DE1125061B

DE1125061B - Pulse motor

Info

Publication number: DE1125061B
Application number: DER21482A
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing F Schroeter; Paul Mueller
Original assignee: Ringsdorff Werke GmbH
Current assignee: SGL Group GmbH Werk Ringsdorf
Priority date: 1957-07-12
Filing date: 1957-07-12
Publication date: 1962-03-08

Description

Impulsmotor Es sind bereits Impulsmotoren bekannt, bei denen durch abwechselnde Einwirkung von zwei Feldpolen oder Feldpolgruppen der gezahnte Läufer um je einen Halbschritt weiterbewegt wird. Derartige Motoren erhalten vorteilhaft Polschuhe, die unsymmetrisch ausgebildet sind, um eine bestimmte Drehrichtung sicherzustellen. Das magnetische Feld läßt sich dabei durch Zuspitzen des Polschuhes so ausbilden, daß es auch bei einem Luftspalt gleichbleibender Dicke zwischen den Läuferzähnen ein ausgeprägtes Maximum hat, wenn ein Läuferzahn genau unter einem Pol steht.There pulse motor pulse motors are already known, in which advanced by alternating action of two field poles or Feldpolgruppen the toothed runner for each half step. Such motors are advantageously provided with pole shoes that are asymmetrical in order to ensure a certain direction of rotation. The magnetic field can be formed by sharpening the pole piece in such a way that it has a pronounced maximum even with an air gap of constant thickness between the rotor teeth when a rotor tooth is exactly below a pole.

Solche Motoren betätigen in der Regel Zählwerke, und es ist wesentlich, daß der von ihnen in elektrischen Geräten benötigte Raum klein ist, zumal wenn eine größere Zahl solcher Zählwerke in ein Gerät eingebaut werden muß. Die vorliegende Erfindung ist eine besonders zweckmäßige Ausbildung eines derartigen Impulsmotors.Such motors usually operate counters, and it is essential that that the space required by them in electrical equipment is small, especially if one larger number of such counters must be built into a device. The present Invention is a particularly useful design of such a pulse motor.

Erfindungsgemäß wird eine besonders flache Bauart des Motors dadurch erreicht, daß die beiden Feldmagnete für den Kraftlinienrückfluß einen Polschuh gemeinsam haben, der die Welle konzentrisch umgibt und in axialer Richtung auf die Läuferstirnfläche wirkt. Um den dadurch entstehenden einseitigen magnetischen Axialzug auszugleichen, spaltet man den gemeinsamen Pol zweckmäßig in zwei gleiche Hälften auf, die von beiden Seiten auf die Läuferstirnflächen wirken. So kann gleichzeitig auch der magnetische Widerstand des hier vorhandenen Luftspaltes auf die Hälfte herabgesetzt werden. Bei dieser Bauart ergibt sich senkrecht zur Läufer- und Feldachse ein besonders geringer Raumbedarf, der im wesentlichen vom Läuferdurchmesser bestimmt wird, so daß sich zahlreiche Zähler mit geringem Abstand übereinander anordnen lassen.According to the invention, a particularly flat design of the motor is thereby achieved achieves that the two field magnets have a pole piece for the return flow of the lines of force have in common that surrounds the shaft concentrically and in the axial direction on the Runner face acts. About the resulting one-sided magnetic axial pull to compensate, one splits the common pole expediently in two equal halves which act on the rotor end faces from both sides. So can at the same time also halve the magnetic resistance of the air gap present here be reduced. With this design, the result is perpendicular to the rotor and field axis a particularly small space requirement, which is essentially determined by the rotor diameter so that numerous counters can be arranged one above the other with a small spacing.

Abb. 1 zeigt das Prinzip der neuen Bauart. Die beiden Elektromagnete 1 und 2 können abwechselnd durch elektrische Impulse erregt werden. Sie wirken dann mit ihren Polschuhen 3 und 4 auf den Läufer 5 ein. Der magnetische Fluß schließt sich in jedem Fall über den gemeinsamen Pol 6, der das Lager konzentrisch umgibt, und die Läuferstirnfläche. Dies ist durch die Kraftlinie 7 angedeutet.Fig. 1 shows the principle of the new design. The two electromagnets 1 and 2 can be excited alternately by electrical pulses. They then act on the rotor 5 with their pole pieces 3 and 4. The magnetic flux closes in each case via the common pole 6, which concentrically surrounds the bearing, and the rotor end face. This is indicated by the line of force 7 .

