DE2613038A1 - Stepping motor with inner and outer stators - has rotor magnetised with opposite polarity alternately along periphery - Google Patents
Stepping motor with inner and outer stators - has rotor magnetised with opposite polarity alternately along peripheryInfo
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Abstract
Description
Schrittmotor Die Erfindung betrifft einen Schrittmotor, bei dem sich ein Rotormagnet bei jedem zugeführten Strom um einen bestimmten Winkel dreht. Stepping motor The invention relates to a stepping motor in which a rotor magnet rotates through a certain angle for each current supplied.
Bei einem bekannten Schrittmotor mit einem Permanentmagneten als Rotor ist dieser wechselweise entlang seiner Umfangsrichtung in Nord- und Südpolarität magnetisiert. Der Rotor befindes sich innerhalb zweier becherförmiger, äußerer Statoren und ringförmiger innerer Statoren, die alle aus einem magnZixchen Material bestehen. Jeder Stator weist eine Reihe von Statorpolen auf, die in axiale Richtung des Rotormagneten mit dazwischen befindlichen Spalten verlaufen. Die Statorpole des ringförmigen inneren Stators erstrecken sich von dessen ringförmigen Wänden zu den Stirnwänden der becherförmigen äußeren Statoren.In a known stepper motor with a permanent magnet as the rotor is this alternately along its circumferential direction in north and south polarity magnetized. The rotor is located within two cup-shaped, outer stators and annular inner stators, all of which are made of a magnZix material. Each stator has a number of stator poles that run in the axial direction of the rotor magnet with gaps in between. The stator poles of the annular inner Stators extend from its annular walls to the end walls of the cup-shaped outer stators.
Die Statorpole auf den äußeren Statoren-verlaufen von deren Stirnwänden zu den ringförmigen Wänden der inneren Statoren und sind derart angeordnet, daß jeder sich zwischen zwei benachbarten Statorpolen des inneren Stators befindet. Die freien Enden an den Spitzen der Statorpole des äußeren Stators sind in einem geringen Abstand von den ringförmigen Wänden des inneren Stators angeordnet. In ähnlicher Weise befinden sich die freien Enden an den Spitzen der Statorpole des inneren Stators in geringem Abstand von den Stirnwänden des äußeren Stators. Bei einer derartigen Anordnung der Statorpole sind zwei auf Spulenkörper gewickelte Zylinderspulen über die zwei Gruppen von Statorpolen gepaßt, von denen jede Gruppe aus den Statorpolen zwischen der ringförmigen Wand des inneren Stators und der Stirnwand des äußeren Stators besteht.The stator poles on the outer stators run from their end walls to the annular walls of the inner stators and are arranged such that each is located between two adjacent stator poles of the inner stator. The free ends at the tips of the stator poles of the outer stator are in one arranged a small distance from the annular walls of the inner stator. In similarly, the free ends are at the tips of the stator poles of the inner stator at a short distance from the end walls of the outer stator. at Such an arrangement of the stator poles are two wound on bobbins Solenoid coils fitted over the two groups of stator poles, each group of which from the stator poles between the annular wall of the inner stator and the end wall of the outer stator.
Wenn bei einem bekannten Schrittmotor mit einem derartigen Aufbau ein elektrischer Strom an der Spule um eine Gruppe der Statorpole liegt, werden die Statorpole an dem äußeren und dem inneren Stator dieser Gruppe in entgegengesetzter Polarität magnetisiert. Wenn in ähnlicher Weise ein elektrischer Strom der anderen um die andere Gruppe der Statorpole gewickelten Spule geliefert wird, werden die Statorpole des äußeren und inneren Stators der anderen Gruppe in entgegengesetzter Polarität magnetisiert. Bei einem solchen Magnetisierungszustand der Statorpole ziehen die Statorpole die Rotorpole entgegengesetzter Polarität des Rotormagneten an, so daß die Drehstellung des Rotormagnetens durch die dazwischen auftretende magnetische Kraft stabil ist. Durch eine Umkehr der Stromrichtung in einer Spule, nicht jedoch in der anderen Spule, wird die Polarität der Statorpole im Innern einer Spule umgekehrt, was zu einer Drehung des Rotormagneten um einen halben Schritt führt. Bei einer Umkehr der Stromrichtung in der anderen Spule dreht sich der Rotormagnet um einen halben Schritt weiter.When in a known stepping motor with such a structure an electric current is applied to the coil around a group of the stator poles the stator poles on the outer and the inner stator of this group in opposite directions Magnetized polarity. If in a similar way an electric current of the other the coil wound around the other group of stator poles will be the Stator poles of the outer and inner stator of the other group in opposite directions Magnetized polarity. With such a magnetization state of the stator poles the stator poles pull the rotor poles of opposite polarity of the rotor magnet on, so that the rotational position of the rotor magnet by the occurring in between magnetic force is stable. By reversing the direction of the current in a coil, but not in the other coil, the polarity of the stator poles becomes inside one Coil reversed, causing the rotor magnet to rotate half a step leads. If the direction of the current is reversed in the other coil, the rotor magnet rotates half a step further.
