DE2613726C2

DE2613726C2 - Electric stepper motor

Info

Publication number: DE2613726C2
Application number: DE2613726A
Authority: DE
Inventors: Gerhard 7759 Immenstaad Neumann
Original assignee: Dornier System GmbH
Current assignee: Dornier System GmbH
Priority date: 1976-03-31
Filing date: 1976-03-31
Publication date: 1978-03-02
Also published as: DE2613726B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Schrittmotor, wie er im Oberbegriff des Anspruches 1 beschrieben ist.The invention relates to an electric stepper motor as described in the preamble of claim 1 is described.

Ein derartiger elektrischer Schrittmotor ist aus der DT-OS 17 63 078 bekannt. Es handelt sich dabei um einen digitalen Schrittmotor mit einer um eine Welle rotierenden Taumelplatte zur Erzeugung einer formschlüssigen Berührung zwischen zwei Gruppen zugeordneter Zahnungen unter dem Einfluß eines elektromagnetischen Schrittschaltwerkes. Dabei ist die Taumelplatte mit der um sie rotierenden Welle durch ein axial frei bewegliches, jedoch radial in seiner Lage zur Welle festes Universalgelenk verbunden.Such an electric stepper motor is known from DT-OS 17 63 078. It's about a digital stepper motor with a swashplate rotating around a shaft to generate a form-fitting Contact between two groups of assigned serrations under the influence of one electromagnetic stepper mechanism. The swash plate with the shaft rotating around it is through an axially freely movable, but radially connected in its position to the shaft fixed universal joint.

Durch Ein- und Ausschalten der Elektromagnete bzw. Spulen in entsprechender Reihenfolge entsteht eine umlaufende elektromagnetische Welle, wobei der magnetische Fluß vom Spulenstrom, der Länge der Luftspirale und dem verwendeten Eisenmaterial abhängig ist. Dabei erfolgt die Erregung der Elektromagnete derart, daß jeweils zwei benachbarte Elektromagnete (z. B. A + B, B+C C+ D usw.) erregt werden. Der auf den aus magnetisch leitenden Maierial bestehenden Rotor wirkende magnetische Fluß bzw. die daraus resultierenden Kräfte bewirken, daß der Rotor auf den Flächen der konisch abgeplatteten Polschuhe der Elektromagnete aufliegt. Durch schrittweises Erregen der nächstbenachbarten Spulen und gleichzeitigem Abschalten der letzt erregten in der Reihe, wird der Rotor in Rotation versetzt, wobei er eine Art Rollbewegung über die Polschuhflächen ausführt. Der Abgriff des Drehmoments erfolgt an der Drehachse des Rotors.By switching the electromagnets or coils on and off in the appropriate order, a circulating electromagnetic wave is created, the magnetic flux being dependent on the coil current, the length of the air spiral and the iron material used. The electromagnets are excited in such a way that two adjacent electromagnets (e.g. A + B, B + C, C + D , etc.) are excited. The magnetic flux acting on the magnetically conductive Maierial rotor or the forces resulting therefrom cause the rotor to rest on the surfaces of the conically flattened pole pieces of the electromagnets. By gradually energizing the next neighboring coils and simultaneously switching off the last energized in the series, the rotor is set in rotation, executing a kind of rolling movement over the pole shoe surfaces. The torque is picked up on the axis of rotation of the rotor.

Bei einer besonderen Ausbildung eines in der DT-OS beschriebenen Schrittmotors sind die Elektromagnete in zwei übereinanderliegenden Ebenen angeordnet (Doppelstatoranordnung), wobei der Rotor in dem dadurch gebildeten Luftspalt liegt. Die Flächen der Polschuhenden sind von der Achse der Polschuhpaare nach außen abgeschrägt. Für die Basis des Statorkerns wird ferner ein Magnetring verwendet, der, um wechselnd Nord- und Südpole zu erzeugen, zonenweise permanent magnetisiert ist. Diese Nord-Süd-Pole fallen dabei mit den Stellungen zusammen, an dessen magnetisch permeable Polstücke an dem Magnetring angeordnet sind.In a special design of a stepper motor described in the DT-OS, the electromagnets are arranged in two superimposed planes (double stator arrangement), the rotor in the thereby formed air gap lies. The faces of the pole piece ends are off the axis of the pole piece pairs bevelled outwards. For the base of the stator core, a magnetic ring is also used, the alternately generating north and south poles, is permanently magnetized in zones. These north-south poles are falling together with the positions on whose magnetically permeable pole pieces on the magnetic ring are arranged.

Die Erregung der in /wei Ebenen liegenden Elektromagnete erfolgt derart, daß ein Elektromagnet oder benachbarte Elektromagnete eines der Statoren gleichzeitig mit einem Elektromagneten oder einem diametral gegenüberliegenden Elektromagneten des anderen Stators erregt werden. Durch diese Anordnung wird die magnetische Kraft der einander gegenüberliegenden Magnete verbessert.The excitation of the electromagnets lying in two planes takes place in such a way that an electromagnet or adjacent electromagnets of one of the stators simultaneously with an electromagnet or one diametrically opposite electromagnets of the other stator are excited. Through this arrangement the magnetic force of the opposing magnets is improved.

