DE2822830A1

DE2822830A1 - Permanent magnet rotor stepper motor - is constructed with magnets forming rotor teeth and coating with stator teeth

Info

Publication number: DE2822830A1
Application number: DE19782822830
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: INTERMADOX AG
Current assignee: INTERMADOX AG
Priority date: 1978-05-24
Filing date: 1978-05-24
Publication date: 1979-11-29

Abstract

The stepper motor is of the type with a slotted stator and rotor, the stator teeth (19) being formed in the surface of main poles (13), and being offset per pole with respect to the rotor poles. To give less hysteresis the rotor permanent magnet poles (11) form the rotor teeth directly without any surrounding core. The teeth are of alternate polarity. The corresponding stator teeth (19) are pitched to embrace rotor teeth of the same polarity. Motors using this construction can be made with relatively small step angles and high output power, and are shorter axially than conventional designs.

Description

SchrittmotorStepper motor

Beschreibung Die Erfindung betrifft einen Schrittmotor mit einem zur Bildung von Nebenpolen gezähnten Dauermagnet-Läufer und einem mehrpoligen Ständer, dessen jeweils mit Wicklungen versehene Hauptpole an ihren dem Läufer zugekehrten Polflächen in Richtung der Läuferzähnung zur Bildung entsprechender Nebenpole ebenfalls gezähnt sind, wobei die Zähnung benachbarter Hauptpole in Drehrichtung des Läufers gegen dessen Zähnung versetzt ist. Description The invention relates to a stepper motor with a To form secondary poles, toothed permanent magnet rotor and a multi-pole stator, its main poles, each provided with windings, on the one facing the rotor Pole faces in the direction of the rotor teeth to form corresponding secondary poles as well are toothed, the teeth of adjacent main poles in the direction of rotation of the rotor against whose perforation is offset.

Ein derartiger Schrittmotor ist aus der deutschen Offenlegungsscnrift 2 147 361 bekannt. Der Läufer dieses Schrittmotors ist im Inneren des Ständers angeordnet und weist einen in Richtung seiner Drehachse magnetisierten Dauermagnet auf. Die Pole des Dauermagneten tragen zylindrische Polschuhe, deren Außenmantel zur Bildung einer Vielzahl Nebenpole gezahnt ist. Die Zähne verlaufen in Richtung der Drehachse des Läufers, wobei jedoch die Zähne des einen Polschuhs gegen die Zähne des anderen Polschuhs in Umfangs richtung des Läufers versetzt sind. Der Ständer des Scnrittmotors weist mehrere Ilauptpole auf, die die Erregerwicklungen tragen und die an ihren dem Läufer zugekehrten Polflächen zur Bildung von Nebenpolen mit achsparallel verlaufenden Zähnen versehen sind. Der Abstand der Ständerzähne ist gleich dem Abstand der Läuferzähne jedes der beiden Polschuhe.Such a stepper motor is from the German Offenlegungsscnrift 2 147 361 known. The rotor of this stepper motor is arranged inside the stator and has a permanent magnet magnetized in the direction of its axis of rotation. the Poles of the permanent magnet have cylindrical pole shoes, the outer jacket of which is used to form a plurality of secondary poles is toothed. The teeth run in the direction of the axis of rotation of the rotor, but with the teeth of one pole piece against the teeth of the other Pole shoe are offset in the circumferential direction of the rotor. The stepper motor stand has several main poles that carry the excitation windings and those on their Pole faces facing the rotor to form secondary poles with axially parallel poles Teeth are provided. The distance between the stator teeth is equal to the distance between the rotor teeth each of the two pole pieces.

Der Magnetfluß des bekannten Schrittmotors verläuft aufgrund der pnasenverschobenen Erregung der Hauptpolwicklungen in radialer Richtung als auch in Umfangsrichtung durch den Läufer bzw. den Ständer. Darüberhinaus sind jedoch auch axiale Esomponenten vornanden, da sich der Magnetfluß der beiden mit Abstand voneinander angeordneten Polschuhe über den Stäritlcr scIii Les- sen muß. Derartige axiale Komponenten sind unerwünscht, da sie zur Antriebsleistung des Motors nicht beitragen und lediglich die magnetischen Verluste und Wirbelstromverluste erhöhen.The magnetic flux of the known stepper motor runs due to the phase-shifted Excitation of the main pole windings in the radial direction as well as in the circumferential direction by the runner or the stand. In addition, however, there are also axial components ahead, because the magnetic flux of the two are spaced apart Pole shoes over the strength of the scIii Les- must sen. Such axial Components are undesirable because they do not contribute to the drive power of the motor and only increase the magnetic losses and eddy current losses.

Zur Verminderung der Wirbelstromverluste ist der Ständer des bekannten Schrittmotors in axialer Richtung geblecht bzw.To reduce eddy current losses, the stator is known Stepper motor laminated or laminated in the axial direction

lamelliert. Andererseits erhöht sich durch die Lamellierung der magnetische Widerstand und die zum Betrieb des Schrittmotors benötigte Erregerleistung steigt.laminated. On the other hand, the lamination increases the magnetic Resistance and the excitation power required to operate the stepper motor increases.