Es hat sich jedoch gezeigt, daß aufgrund der Tatsache, daß die freien Enden der Statorpole der becherförmigen äußeren Statoren und der ringförmigen inneren Statoren jeweils den ringförmigen Wänden der inneren Statoren und den Endwänden der äußeren Statoren mit geringen Zwischenräumen dazwischen zugekehrt sind, bei diesem bekannten Schrittmotor,der durch eineErlegung der Spule erzeugte magnetische Fluß durch die Statorpole teilweise durch die geringen Zwischenräume hindurch streut, was zu einem Verlust an magnetischer Energie führt, die durch die erregte Spule erzeugt wird.However, it has been shown that due to the fact that the free Ends of the stator poles of the cup-shaped outer stators and the annular inner stators Stators respectively the annular walls of the inner stators and the end walls facing the outer stators with small spaces between them this known stepper motor, the magnetic generated by a laying of the coil The flux through the stator poles partially scatters through the small spaces, which leads to a loss of magnetic energy created by the energized coil is produced.
Es ist weiterhin ein Impulsmotor bekannt, dessen Rotormagnet aus Ferrit besteht und eine im wesentlichen zylindrische Form aufweist, wobei die Rotorwelle durch dessen Achse verläuft.A pulse motor is also known, the rotor magnet of which is made of ferrite and has a substantially cylindrical shape, the rotor shaft runs through its axis.
Die magnetische Permeabilität des Ferrites des Rotormagneten ist nicht so groß als dann, wenn der zylindrische Ferrit derart magnetisiert ist, daß er eine Anzahl von Polen in Umfangsrichtung aufweist. Die Linien der Magnetisierung können den mittleren axialen Teil oder die innere Umfangsfläche des Ferritzylinders nicht wirksam erreichen. Daher ist die magnetische Flußdichte bei diesem bekannten Rotormagneten nicht.so groß, und somit die magnetische Kraft relativ klein, die vom Rotormagneten an den Statorpolen liegt.The magnetic permeability of the ferrite of the rotor magnet is not as large as when the cylindrical ferrite is magnetized to be a Has number of poles in the circumferential direction. The lines of magnetization can the central axial part or the inner peripheral surface of the ferrite cylinder effectively achieve. Therefore, the magnetic flux density in this known rotor magnet not so big, and thus the magnetic force relatively small, generated by the rotor magnet is on the stator poles.
In Hinblick auf diese Mängel der bekannten Schrittmotoren ist ein Schrittmotor mit einer hohen magnetischen Energie das Ziel der vorliegenden Erfindung.In view of these shortcomings of the known stepper motors is a Stepping motor with a high magnetic energy is the object of the present invention.
Bei dem erfindungsgemäßen Schrittmotor soll der durch die Erregung einer um die Statorpole herum befindlichen Spule erzeugte magnetische Fluß wirksam an den Statorpolen konzentriert werden, damit sich eine höhere magnetische Energie ergibt.In the case of the stepper motor according to the invention, the should be caused by the excitation a magnetic flux generated around the stator poles around the coil effectively be concentrated on the stator poles, so that a higher magnetic energy results.
Weiterhin soll der Rotormagnet derart magnetisiert sein, daß sein magnetischer Fluß durch ihn hindurch bis zu seinem axialen mittleren Teil oder seiner inneren Umfangsfläche dringt.Furthermore, the rotor magnet should be magnetized in such a way that magnetic flux through it to its axial middle part or its inner peripheral surface penetrates.
Der erfindungsgemäße Impulsmotor weist einen magnetischen Rotor, der entlang seiner Umfangsrichtung abwechselnd in entgegengesetzter Polarität magnetisiert ist, innere Statoren, die im mittleren Teil des Rotormagneten vorgesehen sind und Statorpole aufweisen, die sich von den inneren Statoren zu beiden Enden des Rotormagneten mit einem Zwischenraum zwischen den Statorpolen und der Umfangsfläche des Rotormagneten erstrecken, und äußere Statoren auf, die an den gegenüberliegenden Seiten der inneren Statoren vorgesehen und mit äußeren Statorpolen versehen sind, die zu den inneren Statoren hin mit einem Zwischenraum zwischen den äußeren Statorpolen und der Umfangsfläche des Rotormagneten verlaufen. Die inneren und äußeren Statorpole sind derart angeordnet, daß jeder Statorpol der inneren Statoren sich zwischen zwei benachbarten Statorpolen der äußeren Statoren befindet, und daß die freien Enden der Statorpole eines der inneren und äußeren Statoren in geringem Abstand von den anderen Statoren liegen. Zwei Zylinderspulen sind an den gegenüberliegenden Seiten der inneren Statoren um die inneren und äußeren Statorpole herum vorgesehen. Bei einem derartigen Aufbau des Schrittmotors ist jeder innere und äußere Stator an den Stellen, die den freien Enden der Statorpole gegenüberliegen, mit einem nicht-magnetischen Material versehen.The pulse motor according to the invention has a magnetic rotor, the alternately magnetized in opposite polarity along its circumferential direction is, inner stators which are provided in the central part of the rotor magnet and Have stator poles extending from the inner stators to both ends of the rotor magnet with a gap between the stator poles and the peripheral surface of the rotor magnet extend, and outer stators on, on opposite sides of the inner Stators are provided and provided with outer stator poles that correspond to the inner ones Stators with a space between the outer stator poles and the circumferential surface of the rotor magnet run. The inner and outer stator poles are arranged in such a way that that each stator pole of the inner stators is between two adjacent stator poles of the outer stators is located, and that the free ends of the stator poles are one of the inner and outer stators are a short distance from the other stators. Two solenoid coils are around on opposite sides of the inner stators provided around the inner and outer stator poles. With such a structure of the stepper motor is every inner and outer stator in the places that the free Opposite ends of the stator poles, provided with a non-magnetic material.
Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert.Preferred exemplary embodiments are described below with reference to the accompanying drawings the invention explained in more detail.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines bekannten Schrittmotors im auseinand Zustand; Fig. 2 zeigt in einer perspektivischen Ansicht des auseinander genommenen Zustandes die relative Lage der Statorpole eines becherförmigen äußeren Stators und eines ringförmigen inneren Stators, die bei dem in Fig. 1 dargestellten bekannten Schrittmotor verwandt werden; Fig. 3 zeigt eine vertikal geschnittene Seitenansicht des in Fig. 1 dargestellten Schrittmotors im zusammengesetzten Zustand; Fig. 4 zeigt eine vertikal geschnittene Vorderansicht des beim bekannten Schrittmotor verwandten Rotormagneten; Fig. 5 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Schrittmotors im auseinandergenommenen Zustand; Fig. 6 zeigt in einer perspektivischen Ansicht des auseinandergenommenen Zustandes die relative Lage der Statorpole der inneren und äußeren Statoren, die bei dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiel verwandt werden; Fig. 7 zeigt eine vertikal geschnittene Seitenansicht des in Fig. 5 dargestellten Schrittmotors im zusammengesetzten Zustand; Fig. 8 zeigt in einer graphischen Darstellung die Ausgangskennlinien des erfindungsgemäßen Schrittmotors und der bekannten Schrittmotoren; Fig. 9 zeigt eine vertikal geschnittene Vorderansicht des bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Schrittmotors verwandten Rotormagneten; Fig. 10 zeigt eine vertikal geschnittene Seitenansicht des in Fig. 9 dargestellten Rotormagneten. Fig. 1 shows a perspective view of a known stepping motor in the apart state; Fig. 2 shows in a perspective view of the apart taken state the relative position of the stator poles of a cup-shaped outer Stator and an annular inner stator that are used in the one shown in FIG known stepper motor are used; Fig. 3 shows a vertically sectioned Side view of the stepper motor shown in Fig. 1 in the assembled State; Fig. 4 shows a vertically sectioned front view of the stepper motor in the known related rotor magnets; Fig. 5 shows an embodiment in a perspective view the stepper motor according to the invention in the disassembled state; Fig. 6 shows in a perspective view of the disassembled state the relative Position of the stator poles of the inner and outer stators, which in the case of the one shown in FIG. 5 Embodiment are used; Fig. 7 shows a vertically sectioned side view the stepping motor shown in Fig. 5 in the assembled state; Fig. 8 shows the output characteristics of the stepper motor according to the invention are shown in a graph and the known stepper motors; Fig. 9 shows a vertically sectioned front view the rotor magnet used in one embodiment of the stepper motor according to the invention; FIG. 10 shows a vertically sectioned side view of the one shown in FIG Rotor magnets.