Ein anderer elektrischer Schrittmotor ist aus einem Prospekt für »Hannover-Messe 1974« der Fa. Kleinwächter, Lörrach »Elektrischer Schrittmotor DIWAN für extrem kleine Winkelschritte« bekannt. Dieser für kleine Winkelschrilte ausgelegte Schrittmotor besteht aus einer Anzahl in seinem Statorgehäuse ringförmig angeordneten Elektromagnete und einer darüber drehbar gelagerten flexiblen Membran mit am Umfang angeordneten Eisenplältchen.Another electric stepper motor is from a brochure for "Hanover Fair 1974" from Kleinwächter, Lörrach is known for the “DIWAN electric stepper motor for extremely small angular steps”. This for small angle steps designed stepper motor consists of a number in its stator housing ring-shaped arranged electromagnet and a flexible membrane rotatably mounted above it with on the circumference arranged iron plates.

Als nachteilig hat sich bei dieser Art von Schrittmotoren erwiesen, daß sie wegen der in ihren Statorgehäusen zahlreich angeordneten Elektromagnetc (z. B. 8 bzw. 16 bei DT-OS) und der dadurch bedingten relativ großen Abmessungen nur beschränkt anwendbar sind. Die von ihnen gelieferten Drehmomente sind nur axial, d. h. nur von der Rotorachse direkt abnehmbar. Abgesehen davon, ist damit auch nur eine relativ grobe Winkelbzw. Schrittauflösung möglich.A disadvantage of this type of stepper motor has proven that it is because of the in their stator Numerous arranged electromagnets (e.g. 8 or 16 in DT-OS) and the relatively large ones caused by them Dimensions are only applicable to a limited extent. The torques they deliver are only axial, i. H. only can be removed directly from the rotor axis. Apart from that, it is only a relatively rough angle or angle. Step resolution possible.

Davon ausgehend ist es Aufgabe der Erfindung, einen Schrittmotor mit geringster Anzahl von Magneten zu schaffen, bei dem die Elektromagnete unabhängig vom Drehpunkt des Rotors bzw. vom Abstand seines Momentenabgriffspunktes angeordnet sind, derart, daß bei entsprechend variabler Anordnung der Elektromagnete ohne Änderung des Grundprinzips sowohl eine rotierende als auch eine unmittelbare Linearabnahme des erzeugten Dreh- bzw. Schrittmomentes bzw. eine Linearbewegung damit möglich ist und bei dem zugleich eine Winkel-Feinstschritt-Auflösung im Sekundenbereich, verbunden mit einem relativ geringen konstruktiven Aufwand erreichbar ist.On this basis, it is the object of the invention to provide a stepper motor with the smallest number of magnets create, in which the electromagnet is independent of the fulcrum of the rotor or the distance of its Torque pick-up point are arranged in such a way that with a correspondingly variable arrangement of the electromagnets without changing the basic principle, both a rotating and a direct linear decrease of the generated torque or stepping torque or a linear movement is thus possible and at the same time an angular fine-step resolution in the range of seconds, combined with a relatively low constructive Effort is achievable.

Diese Aufgabe wird bei einem elektrischen Schrittmotor der eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß bei einem mit vier Elektromagneten ausgestatteten Schrittmotor als jeweils bewegliches Teil der Anker «t..: der Stator in Länp¹·- und in Querrichtung des Luftspaltes verschiebbar ;st, daß die auf der einen Seite des Luftspaltes liegenden ersten und die auf der anderen Seite des Luftspaltes liegenden zweiten Elektromagnete symmetrisch zu einer gedachten Mittellinie des Stators nebeneinander angeordnet sind, daß die ersten Elektromagnete mit untereinander um 90° elektrisch phasenverschobenen Impulsen und die zweiten Elektromagnete mit gegenüber den zugeordneten ersten Elektromagneten jeweils um 180° elektrisch phasenverschobenen Impulsen erregbar sind, wobei jewel's aufeinanderfolgende Impulse sich gegenseitig teilweise überlappen und daß die von der Achse der Polschuhe der paarweise angeordneten Elektromagnete nach außen weisenden Flächenhälften der Polschuhenden unter einem Winkel abgeschrägt sind.This object is achieved in an electric stepper motor of the type mentioned according to the invention in that, in a stepper motor equipped with four electromagnets, the armature "t .." is the movable part in each case: the stator can be displaced in length ¹ and in the transverse direction of the air gap; st that the first electromagnets on one side of the air gap and the second electromagnets on the other side of the air gap are arranged symmetrically to an imaginary center line of the stator next to one another, that the first electromagnets with pulses electrically phase-shifted by 90 ° and the second electromagnets are excitable with opposite the associated first electromagnets each 180 ° electrically phase-shifted pulses, jewel's successive pulses partially overlap each other and that the from the axis of the pole pieces of the paired electromagnets facing outward surface halves of the pole piece ends un are beveled at an angle.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß mit der paarweisen Gegenüberbzw. Nebeneinander-Anordnung von nur vier Elektromagneten als Stator, der Schrittmotor für eine Axialoder Linearabnahme des erzeugten Drehmomentes verwendbar ist. Das heißt, der Schrittmotor ist, nach entsprechender konstruktiver Anordnung einer als Anker ausgebildeten Ankerplatte oder Ankerscheibe, sowohl rotations- als auch linearbeweglich arbeitend einsetzbar.The advantages achievable with the invention are in particular that with the paired Gegenüberbzw. Side by side arrangement of only four electromagnets as a stator, the stepper motor for an axial or Linear decrease of the torque generated can be used. That is, the stepper motor is, according to corresponding structural arrangement of an anchor plate or anchor disk designed as an anchor, Can be used both rotationally and linearly mobile.