Abb. 2 zeigt einen Schnitt durch den Motor. Gezeigt ist die Stellung des Läufers, die er einnimmt, wenn der obere Elektromagnet 1 erregt wird. Wird anschließend der untere erregt, so dreht sich der fünfteilige Läufer in Pfeilrichtung um 36', bis der Läuferzahn 8 genau über dem Pol steht, denn in dieser Stellung hat der magnetische Fluß sein Nlaximum. Zwischen dem gemeinsamen Pol 6 und der Läuferstirnfläche entsteht dabei ein unerwünschter magnetischer Zug. Er wird gemäß Abb. 3 weitgehend aufgehoben, wenn man den Pol 6 in zwei symmetrische Pole 9 und 10 aufspaltet. Hierbei gewinnt man noch den Vorteil, daß dem magnetischen Fluß an den Läuferstimflächen der doppelte Querschnitt zur Verfügung steht, so daß der magnetische Widerstand an diesen Luftspalten auf die Hälfte herabgesetzt wird. Da bei gegebenem Fluß die Induktion an dieser Stelle dadurch halbiert wird, sinkt die Zugkraft auf ein Viertel, abgesehen davon, daß die beiden Zugkräfte gegeneinanderwirken und sich daher weitgehend aufheben. Eine völlige Aufhebung wird allerdings nicht erreicht, da infolge unverineidlicher Unsymmetrie sich der Läufer unmittelbar an einen Pol anlegen wird, so daß am anderen ein wenn auch kleiner Luftspalt entsteht.Fig. 2 shows a section through the engine. What is shown is the position of the rotor which it assumes when the upper electromagnet 1 is excited. If the lower one is then excited, the five-part rotor rotates 36 ' in the direction of the arrow until the rotor tooth 8 is exactly above the pole, because in this position the magnetic flux has its maximum. An undesirable magnetic pull arises between the common pole 6 and the rotor end face. According to Fig. 3, it is largely eliminated if the pole 6 is split into two symmetrical poles 9 and 10. The advantage here is that the magnetic flux at the rotor end faces has twice the cross section available, so that the magnetic resistance at these air gaps is reduced by half. Since the induction is halved at this point for a given flux, the tensile force drops to a quarter, apart from the fact that the two tensile forces act against each other and therefore largely cancel each other out. A complete cancellation is not achieved, however, since as a result of inevitable asymmetry, the rotor will lay directly on one pole, so that an air gap, albeit a small one, is created on the other.

Die Läuferwelle selbst wird magnetisch nicht beansprucht. Sie ist durch die Lager 11 vom magnetischen Fluß getrennt. Das hat den Vorteil, daß sie und die Lager lediglich im Hinblick auf die günstigen mechanischen Laufeigenschaften bemessen werden können. Die Welle kann also dünn und magnetisch hart sein, und als Lager können sowohl Bronzelager als auch Kugellager benutzt werden. Durch die Ausnutzung der Läuferstirnflächen mit ihrem wesentlich größeren Querschnitt läßt sich ein wesentlich größerer magnetischer Fluß und damit auch eine größere Motorleistung erzielen, als wenn man die Welle als magnetischen Leiter benutzen würde.The rotor shaft itself is not subjected to any magnetic stress. It is separated from the magnetic flux by the bearings 11. This has the advantage that it and the bearings can only be dimensioned with regard to the favorable mechanical running properties. The shaft can therefore be thin and magnetically hard, and both bronze bearings and ball bearings can be used as bearings. By using the rotor end faces with their much larger cross-section, a much greater magnetic flux and thus also a greater motor power can be achieved than if the shaft were used as a magnetic conductor.

Der Läufer muß bei diametral gegenüberstehenden Polen 1 und 2 eine ungeradzahlige Zähnezahl haben. Benutzt man, wie gezeichnet, fünf Zähne, so kann der Läufer selbst als letztes Rad einer Zählerdekade benutzt werden. Verzichtet man darauf, so kann man natürlich auch eine andere Zähnezahl wählen - etwa drei, um einen möglichst dünnen Läufer mit kleinem Trägheitsmoment zu erhalten, was bei schneller Impulsfolge wichtig ist. Auch geradzahlige Läufer sind möglich. doch muß dann ein Feldpol um ein entsprechendes Stück seitlich verschoben werden.The rotor must have an odd number of teeth with diametrically opposed poles 1 and 2. If, as shown, five teeth are used, the rotor itself can be used as the last wheel of a decade of meters. If you do without it, you can of course choose a different number of teeth - about three, in order to obtain the thinnest possible rotor with a small moment of inertia, which is important with a fast pulse sequence. Even-numbered runners are also possible. but then a field pole must be shifted laterally by a corresponding amount.

Der beschriebene Impulsmotor arbeitet, wenn seine beiden Elektromagnete 1 und 2 abwechselnd Stromimpulse erhalten.The pulse motor described works when its two electromagnets 1 and 2 alternately receive current pulses.

