DE9301678U1

DE9301678U1 - Stepper motor

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Publication number: DE9301678U1
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Authority: DE
Original assignee: GAAL ALEXANDER 6830 SCHWETZINGEN DE
Current assignee: GAAL ALEXANDER 6830 SCHWETZINGEN DE
Priority date: 1993-02-06
Filing date: 1993-02-06
Publication date: 1993-05-13
Anticipated expiration: 2003-02-07

Description

Die Erfindung gehört zum Maschinenbau,pünktlicher au den Schlagwerken, die bei Herstelluhg von Abbauhämmern,Vibratormaschinen, und Bormaschinen benutzbar sind,zum Beispiel,um Löcher im Gesteins zu bohren,auch bei Aufbau von Vernietwerken,Pressen und Aufbau von anderen Maschinen können sie gebraucht werden.Steppmotoren üblicher Bauart bestehen aus einer oder zwei Erregerspulen.in welcher sich eine Öffnung befindet,die durch die ganze Achslinie der Spule geht.In diese Öffnung ist ein Leiterrohr eingesteckt,das einen Anker enthält,der nirgens nicht befestigt festigt ist und kann im Leiterrohr rutschen.Die Spulen sind im Magnetleiter untergebracht.Im einfachsten Fall bestehen die Stepp-motoren nur aus einer Erregerspule und einer Feder, (N.P. Rjaschensew, E.M. Timoschenko, A.W. Frolow. Theorie des Errechnungen und Konstruierung des Stoßtätigen elektromagnetischen Maschinen. Nowosibirsk. Herausgeber "Nauka". Sibirische Abteilung. Jahr 1970. Seite 32. Auf Russische Sprache beigelegt.) der elekrischer Strom fliest in der Spule eine kurze Zeit in welcher eine Elektromagnetische Kraft auf den Anker wirkt und bewegt ihn im Leiterrohr in einer Richtung,gleichzeitig drückt der Anker die Feder zusammen,und sobald der Strom nicht fliest, verschwindet die elektromagnetische Kraft,und die Feder breitet sich aus und bringt den Anker in seine Anfangsstelle.Um heftigen Schlagbeladungen zu entwiklen werden Stepp-motoren mit zwei Spulen benutzt. In diesem Fall hat der Magnetleiter zwei äußeren Polen und einen Mittelpol,die Spulen werden abwechseint an Strom angeschlossen, der Anker bewegt sich zwischen denen äußeren Polen. Die wichtigste Eigenschaft solchen Stepp-motors - ist die Energie, die der Anker vor dem Schlag hat.Die Spulen solchen Motors werden in üblicher weise wie die Transformatorsspulen kleiner Kapazität hergestellt.The invention belongs to mechanical engineering, more specifically to percussion mechanisms, which can be used in the manufacture of mining hammers, vibrating machines, and drilling machines, for example, to drill holes in rock, and can also be used in the construction of riveting machines, presses and other machines. Stepper motors of the usual design consist of one or two excitation coils, in which there is an opening that runs through the entire axis of the coil. A conductor tube is inserted into this opening, which contains an armature that is not fixed anywhere and can slide in the conductor tube. The coils are housed in the magnetic conductor. In the simplest case, the stepper motors consist only of an excitation coil and a spring (N.P. Ryashensev, E.M. Timoshenko, A.W. Frolov. Theory of calculations and design of shock-acting electromagnetic machines. Novosibirsk. Publisher "Nauka". Siberian department. Year 1970. Page 32. Enclosed in Russian.) Electric current flows in the coil for a short time during which an electromagnetic force acts on the armature and moves it in the conductor tube in one direction, at the same time the armature compresses the spring, and as soon as the current stops flowing, the electromagnetic force disappears and the spring expands and brings the armature to its starting position.To develop strong shock loads, stepper motors with two coils are used. In this case, the magnetic conductor has two outer poles and one central pole, the coils are alternately connected to current, the armature moves between the outer poles. The most important property of such a stepper motor is the energy that the armature has before the shock.The coils of such a motor are made in the usual way like transformer coils of small capacity.

-3- -- -^:-· '--" Solch eine spule enthält gewöhnlich viele Windungen.Die nach-.-3- -- - ^: -· '--" Such a coil usually contains many turns.The following.

baren Windungen liegen nebeneinander und haben einen gleichen Durchmesser.Alle Windungen,welche einen gleichem Radius haben, bilden eine Schicht.Der Durchmesser einer jeder nächster Schicht ist größer als der Durchmesser der vorhergehender Schicht.Alle Windungen sind in einer Richtung aufgespult und zwischen denen Schichten wird gewöhnlich eine dielektrische Zwischenschicht gemacht. (In dem selben Buch, Seite 22)able turns lie next to each other and have the same diameter. All turns that have the same radius form a layer. The diameter of each subsequent layer is larger than the diameter of the previous layer. All turns are wound in one direction and a dielectric intermediate layer is usually made between the layers. (In the same book, page 22)