Nach einer weiteren Ausbildung sieht die Erfindung vor, daß der Anker aus einer um eine ortsfeste Achse drehbar angeordneten Ankerplatte besteht, die mit der Achse elastisch verbunden ist. Dabei ist die Ankerplatte zweckmäßig von segmentförmiger Gestalt, die am Ende eines auf der Achse gelagerten Armes befestigt ist. Ferner ist vorgesehen, daß der Anker eine Ankerscheibe ist, die aus einer Ringscheibe und einer scheibenförmigen Membran besteht und die auf der Achse mit einer zugehörigen Nabe befestigt ist. Vorteilhafterweise besteht der Anker aus einer mittels c\rt·· Bolzens an einen liingsvcrsdiiebbaren Schlitten befestigten Ankerplatte. Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist der Anker ein ortsfester schienenförmig ausgestalteter Steg und der Stator ist durch ein Federglied elastisch mit einem geradlinig verschiebbaren Schlitten verb.mden. Schließlich ist eine Gleitbahn für der Stator vorgesehen. Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung ist auf der dem Luftspalt abgewandten Seite der Elektromagnete wenigstens auf einer Seite des Luftspaltes ein die zwei nebeneinanderliegenden Elektromagnete überbrückender Elektromagnet angeordnet, was aus der DT-OS 17 63 078 an sich bekannt ist.According to a further embodiment, the invention provides that the armature consists of an armature plate which is rotatably arranged about a stationary axis and which is elastically connected to the axis. The anchor plate is expediently segment-shaped, which is attached to the end of an arm mounted on the axle. It is further provided that the armature is an armature disk which consists of an annular disk and a disk-shaped membrane and which is fastened on the axle with an associated hub. Advantageously, the anchor from a fixed to a carriage by means liingsvcrsdiiebbaren c \ rt ·· bolt anchor plate. According to a further embodiment of the invention, the armature is a fixed, rail-shaped web and the stator is elastically connected to a linearly displaceable slide by a spring member. Finally, a slide is provided for the stator. According to a further embodiment of the invention, an electromagnet bridging the two adjacent electromagnets is arranged on the side of the electromagnets facing away from the air gap, at least on one side of the air gap, which is known per se from DT-OS 17 63 078.

Die einzelnen Schritte entstehen, wie oben schon angedeutet, durch digitale Ansteuerung der zwei längsAs already indicated above, the individual steps are created by digitally controlling the two longitudinally

ίο und zu beiden Seiten des Luftspaltes nebeneinanderliegenden Elektromagnete. Dabei werden die auf der einen Seite des Luftspaltes liegenden zwei Elektromagnete mit 90° und die diesen auf der gegenüberliegenden Seite des Luftspaltes zugeordneten zwei Elektromagnete mit 180° Phasenverschiebung angesteuert bzw. erregt. Durch dieses wechselweise Erregen und Abschalten der einzelnen Elektromagnete kommt die im Luftspalt liegende Ankerplatte wechselseitig zum Anliegen an die Flächen der Polschuhe. Diese Flächen wirken dabei abwechselnd als Drehpunkte für das kurzzeitige Weg- und Anklappen des diesen diametral gegenüberliegenden Teiles der Ankerplatte. Durch diese Wechselbewegung einer Teilfläche der Ankerplatte bzw. Ankerscheibe zu den Flächen der Polschuhe entsteht in Längsrichtung des Luftspaltes eine zickzackförmige Fortbewegung der gesamten Ankerplatte bzw. -scheibe; sie wird dadurch schrittweise fortbewegt. Der durch die Ansteuerung erzeugte und pro Ansteuerungstakt bewirkte Schritt beträgt je nach Abmessung der verwendeten Magnetanordnung und des Drehradius der Ankerscheibe jeweils nur wenige μηι. Dies ermöglicht bei einer rotierenden Ankerscheibe Schrittbewegungen in der Größenordnung von Bogenminuten oder-Sekunden.ίο and lying next to each other on both sides of the air gap Electromagnets. The two electromagnets located on one side of the air gap are thereby activated at 90 ° and the two electromagnets associated with them on the opposite side of the air gap 180 ° phase shift controlled or excited. By alternately exciting and switching off the The armature plate located in the air gap comes into contact with the individual electromagnets alternately Surfaces of the pole pieces. These areas act alternately as pivot points for the short-term path and folding the diametrically opposite part of the anchor plate. Through this alternating movement a partial surface of the armature plate or armature disk to the surfaces of the pole shoes is created in In the longitudinal direction of the air gap, a zigzag movement of the entire anchor plate or disk; it is thereby advanced step by step. The one generated by the control and per control cycle effected step is depending on the dimensions of the magnet arrangement used and the turning radius the armature disk each only a few μm. This enables step movements with a rotating armature disk on the order of minutes or seconds of arc.

