Abwicklung des Hybrid-Schrittmotors nach Fig. 1 in Umfangsrichtung zur Dar stellung der Positionen der Ständerzähne relativ zu den Läuferzähnen (N-Polzäh ne),

Fig. 4 Düsen zum Bewickeln der Hauptpole des Ständers des Hybrid-Schrittmotors nach Fig. 1,

Fig. 5 Darstellungen eines Wickelverfahrens nach der Erfindung,

Fig. 6 Darstellungen der Verschaltung von Wick lungssträngen,

Fig. 7 Abwicklungen der Positionsbeziehungen zwischen den Läuferzähnen und den Stän derzähnen in der Reihenfolge der Erre gung,

Fig. 8 Zeitdiagramme der Erregungsfolge für je weilige Erregungsphasen,

Fig. 9 und 10 Zeitdiagramme der Anschaltung eines Er regungsstroms an die Wicklungsstränge,

Fig. 11 Darstellungen von Spannung, Strom und Polarität für Dreieck- und Sternschal tung,

Fig. 12 den Querschnitt eines weiteren Hybrid- Schrittmotors nach der Erfindung und

Fig. 13 den Schnitt eines Läufers gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfin dung.

In Fig. 1 ist ein Zehnphasen-Hybrid-Schrittmotor mit zwanzig Hauptpolen dargestellt. Auf einem Läufer 1 sind fünfzig N-Polzähne 2 in Umfangsrichtung mit untereinan der gleichen Abständen angeordnet. Diese N-Polzähne bil den ein N-Polrad 10. Ähnlich sind fünfzig S-Polzähne auf dem Läufer 1 mit untereinander gleichen Abständen hinter den N-Polzähnen angeordnet, in Fig. 1 aber nicht er kennbar. Die S-Polzähne liegen in einer Ebene parallel zur Zeichenebene und sind so positioniert, daß sie die N-Polzähne in Blickrichtung auf die Zeichenebene nicht überlappen. Sie bilden ein S-Polrad 10 (Fig. 2). Die S- Polzähne sind in Fig. 1 zur besseren Übersicht nicht dargestellt. Die Zahnteilung Pt der Zähne 10 des N-Pol rades und des S-Polrades beträgt 7,2° (360 : 50). Die Tei lung zwischen den N- und den S-Polzähnen beträgt 3,6°, also die Hälfte von 7,2°. Wenn ein N-Polzahn 2 in axia ler Richtung des Läufers betrachtet wird, so gibt es im mer einen S-Polzahn 3 (Fig. 2) mit einem Winkelabstand von 90° in Umfangsrichtung des Ständers (nicht darge stellt).

Wie aus Fig. 1 hervorgeht, bildet der Ständer 4 einen hohlzylindrischen Körper 4a mit zwanzig Hauptpolen 5, die radial nach innen zur Läuferwelle 8 hin stehen. Je der Hauptpol 5 hat zwei Zähne 7 (Ständerzähne) an seinem freien Ende. Diese haben dieselbe Zahnteilung wie die Läuferzähne 6. Die beiden Zähne 7 eines jeden Hauptpols 5 sind symmetrisch zur Mittellinie des Hauptpols ange ordnet, die gestrichelt angedeutet ist. Jeder Hauptpol 5 trägt eine Erregerwicklung.

Die Anordnung der Hauptpole 5 ist folgendermaßen be stimmt: betrachtet man sechs beliebige aufeinander fol gende Hauptpole, so haben der erste und der sechste im mer einen Abstand von 90°. Vier von fünf Intervallen zwischen jeweils zwei benachbarten Hauptpolen 5 werden durch die Gleichung 1 bestimmt, und ein Intervall wird durch Subtraktion der vier Intervalle von 90° bestimmt.

Wie Fig. 2 zeigt, hat der Läufer 1 einen Permanent magneten 9 und zwei Zahnräder 10. Der Permanentmagnet 9 ist zylindrisch oder ringförmig, so daß die Läuferwelle 8 durch seine mittlere Öffnung verläuft. Der Nordpol liegt auf der in Fig. 2 linken Seite, der Südpol auf der rechten Seite. Die Zahnräder 10 schließen den Perma nentmagneten 9 in Längsrichtung der Läuferwelle 8 ein. Wie bereits erwähnt, hat jedes Zahnrad 10 fünfzig Zähne (S- oder N-Polzähne) an seinem Außenumfang mit einer konstanten Zahnteilung. Die Zahnräder 10 haben eine Un regelmäßigkeit von einer halben Teilung, betrachtet in axialer Richtung der Läuferwelle 8. Das Zahnrad 10 be steht aus Siliziumstahl-Lamellen. Das Magnetfeld des Permanentmagneten 9 wird durch die Zahnräder 10 so ge führt, daß ein Zahnrad die N-Polarität, das andere die S-Polarität hat. Werden die beiden Zahnräder in axialer Richtung der Läuferwelle 8 betrachtet, so haben ein N- Polzahn 2 und ein S-Polzahn 3 immer einen gegenseitigen Abstand von 90°.

Wie Fig. 1 zeigt, ist der oberste Hauptpol mit 1 be zeichnet, und seine Winkelposition ist die 0°-Position.

Die N-Polzähne 2 befinden sich dann bei 3,6, 10,3, . . . 90°, während die s-Polzähne (in Fig. 1 nicht gezeigt) ihre Position bei 0, 7,2, . . . haben. Diese Positionen der N-Polzähne sind in Fig. 3 auf einer Zahlenachse dargestellt, die einer Abwicklung des N-Polzahnrades 10 in Umfangsrichtung entspricht.

Der Ständer 4 besteht aus siliziumstahl-Lamellen. Jede Lamelle hat die in Fig. 1 gezeigte Form und ist mit ei ner Presse gestanzt. Der Körper 4a des Ständers 4 ist zylindrisch und enthält den Läufer 1 (Fig. 2). Jeder Hauptpol 5 hat eine vorbestimmte Länge in radialer Rich tung und eine vorbestimmte Breite in axialer Richtung der Läuferwelle 8 (Fig. 2). Das freie Ende des Haupt pols 5 steht dem oder den Zähnen des Zahnrades 10 gegen über, wie Fig. 1 zeigt. Die Teilung der beiden Zähne 7 eines jeden Hauptpols 5 beträgt 7,2° und entspricht der Zahnteilung Pt des Läufers. Die Länge der Zähne und die Länge der Vertiefungen zwischen den ständerzähnen ent sprechen einander (3,6°), gleiches gilt für die Zähne bzw. die Vertiefungen des Läufers für das hier beschrie bene Ausführungsbeispiel. Die Schaftbreite des Hauptpols 5 ist kleiner als diejenige seines freien Endes. Eine Wicklung 11 (Fig. 2) ist auf dem Hauptpolschaft vorge sehen.

Wie in Fig. 1 gezeigt, liegt der Hauptpol 1 in oberster Position, die weiteren Hauptpole 2, 3, . . . 20 folgen im Uhrzeigersinn. Zusätzlich sind der oberste und der elfte Hauptpol als erstes Hauptpolpaar und die anderen Hauptpole, die einander diametral gegenüber stehen, sind entsprechend als fünftes, neuntes, drittes, siebentes, sechstes, zehntes, viertes, achtes und zweites Hauptpol paar im Uhrzeigersinn folgend bezeichnet. Diese Numerie rung wird im folgenden noch erläutert.