Bei dem in den Fig. 1 bis 4 dargestellten bekannten Schrittmotor besteht der darin verwandte Rotormagnet aus einem Permanentmagneten, der in Umfangsrichtung wechselweise entgegengesetzt in Nord- und Südpolarität magnetisiert ist. Der Motor enthält zwei becherförmige äußere Statoren 2 und 3 und ringförmige innere Statoren 4 und 5, die alle aus einem magnetischen Material bestehen. Die ringförmigen inneren Statoren 4 und 5 sind Seite an Seite angeordnet und um den Rotormagneten 1 an seinem Mittelteil vorgesehen. Die becherförmigen äußeren Statoren 2 und 3 sind an den beiden gegenüberliegenden Seiten der inneren Statoren 4 und 5 angeordnet und mit axialen Bohrungen 6 durch die ebenen Stirnwände 7 und 8 versehen, um eine Welle 9 des Rotormagneten 1 drehbar zu lagern. An den Stirnw ä nden 7 und 8 der äußeren Statoren sind Reihen äußerer Statorpole 10 und 11 jeweils vorgesehen, die sich von den Stirnwänden 7 und 8 der äußeren Statoren zu den ringförmigen Wänden der ringförmigen inneren Statoren 4 und 5 erstrecken und dadurch gebildet sind, daß die Stirnwände etwa U-förmig ausgeschnitten und die Teile der Stirnwände, die die U-förmigen Ausschnitte umgeben, im rechten Winkel zu den Stirnwänden umgebogen sind. Diese Statorpole 10 und 11 sind entlang des Umfanges des Rotormagneten 1 mit einem geringen Zwischenraum dazwischen angeordnet.In the known stepping motor shown in FIGS. 1 to 4, there is the related rotor magnet consists of a permanent magnet that runs in the circumferential direction is magnetized alternately opposite in north and south polarity. The motor includes two cup-shaped outer stators 2 and 3 and annular inner stators 4 and 5, all made of a magnetic material. The annular inner Stators 4 and 5 are arranged side by side and around the rotor magnet 1 on its Middle part provided. The cup-shaped outer stators 2 and 3 are on the two opposite sides of the inner stators 4 and 5 arranged and with axial Bores 6 provided through the flat end walls 7 and 8 to a shaft 9 of the rotor magnet 1 to be rotated. On the forehead Change 7 and 8 of the outer stators rows of outer stator poles 10 and 11 are provided, respectively, extending from the end walls 7 and 8 of the outer stators to the annular walls of the annular inner Stators 4 and 5 extend and are formed in that the end walls are approximately U-shaped cut out and the parts of the end walls that surround the U-shaped cutouts, are bent at right angles to the end walls. These stator poles 10 and 11 are along the circumference of the rotor magnet 1 with a small space therebetween arranged.
Die ringförmigen inneren Statoren 4 und 5, die sich am mittleren Teil des Rotormagneten 1 und zwischen den freien Enden der zylindrischen Seitenwände 12 und 13 der becherförmigen Statoren 2 und 3 befinden, sind ebenfalls mit Reihen von inneren Statorpolen 14 und 15 jeweils versehen, die von ihrem Innenumfang zu den Stirnwänden 7 und 8 der becherförmigen äußeren Statoren 2 und 3 verlaufen. Diese inneren Statorpole 14 und 15 sind ebenfalls entlang des Umfanges des Rotormagneten mit einem geringen Zwischenraum dazwischen angeordnet.The annular inner stators 4 and 5, located on the central part of the rotor magnet 1 and between the free ends of the cylindrical side walls 12 and 13 of the cup-shaped stators 2 and 3 are also with rows provided by inner stator poles 14 and 15, respectively, extending from their inner circumference to the end walls 7 and 8 of the cup-shaped outer stators 2 and 3 run. These inner stator poles 14 and 15 are also along the circumference of the rotor magnet arranged with a small gap in between.
Die becherförmigen äußeren Statoren 2 und 3 und die ringförmigen inneren Statoren 4 und 5 werden derart zusammengesetzt, daß die äußeren Statorpole 10 und 11 mit den inneren Statorpolen 14 und 15 ineinandergreifen, oder daß sich jeder äußere Statorpol 10 und 11 zwischen zwei benachbarten inneren Statorpolen 14 und 15 befindet. Im zusammengesetzten Zustand liegen die freien Enden der inneren Statorpole 14 und 15 in geringem Abstand von den Stirnwänden 7 und 8 der becherförmigen äußeren Statoren 2 und 3 jeweils. In ähnlicher Weise befinden sich die freien Enden der äußeren Statorpole 10 und 11 in geringem Abstand von den ringförmigen Wänden der inneren Statoren 4 und 5 jeweils.The cup-shaped outer stators 2 and 3 and the ring-shaped inner ones Stators 4 and 5 are assembled such that the outer stator poles 10 and 11 mesh with the inner stator poles 14 and 15, or that each outer stator poles 10 and 11 between two adjacent inner stator poles 14 and 15 is located. In the assembled state, the free ends of the inner stator poles are located 14 and 15 at a small distance from the end walls 7 and 8 of the cup-shaped outer Stators 2 and 3 respectively. The free ends of the outer stator poles 10 and 11 at a small distance from the annular walls of the inner stators 4 and 5 respectively.
Bei einer derartigen zusammengesetzten Anordnung aus becherförmigen und ringförmigen Statoren sind um die Statorpole 10,14 und 1X,15 zwei Zylinderspulen 16,17 vorgesehen, die um Spulenkörper 18und 19 jeweils gewickelt sind.In such a composite arrangement of cup-shaped and annular stators are around the stator poles 10, 14 and 1X, 15 two solenoid coils 16,17 provided around bobbin 18 and 19 each wound are.