Der Dauermagnet des bekannten Schrittmotors liegt nicht unmittelbar im Arbeitsluftspalt zwischen Ständer und Läufer. Zwischen dem Arbeitsluftspalt und dem Dauermagnet tritt der Magnetfluß durch die weichmagnetischen Polschuhe. Die Polschuhe erhöhen die Hystereseverluste, wodurch sich die erforderliche Erregerleistung erhöht und die maximale Schaltfrequenz mit der der Schrittmotor betrieben werden kann, erniedrigt. Da sich die Polschuhe in axialer Richtung an den Dauermagnet anschließen, erhöhen sie nicht zuletzt die axiale Baulänge des Schrittmotors.The permanent magnet of the known stepper motor is not directly located in the working air gap between the stator and rotor. Between the working air gap and the permanent magnet, the magnetic flux passes through the soft magnetic pole pieces. the Pole shoes increase the hysteresis losses, which increases the required excitation power increased and the maximum switching frequency with which the stepper motor can be operated can, humiliated. Since the pole shoes connect to the permanent magnet in the axial direction, Last but not least, they increase the overall axial length of the stepper motor.

Dies hat zur Folge, daß auch die Widklung des Ständers entsprechend vergrößert ist, wodurch einerseits die Ohischen Verluste erhöht werden und andererseits die Induktivität der Wicklung ebenfalls vergrößert wird. Beide Effekte sind jedoch unerwünscht, da die gestiegenen Ohm'schein Verluste zur zusätzlichen Motorerwärmung führen und die größere Wicklungsinduktivität den schnellen Stromanstieg in den Ständerspulen reduziert, wodurch der Schrittmotor insbesondere bei hohen Drehzahlen ein erheblich vermindertes Drehmoment besitzt.This has the consequence that the weight of the stand accordingly is increased, whereby on the one hand the Ohischen losses are increased and on the other hand the inductance of the winding is also increased. Both effects are, however undesirable, since the increased ohmic losses cause additional motor heating lead and the greater winding inductance the rapid current rise in the stator coils reduced, making the stepper motor a considerable amount, especially at high speeds has reduced torque.

Ein anderer Schrittmotor ist aus der deutschen Offenlegungsschrift 1 922 234 bekannt. Dieser Schrittmotor weist mehrere Ständer mit je einem Dauermagnet-Läufer auf. Die Ständer sind jeweils mit einer koaxial zum zugeordneten Läufer angeordneten Ringspule versehen, an die sich beiderseits Platten mit in den Innenraum der Ringspule eingreifenden Polzähnen anschließen. Die Pol zähne bilden bei Erregung der Ringspule sich abwechselnde Nord- bzw. Südpole, die mit sich abwechselnden Nord- bzw. Südpolen des zugeordneten Dauermagnetläufers zu- sammenwirken. Die Anzahl der Pole jedes Läufers ist gleich der des Ständers. Die Ständer und Läufer sind gleichachsig zur gemeinsamen Abtriebswelle angeordnet, wobei jedoch benachbarte Ständer mit gleichbleibendem Drehsinn um einen gleichen Winkel gegeneinander verdreht sind. Auf diese Weise kann die Schaltfrequenz mit der die Ringspule jedes Ständers für eine gewünschte Schrittzahl pro Minute betrieben werden muß, verringert werden. Nachteil dieses bekannten Schrittmotors ist jedoch seine relativ große axiale Baulänge. Weiterhin lassen sich nur relativ geringe Abtriebsleistungen erzielen.Another stepper motor is from the German Offenlegungsschrift 1 922 234 known. This stepper motor has several stands, each with a permanent magnet rotor on. The stands are each arranged with a coaxial to the associated rotor Annular coil provided on both sides of the plates with in the interior of the toroidal coil connect meshing pole teeth. The pole teeth form when the toroidal coil is excited alternating north and south poles, those with alternating north and south poles of the assigned permanent magnet rotor. work together. The number the pole of each rotor is equal to that of the stator. The uprights and runners are arranged coaxially to the common output shaft, but with adjacent ones Stand with constant direction of rotation twisted against each other by the same angle are. In this way, the switching frequency can match that of the toroidal coil of each stator must be operated for a desired number of steps per minute, be reduced. However, the disadvantage of this known stepper motor is its relatively large overall axial length. Furthermore, only relatively low output powers can be achieved.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Weg zu zeigen, wie die axiale Baulänge eines Schrittmotors der eingangs näher erläuterten Art verringert werden kann, ohne daß die Vorteile derartiger Motoren entfallen.The object of the invention is to show a way as the axial The overall length of a stepper motor of the type explained in more detail at the beginning can be reduced can without losing the advantages of such motors.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Läuferzähne als in Querrichtung der Ständerzähne magnetisierte Dauermagnete ausgebildet sind, die sich im wesentlichen über die gesamte Länge der Ständerzähne erstrecken, daß die Dauermagnete benachbarter Läufer zähne gegensinnig magnetisiert sind und daß der Abstand der Ständerzähne jedes Hauptpols gleich dem Abstand der gleichsinnig magnetisierten Dauermagnete ist.According to the invention, this object is achieved in that the rotor teeth are designed as permanent magnets magnetized in the transverse direction of the stator teeth, which extend essentially over the entire length of the stator teeth, that the permanent magnets of adjacent rotor teeth are magnetized in opposite directions and that the distance between the stator teeth of each main pole is equal to the distance between the same direction magnetized permanent magnets.

Mit derartigen Schrittmotoren lassen sich relativ hohe Abtriebsleistungen und kleine Schrittwinkel erzielen. Erfindungsgemäße Schrittmotoren können darüberhinaus in axialer Richtung kürzer ausgebildet sein als herkömmliche Schrittmotoren mit gezähnten Hauptpolen.Ihr Maqnetflußwzit keine axiale Komponente auf.With such stepper motors, relatively high output powers can be achieved and achieve small step angles. Stepper motors according to the invention can also be made shorter in the axial direction than conventional stepper motors serrated main poles. Their magnetic flux has no axial component.