Für dieses Ausführungsbeispiel gelten Pt=7,2, θ=0,72, n=6 und Φ=10 in den Gleichungen (1) und (2). Diese bei den Gleichungen erhalten dann die folgenden Werte:

P = 7,2.2 - 0,72.6 + 7,2 = 17,28 (1a)

ΣP = 17,28.10 = 172,8 (2a).

Entsprechend diesen Ergebnissen sind die Hauptpole 1 bis 5 und 6 bis 10 mit Intervallen von 17,28° angeordnet. Die verschiedenen Daten dieser Hauptpole sind in Tabelle I zusammengestellt. Die Winkelposition des ersten Haupt pols ist 0°, die des zweiten Hauptpols 17,28°, die des dritten Hauptpols 34,56°, die des vierten Hauptpols 51,84° und die des fünften Hauptpols 69,12°. Die Winkel position des sechsten Hauptpols ist immer 90°, so daß das Intervall zwischen den Hauptpolen 5 und 6 20,88° (P₉₀) beträgt. Die Hauptpole 6 bis 10 sind mit konstan ten Intervallen von 17,28° angeordnet, der elfte Haupt pol liegt bei 180° gegenüber dem ersten Hauptpol, d. h. das Intervall zwischen den Hauptpolen 10 und 11 ist 20,88°. Die Positionen des sechsten bis elften Hauptpols sind 90°, 107,28°, 124,56°, 141,84°, 159,2° und 180°. Dieselbe Anordnung gilt für die linke Hälfte des in Fig. 1 gezeigten Ständers im Uhrzeigersinn. Das Intervall zwischen dem fünften und sechsten Hauptpol und zwischen dem zehnten und elften Hauptpol ist jeweils 20,88° (P₉₀=20,88°). Dieses Intervall ist größer als dasjenige zwischen den anderen beiden benachbarten Hauptpolen um 3,6° gegenüber 17,28°. In Tabelle I sind die Zähne des ersten Hauptpols mit 40 und 1, die des zweiten Hauptpols mit 2 und 3, die des dritten Hauptpols mit 4 und 5 usw. bezeichnet. Der Abstand zwischen den Ständerzähnen auf einem Hauptpol und einem Ständerzahn auf dem nächsten Hauptpol (Zahnabstand) ist 10,08° oder 13,68°.

TABELLE I

Da die Hauptpole 5 in vorstehend beschriebener Weise an geordnet sind, liegen die beiden Ständerzähne 7 des Hauptpols 1 bei 356,4° und 3,6°, wie Tabelle I zeigt. Der Winkelabstand zwischen einem Ständerzahn und einem zweitnächsten Ständerzahn ist 17,28° oder 20,88° und entspricht dem Hauptpolintervall P oder P₉₀. Der Zahnab stand zwischen einem Ständerzahn auf einem Hauptpol (z. B. Zahn 1 auf dem Hauptpol 1) und einem Ständerzahn auf dem nächsten Hauptpol (z. B. Zahn 2 auf dem Hauptpol 2) ist 10,08° oder 13,68°. Im folgenden wird ein Zahn paar auf einem Hauptpol (z. B. die Zähne 40 und 1 auf dem Hauptpol 1) mit der Ordnungszahl des Hauptpols bezeich net (z. B. Ständerzähne 1).

Da die Ständerzähne 7 in vorstehend beschriebener Weise angeordnet sind, haben sie zu den Läuferzähnen (N- Polzähne) die in Fig. 3 gezeigte Relation. Dort ent spricht die Mittellinie des Hauptpols 1 der 0°-Linie. Die N-Polzähne sind bei 3,6°, 10,8°, 18,0° . . . angeord net, während die Ständerzähne bei 3,6°, 13,68°, 20,88° . . . angeordnet sind. Wie dargestellt, stehen sich also die N-Polzähne und die Ständerzähne nicht direkt gegen über. Insbesondere steht der Ständerzahn 1 (3,6°) direkt dem nächsten N-Polzahn (3,6°) des Läufers gegenüber, je doch stehen die Ständerzähne 2 (13,68° und 20,88°) nicht direkt dem nächsten N-Polzahn (10,8° und 18,00) gegen über. Dabei kann der nächste N-Polzahn mehr rechts oder mehr links liegen. Der Abstand beträgt 13,36°- 10,8°=2,88°. Der Betrag des Abstandes im Uhrzei gersinn akkumuliert allgemein jeweils um 2,88°. Der Abstand bei den Ständerzähnen 3 ist 2,88°+2,88°=5,76°, derjenige der Ständerzähne 4 ist 5,76°+2,88°=8,64°. Der Abstand wird jedoch vom nächsten N-Polzahn ausgehend sowie von demjenigen N- Polzahn gemessen, der eine Zahnteilung von 7,2° hat. So mit ist der Abstand für die Ständerzähne 4 tat sächlich 8,64°-7,2°=1,44°. Der Abstand der Ständerzähne 5 ist 1,44°+2,88°=4,32°. Der Abstand der Ständerzähne 6 wird unter Berücksichtigung ei ner weiteren Anforderung bestimmt. Da zwischen den Hauptpolen 5 und 6 das Hauptpolintervall 20,88° beträgt und somit um 3,6° gegenüber demjenigen anderer Hauptpole von 17,28° differiert, müssen diese 3,6° zu dem Abstand addiert werden. Entsprechend beträgt für die Ständerzähne 6 der Abstand 4,32° + 2,88° + 3,6° -7,2° = 3,6°. Insgesamt sind die Werte der Abstände ausgehend von den nächsten N-Polzähnen der Ständer zähne 1 bis 11 im Uhrzeigersinn in Grad 0, 2,88, 5,76, 1,44, 4,32, 3,6, 6,48, 2,16, 5,04, 0,72 und 0 in der Reihenfolge der Hauptpole, wie in Tabelle I gezeigt.

Wenn den Ständerzähnen mit zunehmenden Werten der Abstände die Ordnungszahlen 1 bis 10 zugeordnet werden, so gilt 1 für die Ständerzähne 1, 5 für die Ständerzähne 2, 9 für die Ständerzähne 3, 3 für die Ständerzähne 4, 7 für die Ständerzähne 5, 6 für die Ständerzähne 6, 10 für die Ständerzähne 7, 4 für die Ständerzähne 8, 8 für die Ständerzähne 9 und 2 für die Ständerzähne 10. Diese Zahlen kennzeichnen die Zunahme des Abstandes und sind identisch mit den eingekreisten Zahlen in Fig. 1 (Paarzahl (Phase) in Tabelle I). Andererseits wird der Abstand der Ständer zähne ausgehend von den S-Polzähnen im Uhrzeigersinn um 3,6° gegenüber demjenigen der Ständerzähne ausgehend von den N-Polzähnen, wie in Tabelle I gezeigt, verschoben (erhöht oder verringert). Der Abstand der Stän derzähne ausgehend von den S-Polzähnen ist 0 für die Ständerzähne 6, 0,72° für die Ständerzähne 5, 1,44° für die Ständerzähne 9 usw. Daher entspricht dem kleinsten Abstand, und dieser nimmt zu in der Reihenfolge , , , , , , , und .