Wenn bei einem derartigen bekannten Schrittmotor ein elektrischer Strom einer der Spulen 16 geliefert wird, die um eine Gruppe der Statorpole 10 und 14 auf der linken Seite des ringförmigen Stators 4 in Fig. 1 und 3 gewickelt ist, werden die Statorpole 10 des becherförmigen äußeren Stators 12 mit einer den anderen Statorpolen 14 des ringförmigen inneren Stators 4 entgegengesetzten Polarität magnetisiert. Wenn bei einem derartigen Magnetisierungszustand der Statorpole 10 0 und 14 ein elektrischer Strom der anderen Spule 17 mit einer derartigen Stromrichtung geliefert wird, daß die Pole 11 des anderen becherförmigen äußeren Stators 3 in derselben Polarität, wie die Pole 14 des inneren Stators 4 und die Pole 15 des anderen inneren Stators 5 in derselben Polarität, wie die Pole 10 des äußeren Stators 2 magnetisiert werden, dann ziehen die Statorpole 11 und 14 sowie die anderen Statorpole 10 und 15 den Rotormagneten entgegengesetzter Polarität an, bei dem der Flächenbereich jedes Magnetpoles zweimal so breit wie der jedes Statorpoles ist.If in such a known stepping motor an electric Current is supplied to one of the coils 16, which are around a group of the stator poles 10 and 14 is wound on the left side of the annular stator 4 in Figs. 1 and 3, the stator poles 10 of the cup-shaped outer stator 12 become one with the other Stator poles 14 of the annular inner stator 4 opposite polarity magnetized. If in such a magnetization state of the stator poles 10 0 and 14 on electric current is supplied to the other coil 17 with such a current direction is that the poles 11 of the other cup-shaped outer stator 3 in the same Polarity as the poles 14 of the inner stator 4 and the poles 15 of the other inner stator Stator 5 in the same polarity as the pole 10 of the outer stator 2 is magnetized then pull the stator poles 11 and 14 and the other stator poles 10 and 15 to the rotor magnet of opposite polarity, in which the surface area each magnetic pole is twice as wide as that of each stator pole.
Daher ist die Drehstellung des Rotormagneten infolge der magnetischen Kraft zwischen ihm und dem Statorpolen stabil. Durch eine Umkehr der Stromrichtung in einer der Spulen 16, nicht jedoch in der anderen Spule 17, wird die Polarität der äußeren Statorpole 10 und 14 innerhalb der einen Spule 16 umgekehrt, was dazu führt, daß sich der Rotormagnet 1 um einen halben Schritt dreht.Therefore, the rotational position of the rotor magnet is due to the magnetic Force stable between him and the stator pole. By reversing the direction of the current in one of the coils 16, but not in the other coil 17, the polarity of the outer stator poles 10 and 14 reversed within the one coil 16, resulting in this leads that the rotor magnet 1 rotates by half a step.
Bei einer Umkehr der Stromrichtung in der anderen Spule 17 ergibt sich eine weitere Drehung des Rotormagneten 1 um einen halben Schritt. Diese magnetische Kopplung zwischen den Statorpolen und dem Rotormagneten und die dadurch erreichte schrittweise erfolgende Bewegung ist im einzelnen in der US-PS 3 508 091 dargestellt.If the direction of the current is reversed in the other coil 17, the result Another rotation of the rotor magnet 1 by half a step. This magnetic Coupling between the stator poles and the rotor magnet and that achieved thereby incremental movement is detailed in U.S. Patent 3,508,091.
Untersuchungen des in den Fig. 1 bis 3 dargestellten und im Obigen beschriebenen bekannten Schrittmotors haben gezeigt, daß dann, wenn die Spulen 16 und 17 erregt werden, der durch die Statorpole 14 und 15 erzeugte magnetische Fluß teilweise von deren freien Enden zu den Stirnwänden 7 und 8 der äußeren Statoren 2 und 3 jeweils über den dazwischen befindlichen geringen Zwischenraum streut. In ähnlicher Weise streut teilweise der magnetische Fluß, der durch die anderen Statorpole 10 und 11 der becherförmigen äußeren Statoren 2 und 3 erzeugt wird, von deren freien Enden zu den ringförmigen Wänden der ringförmigen inneren Statoren 4 und 5 jeweils über den dazwischen befindlichen geringen Zwischenraum. Die durch die Stromversorgung der Spulen 16 und 17 erzeugte magnetische Energie geht daher nutzlos verloren.Investigations of the shown in Figs. 1 to 3 and above described known stepper motor have shown that then, when the coils 16 and 17 generated by the stator poles 14 and 15 are excited magnetic flux partially from their free ends to the end walls 7 and 8 of the outer stators 2 and 3 each over the small space therebetween scatters. Similarly, some of the magnetic flux passing through the other stator poles 10 and 11 of the cup-shaped outer stators 2 and 3 generated is, from their free ends to the annular walls of the annular inner Stators 4 and 5 each over the small space therebetween. The magnetic energy generated by energizing the coils 16 and 17 is therefore uselessly lost.