Der Magnetfluß ist ausschließlich radial und in Umfangsrichtung des Läufers gerichtet. Auf diese Weise können die Wirbelstromverluste des Ständers erheblich vermindert werden. Die Dauermagnete liegen unmittelbar im Luftspalt, so daß Polschuhe, die die axiale Baulänge bekannter Schrittmotoren verlängern, entfallen. Die auf diese Weise verringerten Wirbelstromverluste und Hystereseverluste mindern die für den Betrieb des Schrittmotors benötigte Erregerleistung, so daß der Motor auch insgesamt kleiner gebaut werden kann.The magnetic flux is exclusively radial and in the circumferential direction of the Runner directed. In this way, the eddy current losses of the stator can be significant be reduced. The permanent magnets are located directly in the air gap, so that pole shoes, which extend the axial length of known stepper motors are omitted. The on Eddy current losses and hysteresis losses are reduced in this way the operation of the stepping motor required excitation power, so that the motor as a whole can be built smaller.

Auch die Wickellänge der Ständerspulen wird dadurch sowohl im Hinblick auf die Ohmwschenverluste als auch auf die Reduzierung der Wicklungsinduktivität positiv beeinflußt.The winding length of the stator coils is thereby both in terms of on the ohmic losses as well as on the reduction of the winding inductance positively influenced.

Die Dauermagnete können mit radial zur Drehachse verlaufender Magnetisierungsrichtung auf dem Außenmantel eines auf der Abtriebswelle des Schrittmotors sitzenden Zylinders angeordnet sein. Zur Verringerung des Schwungmoments des Läufers besteht der Zylinder vorzugsweise aus einem Material mit geringem spezifischen Gewicht. Zum gleichen Zweck kann der Zylinder aber auch als Hohlzylinder ausgebildet sein, der über Speichen und/ oder Stirnflansche mit der Abtriebswelle verbunden ist.The permanent magnets can have a magnetization direction running radially to the axis of rotation on the outer jacket of a cylinder seated on the output shaft of the stepper motor be arranged. There is a cylinder to reduce the rotor's moment of inertia preferably made of a material with a low specific weight. At the same time However, the cylinder can also be designed as a hollow cylinder with spokes and / or end flange is connected to the output shaft.

Besonders flache Ausführungsformen lassen sich erzielen, wenn die Dauermagnete mit parallel zur Drehachse verlaufender Magnetisierungsrichtung auf einer achsnormal auf der Abtriebswelle des Schrittmotors sitzenden Kreisscheibe angeordnet sind.Particularly flat embodiments can be achieved if the Permanent magnets with the direction of magnetization parallel to the axis of rotation a circular disk that is normal to the axis on the output shaft of the stepper motor are arranged.

Auch als Außenläufer ausgebildete Schrittmotoren sind im Rahmen der Erfindung denkbar. Hierzu kann der Läufer als Hohlkörper ausgebildet und der Ständer in dem Hohlkörper angeordnet sein, wobei die Dauermagnete am Innenmantel des Hohlkörpers rotationssymmetrisch zu dessen Drehachse angeordnet sind.Stepper motors designed as external runners are also included in the Invention conceivable. For this purpose, the rotor and the stator can be designed as a hollow body be arranged in the hollow body, the permanent magnets on the inner jacket of the hollow body are arranged rotationally symmetrical to its axis of rotation.

Die Dauermagnete können auf ein gemeinsames Joch aus weichmagnetischem Material aufgesetzt sein. Das relativ große Gewicht des weichmagnetischen Jochs begrenzt aber die Schrittfrequenz und die Anlaufgeschwindigkeit des Schrittmotors. Die Masse des weichmagnetischen Jochs sollte deshalb so klein wie möglich sein.The permanent magnets can be on a common yoke made of soft magnetic Material to be put on. The relatively large weight of the soft magnetic yoke but limits the step frequency and the starting speed of the stepper motor. The mass of the soft magnetic yoke should therefore be as small as possible.

Andererseits bewirkt das weichmagnetische Joch den magnetischen Rückschluß des Läufers. Eine Verringerung des iickschlußquerschnitts erhöht die magnetische Induktion, womit die Leistung des Schrittmotois begrenzt ist, wenn eine Scittiqung des Jochs vermieden werden soll. Zusätzlich stekien die Umlflagnetisierungsverluste quadratisch mit der SteigerUnvJ der Induktion. Das weichmagnetische Joch muß deshalb einen ntindestquerschnitt haben. Die Masse des Läufers läßt sich unabhängig vom Pick.ch iußguerschnitt verringern, wenn die Dauermagnete des Läufers an einem aus nicht magnetischem Material bestehenden, auf der Läuferwelle sitzenden Joch gehalten sind und für den magnetischen Rückschluß der Dauermagnete auf der den Hauptpolen des Ständers gegenüberliegenden Seite der Dauermagnete ein zweiter gezahnter Ständer angeordnet ist, dessen Zähne den Zähnen des ersten Ständers normal zur Bewegungsrichtung der Dauermagnete gegenüberliegen. Der magnetische Rückschluß der Dauermagnete erfolgt somit über das weichmagnetische Material des zweiten Ständers, der ortsfest zum ersten Ständer angeordnet ist und nicht mit dem Läufer umläuft. Das die Dauermagnete haltende Joch des Läufers dient in diesem Fall ausschließlich der mechanischen Befestigung der Dauermagnete.On the other hand, the soft magnetic yoke causes the magnetic return path of the runner. A reduction in the connection cross-section increases the magnetic Induction, with which the performance of the stepper motor is limited when a step of the yoke should be avoided. In addition, the magnetic reversal losses increase quadratically with the increase UnvJ of the induction. The soft magnetic yoke must therefore have a minimum cross-section. The mass of the rotor can be independent of the Pick.ch iuss cross section decrease if the permanent magnets of the runner on one made of non-magnetic material and sitting on the rotor shaft Yoke are held and for the magnetic return of the permanent magnets on the a second side of the permanent magnets opposite the main poles of the stator toothed stand is arranged, the teeth of which the teeth of the first stand normal opposite to the direction of movement of the permanent magnets. The magnetic inference the permanent magnet is thus made via the soft magnetic material of the second stator, which is fixed to the first stand and does not rotate with the rotor. The yoke of the rotor holding the permanent magnets is used exclusively in this case the mechanical fastening of the permanent magnets.