Im folgenden wird das Bewickeln des Ständers 4 erläu tert.

Eine nicht dargestellte Wickelmaschine zum Aufbringen einer Wicklung auf jeden Hauptpol 5 hat fünf Düsen, über die Drähte in der in Fig. 4 gezeigten Weise zugeführt werden. Diese fünf Düsen sind in Fig. 4 mit fünf durch gezogenen Pfeilen A bis E dargestellt. Jede Düse kann sich in Pfeilrichtung A bis E bewegen und unter Führung des Drahtes um den Hauptpol rotieren. Um die Düsen in die Zwischenräume zwischen benachbarten Hauptpolen ein zuführen, sollte der Abstand zwischen den Ständerzähnen benachbarter Hauptpole klein sein. Im dargestellten Aus führungsbeispiel sind die Abstände zwischen benachbarten Hauptpolen fast gleichbleibend (17,28° oder 20,88°), und der kleinste Zahnabstand ist 10,08°, wie in Tabelle I gezeigt. Dies bedeutet, daß für jede Düse ausreichender Freiraum für den Wickelvorgang an einem Ständer mit zwanzig Hauptpolen verfügbar ist.

Wie Fig. 4 zeigt, stehen die fünf Düsen in radialer Richtung. Zunächst sind die Düsen A, B, C, D und E längs der Hauptpole 1, 5, 9, 13 und 17 ausgerichtet. Diese An ordnung verhindert eine gegenseitige Berührung der Düsen während des Wickelvorgangs. Wenn die fünf Düsen A bis E um 90°, 180° und 270° gegenüber den dargestellten Posi tionen verdreht werden, überlappen sie nicht die Posi tionen, an denen sie vorher waren. Die gestrichelten Pfeile A bis E zeigen die Düsen nach einer Drehung um 90°.

Nach dem gleichzeitigen Bewickeln der Hauptpole 1, 5, 9, 13 und 17 in einer ersten Richtung wird die Wickelma schine oder der Ständer 4 um 90° gedreht, während die Drahtführung von den Düsen beibehalten wird. Dadurch sind die Düsen A bis E nun auf die Hauptpole 6, 10, 14, 18 und 2 ausgerichtet, wie es in Fig. 4 gestrichelt ge zeigt ist. Die Wickelmaschine führt die Drähte gleich zeitig auf die fünf Hauptpole in einer zur vorherigen Richtung entgegengesetzten Richtung. Dann wird die Wickelmaschine oder der Ständer 4 um 90° gedreht, und die Drähte werden auf die Hauptpole 11, 15, 19, 23 und 7 in der ersten Richtung geführt. Schließlich werden die Drähte auf die Hauptpole 6, 10, 14, 18 und 2 in entge gengesetzter Richtung geführt, um das Bewickeln der zwanzig Hauptpole zu vervollständigen. Hieraus geht her vor, daß der Wickelvorgang viermal durchgeführt wird. Fig. 5A zeigt den Ständer und den Läufer nach dem Be wickeln. Zwei freie Enden einer jeden Wicklung dienen als Eingangsanschlüsse für die Erregung.

In Fig. 5A hat jeder Hauptpol seine eigene Wicklung. Der Wickelsinn der Wicklung 31 auf dem Hauptpol 1 wird als Normal-Wickelsinn bezeichnet. Entsprechend wird der Wickelsinn der Wicklung 32 auf dem Hauptpol 2 als Gegen- Wickelsinn bezeichnet. Der Normal- und der Gegen-Wickel sinn erscheinen abwechselnd auf den Hauptpolen 3 (normal), 4 (gegensinnig), 5 (normal), . . . Die Wicklun gen eines jeden fünften Hauptpols sind in Reihe geschal tet. Beispielsweise ist das eine Ende der Wicklung 31 des Hauptpols 1 mit einem Ende der Wicklung 36 des Hauptpols 6 verbunden, das andere Ende der Wicklung 36 ist mit einem Ende der Wicklung 311 des Hauptpols 11 verbunden, und das andere Ende der Wicklung 311 ist mit einem Ende der Wicklung 316 des Hauptpols 16 verbunden. Das andere Ende der Wicklung 31 des Hauptpols 1 und das andere Ende der Wicklung 316 des Hauptpols 16 werden als Wickelanfang bzw. Wickelende nach außen geführt. Auf diese Weise entstehen fünf Leitungen 41 für die zwanzig Wicklungen bzw. zwanzig Hauptpole 5. Fig. 5B zeigt ei nen Strang, d. h. eine Reihenschaltung von vier Wicklun gen. Eine Wicklung mit normalem Wickelsinn ist mit 42, eine Wicklung mit Gegen-Wickelsinn mit 43 bezeichnet.

Die normal gewickelten Wicklungen 42 und die gegensinnig gewickelten Wicklungen 43 erscheinen abwechselnd vom Wickelanfang zum Wickelende eines Stranges 41.

In der vorstehenden Beschreibung ist die erste Wicklung 42 des Stranges 41 in normalem Wickelsinn gewickelt. Sie kann auch im Gegensinn gewickelt sein, so daß dann die zweite Wicklung im normalen Sinn zu wickeln ist. Ferner wickeln die fünf Düsen die Wicklungen in übereinstimmen der Richtung während eines einzelnen Wickelvorgangs, je doch können einige Düsen den Draht in der normalen Rich tung zuführen, während andere den Draht in der Gegen richtung während ein und desselben Wickelvorgangs zufüh ren. Außerdem werden die fünf Wicklungen gleichzeitig auf eine Gruppe von fünf Hauptpolen (z. B. 1, 5, 9, 13 und 17) in einem Wickelvorgang aufgebracht, und ähnliche Wickelvorgänge werden dann dreimal durchgeführt, während alle Düsen um 90° in übereinstimmender Richtung gedreht werden. Die Düse A kann aber mit dem Hauptpol 1 begin nen, die Düse B mit dem Hauptpol 20, die Düse C mit dem Hauptpol 4, die Düse D mit dem Hauptpol 13 und die Düse E mit dem Hauptpol 17. In der folgenden Beschreibung be ginnt der Wickelvorgang bei diesen Hauptpolen, und die Düsen A, D und E werden im Uhrzeigersinn gedreht, wäh rend die Düsen B und C im Gegenuhrzeigersinn gedreht werden. Somit fällt ein Anfang 51 und ein Ende 52 des Stranges 41 in Fig. 5A nicht immer mit dem Wickelanfang und dem Wickelende gemäß Fig. 5B zusammen.