Der Schrittmotor ist direkt spielfrei einschaltbar. Die Kraft- bzw. Momentenübertrogung erfolgt durch Reibschluß über die Elektromagnetc und der Ankerplatte. Dadurch ist die Schrittgröße nicht reproduzierbar und lastabhängig. Sind die Spulen bzw. Elektronugncte stromlos, hat der Motor kein Haltemoment.The stepper motor can be switched on directly without play. The force or torque transfer takes place through Frictional engagement via the Elektromagnetc and the anchor plate. As a result, the step size is not reproducible and load-dependent. Are the coils or electronics de-energized, the motor has no holding torque.

Durch die Anordnung von wenigstens einem Permanentmagneten neben den Polschuhenden auf der dem Luftspalt abgewandten Seite der vier Elektromagnete wird ein Haltemoment auch im unerregten bzw. stromlosen Zustand der Spulen bzw. Elektromagnete erzielt. Dadurch sind die Elektromagnete auch noch mit kurzen Impulsen weiterschaltbar. Durch diese zusätzliche Anordnung solcher Permanentmagnete werden die vier Pole der Elektromagnete vormagnetisiert und vororientiert, wobei jeweils die einander gegenüberliegenden Pole gleichnamig orientiert werden (z. B. S-S oder N-N). Außer dem Lager besitzt der Schrittmotor keine Verschleißteile, wodurch ein sehr zuverlässiger, und wenn notwendig, ein hochvakuumfester Antrieb zur Verfügung steht.By arranging at least one permanent magnet next to the pole piece ends on the On the side of the four electromagnets facing away from the air gap, a holding torque is also applied in the de-energized resp. Achieved currentless state of the coils or electromagnets. This means that the electromagnets are also with them short pulses switchable. This additional arrangement of such permanent magnets are the four poles of the electromagnets are pre-magnetized and pre-oriented, each of which is opposite to one another Poles are oriented with the same name (e.g. S-S or N-N). Besides the bearing owns the stepper motor No wearing parts, which means that the drive is very reliable and, if necessary, a high-vacuum-proof drive Available.

Ausführungsbeispiele sind nachfolgend beschrieben und durch Skizzen erläutert:Exemplary embodiments are described below and explained by means of sketches:

Fig. 1 zeigt einen Schrittmotor mit einer sektoren- bzw. segmentförmig ausgestalteten Ankerplatte,Fig. 1 shows a stepper motor with a sector or segment-shaped armature plate,

Fig. la zeigt den Schridmotor gemäß Fig. I in seitlicher Ansicht,Fig. La shows the Schrid motor according to FIG. I in side view,

F i g. 2 zeigt einen Schrittmotor mit Ankerscheibe,
F i g. 2a zeigt den Schrittmotor gemäß F i g. 2 in der Λ nsiclii von oben,F i g. 2 shows a stepper motor with armature disk,
F i g. 2a shows the stepper motor according to FIG. 2 in the Λ nsiclii from above,

F i g. 3 zeigt einen Schrittmotor mit einer Ankerplatte gekoppelt mit einer Linearschlitteneinheit in der Ansicht von oben,F i g. 3 shows a stepper motor with an armature plate coupled to a linear slide unit in FIG View from above,

Fig. 3a zeigt den Schrittmotor gemäß F i g. J im3a shows the stepper motor according to FIG. J im

Schnitt AA, Section AA,

F i g. 3b zeigt die Anordnung der vier Elektromagnete im Schrittmotor gemäß F i g. 3 und 3a im Schnitt B-B, F i g. 3b shows the arrangement of the four electromagnets in the stepper motor according to FIG. 3 and 3a in section BB,

Fig. 3c und 3d zeigen die Anordnung der vier Elektromagnete gemäß F i g. 3 bis 3b in Verbindung mit einer Linearschlitteneinheit für beliebig lange Schlittenwege in seitlicher Ansicht und im Schnitt C-C, 3c and 3d show the arrangement of the four electromagnets according to FIG. 3 to 3b in connection with a linear slide unit for any length of slide path in a side view and in section CC,

Fig.4 zeigt zwei zusätzlich neben den Polschuhenden angeordnete Permanentmagnete,Fig. 4 shows two in addition to the pole piece ends arranged permanent magnets,

Fig. 5 zeigt ein Diagramm der Ansteuerung eines Schrittmotors gemäß Fig. 1 bis3<,Fig. 5 shows a diagram of the control of a stepping motor according to Fig. 1 to 3 <,

Fig.5a zeigt die seitliche Abschrägung der nach außen weisenden Flächenhälften der Polschuhendcn,Fig.5a shows the lateral bevel of the after outwardly facing surface halves of the pole piece ends,

Fig. 5b zeigt die Schaltschritte bzw. Schalttakte der Ankerplatte.Fig. 5b shows the switching steps or switching cycles of the Anchor plate.