Der zweite Ständer weist vorzugsweise lediglich im Bereich der iiauptpole des ersten Ständers Zähne auf. Er bildet damit ebenfalls gezähnte Hauptpole, die den Hauptpolen des ersten Ständers normal zur Bewegungsrichtung der Dauermagnete gegenüberliegen.The second stand preferably only points in the area of the main poles of the first stand teeth. It also forms toothed main poles, the the main poles of the first stator normal to the direction of movement of the permanent magnets opposite.

Zum Ausgleich des doppelten Luftspalts zwischen den Zähnen der beiden Ständer und den Dauermagneten können auch die Hauptpole des zweiten Ständers mit Wicklungen versehen sein.To compensate for the double air gap between the teeth of the two The stator and the permanent magnet can also have the main poles of the second stator Be provided with windings.

Aufgrund ihrer geringen Abmessungen lassen sich erfindungsgemäße Schrittmotoren leicht in den zu drehenden Bestandteil einer anzutreibenden Vorrichtung integrieren. Auf diese Weise können anfällige Kupplungselemente eingespart werden, was nicnt zuletzt die Stellgeschwindigkeit erhöht. Von besonderem Gewicht sina diese Vorteile bei Schreibmaschinen, Fernschrei hern und dergleichen mit einem KugelscÆeibkopf oder einem rlypenrad. Die Dauermagnete können unmittelbar in den Kugelschreibkopf oder das Typenrad eingebaut sein. Der Kugelscnreibkopf bzw. das Typenrad bilden somit den Läufer des Schrittmotors. lJer Läufer kann auf eine starre Welle des Ständers aufgesteckt sein, womit das Typenrad bzw. der Sugelschreibkopf problemlos ausgewechselt werden kann.Because of their small dimensions, stepper motors according to the invention can be used easily integrated into the rotating part of a device to be driven. In this way, vulnerable coupling elements can be saved, which is not lastly the actuating speed increased. These advantages are of particular importance with typewriters, telegraphers and the like with a spherical disk head or a rlypen wheel. The permanent magnets can be inserted directly into the ballpoint pen or the type wheel be installed. Form the Kugelscnreibkopf or the type wheel thus the rotor of the stepper motor. The rotor can be mounted on a rigid shaft of the stator be attached, with which the type wheel or the ballpoint pen head can be easily exchanged can be.

Speziell für die letztgenannten Anwendungsfälle können die Dauermagnete in einen aus nicht magnetischem Material bestehenden Läuferkörper eingegossen sein, da derartige Materialien verglichen mit magnetischem Material relativ leicht sind. Für Anwendungsfälle höherer Leistung sind die Dauermagnete jedoch bevorzugt auf ein gemeinsames Joch aus weichmagnetischem Material aufgesetzt. Aus fertigungstechnischen Gründen sind die Dauermagnete vorzugsweise auf das Joch aufgeklebt.The permanent magnets be cast in a rotor body made of non-magnetic material, since such materials are relatively light compared to magnetic material. For applications with higher power, however, the permanent magnets are preferred a common yoke made of soft magnetic material is attached. From production engineering For reasons, the permanent magnets are preferably glued to the yoke.

Zum Ausrichten der Dauermagnete ist zwar eine Lehre erforderlich, die Lehre kann jedoch von besonders einfacher Bauart sein, da die Dauermagnete bereits vor dem Aushärten des Klebers am Joch haften.A gauge is required to align the permanent magnets, However, the teaching can be of a particularly simple design, since the permanent magnets already adhere to the yoke before the adhesive hardens.

Bevorzugt werden Dauermagnete, die aus vorzugsgerichtetem Kobalt-Samarium-Material bestehen. Derartiges Material hat besonders hohe Koerzitivkraft.Permanent magnets made of preferentially oriented cobalt-samarium material are preferred exist. Such a material has a particularly high coercive force.

Als günstig hat es sich erwiesen, wenn die Dauermagnete des Läufers quer zur Längsrichtung der Ständerzähne im Abstand voneinander angeordnet sind. Um ein Verschmutzen der Zwischenräume zu verhindern, sind diese vorzugsweise mit Kunststoff, einem sinterfähigem Material oder dergleichen ausgegossen.It has proven to be beneficial if the permanent magnets of the rotor are arranged transversely to the longitudinal direction of the stator teeth at a distance from one another. In order to prevent the spaces between them being soiled, they are preferably with Plastic, a sinterable material or the like poured out.