Im folgenden werden die elektrischen Verbindungen der fünf Stränge erläutert. In Fig. 6A stellt jede Wicklung nicht eine Einzelwicklung, sondern einen Strang 41 dar. Ferner zeigt Fig. 6A nicht den relativen Zusammenhang zwischen den fünf Strängen 41. Fig. 6A zeigt eine Grundschaltung. Ein Treibersignal kann jedem Strang 41 zugeführt werden. Er hat zwei Eingänge, die schwarz, rot, gelb, orange, grün, blau, grau, violett oder weiß gekennzeichnet sein können. Die Stränge nach Fig. 6A können in der in Fig. 6B gezeigten Weise verbunden sein. Einander benachbarte Enden zweier benachbarter Stränge 41 können miteinander verbunden sein. Dann kann ein Erregerstrom an den Anschlüssen ΔA bis ΔE einge speist werden. Ein weiteres Beispiel ist in Fig. 6C ge zeigt. Ein Ende eines jeden Stranges 41 kann mit einem Sammelpunkt (elektrische Mitte) verbunden sein, und der Erregerstrom kann den anderen Enden YA bis YE der Stränge 41 jeweils zugeführt werden. Im folgenden wird das in Fig. 6B gezeigte System als Δ-Schaltung und das in Fig. 6C gezeigte System als Y-Schaltung bezeichnet (analog zu Dreieck- und Sternschaltung).

Bei der Δ- oder der Y-Schaltung kann der Wickelanfang und das Wickelende des Stranges 41 jeden beliebigen An schlußpunkt bilden. Fig. 11A und 11B sind Beispiele, die aus Fig. 6B abgeleitet sind, wobei die Bezugszei chen für die Stränge fehlen, und Fig. 11C ist ein Bei spiel, das aus Fig. 6C abgeleitet ist. Fig. 11A zeigt eine Verschaltung für eine Δ4-5P-Erregung oder eine Δ4P- Erregung. In Fig. 11A ist ein Ende des Stranges 41, das mit einem Punkt bezeichnet ist, ein Wickelanfang. Wie dargestellt, sind an den Verbindungspunkten ΔA und ΔC zwei Wickelanfänge vorgesehen. In Fig. 11C sind Wickel anfänge YA, YC und YD und Wickelenden YB und YC vorgese hen.

Im folgenden wird die Betriebsweise erläutert.

Eine erste Betriebsart besteht darin, daß zehn Arten (oder Phasen) von Treiberimpulsen den Hauptpolen zum Er regen zugeführt werden. Die zehn Phasen treten in der Reihenfolge der Hauptpole , , , . . . auf. Tabelle II zeigt die Muster (oder Kombinationen). der Erregung für die jeweilige Phase. Wenn der Ständer und der Läufer die in Fig. 1 gezeigte Position haben, werden die Hauptpole des Paares (die Hauptpole 1 und 11) mit S- Polarität und die Hauptpole des Paares (die Hauptpole 6 und 16) mit N-Polarität erregt. Daher werden die N- Polzähne des Läufers nahe den Hauptpolen des Paares von den Ständerzähnen dieser Hauptpole angezogen, und die N-Polzähne stehen direkt den Ständerzähnen der Hauptpole des Paares gegenüber. Ähnlich werden die S- Polzähne des Läufers nahe den Hauptpolen des Paares von den Ständerzähnen der Hauptpole des Paares ange zogen, und sie stehen einander direkt gegenüber. Diese Situation ist in Tabelle II als Phase 1 bezeichnet. Die Hauptpole mit dem kleinsten Abstand zu dem nächsten N-Polzahlen sind die Hauptpole des Paares (die Hauptpole 10 und 20), und die Hauptpole mit dem kleinsten Abstand zu dem nächsten S- Polzahn sind die Hauptpole des Paares (die Hauptpole 5 und 15).

TABELLE II

In der Phase 2 der Tabelle II werden die Hauptpole , die den kleinsten Abstand zu dem nächsten N-Polzahn haben, mit S-Polarität erregt, und die Haupt pole , die den kleinsten Abstand zu dem nächsten S-Polzahn haben, werden mit N-Polarität erregt. Dadurch werden die N- und die S-Polzähne nahe den Haupt polen und durch diese Hauptpole jeweils angezogen, wodurch der Läufer 0,72° im Uhrzeigersinn gedreht wird. Die Größen des Abstandes der Ständerzähne in dieser Situation ergeben sich durch Subtraktion von 0,72° von den in Tabelle I gezeigten Werten, und die Hauptpole und haben nun die geringsten Abstände ge genüber den nächsten N- und S-Polzähnen.

Nach der Phase 2 werden die Ständerzähne mit S-Polarität in der Reihenfolge , , erregt, während die Stän derzähne mit N-Polarität in der Reihenfolge , , erregt werden. Dadurch erfolgt eine Drehung im Uhrzei gersinn von Phase 1 auf Phase 10 von 0,72°.9=6,48°. In Phase 11 (in Tabelle II nicht gezeigt) ergibt sich wie der die Erregungssituation der Phase 1, d. h. eine Dre hung von 0,72°.10=7,2° insgesamt im Uhrzeigersinn.

Bei einem zweiten Steuerverfahren werden nicht nur ein Hauptpol, sondern auch die Hauptpole an den Schrittposi tionen vor und nach diesem Hauptpol mit derselben Pola rität in einer Phase (oder an einer Schrittposition) er regt. Wenn also beispielsweise die Hauptpole mit S- Polarität erregt werden, so werden die Hauptpole und gleichfalls mit S-Polarität erregt. In der nächsten Phase werden die Hauptpole der nächsten Schrittposition, also hier die Hauptpole , mit S-Polarität erregt, wäh rend die letzten Hauptpole mit entgegengesetzter Po larität erregt werden. Hier ist zu bemerken, daß die Phasen in der Reihenfolge der Hauptpolpaare , , , , . . . auftreten, was dem ersten steuerverfahren ent gegengesetzt ist. Dies bedeutet, daß die Drehrichtung des Läufers umgekehrt wird.

In der ersten Phase können die Hauptpolpaare , , , und mit S-Polarität erregt werden, und in der näch sten Phase werden die Hauptpole mit , , , , mit S- Polarität erregt, während die Hauptpole mit N-Polari tät erregt werden.

Fig. 8 zeigt Zeitdiagramme für die Erregung der Haupt pole 1 bis 20. Die Zeit verläuft von links nach rechts. Die Erregungsart ändert sich in der Reihenfolge der in Zahlen dargestellten Erregungsfolge. Die Umdrehungszahl des Motors (oder der Läuferwelle) ändert sich mit der Änderung des Zeitintervalls zwischen den Erregungen. Fig. 8 zeigt den Fall, daß der Motor mit konstanter Dreh zahl betrieben wird. Wird er stillgesetzt, werden die aktuellen Polaritäten der Hauptpole beibehalten. Tabelle IV zeigt die Erregungszustände entsprechend Fig. 8. Fig. 7 zeigt Abwicklungen zum Darstellen der Positionsbe ziehungen zwischen den Läuferzähnen und den Hauptpolen (ständerzähnen). Fig. 7A, 7B, 7C . . . entsprechen der Erregungsfolge 0, 1, 2 . . .