in Fig. i und la ist ein Schrittmotor 1 mit einer magnetisch leitenden Sektoren- bzw. segmentförmig ausgestalteten Ankerplatte 2 in Vorder- und Seitenansicht dargestellt. Die Ankerplatte 2 ist in einem aus Gründen der Gewichtsersparnis durchbrochenen steifen Arm 3 eingespannt, der um eine Achse 4 eines aus Fig. la näher ersichtlichen Lagers 5 dreh- bzw. schwenkbar gelagert ist. Nahe der Einspannstelle ist die Ankerplatte 2 mit einer Ausnehmung 6 ausgebildet, in deren Bereich χ die Ankerplatte 2 federt. An der Peripherie der Ankerplatte 2 ist ein Stator 7 mit vier Elektromagneten 8, 8' und 9, 9' angeordnet (siehe auch F i g. 2 bis 3c), die zu zwei in einem Abstand a einander benachbarten Paaren zusammengefaßt sind und von denen die Polschuhe 10, 10' und 11, 11' eines jeden Paares in einer gemeinsamen Achse 12, 13 liegen (siehe auch F i g. 2 bis 3c). Die einander zugewandten Stirnhälften bzw. -flächen der Polschuhenden 14, 15 bilden einen Luftspalt 5, worin die Ankerplatte 2 liegt und die im unerregten Zustand der Elektromagnete bzw. Spulen 8, 8' und 9, 9' frei beweglich ist (siehe auch F i g. 2a, 3a, 3b und 3d).In Fig. i and la, a stepper motor 1 with a magnetically conductive sector or segment-shaped armature plate 2 is shown in front and side views. The anchor plate 2 is clamped in a rigid arm 3 which is perforated for reasons of weight saving and which is mounted rotatably or pivotably about an axis 4 of a bearing 5 which can be seen in greater detail in FIG. Near the clamping point, the anchor plate 2 is formed with a recess 6, in the area of which χ the anchor plate 2 springs. A stator 7 with four electromagnets 8, 8 'and 9, 9' is arranged on the periphery of the armature plate 2 (see also FIGS the pole shoes 10, 10 'and 11, 11' of each pair lie in a common axis 12, 13 (see also FIGS. 2 to 3c). The facing halves or surfaces of the pole piece ends 14, 15 form an air gap 5, in which the armature plate 2 lies and which is freely movable in the de-energized state of the electromagnets or coils 8, 8 'and 9, 9' (see also F i g.2a, 3a, 3b and 3d).

Die F i g. 2 und 2a zeigen eine Ausführungsform eines Schrittmotors 1 in seitlicher und in der Ansicht von oben. Dabei ist die Ankerplatte 2 gemäß der Ausführungsform in Fig. 1 und la durch eine Ankerscheibe 16 ersetzt. Diese Ankerscheibe 16 besteht aus e.ner um die Achse 4 drehbaren Nabe 17, an deren Umfang eine scheibenförmige Membran 18 befestigt ist und an deren Umfang, als eigentliche Ankerscheibe, eine magnetisch leitende Ringscheibe 19 fest eingespannt ist. Die Membran 18 wirkt dabei als federndes Glied. Ansonsten ist die Konstruktion gleich der in den F i g. 1 und la beschriebenen.The F i g. 2 and 2a show an embodiment of a stepping motor 1 in the side and in the view of above. The anchor plate 2 according to the embodiment in Fig. 1 and la by an armature disk 16 replaced. This armature disk 16 consists of a hub 17 rotatable about the axis 4, at which Perimeter a disk-shaped membrane 18 is attached and on the circumference, as the actual armature disk, a magnetically conductive washer 19 is firmly clamped. The membrane 18 acts as a resilient member. Otherwise the construction is the same as that in FIGS. 1 and la.

In den Fig. 3. 3a, 3b, 3c und 3d ist eine Ausführungsform eines Schrittmotors 1 als Linearschlitteneinheit mit einer Gleitbahn 20 in der Ansicht von oben, im Schnitt A-A, B-B, C-C bzw. in seitlicher Ansicht dargestellt. In F i g. 3,3a und 3b ist eine einseitig Sektoren- bzw. segment- bzw. dreieckförmig ausgebildete Ankerplatte 2' in einem Schlitten 21 mittels eines Bolzens 22 fest eingespannt. Der Schlitten 21 selbst ist in einer Führung 23 durch ein geeignetes Lager (z. B. Linearkugellager) 24 verschiebbar angeordnet. Eine Seite der Führung 23 ist als Stator 7' ausgebildet, worin auf ihrer Ober- und Unterseite bzw. Vor- und Rückseite vier Elektromagnete 8,8' und 9,9' angeordnet sind. Ihre Anordnung ist gleich wie in F i g. 1 bis 2a beschrieben, zu zwei in einem Abstand a einander benachbarten Paaren. Die Schrittbewegung des Schlittens 21 ist dabei begrenzt von der Länge der Ankerplatte 2'.In FIGS. 3, 3a, 3b, 3c and 3d, an embodiment of a stepping motor 1 is shown as a linear slide unit with a slide 20 in a view from above, in section AA, BB, CC or in a side view. In Fig. 3, 3 a and 3 b, an anchor plate 2 ′, which is sector-shaped or segment-shaped or triangular-shaped on one side, is firmly clamped in a slide 21 by means of a bolt 22. The slide 21 itself is arranged displaceably in a guide 23 through a suitable bearing (e.g. linear ball bearing) 24. One side of the guide 23 is designed as a stator 7 ', in which four electromagnets 8, 8' and 9, 9 'are arranged on its top and bottom or front and rear. Their arrangement is the same as in FIG. 1 to 2a described, to two pairs adjacent to one another at a distance a. The step movement of the carriage 21 is limited by the length of the anchor plate 2 '.