Im folgenden sollen Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert werden, und zwar zeigt: Fig. 1 einen schematischen Axialschnitt durch ein Ausführungsbeispiel eines Schrittmotors; Fig. 2 eine schematisch dargestellte Abwicklung des Ständers und des Läufers eines Schrittmotors; Fig. 3 einen schematischen Axialschnitt durch eine andere Ausführungsform eines Schrittmotors mit zwei Ständern; Fig. 4 eine schematisch dargestellte Abwicklung der Ständer und des Läufers des Schrittmotors nach Fig. 3; Fig. 5 einen schematischen Axialschnitt durch einen als Typenradmotor benutzten Schrittmotor; und Fig. 6 einen schematischen Axialschnitt durch einen in einen Kugelschreibkopf eingebauten Schrittmotor.In the following, embodiments of the invention will be based on Drawings are explained in more detail, namely: Fig. 1 is a schematic axial section by an embodiment of a stepping motor; Fig. 2 is a schematically shown Processing of the stator and the rotor of a stepper motor; Fig. 3 is a schematic Axial section through another embodiment of a stepping motor with two stands; Fig. 4 is a schematically illustrated development of the stator and the rotor of the Stepping motor according to FIG. 3; Fig. 5 is a schematic axial section through a than Type wheel motor used stepper motor; and Fig. 6 is a schematic Axial section through a stepper motor built into a ballpoint pen.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Schrittmotor, dessen Abtriebswelle 1 an Kugellagern 3 in einem Motorgehäuse 5 drehbar gelagert ist. Im Inneren des Motorgehäuses 5 sitzt an drehfest mit der Abtriebswelle 1 verbundenen Speichen oder Stirnflanschen 7 ein kreiszylindrisches Rohr 9 aus weichmagnetischem Material, das an seinem Außenmantel stabförmige Dauermagnete 11 trägt. Die Dauermagnete 11 erstrecken sich achsparallel zur Abtriebswelle 1 und sind, wie am besten aus der Abwicklung nach Fig. 2 zu ersehen ist, mit stets gleichem Abstand voneinander angeordnet. Das mittels der Flansche 7 an der Abtriebswelle 1 gehaltene Rohr 9 bildet zusammen mit den Dauermagneten 11 den Läufer des Schrittmotors. Den Läufer umgibt ein Ständer mit wenigstens drei Hauptpolen 13 (Fig. 2), von denen jeder eine getrennt aus dem Schrittmotor herausgeführte Erregerwicklung 15 trägt. In Fig. 1 sind lediglich die Wicklungsköpfe 17 der Wicklungen 15 zu erkennen. Die Anzahl der Hauptpole 13 ist, sofern mehr als drei Hauptpole vorgesehen sina, weitgehend beliebig und kann nach bekannten Grundsätzen bestimmt werden.Fig. 1 shows a schematic representation of a stepper motor whose Output shaft 1 is rotatably mounted on ball bearings 3 in a motor housing 5. in the The interior of the motor housing 5 is connected to the output shaft 1 in a rotationally fixed manner Spokes or end flanges 7 a circular cylindrical tube 9 made of soft magnetic Material that carries rod-shaped permanent magnets 11 on its outer jacket. The permanent magnets 11 extend axially parallel to the output shaft 1 and are, as best, from the development of FIG. 2 can be seen, always with the same distance from each other arranged. The tube 9 held on the output shaft 1 by means of the flanges 7 forms together with the permanent magnets 11 the rotor of the stepper motor. Surrounds the runner a stator with at least three main poles 13 (Fig. 2), each of which has one separate Excitation winding 15 led out of the stepper motor carries. In Fig. 1 are only the winding heads 17 of the windings 15 can be seen. The number of main poles 13 is, if more than three main poles are provided, largely arbitrary and can be determined according to known principles.

Der minimale Schrittwinkel des Schrittmotors wird einerseits durch die Anzahl der Hauptpole und andererseits durch die Anzahl und den Abstand von Zähnen 19 bestimmt, die in den zum Läufer weisenden Polflächen der Hauptpole in Richtung der Dauermagnete 11, d.h. in Achsrichtung der Abtriebswelle 1 verlaufen.The minimum step angle of the stepper motor is on the one hand by the number of main poles and, on the other hand, by the number and spacing of teeth 19 determined in the pole faces of the main poles facing the rotor in the direction of the permanent magnets 11, i.e. run in the axial direction of the output shaft 1.

Die Zähne 19 bilden Nebenpole, die mit den als Nebenpole des Läufers wirkenden Dauermagneten 11 zusammenwirken. Die Zähne 19 sind etwa so lang wie die Dauermagnete 11.The teeth 19 form secondary poles, which are used as secondary poles of the rotor acting permanent magnets 11 cooperate. The teeth 19 are about as long as that Permanent magnets 11.

Um axiale Komponenten des Magnetflusses zwischen Läufer und Ständer zu verhindern, sind benachbarte Dauermagnete 11 gegensinnig gepolt. In Fig. 2 ist dies durch die Bezeichnungen N und S für Nordpol bzw. Südpol sowie durch Pfeile vermerkt.About axial components of the magnetic flux between the rotor and the stator to prevent adjacent permanent magnets 11 are polarized in opposite directions. In Fig. 2 is this by the designations N and S for North Pole and South Pole as well as arrows noted.