Zunächst wird ein Rückstellzustand definiert. In diesem Zustand sind die Hauptpolpaare bis mit den Polari täten S, S, S, N, N, N, N, N, S und S erregt, wie es in Fig. 8 für die Erregungsphase 0 gezeigt ist. Diese Si tuation ist in Tabelle III in der Zeile "Polarität" dar gestellt. Tabelle III zeigt auch, von welchem Punkt aus (Wickelanfang oder Wickelende des Stranges) der Strom im Rückstellzustand fließt. Die Erregungspolarität eines jeden Hauptpols im Rückstellzustand ist durch die Fluß richtung des Stroms und den Wickelsinn der Wicklung be stimmt.

TABELLE III

Die Positionsbeziehung zwischen den Läuferzähnen und den Hauptpolen (Ständerzähne) im rückgestellten Zustand ist in Fig. 7A dargestellt. Das Hauptpolpaar steht di rekt dem N-Polzahn gegenüber. Das Hauptpolpaar wird mit S-Polarität erregt. Die beiden Hauptpolpaare und vor dem Hauptpolpaar sowie zwei weitere Hauptpol paare und nach dem Hauptpolpaar werden gleich falls mit S-Polarität erregt, während die restlichen Hauptpole mit N-Polarität erregt werden. Die fünf Haupt polpaare , , , und werden also mit überein stimmender Polarität, die übrigen Hauptpolpaare mit ent gegengesetzter Polarität erregt.

Bei der nächsten Erregungsphase, die in Fig. 7B darge stellt ist, sind die Polaritäten des Hauptpolpaars vor dem ersten Hauptpolpaar der fünf Hauptpolpaare bis sowie des letzten Hauptpolpaars jeweils umge kehrt. Insbesondere wird das Hauptpolpaar mit S-Pola rität und das Hauptpolpaar mit N-Polarität erregt. Dadurch wird der Läufer um eine Schritteilung gedreht (Fig. 7B). Entsprechend steht das Hauptpolpaar nun direkt dem N-Polzahn des Läufers gegenüber, wie Fig. 7B zeigt. Wenn die Erregung in der Reihenfolge 3, 4, 5 . . . 10 der in Fig. 8 gezeigten Erregungsfolge abläuft, wird der Läufer wie in Fig. 7C, D, E . . . J gezeigt gedreht. Die Erregungsfolge 9 entspricht der Fig. 7J. Die näch ste Erregung stimmt mit der in Fig. 7A überein (ein Er regungszyklus). Fig. 7A bis 7J zeigen zehn Erregungsar ten oder -muster.

Wie Fig. 8 zeigt, haben die Stromverläufe in der unte ren Hälfte (Hauptpolpaare bis ) zu den Stromverläu fen in der oberen Hälfte (Hauptpolpaare bis ) entge gengesetzte Form. In Fig. 8 bedeutet der Querstrich über den eingekreisten Zahlen "umgekehrt". Tabelle IV zeigt den Zusammenhang der Hauptpolzahlen (oder Phasen) mit der aus Fig. 8 abgeleiteten Erregungsfolge.

TABELLE IV

Im folgenden wird die zeitliche Steuerung der Erreger ströme für die fünf Stränge erläutert.

In Fig. 9 stellt eine die Hauptpolzahlen verbindende Linie (z. B. 1-11-6-16) den Strang 41 aus Fig. 5B dar, und ein Dreieck bezeichnet die Stromrichtung. Es ist je doch zu bemerken, daß die Hauptpolzahlen in Fig. 9 nicht immer die Reihenfolge der vier Wicklungen bezeich nen, die zu einem Strang in Reihe geschaltet sind (Fig. 5B). Wenn gemäß der Darstellung in Fig. 9 ein Treiber impuls der Phase 1Φ angeschaltet wird, werden die Haupt pole 1 und 11 mit S-Polarität in der Erregungsstufe 0 erregt (Fig. 8). In dieser Situation werden die Haupt pole 6 und 16 mit N-Polarität erregt, wie es in Fig. 8 bzw. 9 für die Erregungsstufe 0 gezeigt ist. Wenn ein Treiberimpuls der Phase 2Φ angeschaltet wird, werden die Hauptpole 10 und 20 mit S-Polarität erregt, wie es in der Erregungsstufe 0 in Fig. 8 gezeigt ist, während die Hauptpole 5 und 15 mit N-Polarität erregt werden. Bei den Phasen 3Φ, 4Φ und 5Φ werden die Hauptpole 4 und 9, 14 und 19, 3 und 8, 13 und 18, 12 und 17 sowie 2 und 7, die jeweils um fünf Positionen voneinander getrennt sind, zueinander entgegengesetzt erregt. Die Erregungs zustände ändern sich mit der Erregungsfolge, wie Fig. 8 zeigt. Die Fig. 8 und 9 stellen also gleiche Erschei nungen dar. Die Phasen 1Φ, 2Φ, 3Φ . . . (Phasen der Trei berimpulse) in Fig. 9 entsprechen aber nicht immer den Phasen , , . . . (Hauptpolpaarzahlen) in Fig. 8.

Fig. 10 zeigt einen Fall ähnlich wie Fig. 9, bei dem die Phasen 2Φ und 5Φ umgekehrt sind, was durch einen Querstrich gekennzeichnet ist, außerdem ist ihre Reihen folge vertauscht. In Fig. 10 hat ein Treiberimpulszug für jede Phase das Schaltverhältnis 1 : 1, und diese fünf Impulszüge haben übereinstimmende Phasendifferenz rela tiv zu den benachbarten Impulszügen, d. h. der Phasenun terschied zwischen 1Φ und 3Φ stimmt mit demjenigen zwi schen 3Φ und 5Φ überein. Die zehn Erregungen bzw. Phasen bis in Fig. 8 ergeben sich durch geeignetes Ver teilen der fünf Impulszüge auf die fünf Stränge. Die Fünfphasen-Impulse nach Fig. 10 oder 9 erhält man aus einer Treiberschaltung, wie sie für bekannte Fünfphasen- Schrittmotore verwendet wird. Daher ist es nicht erfor derlich, für den Zehnphasen-Schrittmotor vorstehend be schriebener Art eine neue Treiberschaltung zu ent wickeln. Es kann also ein weitläufig verwendetes Modul üblicher Bauart eingesetzt werden.

Im folgenden wird die Erregung für verschiedene Schal tungsarten erläutert.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß die Fünfphasen-Treiberimpulse zum Steuern des Zehnphasen- Schrittmotors (zehn Erregungsarten) geeignet sind. Da der Schrittmotor fünf Stränge 41 hat, kann der Zehnpha sen-Schrittmotor als Fünfphasen-Schrittmotor betrieben werden. Entsprechend sind die Stränge 41 in der Delta- oder der Y-Schaltung verschaltet, die in Fig. 6B bzw. 6C gezeigt ist. Für jede Schaltung gibt es verschiedene Arten der Erregung. Die Erregungsmuster nach Tabelle V bis XI können zum Ansteuern des Zehnphasen-Schrittmotors mit Fünfphasen-Erregerimpulsen verwendet werden. In je der Tabelle ist P die Zahl von Eingangsanschlüssen, die gleichzeitig mit elektrischem Strom gespeist werden und Φist die Anzahl der Stränge, durch die der Strom fließt. Ein zwei Zahlen verbindender Bindestrich gibt an, daß diese beiden Anschlüsse wahlweise oder abwech selnd genutzt werden. Eine hohe Spannung ist mit 1 und eine niedrige Spannung mit 0 bezeichnet.