Bei dem bekannten Schrittmotor ist der Rotormagnet 1 darüberhinaus um die Welle 9 herum mit einem dazwischenliegenden ringförmigen, nicht-magnetischen Teil 20 versehen. Gewöhnlich besteht der Rotormagnet 1 aus einem Ferrit, dessen magnetische Permeabilität nicht so groß ist. Wenn daher der Rotormagnet in entlang seines Umfanges wechselweise entgegengesetzter Polarität magnettisiert ist, können die magnetischen Kraftlinien nicht zur Mitte des Rotormagneten in radiale Richtung durchdringen, so daß die magnetische Flußdichte des Rotormagneten nicht so groß ist.In the known stepper motor, the rotor magnet 1 is also around the shaft 9 with an intermediate annular, non-magnetic Part 20 provided. Usually, the rotor magnet 1 consists of a ferrite whose magnetic permeability is not so great. Therefore, when the rotor magnet is in along its scope is magnetized alternately of opposite polarity, can the magnetic lines of force not to the center of the rotor magnet in the radial direction penetrate so that the magnetic flux density of the rotor magnet is not so great is.
Bei dem in den Fig. 5 bis 7 dargestellten ersten Ausfüurungsbeispiel der Erfindung sind Verbesserungen an den inneren Statoren 21 und 22 und den äußeren Statoren 23 und 24 vorgenommen.In the first exemplary embodiment shown in FIGS of the invention are improvements to the inner stators 21 and 22 and the outer ones Stators 23 and 24 made.
Ihr äußerer Aufbau ist im wesentlichen der gleiche wie bei dem in den Fig. 1 bis 4 dargestellten bekannten Schrittmotor, so daß sich eine Beschreibung im einzelnen erübrigt und die gleichen Bezugszeichen verwandt wurden.Its external structure is essentially the same as that of in 1 to 4 shown known stepper motor so that a description in detail are superfluous and the same reference numerals have been used.
Der innere Stator 21 weist einen schmalen, ringförmigen Kranz 25 auf, von dessen Innenfläche aus die inneren Statorpole 26 radial nach außen verlaufen und anschließend axial umgebogen sind, so daß ein Zwischenraum zwischen den axial umgebogenen Statorpolteilen 26a und der Zylinder- oder der Umfangsfläche des Rotormagneten 1 bleibt. Der andere innere Stator 22 hat im wesentlichen denselben Aufbau wie der Stator 21. Zwischen den inneren Statoren 21 und 22 ist eine ringförmige Platte 27 aus einem nicht-magnetischen Material vorgesehen, deren innere Öffnung einen Durchmesser aufweist, der kleiner als der Durchmesser des Innenumfangs des Kranzes 25 ist. Die ringförmige Außenfläche der Platte 27 erstreckt sich radial von einer Stelle aus, die dem Außenumfang des Kranzes 25 entspricht, bis zu den umgebogenen Teilen 26b der Statorpole 26.The inner stator 21 has a narrow, annular ring 25, the inner stator poles 26 extend radially outward from the inner surface thereof and then axially bent so that a gap between the axially bent over Stator pole parts 26a and the cylinder or the circumferential surface of the rotor magnet 1 remains. The other inner stator 22 is essentially the same Structure like the stator 21. Between the inner stators 21 and 22 is an annular one Plate 27 made of a non-magnetic material is provided, the inner opening of which has a diameter that is smaller than the diameter of the inner circumference of the Wreath 25 is. The annular outer surface of the plate 27 extends radially from a point corresponding to the outer circumference of the ring 25 to the bent parts 26b of the stator poles 26.
Der äußere Stator 23 weist eine zylindrische Seitenwand 28 und einen Umfangskranz 29.auf, der in einem Stück an dem äußeren Endabschnitt der Zylinderwand 28 ausgebildet ist. Eine Reihe von Statorpolen 30 verläuft in einem Stück vom Innenumfang des Kranzes 29 in radiale Richtung und ist dann in axiale Richtung umgebogen, so daß ein Zwischenraum zwischen den axial umgebogenen Statorpolteilen 30a und der Umfangsfläche des Rotormagneten 1 bleibt. Der andere äußere Stator 24 hat im wesentlichen den gleichen Aufbau wie der Stator 23. An der Außenfläche der Kränze 29 und 30 sind Scheiben 31 und 32 aus einem nicht-magnetischen Material vorgesehen und angebracht, die axiale Bohrungen 33 und 34 aufweisen, um die Welle 9 des Rotormagneten 1 zu halten.The outer stator 23 has a cylindrical side wall 28 and a Circumferential rim 29, which is in one piece on the outer end portion of the cylinder wall 28 is formed. A number of stator poles 30 extend in one piece from the inner circumference of the ring 29 in the radial direction and is then bent over in the axial direction, see above that a gap between the axially bent stator pole parts 30a and the The circumferential surface of the rotor magnet 1 remains. The other outer stator 24 has essentially the same structure as the stator 23. On the outer surface of the rims 29 and 30 are Disks 31 and 32 made of a non-magnetic material are provided and attached, the axial bores 33 and 34 have to the shaft 9 of the rotor magnet 1 to keep.