Der Abstand der Zähne 19 jedes der Hauptpole 13 ist gleich dem Abstand gleichsinnig gepolter Dauermagnete 11 gewählt. Da der Abstand benachbarter Dauermagnete 11 stets gleich ist, haben die Zähne 19 den doppelten Abstand. Die Zahnung benachbarter Hauptpole 13 ist, wie durch Vergleich des mittleren Hauptpols in Fig. 2 mit den beiden äußeren Hauptpolen deutlich wird, gegen die durch die Dauermagnete 11 des Läufers gebildete Zahnung um einen halben Zahnabstand versetzt. Damit kann sich, wenn der linke Hauptpol 13 beispielsweise als Nordpol N und der rechte Hauptpol 13 in Fig. 2 als Südpol S erregt ist der magnetische Fluß wie durch eine strichpunktierte Linie 21 dargestellt ist, in einer Radialebene schließen. Der magnetische Fluß verläuft beispielsweise von dem in Fig. 2 linker Hand dargestellten Hauptpol 13 über das Ständerjoch 23 zum rechten Hauptpol 13, von dessen Zähnen 19 zu den mit ihren Nordpolen den Zähnen 19 zugewandten Dauermagneten 11, über das Rohr 9 zu den in Fig. 2 links dargestellten Dauermagneten, deren Südpole dem Hauptpol 13 zugekehrt sind und schließt sich über die Zähne 19 dieses 1lauptpols. Durch wechselweises Erregen der Hauptpole kann der Läufer in bekannter Weise schrittweise fortgeschaltet werden.The distance between the teeth 19 of each of the main poles 13 is equal to the distance co-polarized permanent magnets 11 selected. Because the distance between neighboring permanent magnets 11 is always the same, the teeth 19 have twice the distance. The teeth of neighboring Main pole 13 is as by comparing the central main pole in Fig. 2 with the two outer main poles becomes clear, against which by the permanent magnets 11 of the The toothing formed by the rotor is offset by half a tooth spacing. This can be when the left main pole 13 is, for example, the north pole N and the right main pole 13 in Fig. 2 as the south pole S excited the magnetic flux as indicated by a dash-dotted line Line 21 is shown, close in a radial plane. The magnetic flux runs for example from the main pole 13 shown on the left in Fig. 2 via the Stand yoke 23 to the right main pole 13, of whose teeth 19 to the with their north poles the permanent magnets 11 facing the teeth 19, via the tube 9 to the left in FIG. 2 permanent magnets shown, the south poles of which face the main pole 13 and closes over the teeth 19 of this main pole. By alternately exciting the main poles the runner can be incremented in a known manner.

Die Dauermagnete 11 bestenen aus vorzugsgerichtetem Kobalt-Samarium-Material. Die Zwischenräume zwischen den Dauermagneten sind, wie der besseren Übersicht wegen in Fig. 2 nur am linken Rand angedeutet ist, mit Kunststoff 20 ausgefüllt.The permanent magnets 11 are made of preferentially oriented cobalt-samarium material. The gaps between the permanent magnets are, like for a better overview 2 is only indicated on the left edge, filled with plastic 20.

In Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform eines Schrittmotors dargestellt, die sich von der Ausführungsform nach Fig. 1 im wesentlichen nur durch eine andere Gestaltung des magnetischen Rückschlusses des Läufers unterscheidet. Zur Erläuterung gleichwirkender Teile wird insoweit auf die Beschreibung der Fig. 1 und 2 Bezug genommen, wobei die gleichwirkenden Teile mit um die Zahl 100 erhöhten Bezugszahlen bezeichnet sind.In Fig. 3 another embodiment of a stepping motor is shown, which differs from the embodiment of FIG. 1 essentially only by a different one The design of the magnetic return path of the rotor is different. In order to explain For parts with the same effect, reference is made to the description of FIGS. 1 and 2 taken, the parts having the same effect having reference numbers increased by the number 100 are designated.

Der Schrittmotor nach Fig. 3 weist ebenfalls eine Abtriebswelle 1o1 auf, die in einem Gehäuse 105 drehbar gelagert ist. Auf der Abtriebswelle lol sitzt drehfest ein aus Kunststoff bestehendes, glockenförmiges Joch 125, welches aus einem radialen Stirnflansch 127 und einem vom Umfang des Stirnflansches 127 axial frei abstehenden, hohlzylindrischen Käfig 129 besteht, der parallel zueinander und zur Achse der Abtriebswelle lol verlaufende Dauermagnete 111 trägt. Radial außerhalb der Dauermagnete 111 des Käfigs 129 ist ein erster Ständer 131 gehalten.The stepping motor according to FIG. 3 also has an output shaft 1o1 which is rotatably mounted in a housing 105. Sitting on the output shaft lol non-rotatably made of plastic, bell-shaped yoke 125, which consists of a radial end flange 127 and one from the circumference of the end flange 127 axially free protruding, hollow cylindrical cage 129, which is parallel to each other and to Axis of the output shaft lol extending permanent magnets 111 carries. Radially outside the permanent magnet 111 of the cage 129, a first stator 131 is held.

Der Ständer 131 weist, wie am besten aus der Abwicklung der Fig. 4 zu ersehen ist, mit Erregerwicklungen 115 versehene Hauptpole 113 auf, deren Zähne 119 den Dauermagneten 111 zugekehrt sind. Die Anordnungsweise der Dauermagnete 111 relativ zu den Hauptpolen 113 des ersten Ständers 131 bzw. den Zähnen 119 dieser Hauptpole 113 entspricht der Anordnungsweise gemäß den Fig. 1 und 2.The stand 131 has, as best shown in the development of FIG. 4 can be seen, provided with excitation windings 115 main poles 113, the teeth 119 are facing the permanent magnets 111. The arrangement of the permanent magnets 111 relative to the main poles 113 of the first stator 131 or the teeth 119 of this Main poles 113 corresponds to the arrangement according to FIGS. 1 and 2.