In Tabelle V (Δ4-5P 4-5Φ) wird beispielsweise die hohe Spannung 1 an die Verbindungen ΔA und ΔC in der Erre gungsphase 0 angeschaltet, während die niedrige Spannung 0 an die Anschlüsse ΔB und ΔE angeschaltet wird. Die Verbindung ΔD (unbeschaltet) hat eine Zwischenspannung (gleitende Span nung). Fig. 11A zeigt diese Situation. Der Strom fließt von dem Punkt hoher Spannung (heller Kreis) zu dem Punkt niedriger Spannung (dunkler Kreis), wie es durch Pfeile dargestellt ist. Der Strom fließt also in den Strängen 41a, 41c und 41d bezüglich Fig. 11A im Uhrzeigersinn, während er in den Strängen 41b und 41e im Gegenuhrzei gersinn fließt. Dies entspricht dem Fall, daß der Strom in den fünf Strängen durch Anlegen einer Spannung an die vier Eingangsanschlüsse hervorgerufen wird (Anschlüsse ΔA, ΔB, ΔC und ΔE in Fig. 11A). Der im Uhrzeigersinn fließende Strom zeigt, daß ein bestimmter Hauptpol mit S-Polarität erregt wird, während der im Gegenuhrzeiger sinn fließende Strom anzeigt, daß ein bestimmter Haupt pol mit N-Polarität erregt wird. In Fig. 11A zeigt (S) an, daß bei normalem Wickelsinn einer Wicklung im Strang 41a (oder 41c oder 41d) eine Erregung mit S-Polarität erfolgt, während eine Wicklung mit normalem Wickelsinn in dem Strang 41b (oder 41e) mit S-Polarität erregt wird. Bei der nächsten Erregung (Erregungsstufe 1) wird eine hohe Spannung an den Anschluß ΔD angelegt (Tabelle V), so daß allen fünf Eingangsanschlüssen Strom zuge führt wird. Es fließt jedoch kein Strom im Strang 41c, so daß Strom nur in vier Strängen fließt (nicht darge stellt).

TABELLE V

Δ4-5P 4-5Φ ERREGUNG

Tabelle VI zeigt die Erregung Δ4P, 5-5Φ. In dieser Ta belle entsprechen die Werte 1 und 0 sowie ein Leerraum den entsprechenden Zuständen in Tabelle V. Bei der Erre gungsstufe 0 wird eine hohe Spannung an die Anschlüsse ΔA und ΔC, eine niedrige Spannung an die Anschlüsse ΔB und ΔE angelegt, und der Anschluß ΔD hat eine gleitende Spannung.

TABELLE VI

Δ4P 5-5Φ ERREGUNG

Fig. 11B zeigt die Stromrichtungen und die Erregungspo laritäten für die Erregungsstufe 0 in Tabelle VII. Fer ner zeigt diese Figur die Erregungsstufe 0 in Tabelle VIII.

TABELLE VII

Δ2P 5-5Φ ERREGUNG

TABELLE VIII

Δ3P 4-4Φ ERREGUNG

Tabelle IX zeigt die Erregung Δ2-3P, 4-5Φ. In dieser Tabelle kennzeichnen die Werte 1, 0 und ein Leerraum dieselben Zustände wie in Tabelle V. In Tabelle IX wird eine hohe Spannung nur an den Anschluß ΔE angeschaltet, und eine niedrige Spannung wird nur an den Anschluß C angeschaltet, die übrigen Anschlüsse haben eine glei tende Spannung.

TABELLE IX

Δ2-3P 4-5Φ ERREGUNG

In Tabelle X (Y4-5P,4-5Φ) wird die hohe Spannung an die Anschlüsse YA und YC und die niedrige Spannung an die Anschlüsse YB und YE bei der Erregungsstufe 0 angeschal tet. Der Anschluß YD hat eine gleitende Spannung. Fig. 11C zeigt diese Situation. Der Strom fließt in den Strängen 41a und 41c zur Mitte, während er in den Strän gen 41b und 41e nach außen fließt. Daher werden in die sem Fall vier Eingangsanschlüsse für den Stromfluß in den vier Strängen 41a, 41b, 41c und 41e verwendet. Der nach innen fließende Strom zeigt, daß ein bestimmter Hauptpol mit S-Polarität erregt wird, während der nach außen fließende Strom zeigt, daß ein bestimmter Hauptpol mit N-Polarität erregt wird. Bei der nächsten Erregungs stufe 1 (Tabelle X) wird die hohe Spannung an den An schluß YD angeschaltet. Hier wird allen fünf Eingangsan schlüssen Strom zugeführt. Der Strom fließt auch in dem Strang 41d nach innen, so daß alle fünf Stränge gleiche Stromrichtung haben.

TABELLE X

Y4-5P 4-5Φ ERREGUNG

Tabelle XI zeigt die Erregung Y4P/4-4Φ. Bei der Erre gungsstufe 0 wird die hohe Spannung an die Anschlüsse YA und YC und die niedrige Spannung an die Anschlüsse YB und YE angeschaltet. Der Anschluß YD hat eine gleitende Spannung.

TABELLE XI

Y4P 4-4Φ ERREGUNG

Bei einem Hybrid-Schrittmotor nach der Erfindung wird die schrittweise Drehung durch Anlegen der Zehnphasen- Erregung (zehn Erregungsmuster) erzeugt, und die Zehn phasen-Ansteuerung erfolgt durch Fünfphasen-Treiberim pulse.

Da die beiden Zähne eines jeden Hauptpols (Ständerzähne) symmetrisch zur Mittellinie des Hauptpols liegen, werden Elektromagnetgeräusche durch ungleichmäßige Erregung be seitigt.

Da der Ständer 90°-Rotationssymmetrie hat, wird auch seine Symmetrie bezüglich der Läuferwelle verbessert. Da außerdem vier von fünf aufeinander folgenden Intervallen zwischen den Hauptpolen untereinander gleich sind, wird der Gewichtsausgleich der Hauptpole verbessert. Daher ergibt sich eine bessere Stabilität bei hoher Drehzahl. Ferner beseitigt die bessere Symmetrie des Ständers be züglich der Läuferwelle Schrittfehler, die auf Herstel lungstoleranzen zurückzuführen sind. Das Beseitigen von Herstellungsfehlern führt zu einer genaueren Schrittbe wegung.

Wenn ein Ständerzahn direkt dem N-Polzahn gegenüber steht, steht auch ein weiterer Ständerzahn in einem Ab stand von 90° zum ersten immer direkt einem S-Polzahn gegenüber. Wenn diese Ständerzähne mit entgegengesetzten Polaritäten erregt werden, kann eine sehr wirksame An ziehung und Abstoßung realisiert werden.

