DE1221718B

DE1221718B - Electric stepper motor

Info

Publication number: DE1221718B
Application number: DES86724A
Authority: DE
Inventors: Alexander Waliauga; Dipl-Ing Karl-Heinz Menzel
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1963-08-14
Filing date: 1963-08-14
Publication date: 1966-07-28
Also published as: CH415814A; NL6403631A

Description

Elektrischer Schrittschaltmotor Schrittschaltmotoren werden für viele Zwecke, *insbesondere in der elektrischen Meßtechnik, benötigt, um elektrische Impulse wechselnder Polarität in schrittweise Drehbewegungen umwandeln zu können. Schrittschaltmotoren sind in den verschiedensten Ausführungsformen bekanntgeworden. Solche Motoren arbeiten in der Weise, daß zur Erzeugung einer schrittweisen Drehbewegung in Abhängigkeit von elektrischen Impulsen die Ständerpole elektromagnetisch derart ernegt werden, daß benachbarte Pole entgegengesetzte Polarität aufweisen, wobei die Ständerpole mit durch einen Dauermagneten erregten Rotorpolen zusammenwirken. Hierbei sind die Ständerpole meist als Spaltpole, ausgebildet, wobei je ein Teilpol mit einer Dämpferwicklung umgeben ist.Electric Stepper Motor Stepper motors are used for many Purposes, * especially in electrical measurement technology, needed to generate electrical impulses to be able to convert alternating polarity into incremental rotary movements. Stepper motors have become known in a wide variety of embodiments. Such engines work in such a way that to produce a stepwise rotational movement as a function the stator poles are electromagnetically energized by electrical impulses in such a way that that adjacent poles are of opposite polarity, with the stator poles interact with rotor poles excited by a permanent magnet. Here are the Stator poles mostly designed as split poles, with one partial pole each with a damper winding is surrounded.

Als Schrittschaltmotoren können bekanntlich Synchron-Kleinstmotoren mit richtungsbestirnintein Anlauf verwendet werden, deren Läufer ein polarisierter Dauermagnetkörper ist und deren in Klauenbauart ausgeführter Ständer Haupt- und Hilfspole aufweist, wobei die Haupt- und die Hilfspole aus Polzacken von auf den beiden Stirnseiten des Ständere befindlichen Ständerpolblechen bestehen und wobei an jeder Stirnseite des Ständers die Hilfspole belastende Mittel in Form von Kurzschlußringen oder Belastungsbrillen vorgesehen sind. Werden solche Motoren nicht mit Wechselstrom sondern mit Gleichstromimpulson mit abwechselnder Polarität erregt, so führt der Läufer oine srhrittweise Bewegung aus.As is known, synchronous micro motors can be used as stepper motors with a directional inrun can be used, the runner of which is a polarized one Permanent magnet body and its claw-type stator main and Having auxiliary poles, the main and auxiliary poles from pole prongs on the There are stator pole plates located on both front sides of the stator and where on each end face of the stator the auxiliary poles burdening means in the form of short-circuit rings or load goggles are provided. Such motors do not use alternating current but excited with direct current impulses with alternating polarity, so the leads Runner makes one step-by-step movement.

Es ist ein elektrischer Schrittschaltmotor mit in der Bewegungsrichtung durch Gleichstromirapulse mit abwechselnder Polarität entgegengesetzt polarisierten Ständerpolen und mit einem glockenförmigen, polarisierten Dauermagnetläufer mit axial verlaufenden und radial magnetisierten Polen mit in Bewegungsrichtung abwechselnder Polarität bekannt; bei dieser bekannten Ausführung stehen den Polen des Dauermagnetläufers sowohl an der Innen- als auch an der Außenseite von einer gemeinsamen Erregerspule erregte Ständerpole entsprechender Polarität gegenüber. Hierbei bilden die Innen- und Außenpole zusammen das Ständerpolsystem. Demzufolge durchsetzen die- aus den Ständerpolen austretenden Kraftlinien den Läuferring in radialer Richtung. Da der Läuferring aus keramischem Material mit #t ungefähr 1 besteht, ist ein relativ großer Luftspalt zu überwinden. Dieser bekannte Schrittschaltmotor kann weder als Synchronmotor laufen noch entwickelt er hohe Schaltmomente.An electric stepping motor is known with stator poles oppositely polarized in the direction of movement by direct current pulses with alternating polarity and with a bell-shaped, polarized permanent magnet rotor with axially extending and radially magnetized poles with alternating polarity in the direction of movement; In this known embodiment, the poles of the permanent magnet rotor face stator poles of corresponding polarity excited by a common excitation coil both on the inside and on the outside. The inner and outer poles together form the stator pole system. As a result, the lines of force emerging from the stator poles penetrate the rotor ring in the radial direction. Since the rotor ring is made of ceramic material with #t approximately 1 , a relatively large air gap has to be overcome. This well-known stepping motor can neither run as a synchronous motor nor does it develop high switching torques.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Schrittschaltmotor zu schaffen, der nach Art eines Synchron-Kleinstmotors mit richtungsbestimmtem Anlauf ausgebildet ist, und durch gute Ausnutzung des magnetischen Materials hohe Umschgltmomente und hohe Haltekräfte besitzt.The invention is based on the object of an electric stepping motor to create, in the manner of a synchronous miniature motor with directional start-up is formed, and high Umschgltmomente through good utilization of the magnetic material and has high holding forces.