An dem Gehäuse 105 ist ein zweiter Stator 133 gehalten, der, wie Fig. 4 zeigt, mit Erregerwicklungen 135 versehene, gezahnte Hauptpole 137 aufweist. Die Hauptpole 137 liegen den Hauptpolen 113 radial gegenüber und tragen den Dauermagneten 111 zugewandte Zähne 139, die ihrerseits den Zähnen 119 der Hauptpole 113 radial gegenüberliegen. Der magnetische Fluß der Hauptpole 113 des ersten Ständers 131 schließt sich über die Zähne 119, die Dauermagnete 111, die Zähne 139 und die Hauptpole 137 des zweiten Ständers 133. Da lediglich das relativ leichte Joch 125 und die Dauermagnete 111 bewegt werden müssen, nicht je- doch die Masse des dem magnetischen Rückschluß dienenden zweiten Ständers 133,-ist die Schrittfrequenz und Anlaufgeschwindigkeit des Schrittmotors relativ hoch. Die Erregerwicklung 135 gleicht den doppelten Luftspalt zwischen den Dauermagneten 111 und den Zähnen 119 bzw. 139 aus. Sie kann gegebenenfalls entfallen. Die Hauptpole 137 müssen in diesem Fall nicht durch Wicklungsnuten voneinander getrennt sein; es genügt, wenn der zweite Ständer 133 lediglich im Bereich der Zähne 119 des ersten Ständers 131 mit Zähnen 139 versehen ist. Die Zähnezahl der beiden Ständer ist vorzugsweise gleich.A second stator 133 is held on the housing 105, which, as shown in FIG. 4 shows, has toothed main poles 137 provided with excitation windings 135. the Main poles 137 are radially opposite main poles 113 and carry the permanent magnet 111 facing teeth 139, in turn the teeth 119 of the main poles 113 radially opposite. The magnetic flux of the main poles 113 of the first stator 131 closes over the teeth 119, the permanent magnets 111, the teeth 139 and the main poles 137 of the second stand 133. Since only the relatively light yoke 125 and the Permanent magnets 111 have to be moved, not every but the mass of the second stator 133 serving for the magnetic yoke is the step frequency and the starting speed of the stepper motor is relatively high. The excitation winding 135 equals the double air gap between the permanent magnets 111 and the teeth 119 or 139 off. It can be omitted if necessary. The main poles 137 must be in this Case not be separated from each other by winding slots; it is enough if the second Stand 133 only in the area of the teeth 119 of the first stand 131 with teeth 139 is provided. The number of teeth on the two stands is preferably the same.

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Schrittmotors, der speziell für den Antrieb eines Typenrads eines Fernschreibers oder eines Druckers konstruiert ist. Teile, deren Funktion und Wirkungsweise bereits im Zusammenhang mit Fig. 1 erläutert wurde, sind mit um die Zahl 200 erhöhten Bezugszahlen bezeichnet.Fig. 5 shows an embodiment of a stepping motor specifically Designed to drive a type wheel of a teleprinter or printer is. Parts whose function and mode of action have already been taken in connection with FIG. 1 has been explained, are denoted by reference numbers increased by the number 200.

Der Schrittmotor weist wiederum gezahnte Hauptpole 213 auf, von denen jeder eine Erregerwicklung 215 trägt. An einer Welle 225 ist in nicht näher dargestellter Weise ein Typenrad 227 befestigt, das an seinem Umfang Drucktypen 229 trägt. Das Typenrad 227 dient als Läufer des Schrittmotors und weist auf seiner den gezähnten Polflächen der Hauptpole 213 zugewandten Seite stabförmige Dauermagnete 211 auf, die sich in radialer Richtung und parallel zu den in Fig. 5 nicht näher dargestellten Zähnen der Hauptpole 213 erstrecken. Die Anordnungsweise der Hauptpole 213, der Zähne dieser Hauptpole sowie der Dauermagnete 211 stimmt mit der Abwicklung nach Fig. 2 überein, die als Abwicklung eines Schnittkreises mit konstantem Durchmesser aufgefaßt werden kann. Das Joch 9 in Fig. 2 kann durch das Typenrad 227 oder eine zusätzliche Ringscheibe gebildet sein; es kann gegebenenfalls auch entfallen.The stepping motor in turn has toothed main poles 213, of which each carries an excitation winding 215. On a shaft 225 is not shown in detail Way a type wheel 227 attached, which carries printing types 229 on its circumference. That Type wheel 227 serves as the rotor of the stepper motor and has the toothed one on it Pole faces of the main poles 213 facing the side of rod-shaped permanent magnets 211, which extend in the radial direction and parallel to those not shown in greater detail in FIG Teeth of the main poles 213 extend. The arrangement of the main poles 213, the Teeth of these main poles as well as the permanent magnets 211 coincide with the development Fig. 2 coincides with the development of a cutting circle with a constant diameter can be understood. The yoke 9 in Fig. 2 can be through the type wheel 227 or a additional ring disk be formed; it can also be omitted if necessary.

Fig. 6 zeigt die Verwendung des erfindungsgemäßen Schrittmotors in Verbindung mit einem Kugelschreibkopf, dessen tonnenförmiges Gehäuse als Läufer des Schrittmotors dient und von außen über den Ständer greift. Zur Erläuterung der Wirkungsweise soll wiederum auf die Fig. 1 und 2 Bezug genommen werden, wobei gleichwirkende Teile mit um die Zahl 300 erhöhten Bezugs zahlen bezeichnet sind. Der innen liegende Ständer weist wiederum gezahnte Hauptpole 313 auf, von denen jeder eine Wicklung 315 trägt. Die gezahnten Polflächen der Hauptpole 313 weisen nach außen zum Innenmantel des Gehäuses 331, welcher parallel zu den Zähnen der Hauptpole 313 sich erstreckende Dauermagnete 311 trägt. Die Dauermagnete 311 sind, wie auch bei den vorhergehend beschriebenen Ausführungsbeispielen senkrecht zu den Polflächen der Hauptpole magnetisiert, wobei die Magnetisierungsrichtung benachtbarter Dauermagnete 311, die anhand von Fig. 2 erläutert wurde, abwechselt. Fig. 2 kann als Abwicklung eines Radialschnitts durch den Läufer bzw. den Ständer des Schrittmotors nach Fig. 6 angesehen werden. Die Dauermagnete 311 sind hierbei am Innenmantel eines Rohrs angebracht; das Rohr kann jedoch gegebenenfalls auch entfallen und die Dauermagnete 311 können unmittelbar in das Gehäuse 331 eingegossen sein.Fig. 6 shows the use of the stepper motor according to the invention in Connection with a ballpoint pen, its barrel-shaped casing serves as the rotor of the stepper motor and grips from the outside over the stand. In order to explain the mode of operation should again be referred to FIGS. 1 and 2, wherein equivalent parts with reference numbers increased by the number 300 are designated. The internal stator in turn has toothed main poles 313, of which each has a winding 315. The toothed pole faces of the main poles 313 have outwards to the inner jacket of the housing 331, which is parallel to the teeth of the Main poles 313 carrying extending permanent magnets 311. The permanent magnets 311 are as in the previously described embodiments perpendicular to the The pole faces of the main poles are magnetized, the direction of magnetization neighbors Permanent magnets 311, which was explained with reference to FIG. 2, alternates. Fig. 2 can as a development of a radial section through the rotor or the stator of the stepper motor can be viewed according to FIG. The permanent magnets 311 are here on the inner jacket of a Pipe attached; however, the tube and the permanent magnets can optionally also be omitted 311 can be cast directly into the housing 331.