In den F i g. 3c und 3d ist dagegen ein Linearantrieb für beliebig lange Schlittenwege bzw.Schrittbewegungen in seitlicher Ansicht und im Schnitt C-C dargestellt Darin ist der Stator 7" mit Elektromagneten 8,8' und 9 9' am Schlitten 21' angeordnet und durch ein Federgliec 25 damit elastisch verbunden. Die im Luftspalt .! liegende Ankerplatte 2 (siehe Fig. 1 bis 3b) ist ersetz durch einen schienenförmigen Steg 26 (F i g. 3d), der au der dem Schlitten 21' gegenüberstehenden Gleitbahn 20 fest angeordnet ist. Auf dieser Gleitbahn 20 gleitet dei Stator 7" mit seiner Halterung für die Magnete 8,8' unc 9, 9'. Um insgesamt eine starre Ausbildung det Gesamtanordnung zu erreichen, ist die Gleitbahn 2C zum Schlitten 21' und dessen Führung bzw. Lagerung 23, 24 durch Wandungen oder Halterungen 27 star verbunden. Derartig ausgebildet, ist der Schrittmotor längs einer endlichen und relativ langen oder unendli chen, in sich geschlossenen, z. B. kreisförmig gestalteten Schiene als selbständige Einheit verwendbar.In the F i g. 3c and 3d, on the other hand, a linear drive for any length of slide paths or step movements is shown in a side view and in section CC . The stator 7 "with electromagnets 8, 8 'and 9 9' is arranged on the slide 21 'and is thus elastic by a spring link 25 The anchor plate 2 located in the air gap (see FIGS. 1 to 3b) is replaced by a rail-shaped web 26 (FIG. 3d) which is fixedly arranged on the slide 20 opposite the slide 21 ' 20 the stator 7 "slides with its holder for the magnets 8, 8 'and 9, 9'. In order to achieve an overall rigid design of the overall arrangement, the slide 2C is rigidly connected to the slide 21 'and its guidance or storage 23, 24 by walls or brackets 27. Designed in such a way, the stepper motor is along a finite and relatively long or unendli chen, self-contained, z. B. circular rail can be used as an independent unit.

Aus F i g. 4 ist die Anordnung von zwei zusätzlichen Permanentmagneten 28, 29 ersichtlich. Sie sind neben den Polschuhenden auf der dem Luftspalt S abgewandten Seite der vom Stator 7 getragenen vier Elektromagnet 8, 8', 9,9' angeordnet. Dadurch wird erreicht, daß die im Luftspalt 5 liegende Ankerplatte 2 bzw Ankerscheibe 16 mit Ringscheibe 19 stets eine der vier möglichen Haltestellungen einnimmt. Voraussetzung ist dabei, daß die Polschuhe 10, 10', 11, W noch nich magnetisch gesättigt sind.From Fig. 4 the arrangement of two additional permanent magnets 28, 29 can be seen. They are arranged next to the pole shoe ends on the side facing away from the air gap S of the four electromagnets 8, 8 ', 9, 9' carried by the stator 7. This ensures that the armature plate 2 or armature disk 16 with annular disk 19 located in the air gap 5 always assumes one of the four possible holding positions. The prerequisite is that the pole shoes 10, 10 ', 11, W are not yet magnetically saturated.

Das aus Fig. 5 ersichtliche Diagramm zeigt die Ansteuerung eines Schrittmotors 1 wie er in der Ausführungsformen nach den F i g. 1 bis 3d beschrieben und dargestellt ist. Die einzelnen Schritte werden dadurch erzeugt, daß jeweils zwei einander benachbarte und in Längsrichtung des Luftspaltes S nebeneinander liegende Elektromagnete, z. B. 8, 9 der vier im Stator 7 7', 7" angeordneten Elektromagnete 8, 8' und 9, 9' mi um 90° und die ihnen zugeordneten, auf dei gegenüberliegenden Seite des Luftspaltens S angeord neten Elektromagnete 8', 9' dazu jeweils mit um I8O^C phasenverschobenen Impulsen zyklisch erregt werden dabei überlappen sich die Ansteuerimpulse je zweier mi um 90° Phasenverschiebung arbeitenden Magnett wenigstens kurzzeitig. Die federnde Ankerplatte 2, 2 bzw. Ankerscheibe 16 bzw. deren magnetisch leitende Ringscheibe 19 bzw. der Steg 26 liegt nur jeweils auf der in einer Ebene liegenden inneren Flächenhälften dei Polschuhenden der erregten Elektromagnete 8, 9 au (siehe strichlierte Ankerplatte 2 ind F i g. 5a).The diagram shown in FIG. 5 shows the control of a stepping motor 1 as it is in the embodiment according to FIGS. 1 to 3d is described and illustrated. The individual steps are generated in that two adjacent and in the longitudinal direction of the air gap S side by side electromagnets, for. B. 8, 9 of the four in the stator 7 7 ', 7 "arranged electromagnets 8, 8' and 9, 9 'by 90 ° and their associated, on the opposite side of the air gap S angeord designated electromagnets 8', 9 ' are to each energized cyclically with phase shifted I8O ^C pulses while the drive pulses of each pair mi briefly overlap by 90 ° phase shift operating Magnett least. the resilient anchor plate 2, 2 and armature plate 16 and the magnetically conductive ring disk 19 and the web 26 lies only on the inner surface halves lying in one plane of the pole shoe ends of the excited electromagnets 8, 9 (see dashed armature plate 2 in FIG. 5a).