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Schrittschaltmotor mit in der Bewegungsrichtung durch Gleichstromimpuls.e mit abwechselnder Polarität entgegengesetzt polarisierten Ständerpolen und mit einem glockenförmigen, polarisierten Dam,-rmagnetläufer, der axial verlaufende und radial magnetisierte, Pole mit in Bewegungsrichtung abwechselnder Polarität aufweist, welchen sowohl an der Innen- als auch an der Außenseite Ständerpole entsprechender Polarität gegenüberstehen, die von einer gemeinsamen Erregerspule erregt werden. Erfindungsgemäß ist ein solcher Motor dadurch gekennzeichnet, daß die Außen- und Innenpole je einem eigenen vollständigen Ständerpolsystem mit Haupt-und Hilfspolen angehören und daß das innere Ständerpolsystem gegenüber dem äußeren -um eine Polteilung in Umfangsrichtung versetzt ist. Vorzugsweise weist der Außenständer Haupt- und Hilfspole in je gleicher Anzahl auf, die in räumlich voneinander getrennten Haupt- und Hilfspolgruppen sektorweise zusammengefaßt sind.The invention relates to an electric stepping motor with stator poles oppositely polarized in the direction of movement by DC impulses with alternating polarity and with a bell-shaped, polarized damper magnet rotor, which has axially extending and radially magnetized poles with alternating polarity in the direction of movement, which both stand opposite stator poles of corresponding polarity on the inside as well as on the outside, which are excited by a common excitation coil. According to the invention, such a motor is characterized in that the outer and inner poles each belong to their own complete stator pole system with main and auxiliary poles and that the inner stator pole system is offset from the outer one by one pole pitch in the circumferential direction. Preferably, the outer stator on the main and auxiliary poles in each of the same number, which are combined in spatially separate main and Hilfspolgruppen sector-wise.

Durch eine derartige Ausbildung des Motors wird das magnetische Material des Läufers beidseitig voll ausgenutzt, und die aus den Ständerpolen austretenden Kraftlinien wirken in annähernd tangentialer Richtung, so daß sich sehr hohe Schaltmomente ergeben. Außerdem werden durch die vielen Pole die Haltekräfte - auch im unerregten Zustand - erheblich erhöht.Such a design of the motor makes full use of the magnetic material of the rotor on both sides, and the lines of force emerging from the stator poles act in an approximately tangential direction, so that very high switching torques result. In addition, through the many poles the retention forces - even in the excited state - significantly increased.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels. Mit 1 ist die Läuferachse bezeichnet, auf der ein glockenförmiger Läufer 2 befestigt ist. Der Läufer besitzt am Umfang axial angeordnete und radial magnetisierte Pole 3, die in Bewegungsrichtung so angeordnet sind, daß am Außen- und am Innenmantel des zylinderförmigen Läufers Nord- und Süd- pole abwechseln. Der Läufer kann aus einzelnen Dauerinagneten oder als Ringzylinder mit aufmagnetisierten Polen bestehen. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Polring 3 durch einen scheibenförmigen Flansch 4 gehalten, der vorzugsweise aus einem unmagnetischen Kunststoff besteht.Further details and features of the invention emerge from the following description of an exemplary embodiment shown in the drawing. 1 with the rotor axis is referred to, on which a bell-shaped rotor 2 is attached. The rotor has axially arranged and radially magnetized poles 3 on the circumference, which are arranged in the direction of movement in such a way that north and south poles alternate on the outer and inner surface of the cylindrical rotor. The rotor can consist of individual permanent magnets or as a ring cylinder with magnetized poles. In the embodiment shown in the drawing, the pole ring 3 is held by a disk-shaped flange 4, which is preferably made of a non-magnetic plastic.