Da der Ständer zehn Phasen und zwanzig Pole hat und die Schritteilung verringert ist, kann ein dünnerer Hauptpol bei verringerter Windungszahl verwendet werden. Der dün nere Hauptpol hat geringere Hystereseverluste in seinem Schaft und auch geringere Wirbelstromverluste. Dieser Vorteil ist besonders bemerkenswert, da die Wärmeabgabe bei hoher Drehzahl geringer ist. Wenn die Windungszahl der Wicklung klein ist, ist auch die Induktivität klein. Dadurch ergibt sich ein besseres Ansprechen beim Anlau fen und bei hoher Drehzahl, und die Wärmeerzeugung wird unterdrückt.

Da die Stromrichtungen jeweils beim fünften Hauptpol um gekehrt werden, ergibt sich eine Zehnphasen-Ansteuerung. Deshalb können eine einfachere Treiberschaltung und eine einfachere Zeitsteuerung verwendet werden.

Da ein Hauptpol immer um 90° gegenüber einem anderen Hauptpol versetzt ist, wird das Bewickeln der Hauptpole mit der Wickelmaschine vereinfacht und die Produktivität verbessert.

Im folgenden wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Fig. 12 erläutert.

Wie Fig. 12 zeigt, hat ein Hybrid-Schrittmotor mit Zehnphasen-Ansteuerung und zwanzig Hauptpolen einen Läu fer 1, Läuferzähne 6, einen Ständer 4, Hauptpole 5 und Ständerzähne 7 wie bei dem zuvor beschriebenen Ausfüh rungsbeispiel. Die Läuferzähne 6 sind abwechselnd N- Polzähne und S-Polzähne. Die Schnittdarstellung des Schrittmotors in axialer Richtung der Läuferwelle 8 ist ähnlich wie in Fig. 2 gezeigt. In diesem Ausführungs beispiel gilt n=4 in der Gleichung (1). Daher ergibt sich für die Gleichungen (1) und (2):

P = 7,2.2 - 0,72.4 + 7,2 = 7,2.3 - 0,72.4 = 18,72 (1b)

ΣP = 18,72.10 = 187,2 (2b)

Die Anordnung der Hauptpole entsprechend diesen Werten ist in Tabelle XII gezeigt. Das Intervall zwischen den. Hauptpolen 5 und 6 (15,12°) ist kleiner all dasjenige zwischen den anderen Hauptpolen (18,72°). Der Abstand ausgehend von dem nächsten N-Polzahn im Uhr zeigersinn ist gleichfalls in Tabelle XII gezeigt. Die Zahlen bis sind in Reihenfolge zunehmenden Abstandes angegeben. Diese Reihenfolge , , , , , , , , und ist anders als in dem zuvor be schriebenen Ausführungsbeispiel.

TABELLE XII

In diesem Ausführungsbeispiel wird die Schrittbewegung durch Erregen der Hauptpole in der Reihenfolge , , , , , , , , und erzeugt. Dieses Ausfüh rungsbeispiel hat dieselben Vorteile wie das zuvor be schriebene.

Fig. 13 zeigt weitere Ausführungsbeispiele der Erfin dung. Die Anzahl der Läuferzähne 6 ist dabei geändert. Der in Fig. 13A gezeigte Läufer hat siebzig N-Polzähne und siebzig S-Polzähne. Es sind nur die N-Polzähne dar gestellt. Die Zahnteilung des Läufers beträgt etwa 5,14° (360 : 70). Wenn der Läufer 1 nach Fig. 13A anstelle des Läufers nach Fig. 1 verwendet wird, bestimmen sich das Hauptpolintervall und die Positionen der Ständerzähne für θ=360/700 in den Gleichungen (1) und (2).

Der in Fig. 13B gezeigte Läufer hat dreißig N-Polzähne 2. Die Läuferzahnteilung beträgt 12° (360 : 30). Wenn der Läufer nach Fig. 13B anstelle des Läufers nach Fig. 1 verwendet wird, ergeben sich das Hauptpolintervall und die Positionen der Ständerzähne für θ=360/300.

Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Länge des Zahnteils der Läuferzähne gleich der jenigen des Zwischenraums der Läuferzähne, und gleiches gilt für die Ständerzähne. Das Verhältnis der Längen von Zahnteil und Zwischenraum kann geändert werden. Ferner können die Zahnflanken abgeschrägt sein.

Claims

1. Hybrid-Schrittmotor mit einem Läufer (1) mit Läuferzähnen (6), die als N-Polzähne und S-Polzähne abwechselnd am Läuferumfang mit konstanten Abständen angeordnet sind, wobei eine Läuferzahnteilung gleich dem Abstand zweier benachbarter N- oder S-Polzähne ist, die N-Polzähne in einer ersten Ebene radial zum Läufer (1) und die S- Polzähne in einer zweiten Ebene radial zum Läufer (1) in Läuferzahnrädern (10) ausgebildet sind und die beiden Ebenen in axialer Richtung des Läufers (1) einen gegen seitigen Abstand haben, in dem ein Permanentmagnet (9) liegt, mit einem Ständer (4) mit jeweils eine Wicklung (11) tragenden Hauptpolen (5), die jeweils am freien Ende mit mindestens einem Ständerzahn (7) versehen sind, wobei der Ständer (4) die beiden Polzahnräder (10) als zylin drischer Körper umgibt, der in Längsrichtung des Läufers liegt, die Ständerzähne (7) eine solche Breite in Längs richtung des Läufers (1) haben, daß sie den N- und den S- Polzähnen des Läufers (1) gegenüberstehen, die Ständer zähne (7) jeweils die Position Pt.k+m.θ haben, in der Pt die Läuferzahnteilung, θ eine Schritteilung, m eine ganze Zahl zwischen 0 und 9, k eine ganze Zahl zwischen 0 und K-1, jedoch von m verschieden, und K eine Anzahl N- Polzähne ist, und eine Schrittbewegung des Läufers (1) mit der Schritteilung erfolgt, die einem Bruchteil der Läuferzahnteilung entspricht, dadurch gekennzeichnet, daß zwanzig Hauptpole (5) vorgesehen sind, daß jeweils sechs Hauptpole (5) über einen Winkelbereich von 90° verteilt sind, daß das Bruchteil ein Zehntel ist, daß vier von fünf Abständen zwischen sechs aufeinander folgenden Hauptpolen (5) untereinander gleich sind und der restli che Abstand der Differenz dieser Abstände zu 90° ent spricht, und daß der Abstand zwischen zwei benachbarten Hauptpolen (5)
P=2Pt-θn+Pt
ist, wobei n eine ganze Zahl zwischen 1 und 10 mit Aus nahme von 5 ist und die Hauptpole 1 bis 5, 6 bis 10, 11 bis 15 und 17 bis 20 die Abstände P haben und die Haupt pole 5 und 6, 10 und 11, 15 und 16 sowie 20 und 1 mit ei nem Abstand P₉₀ = 90°-4P angeordnet sind, und daß n so gewählt ist, daß
ΣP = (2Pt-θn+Pt)Φ
einen Wert nahe 180° erhält, wobei Φ die Zahl der Haupt pole (5) einer Ständerhälfte und ΣP die Summe der Ab stände P der Hauptpole (5) der Ständerhälfte ist.

2. Schrittmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Läuferzähne (6) jeweils
K=2j
ist, wobei j eine beliebige ungerade Zahl größer als 3 ist.

3. Schrittmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils fünfzig Läuferzähne (6) mit einer Läuferzahnteilung von 7,2° vorgesehen sind, und daß der Winkelabstand zwischen N- und S-Polzähnen 3,6° beträgt.

4. Hybrid-Schrittmotor nach einem der vorhergehenden Ansprü che, gekennzeichnet durch Pt=7,2° und θ=0,72 und die An ordnung der Hauptpole 1 bis 10 an den durch Pt.k+m.θ be stimmten Positionen, wenn k=0 und m=0 für den Hauptpol 1, k=22 und m=1 für den Hauptpol 10, k=7 und m=2 für den Hauptpol 4, k=17 und m=3 für den Hauptpol 8, k=2 und m=4 für den Hauptpol 2, k=12 und m=5 für den Hauptpol 6, k=9 und m=6 für den Hauptpol 5, k=19 und m=7 für den Hauptpol 9, k=4 und m=8 für den Hauptpol 3 und k=14 und m=9 für den Hauptpol 7 sind.

5. Schrittmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß bei einer Läuferzahnteilung von 7,2° die Mittellinien der Hauptpole 1 bis 10 bei 0°, 17,28°, 34,56°, 51,84°, 69,12°, 90°, 107,28°, 124,56°, 141,84° und 159,2° liegen, und daß zwei Ständerzähne (7) am freien Ende eines jeden Hauptpols (5) unter einem Win kel von 3,6° gegenüber dessen Mittellinie vorgesehen sind.

6. Schrittmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Wicklungen (11) zweier um 90° gegeneinander versetzter Hauptpole (5) zueinander entgegengesetzten Wickelsinn haben.

7. Schrittmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen von vier untereinander jeweils um 90° ver setzten Hauptpolen (5) in Reihe geschaltet sind, wodurch fünf Stränge (41) gebildet werden, die jeweils Wicklungen mit zueinander wechselndem Wickelsinn enthalten.

8. Schrittmotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Strang zwei mit einer Stromquelle verbindbare An schlüsse (51, 52) hat.

9. Schrittmotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Anschlüsse (51, 52) des jeweiligen Stranges (41) gebildet sind durch die freien Wicklungsenden der Hauptpole 1 und 16, der Hauptpole 5 und 20, der Hauptpole 9 und 4, der Hauptpole 13 und 8 und der Hauptpole 17 und 12.

10. Schrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß jede Wicklung (11) auf dem Schaft des jeweiligen Hauptpols (5) angeordnet ist.

11. Schrittmotor nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die fünf Stränge (41a bis 41e) einen geschlossenen Kreis bilden, wobei die Verbindungspunkte von jeweils zwei Strängen die fünf Eingangsanschlüsse ΔA bis ΔE sind.

12. Schrittmotor nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Enden der fünf Stränge (41a bis 41e) mit einem gemeinsamen Punkt und die anderen En den (YA bis YE) der fünf Stränge mit vorgegebenen Span nungen verbunden sind.

13. Hybrid-Schrittmotor nach Anspruch 11 oder 12, dadurch ge kennzeichnet, daß fünf Spannungsimpulse unterschiedlicher Phase den fünf Eingangsanschlüssen zugeführt werden.

14. Hybrid-Schrittmotor nach Anspruch 13, dadurch gekenn zeichnet, daß jeder der fünf Eingangsanschlüsse durch die Spannungsimpulse eine Spannung größer als 0, die Spannung 0 oder eine Zwischenspannung erhält.

15. Hybrid-Schrittmotor nach Anspruch 13, dadurch gekenn zeichnet, daß einer, zwei oder drei der fünf Eingangsan schlüsse eine Spannung größer als 0, einer, zwei oder drei der übrigen Eingangsanschlüsse Massepotential und die restlichen Eingangsanschlüsse eine Zwischenspannung erhalten.

16. Steuerverfahren für einen Hybrid-Schrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptpole 1 bis 10 und 11 bis 20 jeweils mit N-Polarität in der Reihenfolge zunehmender Werte von m=0 bis m=9 er regt werden, wobei die Erregung mit dieser Wertfolge für m einen Erregungszyklus darstellt, in dem der Läufer um eine Läuferzahnteilung gedreht wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen von jeweils vier um 90° untereinander versetzten Hauptpolen, die abwechselnd gegensinnigen Wickelsinn haben, in Reihenschaltung erregt werden.

18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisestromrichtung zwecks Polaritätsumkehr gewech selt wird.

19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein jeweiliger Hauptpol mit der einen Polarität und die vor und nach ihm angeordneten Hauptpole in der Erregungs folge mit derselben Polarität erregt werden.

20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß zwei hinter und vor dem jeweiligen Hauptpol liegende Hauptpole mit derselben Polarität erregt werden.

21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hauptpol während eines halben Erregungszyklus mit N- Polarität und während der anderen Hälfte des Erregungszy klus mit S-Polarität erregt wird.

22. Verfahren nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erregung fünf Rechteckimpulszüge unterschiedlicher Phasenlage erzeugt werden, wobei der obere Wert eines je den Rechteckimpulszuges einen bestimmten Hauptpol mit N- Polarität und den darauf folgenden fünften Hauptpol mit S-Polarität erregt, während der untere Wert den bestimm ten Hauptpol mit S-Polarität und den darauf folgenden fünften Hauptpol mit N-Polarität erregt.

23. Wickelverfahren für einen Schrittmotor nach einem der An sprüche 1 bis 15 unter Verwendung einer vorzugsweise au tomatischen Wickelmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß vier Gruppen von jeweils fünf Hauptpolen definiert wer den, daß fünf Düsen der Wickelmaschine den fünf Hauptpo len der ersten Gruppe zugeordnet werden, daß diese Haupt pole der ersten Gruppe bewickelt werden, daß die Düsen der Wickelmaschine dann um 90° verdreht und der zweiten Gruppe von Hauptpolen zugeordnet werden, daß diese Haupt pole dann bewickelt werden, daß die Düsen der Wickelma schine dann um 90° gedreht und der dritten Gruppe von Hauptpolen zugeordnet werden, daß diese Hauptpole dann bewickelt werden, und daß die Düsen der Wickelmaschine um weitere 90° gedreht und der vierten Gruppe von Hauptpolen zugeordnet werden, und daß diese Hauptpole dann bewickelt werden.

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Wickelsinn der Wicklungen der ersten bis fünften Gruppe von Hauptpolen von einer Gruppe zur nächsten ge wechselt wird.

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen während einer jeweiligen 90°-Drehung nicht getrennt werden, so daß jeweils vier Wicklungen von unter 90° zueinander angeordneten Hauptpolen einen Strang bil den.

26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die vier Gruppen von Hauptpolen derart definiert werden, daß eine erste Gruppe die Hauptpole 1, 5, 9, 13 und 17, eine zweite Gruppe die Hauptpole 2, 6, 10, 14 und 18, ei ne dritte Gruppe die Hauptpole 3, 7, 11, 15 und 19 und eine vierte Gruppe die Hauptpole 4, 8, 12, 16 und 20 ent hält, und daß die fünf Düsen die fünf Hauptpole einer je den Gruppe gleichzeitig bewickeln.