Dadurch, daß — wie weiter aus F i g. 5a ersichtlich is — die von der Achse 12, 13 der Polschuhpaare 8,8' unc 9, 9' nach außen weisenden Flächenhälften dei Polschuhenden unter einem Winkel α abgeschrägt sind bleibt bei Erregung der Elektromagnete bzw. Spulen 8 8', 9, 9' die Ankerplatte 2, 2' bzw. Ringscheibe 19 bzw Steg 26 bzw. der Stator 7" (F i g. 3c und 3d) an der Elektromagneten 8' und 9 gefesselt (siehe vollausgezo gene Ankerplatte in Fig. 5a). Der in Fig.5 al; Diagramm dargestellte Ansteuerungsmodus bzw. Zy klus ZyAeT vier Elektromagnete 8,8', 9,9' über die Zeit ergibt sich aus folgendem Beispiel:Because - as further from FIG. 5a can be seen - the surface halves of the pole piece ends pointing outward from the axis 12, 13 of the pole piece pairs 8, 8 'and 9, 9' are beveled at an angle α remains when the electromagnets or coils 8, 8 ', 9, 9' are excited the armature plate 2, 2 'or washer 19 or web 26 or the stator 7 ″ (FIGS. 3c and 3d) are tied to the electromagnets 8' and 9 (see fully extended armature plate in FIG. 5a) .5 al; the diagram of the control mode or cycle ZyAeT four electromagnets 8,8 ', 9,9' over time results from the following example:

Wird der Elektromagnet 8 und dazu um 90^c phasenverschoben der Elektromagnet 9 erregt, an schließend der Elektromagnet 8 abgeschaltet und stat dessen der dem Elektromagneten 8 axial gegenüberlie gende Elektromagnet 8' mit um 180° Phasenverschie bung gegenüber dem Elektromagneten 8 eingeschaltet so wird die Ankerplatte 2 infolge ihrer Klapp- bzw Drehbewegung um die auf der Mitte der Polschuhflächf liegenden Abschrägkante um eine kleine Strecke s iiIf the electromagnet 8 and ^{the electromagnet 9 are energized out of phase by 90 c} , then the electromagnet 8 is switched off and instead the electromagnet 8 'axially opposite the electromagnet 8' is switched on with a 180 ° phase shift compared to the electromagnet 8, the armature plate 2 is switched on as a result of their folding or rotating movement around the beveled edge lying on the center of the pole shoe surface by a small distance s ii

Richtung des lilektromagnel-Paares 9, 9' verschoben. Daraus isl ersichtlich, daU hierbei die Ankerplatte — als Bezugspunkt — eine Bewegung, d. h., einen Schritt ausführt. Beim folgenden Schritt wird der lüektroma· gnet 9 abgeschaltet und der lllektromagnel 9' eingeschaltet, wobei der lileklromagnel 8' noch kurzzeitig erregt bleibt. Die Ankerplatte 2, 2' b/w. Ringscheibe 19 b/w. Steg 2h b/w. der Stator 7" (Γ i g. Jc und 3d) liegt dann an den l'olschuhenden der lüektromagnete 8' und 9'. Nach zwei weiteren Umschaltungcn durch eine Digitalelektronik (nicht dargestellt) b/w. durch die von ihr ausgehenden Impulse ist die Ankerplatte 2, 2' b/w. Ringscheibe 19 bzw. Steg 26 bzw. der Stator 7" wieder in Ausgangstage und liegt an den Elektromagneten 8 und 9 an; sie hat sieh dabei zweimal um ein kleines Stück Weg s in Richtung /um lilektromagnel-Paar 9,9' verschoben (sk-hc Γ i g. 5a und 5b). Das heißt, dall der Ansteuer/yklus aus zwei Schritten b/w. vier Takten (I ig. 5b) besteht. Aus dem Mechanismus der .Schrittimpulse geht hervor, dall der Schrittmotor direkt und spielfrei einschaltbar ist und die kraftübertragung durch Reibsehliiü über Kleklromagiiet-Ankerplatte bzw. Λnkerseheibe b/w. Stator erfolgt. Dadurch ist die Schriltgrölle nicht reproduzierbar aber lastabhängig.Moved towards the lilektromagnel pair 9, 9 '. It can be seen from this that the anchor plate - as a reference point - performs a movement, that is, a step. In the following step, the electromagnetic magnet 9 is switched off and the electromagnetic magnet 9 'is switched on, with the electromagnetic magnet 8' still being energized for a short time. The anchor plate 2, 2 'b / w. Washer 19 b / w. Bridge 2h b / w. The stator 7 ″ (i g. Jc and 3d) is then on the l'olschuhenden of the solenoid 8 'and 9'. After two further switchovers by digital electronics (not shown) b / w. by the impulses emanating from it the armature plate 2, 2 'b / w. annular disk 19 or web 26 or stator 7 "again in the starting stage and rests against the electromagnets 8 and 9; it has shifted it twice by a small piece of path s in the direction / by lilektromagnel pair 9,9 '(sk-hc Γ i g. 5a and 5b). That means that the control / cycle consists of two steps b / w. consists of four bars (I ig. 5b). The mechanism of the step impulses shows that the stepper motor can be switched on directly and without play, and that the power transmission is carried out by friction contact via adhesive friction anchor plate or anchor plate b / w. Stator takes place. As a result, the shrill noise is not reproducible but depends on the load.