Konzentrisch zum Läufer ist in einem ringförmigen Spulenträger 5 mit U-förmigem Querschnitt die Ständerwicklung 6 angeordnet. Der Spulenkörper 5 besteht aus nichtmagnetisierbarem Material, z. B. Preßspan. Zu beiden Seiten des Spulenkörpers 5 sind Belastungsbrillen 7 und 8 aus Kupfer für die zu belastenden Polzacken angeordnet. Zu diesem Zweck sind Stanzlöcher 9, 10 und 11 zum Durchtritt der aus den seitlichen Ständerpolblechen 12 und 13 bzw. 14 herausgearbeiteten und in Achsrichtung abgebogenen belasteten Polzacken 15, 16 und 17 vorgesehen. Die Ständerpolbleche 12 und 13 bzw. 14 sind an Ringen 18 und 19 aus Weicheisen befestigt, die gleichzeitig als Lager für die Achse 1 dienen. The stator winding 6 is arranged concentrically to the rotor in an annular coil carrier 5 with a U-shaped cross section. The bobbin 5 consists of non-magnetizable material, for. B. Pressboard. On both sides of the coil body 5 , loading glasses 7 and 8 made of copper are arranged for the pole prongs to be loaded. For this purpose, punched holes 9, 10 and 11 are provided for the passage of the loaded pole prongs 15, 16 and 17 worked out of the lateral stator pole plates 12 and 13 or 14 and bent in the axial direction. The stator pole plates 12 and 13 or 14 are attached to rings 18 and 19 made of soft iron, which also serve as bearings for the axis 1 .

Das andere Ständerpolblech des inneren Ständers ist mit 20. bezeichnet und ist mit Hilfe eines Ringes 21 aus Weicheisen auf der Welle 1 gelagert. Die Pole 22 und 17 des inneren Ständers sind mit einem Kunststoff 23 vergossen. Ein Kunststoffring 24 verhindert ein Überfließen des Kunststoffes.The other stator pole plate of the inner stator is designated 20 and is mounted on the shaft 1 with the aid of a ring 21 made of soft iron. The poles 22 and 17 of the inner stator are encapsulated with a plastic 23. A plastic ring 24 prevents the plastic from overflowing.

Da die Ringe 18 und 21 aus Weicheisen bestehen, sind sie zur besseren Lagerung der Achse an der Innenseite der Achsbohrung mit einer Folie 25 bzw. 26 versehen.Since the rings 18 and 21 are made of soft iron, they are provided with a film 25 or 26 on the inside of the axle bore for better mounting of the axle.

Wie zuvor ausgeführt wurde, werden die beiden Ständer von der gleichen Erregerspule 6 erregt. Mit einer gestrichelten Linie 27 ist der Feldverlauf in den Ständerpolblechen 12 und 13, den Polzacken 15, 16 sowie dem ringförmigen Rückschluß 28 eingezeichnet. Der magnetische Fluß für den Innenständer ist mit strichpunktierten Linien angedeutet und mit 29 bezeichnet.As stated above, the two stator are excited by the same excitation coil 6. The field profile in the stator pole plates 12 and 13, the pole prongs 15, 16 and the annular yoke 28 is shown with a dashed line 27. The magnetic flux for the inner stand is indicated by dash-dotted lines and denoted by 29.

Der Innen- und Außenständer sowie der Läufer sind gleichpolig ausgeführt. Das innere Polsystem ist gegenüber dem äußeren um eine Polteilung in Umfangsrichtung verschoben, entsprechend der radialen Magnetisierung des Läufers.The inner and outer stand as well as the rotor are designed with the same polarity. The inner pole system is opposite to the outer one by one pole pitch in the circumferential direction shifted, according to the radial magnetization of the rotor.

Eine eindeutige Drehrichtung wird dadurch herbeigeführt, daß die Ständerpole in an sich bekannter Weise in eine gleiche Anzahl von Haupt- und Hilfspolen unterteilt sind, die vorzugsweise in räumlich voneinander getrennten Haupt- und Hilfspölgruppen sektorweise zusammengefaßt sind.A clear direction of rotation is brought about by the fact that the stator poles divided in a manner known per se into an equal number of main and auxiliary poles are, which are preferably in spatially separated main and auxiliary oil groups are grouped together by sector.

Claims

Claims: 1. Electric stepping motor with stator poles polarized in opposite directions in the direction of movement by DC pulses with alternating polarity and with a bell-shaped, polarized permanent magnet rotor, which has axially extending and radially magnetized poles with alternating polarity in the direction of movement, which both on the inside and on the Outside face stator poles of the corresponding polarity, which are excited by a common excitation coil, d a d urch g e -characterized that the outer and inner poles each belong to their own complete stator pole system with main and auxiliary poles and that the inner stator pole system compared to the outer one Pole pitch is offset in the circumferential direction.

2. Stepping motor according to claim 1, characterized in that the outer stator has main and auxiliary poles in the same number each, which are combined in sectors in spatially separated main and auxiliary pole groups. 3. Stepping motor according to claim 2, characterized in that when the common excitation coil is arranged in the outer stator, the magnetic flux of the inner stator closes via moving parts, in particular the rotor axis. 4. Stepping motor according to claim 3, characterized in that the poles of the inner stator are embedded in plastic. Documents considered: German Patent No. 972 659.