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Schrittschaltmotor mit Weicheisenanker Für den Antrieb von Schrittschaltwerken
u. dgl., z. B. für die Fernübertragung von Meßwerten sind Motore mit Weicheisenanker
bekannt, deren Stator mit mehreren am Umfang verteilt angeordneten. Polen ausgerüstet
ist, welche bei aufeinanderfolgender Erregung ein umlaufendes Magnetfeld erzeugen.,
daß den Weicheisenanker fortschaltet. Die bekannten Motore dieser Art besitzen bei
Steuerung der Felderregung in einer Selbstunterbrecherschaltung eines verhältnismäßig
große Drehzahl, welche bei den. verschiedenen Anwendungen eine besondere Untersetzung
erfordert. Um die Drehzahl derartiger Motore zu verringern und damit die Abbremsung
des Ankers bei Stillsetzung in einer bestimmten Winkelstellung zu erleichtern.,
ist es möglich, die Zahl der Pole des Stators zu erhöhen oder, wie es eine bekannte
Anordnung vorschlägt, auf einer gemeinsamen Motorwelle mehrere gegeneinander versetzte
Anker anzuordnen, deren. Erregungswicklungen durch einen gemeinsamen Kollektor nacheinander
in dem Sinne erregt werden, daß stets in der gewünschten. Drehrichtung ein Magnetfeld
erzeugt wird, das den zugeordneten Anker entsprechend seiner Zahnteilung fortschaltet.
Beide Anordnungen erfordern, eine wesentliche Erhöhung des konstruktiven Aufwandes
und der Zuleitungen zu den einzelnen Erregerwicklungen.
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Die Erfindung bezweckt deshalb, die bekannten Anordnungen zu vereinfachen,
und schlägt einen Schrittschaltmotor mit Weicheisenanker vor, dessen, Stator mehrere
nacheinander einschaltbare, konzentrisch angeordnete Ringspulen. enthält, die derart
in konzentrisch angeordnete und gezahnte Stege aufweisende ringförmige Aussparungen
mit vorzugsweise rechteckigem Querschnitt des Stators eingelassen sind, daß die
Wandungen der Aussparungen die Spulen von drei Seiten umgreifen und die gezahnten
Stege die gegeneinander versetzten Polzahnpaare jeweils eines von mehreren der konzentrisch
zueinander angeordneten Erregersysteme bilden. Dadurch ist es möglich, die wirksame
Polzahl ohne Vermehrung der Erregungswicklungen zu erhöhen und den Winkel der Einzelschritte
des Ankers zu verkleinern, so daß auch die Impulsfrequenz für Fremdsteuerung eines
Antriebes erhöht werden kann.
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Wird beispielsweise bei einem dreipoligen Schrittschaltmotor das Polpaar
jedes der drei Felder in 2 ₧ 8 Polzähne aufgeteilt, zwischen denen ebenso
viele Leitflächen des Ankers umlaufen können, so erhält man eine 24polige Maschine,
die sich in ihrer Drehzahl, ihrer Abbremsung und ihrer Reaktion, auf schnelle Impulsfolgen
wie ein 24poliger Motor verhält, da der Ankerweg eines Einzelschrittes nur 15° beträgt;
dieser Schrittmotor nach der Erfindung benötigt aber nur drei Wicklungen und vier
Zuleitungen. Auf diese Weise gelingt es generell, mit dem der Feldzahl entsprechenden
Aufwand das Verhalten einer vielpoligen Maschine nachzubilden.
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Weiterer Erfindung gemäß ist der Weicheisenanker mit einer der im
Stator untergebrachten Ringspulenanzahl übereinstimmenden Anzahl konzentrischer
Ringe versehen, in die gegeneinander versetzte Zähne eingeschnitten sind, die zwischen
die ringförmig angeordneten Polzahnpaare der konzentrisch zueinander angeordneten
Erregersysteme des Stators ragen. Weitere Merkmale der Erfindung sind der Beschreibung
und den Ansprüchen zu entnehmen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt.
Es zeigt Abb. 1 eine 3polige Maschine mit konzentrisch angeordneten Magnetfeldern
im Schnitt, Abb. 2 eine Abwicklung der Pole und Leitflächen der in Abb. 1 dargestellten
Maschine, Abb.3 den Verlauf des Drehmomentes in Abhängigkeit von der Ankerdrehung,
Abb. 4 Schaltungen für die Steuerung einer 3poligen Maschine in Selbsterregung und
durch Fremdimpulse, Abb. 5 und 6 eine 3polige Maschine im Querschnitt und Längsschnitt.
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Bei der in Abb. 1 dargestellten Anordnung sind die drei Erregungswicklungen
31, 32 und 33, welche über den Kollektor 34 nacheinander eingeschaltet werden, konzentrisch
angeordnet. Die einzelnen Polzähne 35 bis 38 sind auf konzentrischen Ringen 39 bis
42 angerordnet, zwischen denen die Polzähne 43 bis 45 des Ankers 46 liegen, welcher
mit der Welle 47 umläuft. Wie Abb. 2 erkennen läßt, sind, die Polzähne 43, 44 und
45 der drei konzentrischen Reihen des Ankers gegeneinander versetzt, so daß stets
die Polzähne einer der Reihen wirksam werden. Über den Kollektor 34 wird die Erregung
der Spulen 31, 32, 33 so gesteuert, daß stets diejenigen Polzahnpaare erregt werden,
denen Polzähne des Ankers in der Drehrichtung am nächsten liegen.