Um die oszillierenden Ankermassen möglichst klein /u halten, ist es sinnvoll, die Schriltgiöllen b/v\. Verschiebewege bzw. Drehwinkel auf einige Zentimeter h/w. Cirad zu beschranken.To keep the oscillating anchor masses as small as possible / u, it makes sense to keep the Schriltgiöllen b / v \. Displacement or angle of rotation to a few centimeters h / w. Cirad to limit.

ίο Anstelle der in Ii g. 5 dargestellten Rechteckimpulse für die Magnelenegung können auch lindere Ströme (/. B. Sinus) herangezogen werden.ίο Instead of the in Ii g. 5 square-wave pulses shown gentler currents can also be used for magnetization (/. B. Sinus) can be used.

Mine Umkehrung der Bewegiings- bzw. Transport richtung der Ankerplatte, Ringscheibe oder des Stators ist durch Umkehrung der Phasenfolge möglich. Desgleichen ist ihre l'ortbewegung durch Vormagnetisierung (permanent) mittels kurzen Impulsen möglich, '.ihiie dall zwei Lleklromagnele ständig erregt sein müssen.Mine reversal of the movement or transport direction the armature plate, ring disk or stator is possible by reversing the phase sequence. Likewise, their position movement is possible through premagnetization (permanent) by means of short pulses, '.ihiie that two Lleklromagnele be constantly aroused have to.

Hierzu 7 Blatt ZeichnungenIn addition 7 sheets of drawings

Claims

28 13 claims:

1.Electric stepping motor with a stator consisting of a number of sequentially excitable by phase-shifted pulses, first and second electromagnets opposing each other on the same axis in pairs, which delimit an air gap with the end faces of the pole shoes, and with a magnetically conductive armature arranged in the air gap Material, characterized in that, in a stepping motor equipped with four electromagnets (8, 8 ', 9, 9'), the armature (armature plate 2; 2 'armature disk 16) or the stator (7 ") in longitudinal and is displaceable in the transverse direction of the air gap (S) that the on one side of the air gap (flying first (8,9) and lying on the other side of the air gap second electromagnets (8 ', 9') symmetrically to an imaginary center line of the Stator are arranged next to each other that the first electromagnets (8,

9) with pulses electrically phase-shifted by 90 ° and the second electromagnet (8 ', 9') with each of the associated first electromagnets electrically phase-shifted by 180 ° Pulses are excitable, with each successive pulses mutually partially overlap and that the axis (12,13) of the pole pieces of the electromagnets (8, 8 'and 9, 9') arranged in pairs facing outwards Surface halves of the pole piece ends (10, 10 ', 11, U) are bevelled at an angle ^.

2. Electric stepper motor according to claim I, characterized in that the armature consists of a There is an anchor plate (2) rotatably arranged about a stationary axis (4), which is connected to the axis (4) is elastically connected.

3. Electric stepper motor according to claim 2, characterized in that the anchor plate (2) is of segment-shaped shape, which is at the end of an arm (3) mounted on the axis (4) is attached (Fig. 1,1a).

4. Electric stepper motor according to claim I, characterized in that the armature has a The armature disk (16) consists of an annular disk (19) and a disk-shaped membrane (18) and which is attached to the axle (4) with an associated hub (17) (FIG. 2).

5. Electric stepper motor according to claim I _1, characterized in that the armature consists of an armature plate (2 ') fastened by means of a bolt (22) to a longitudinally displaceable slide (21) (Figs. 3, 3a, 3b).

6. Electric stepper motor according to claim 1, VS characterized in that the anchor is a fixed, rail-shaped bar (26) and the stator (7 ″) is elastically displaceable in a straight line by a spring member (25) Slide (2Γ) is connected (Fig.3c, 3d).

7. Electric stepper motor according to claim 6, characterized in that a slide (20) for the carriage (21) is provided.

8. An electrical stepper motor according to one of claims 1 to 7, characterized in that on & 5 of the side of the electromagnets (8, 8 ', 9, 9') facing away from the air gap (S) , at least on one side of the air gap (S) the two adjacent electromagnets (8, 9 or 8 ', 9') bridging electromagnet (28, 29) is arranged (Fig. 4).