Die Grenzfrequenz der Impulsfolge ist durch das sogenannte überschwingen des Läufers gegeben. Durch den magnetischen Zug des Feldpols wird der Läufer beschleunigt. Er erreicht seine Höchstgeschwindigkeit, wenn der Läuferzahn genau unter dem Ständerzahn steht. Er schwingt infolge, seiner Wucht gegen das magnetische Moment des Ständerpols über diese Stellung hinaus und kommt dann mit gedämpften Schwingungen in die vorgeschriebene Ruhelage. Bei sehr starken Impulsen, wie sie bei schneller Impulsfolge nötig sind, kann es geschehen, daß die Wucht des Läufers ihn zu weit schwingen läßt, so daß fehlerhafte Zählungen entstehen. Um die Grenzfrequenz, bei der das geschieht, weiter hinauszuschieben, kann man erfindungsgemäß durch einen Luftspalt unterschiedlicher Dicke zwischen Polrad und Feldpol Bremsmomente zwischen die Beschleunigungsmomente schalten, so daß das Polrad mit verminderter Geschwindigkeit seine Endstellung erreicht.The limit frequency of the pulse train is caused by the so-called overshoot given by the runner. The rotor is accelerated by the magnetic pull of the field pole. It reaches its top speed when the rotor tooth is exactly below the stator tooth stands. As a result of its force, it oscillates against the magnetic moment of the stator pole beyond this position and then comes into the prescribed position with dampened vibrations Rest position. In the case of very strong impulses, as are necessary in the case of a fast pulse train, it can happen that the force of the runner makes him swing too far, so that incorrect counts arise. To the cutoff frequency at which this happens, further To push out, you can according to the invention by an air gap more different Thickness between the pole wheel and the field pole Braking torques between the acceleration torques switch so that the pole wheel reaches its end position at reduced speed.

Ein Beispiel dieses Prinzips zeigt schematisch Abb. 4. Dargestellt ist ein Pol 3 und ein Stück des Läufers mit seiner kreisförrnigen Begrenzungshnie:t2. Die untere Begrenzung des Feldpols 3 wird durch die geraden Flanken 12, 13 und 14 gebildet. Der Luftspalt zwischen dem Feldpol und dem Läufer hat daher bei A ... A und B ... B je ein Minimum.An example of this principle is shown schematically in Fig. 4. It shows a pole 3 and a piece of the rotor with its circular delimitation line: t2. The lower limit of the field pole 3 is formed by the straight flanks 12, 13 and 14. The air gap between the field pole and the rotor therefore has at A ... A and B ... B each a minimum.

Der Läuferzahn wird daher in Pfeilrichtung unter den Pol gezogen und beschleunigt, bis er in die Stellung A ... A gekommen ist. Bei weiterer Drehung wird er infolge des vorübergehend vergrößerten Luftspaltes gebremst, so daß er mit kleiner Geschwindigkeit in den Bereich des Pols selbst kommt. FEer wird er erneut beschleunigt, bis er die Stellung B ... B erreicht. Der letzte Beschleunigungsweg ist so kurz, daß der Läufer trotz kräftiger Beschleunigung keine große Geschwindigkeit mehr erreicht und daher nicht wesentlich über die Lage B ... B hinausschwingt.The rotor tooth is therefore pulled under the pole in the direction of the arrow and accelerated until it has come to position A ... A. With further rotation it is braked as a result of the temporarily enlarged air gap, so that it comes into the area of the pole itself at low speed. It is accelerated again until it reaches position B ... B. The last acceleration path is so short that the runner no longer reaches a high speed despite strong acceleration and therefore does not swing significantly beyond position B ... B.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Stepper motor with two alternately excited field magnets, the axes of which are offset by half a rotor tooth pitch, each with an asymmetrical pole shoe, to which a pole horn is attached against the rotor's direction of rotation, and with a toothed magnetically soft rotor, characterized that the two field magnets (1, 2) for the return flow of the lines of force have a pole piece (6) in common which surrounds the shaft concentrically and acts in the axial direction on the rotor face.

2. Stepping motor according to claim 1, characterized in that the common pole is split into two partial poles (9, 10) which each act on one of the two end faces of the rotor (5) . 3. A stepping motor according to claim 1, characterized in that the side facing the rotor pole faces (13, 14, 15) of the field poles (3) are formed so that durcheinenLuftspaltvonunterschiedlicher width between field pole (3) and rotor (5) in time series Bremsmornente between Torques of acceleration arise.

Considered publications: German Patent Specifications Nos. 826 010, 146 595, 206 099, 948 631, 673 170, 968 540, 400 641, 84 593, 151889.