Die
in Abb. 2 gezeigte Abwicklung läßt erkennen, daß die Lücke zwischen benachbarten
Polzahnpaaren vorteilhaft gleich dem 3fachen Betrag des optimalen Zahnweges abzüglich
einer Zahnbreite gemacht wird. Für die Ausnutzung des Momentes der magnetischen
Anziehung kommt nicht die ganze zur Verfügung stehende Zahnbreite, sondern entsprechend
dem Verlauf des Drehmomentes in Abhängigkeit von der Ankerdrehung, wie in Abb. 3
dargestellt ist, nur zwei Drittel bis drei Viertel der Zahnbreite in Betracht, um
den besten Wirkungsgrad zu erzielen.
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Die Unterteilung der Pole der einzelnen Magnetfelder nach der Erfindung
ist nicht auf 3polige Systeme beschränkt, doch lassen sich grundsätzlich mit drei
Polen alle praktisch erwünschten Polteilungen herstellen. Der für die Selbststeuerung
vorgesehene Kollektor 34 kann vorteilhafterweise zur Umkehrung des Drehsinnes und
zur Regulierung der Drehgeschwindigkeit und des Momentes mit einer verschiebbaren
Bürste 50 ausgerüstet sein. Der Drehbereich braucht nur das 1½fache der Lamellenbreite
zu betragen. Soll der Schrittmotor durch fremderzeugte Impulse schrittweise gesteuert
werden, dann ist ein Umsetzer 51 (Abb.4b) erforderlich, welcher jeden einzelnen
Impuls in, drei phasenversetzte Impulse für die einzelnen: Wicklungen, 31, 32 und
33 umsetzt.
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Bei der in Abb. 5 und 6 gezeigten Anordnung sind die Spulen 52, 53
und 54 zur Erzeugung der drei Magnetfelder auf drei Kernen 55 angeordnet, welche
parallel zu der Welle 56 des Ankers 57 verlaufen.. Die Polkränze 58 und 59 des Stators
enthalten drei paarweise gezahnte Abschnitte, von denen jeder einer der Erregungsspulen
52, 53 und 54 zugeordnet ist. Der Anker 57 besitzt nur einen Zahnkranz 60, welcher
in dem Ringspalt zwischen den Polkränzen des Stators umläuft. Die drei Magnetfelder
sind am Umfang der Polkränze verteilt. Die Anordnung gestattet die Verwendung leicht
herzustellender Spulen und eine besonders flache Bauart.
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Die in Abb. 5 und 6 dargestellte Anordnung erlaubt sogar, bei einer
Vielzahl von Zähnen, eine geringe Un-Symmetrie der Zahnzahl je Pol zu dulden, um
z. B. bei einer Ausführung mit drei Magnetfeldern. auch Zahnzahlen, die nicht durch
3 teilbar sind, darstellen zu können. So läßt sich z. B. ein Schrittmotor mit 110
gleichmäßig über den Umfang verteilten definierten Einstellagen mit einem solchen
Stator versehen, von dem zwei Magnetfelder mit 37 und ein Magnetfeld mit 36 Polzahnpaaren
ausgestattet ist. Die Teilung des äußeren Stators und des Rotors kann dann in 110
Winkelabschnitte erfolgen. Die Zahnüberlappung in einem Segment mit nur 36 an Stelle
von 37 Zähnen unterscheidet sich dann von den Überlappungen in den anderen Segmenten
um 1/37 =etwa 3 0/o, was bei magnetischen Kreisen nicht ins Gewicht fällt.
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Das Anzugsmoment des mehrpoligen Schrittmotors nach der Erfindung
ist erheblich besser als das eines 2poligen oder eines 4poligen Schrittmotors ohne
Polaufteilung. Das Laufverhältnis ähnelt dem einer Compoundmaschine. Je nach der
Polzahl lassen sich in den meisten Anwendungsfällen die mechanischen Untersetzungen
einsparen. Dies gilt z. B. für Antriebe von Wählerschrittschaltwerken für Fernsprechvermittlungseinrichtungen,
als Motore für den Antrieb von Fensterkurbeln oder für die Verstellung von Antennen.
Die Abbremsung des Ankers geschieht vorteilhaft durch Erregung nur einer Feldspule;
dauernde schwache oder regulierbare Erregung einer oder mehrerer Feldspulen ergibt
eine magnetische Rastung in den einzelnen Einstellagen. Der Schrittmotor nach der
Erfindung kann auch mit Wechselstrom betrieben werden. Die Teile des Stators und
des Rotors können in einfacher Weise durch Stanzen und Kaltverformen, Schlagen oder
Gießen hergestellt werden. Eine Unterteilung des Eisens ist nicht erforderlich,
da die Flußrichtung stets die gleiche ist.
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Grundsätzlich kann die Polunterteilung nach der Erfindung auch bei
2poligen Schrittmotoren angewendet werden. Bei diesen. müssen jedoch die Ankerzähne
besonders ausgebildet oder die Polzahnpaare des Stators mit Hilfspolen versehen
werden, um die Drehrichtung des Ankers festzulegen. Die für Fremdsteuerung notwendige
Rastung kann auch hierbei magnetisch mit Hilfe der Zahnung erfolgen.