Die inneren und äußeren Statoren 21 bis 24 mit einem derartigen Aufbau werden in der gleichen Weise, wie beim bekannten Schrittmotor zusammengesetzt, der im Obigen anhand der Fig. 1 bis 3 beschrieben wurde, so daß die Statorpole der inneren Statoren und die der äußeren Statoren ineinandergreifen. D.h., daß jeder Statorpol der inneren Statoren sich zwischen zwei benachbarten Statorpolen der äußeren Statoren befindet. Im Unterschied zum bekannten Schrittmotor sind jedoch die freien Enden der Statorpole 26 der inneren Statoren 21 und 22 den nicht-magnetischen Scheiben 31 oder 32 zugewandt, die an der Außenfläche des Kranzes 29 des äußeren Stators 23 oder 24 angebracht sind. Auch die freien Enden der Statorpole 30 der äußeren Statoren 23 und 24 sind der ringförmigen, nicht-magnetischen Platte 27 zugewandt, die sich zwischen den inneren Statoren 21 und 22 befindet.The inner and outer stators 21 to 24 having such a structure are assembled in the same way as in the known stepper motor, the has been described in the above with reference to FIGS. 1 to 3, so that the stator poles of the inner Stators and those of the outer stators interlock. That is, each stator pole of the inner stators are located between two adjacent stator poles of the outer stators is located. In contrast to the known stepper motor, however, the free ends are the stator poles 26 of the inner stators 21 and 22 to the non-magnetic disks 31 or 32 facing that on the outer surface of the ring 29 of the outer stator 23 or 24 are attached. Also the free ends of the stator poles 30 of the outer stators 23 and 24 are the annular non-magnetic plate 27 facing, which is located between the inner stators 21 and 22.
Wenn daher die Statorpole 26 und 30 durch eine Erregung der Spulen 18 und 19 magnetisiert werden, wird der dadurch erzeugte magnetische Fluß an diesen Statorpolen konzentriert und wird eine Streuung zu den nicht-magnetischen Scheiben 31 und 32 und der ringförmigen Platte 27 über die geringen Zwischenräume zwischen diesen Scheiben und den freien Enden der Statorpole vermieden.Therefore, when the stator poles 26 and 30 by energization of the coils 18 and 19 are magnetized, the magnetic flux generated thereby is applied to them Stator poles are concentrated and scatter to the non-magnetic disks 31 and 32 and the annular plate 27 over the small spaces between these disks and the free ends of the stator poles avoided.
Versuche haben ergeben, daß der beim erfindungsgemäßen Schrittmotor durch eine Erregung der Spulen 16 und 17 an den Statoren erzeugte magnetische Fluß merklich größer ist und etwa 615 Mairtellbeträgt, während der an den Statorpolen bei dem bekannten Schritt motor erzeugte magnetische Fluß nur etwa 410 Maxwell beträgt.Tests have shown that the stepper motor according to the invention magnetic flux generated by energizing coils 16 and 17 on the stators is noticeably larger and is about 615 Mairtell, while that at the stator poles in the known step motor generated magnetic flux is only about 410 Maxwell.
Wie es durch die ausgezogene Linie I in Fig. 8 dargestellt ist, ist auch das Ausgangsdrehmoment des erfindungsgemäßen Schrittmotors um etwa 1,5mal größer als das des bekannten Motors, das durch eine unterbrochene Linie in Fig. 8 dargestellt ist, wobei beide Motoren mit einer Spannung von 5 V bei einer Temperatur von 250C betrieben wurden.As shown by the solid line I in Fig. 8 is the output torque of the stepper motor according to the invention is also about 1.5 times greater than that of the known motor shown by a broken line in FIG is, with both motors with a voltage of 5 V at a temperature of 250C were operated.
Im folgenden wird anhand der Fig.9 und 10 ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung mit weiteren Verbesserungen beschrieben, die am Rotormagneten 1 vorgenommen sind. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist ein rohrförmiges Teil 25 mit einer hohen magnetischen Permeabilität konzentrisch zwischen dem ringförmigen, nicht-magnetischen Teil 20 und dem hohlzylindrischen RotormagneQn 1 vorgesehen. Als magnetisches Material des rohrförmigen Teiles 35 ist ein Material gewählt, das eine höhere magnetische Permeabilität als das Material des Rotormagneten 1 hat. Die Stärke des rohrförmigen Teiles 35in radialer Richtungist so gewählt,daßesnit' magnetisch gesättigt wird, wenn der Rotormagnet magnetisiert wird.A second exemplary embodiment is described below with reference to FIGS of the invention described with further improvements made to the rotor magnet 1 are. In this embodiment, a tubular part 25 is with a high magnetic permeability concentric between the annular, non-magnetic Part 20 and the hollow cylindrical rotor magnet 1 is provided. As a magnetic material of the tubular part 35 is selected a material that has a higher magnetic Permeability as the material of the rotor magnet 1 has. The strength of the tubular Part 35 in the radial direction is chosen so that it is magnetically saturated, when the rotor magnet is magnetized.