Claims

Claims 1. Stepper motor with one for the formation of secondary poles toothed permanent magnet rotor and a multi-pole stator, each with windings provided main poles on their pole faces facing the rotor in the direction of the rotor teeth are also toothed to form corresponding secondary poles, the teeth being adjacent Main poles in the direction of rotation of the rotor is offset against its teeth, thereby 9 e k e n n n n e i n e t that the rotor teeth as in the transverse direction of the stator teeth magnetized permanent magnets (11; 111; 211; 311) are formed, which are essentially over the entire length of the stator teeth (19; 129) that the permanent magnets (11; 111; 211; 311) of adjacent rotor teeth are magnetized in opposite directions and that the distance between the stator teeth (19; 129) of each main pole (13; 113) is equal to the distance of the permanent magnets (11; 111; 211; 311) magnetized in the same direction.

2. Stepper motor according to claim 1, characterized in that g e k e n n z e i c h -n e t that the permanent magnets (11; 111) with the direction of magnetization extending radially to the axis of rotation on the outer jacket of one seated on the output shaft (1; lol) of the stepper motor Cylinder (9; 129) are arranged (Fig. 1).

3. Stepper motor according to claim 2, characterized in that g e k e n n z e i c h -n e t that the cylinder (9; 129) is designed as a hollow cylinder that has spokes and / or flanges (7; 127) is connected to the output shaft (1; 1o1).

4. Stepping motor according to claim 1, characterized in that g e k e n n z e i c h -n e t that the permanent magnets (211) with the direction of magnetization running parallel to the axis of rotation on a circular disk that is normal to the axis on the output shaft of the stepper motor (227) are arranged (Fig. 5).

5. Stepper motor according to claim 1, characterized in that g e k e n n z e i c h -n e t that the rotor is designed as a hollow body (331) and the stator in the hollow body (331) is arranged and that the permanent magnets (311) on the inner surface of the hollow body (331) are arranged rotationally symmetrical to its axis of rotation (Fig. 6).

6. Stepper motor according to claim 5, characterized in that g e k e n n z e i c h -n e t that the hollow body (331) is cup-shaped.

7. Stepper motor according to one of claims 1 to 6, characterized g e k e n n z e i c h n e t that the permanent magnets (11) on a common yoke (9) soft magnetic material are attached.

8. stepper motor according to one of claims 1 to 6, characterized g e k e It is noted that the permanent magnets (111) are attached to a non-magnetic Material existing on the rotor shaft (lol) seated yoke (125) are held and that for the magnetic return of the permanent magnets (111) on the main poles (113) of the stator (131) opposite side of the permanent magnets (111) a second toothed stand (133) is arranged, the teeth (139) of the teeth (119) of the first stand (131) perpendicular to the direction of movement of the permanent magnets (111) opposite.

9. Stepping motor according to claim 8, characterized in that the second stator (133) having serrated main poles (137) which form the main poles (113) of the first stator (131) perpendicular to the direction of movement of the permanent magnets (111) are opposite.

?O. Stepping motor according to claim 9, characterized in that the Main poles (137) of the second stator (133) carry windings (135).

11. Stepping motor according to claim 7 or 8, characterized in that the permanent magnets (11) are glued onto the yoke (9; 125).

12. Stepping motor according to claim 11, characterized in that gaps are filled with plastic (20) between the permanent magnets (11).

13. Stepping motor according to claim 8, characterized in that the The yoke (125) is made of plastic and the permanent magnets (111) are cast into the yoke (125) are.

14. Stepper motor according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the permanent magnets (11; 111; 211; 311) of the rotor are transverse to the longitudinal direction the stator teeth (19; 119) are arranged at a distance from one another.

15. Stepper motor according to claim 9, characterized in that the Distance between adjacent permanent magnets (11; 111; 211; 311) equal to half the distance the stator teeth (19; 119) is.

16. Stepper motor according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the permanent magnets (11; 111; 211; 311) made of a cobalt rare Earth material.

17. Stepping motor according to claim 16, characterized in that the Permanent magnets (11; 111; 211; 311) consist of cobalt-samarium material.

18. Stepping motor according to claim 16, characterized in that the Permanent magnets (11; 111; 211; 311) made of a magnetically preferential material exist.

19. Stepping motor according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the permanent magnets (211; 311) are an integral part of one of the stepper motor to be driven device.

20. Stepping motor according to claim 19, characterized in that the Permanent magnets (211; 311) in a type wheel (227) or a ballpoint pen (331) are built in.