Wenn bei dem zweiten Ausfuhrungsbeispiel mit einem derartigen Aufbau der Rotormagnet 1 in Umfangsrichtung wechselweise in entgegengesetzter Polarität magnetisiert ist,dringen die magnetischen Kraftlinien radial durch den Rotormagneten hindurch bis zur inneren Umfangsfläche, wie es in Fig. 9 dargestellt ist, so daß der Rotormagnet 1 den gewünschten Magnetisierungszustand erhalten kann und der hindurchlaufende magnetische Fluß weitaus größer als bei dem in Fig. 3 dargestellten bekannten Rotormagneten ist.If in the second exemplary embodiment with such a structure the rotor magnet 1 in the circumferential direction alternately in opposite polarity is magnetized, the magnetic lines of force penetrate radially through the rotor magnet through to the inner peripheral surface, as shown in Fig. 9, so that the rotor magnet 1 can obtain the desired magnetization state and the one passing through Magnetic flux is much greater than in the known rotor magnet shown in FIG is.
Das ringförmige, nicht-magnetische Teil 20, das um die Welle 9 des Rotormagneten vorgesehen ist, besteht vorzugsweise aus einem nicht-magnetischen, leichten Material,wie aus Aluminium oder aus einem Kunststoff, damit das Gewicht des Rotors so gering wie möglich gehalten werden kann, um das Trägheitsmoment des Rotormagneten 1 zu verringern und ein schnelles Ansprechvermögen zu erzielen.The annular, non-magnetic part 20, which is around the shaft 9 of the Rotor magnet is provided, preferably consists of a non-magnetic, light material, such as aluminum or a plastic, so that the weight of the rotor can be kept as low as possible in order to reduce the moment of inertia of the To reduce rotor magnet 1 and to achieve a quick response.
Bei dem erfindungsgemäßen Schrittmotor mit den in den Fig. 5 bis 7 dargestellten, verbesserten Statoren und dem in Fig. 9 und 10 dargestellten, verbesserten Rotormagneten kann der durch die Energieversorgung einer der Spulen 16 oder 17 erzeugte magnetische Fluß auf bis zu 800 Maxwell erhöht werden. Darüberhinaus ist das Ausgangsdrehmoment des erfindungsgemäßen Motors zweimal so groß wie das des bekannten Motors, wie es durch die ausgezongene Linie II in Fig. 8 dargestellt ist.In the stepper motor according to the invention with the steps shown in FIGS improved stators shown and that shown in Figs. 9 and 10, improved Rotor magnets can be generated by the energy supply to one of the coils 16 or 17 magnetic flux can be increased up to 800 Maxwell. In addition, the output torque is of the motor according to the invention twice as large as that of the known motor as it is shown by the zoned line II in FIG.
Mit anderen Worten kann der erfindungsgemäße Schrittmotor dasselbe Ausgangsdrehmoment wie der bekannte Motor bei 2/3 oder. 1/2 der für die bekannten Motoren erforderlichen Antriebsspannung liefern. Die Tatsache, daß der erfindungsgemäße Motor mit einer geringeren Spannung betrieben werden kann, bedeutet, daß. die durch die Arbeit des Motors verursachte Temperaturerhöhung geringer als bei dem bekannten Motor ist.In other words, the stepping motor according to the invention can do the same thing Output torque like the well-known motor at 2/3 or. 1/2 that for the known Supply the required drive voltage to the motors. The fact that the inventive Motor can be operated with a lower voltage means that. by the work of the engine caused temperature increase less than with the known one Engine is.
Außerdem können die Abmessungen des erfindungsgemäßen Schrittmotors mit im wesentlichen dem gleichen Ausgangsdrehmoment, wie der bekannte Motor, auf 2/3 bis 1/2 der Abmessungen des bekannten Motors herabgesetzt werden.In addition, the dimensions of the stepper motor according to the invention with essentially the same output torque as the known motor to 2/3 to 1/2 of the dimensions of the known motor can be reduced.
Wenn der erfindungsgemäße Motor darüberhinaus im Hochfrequenzbereich verwandt werden soll, können seine Abmessungen noch weiter verringert werden, so daß digitale Einrichtungen kleiner und leistungsfähiger gemacht werden können.If the motor according to the invention is also in the high frequency range is to be used, its dimensions can be further reduced, so that digital facilities can be made smaller and more powerful.
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