Solche Spulen können die Wärme,die sich in dem Stromleiter entwickelt nicht ausscheiden,besonders die Steppmotoren die eine große Ankerenergie besitzen,zum Beispiel 10 Joul und mehr wegen diesem vergrößert sich die Temperatur der Spulen,was endlich die Spule serstöhrt.Auser dem fliest der Magnetstrom,der in der erste und zweite Spulen endsteht,in unterschiedlicher Richtung,was,wegen der Energieverlust bei der Übermagnetisierung, zur zusätzlicher Erwärmung der Spulen und den mittleren Magnetleiter führt.Weil jede nächste Schicht auf der vorhergehenter Schicht liegt,wird die Isolation der Stromleiter zwischen denen Schichten oft zerstört,was den Steppmotor vernichtet.Das zunehmende Bedürfnis der Technik an Einrichtungen,welche eine große Schlagbeladung endwieklen,können die Steppmotoren übliger Bauart nicht befriedigen.Such coils cannot dissipate the heat that develops in the conductor, especially in stepper motors that have a high armature energy, for example 10 joules and more, because of this the temperature of the coils increases, which ultimately destroys the coil. In addition, the magnetic current that develops in the first and second coils flows in different directions, which, due to the loss of energy during overmagnetization, leads to additional heating of the coils and the middle magnetic conductor. Because each subsequent layer lies on the previous layer, the insulation of the conductors between these layers is often destroyed, which destroys the stepper motor. The increasing need in technology for devices that develop a high impact load cannot be met by conventional stepper motors.

Der im Schutzanspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem zugrunde,einen Steppmotor zu schaffen den sein Anker eine große Energie besitzt und bei dem die übererwärmung der Spulen ausgeschlossen ist.The invention specified in claim 1 is based on the problem of creating a stepper motor whose armature has a high energy and in which overheating of the coils is excluded.

Dieses Problem wird mit den im Schutzanspruch 1 aufgeführten Merkmalen,daß jede Erregerspule aus einreihigen,vielschichtigen Sektoren besteht,zwischen denen sich Spielräume befinden,die Richtung der Aufwicklung in den nachbaren Sektionen gegensätz-This problem is solved with the features listed in claim 1, that each excitation coil consists of single-row, multi-layered sectors, between which there are clearances, the direction of winding in the adjacent sections is opposite.

Am Ende jedes Zyklus verringert sich die Energie des Ankers und verschlechtert auch die Arbeit des Steppmotores.At the end of each cycle, the energy of the armature decreases and also deteriorates the operation of the stepper motor.

Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt das Problem su gründe die Arbeitseffektiwität des Steppmotores und seine Zuverlässigkeit zu verbessern.The invention specified in claim 1 is based on the problem of improving the working efficiency of the stepper motor and its reliability.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß beide Erregerspulen aus vielschichtigen,in einer Reihe liegenden, Sektionen bestehehen, zwischen allen Sektionen befinden sich Spielräume,die Richtung der Aufwicklung in den nachbaren Sektionen ist gegensätzlich,der Anfang einer ungleicher Sektion ist mit dem Anfang der nächste gleiche Sektion verbunden und das Ende der gleiche Sektion ist verbunden mit dem Ende der nächste ungleiche Sektion,die Sektionen sind hart undereinander, mit Hilfe Dielektriks, verbunden, in jeder Spule ist immer eine gleiche Zahl Sektionen,die Abkühlung jeder vielschichtiger, einreihiger Sektion findet von fier Seiten statt, von der innere, zylindrische, Seit,der eusere zylindriscer,und von denen beiden Ringseiten, und die Abkühlung einer jede Wintun findet von zwei Seiten statt.Das alles vermeidet die Übererwärmung der Erregerspulen und erhöht die Arbeitseffektiwität und die Zuverlässigkeit des motores.The advantages achieved with the invention are in particular that both excitation coils consist of multi-layered sections arranged in a row, there are clearances between all sections, the direction of winding in the adjacent sections is opposite, the beginning of an unequal section is connected to the beginning of the next identical section and the end of the identical section is connected to the end of the next unequal section, the sections are rigidly connected to each other using dielectrics, there is always an equal number of sections in each coil, the cooling of each multi-layered, single-row section takes place from four sides, from the inner, cylindrical side, the outer cylindrical side and from the two ring sides, and the cooling of each winding takes place from two sides. All this prevents overheating of the excitation coils and increases the working efficiency and reliability of the motor.

Eine vorteihafte Ausgestaltung der Erfindung ist im Anspruch angegeben . Die Weiterbildung nach Anspruch ermöglicht es Die Enden und die. Anfängen allen Sektionen jeder Erregerspule liegen wie möglich dicht von einander und sind untereinander abgetrennt mit einem Abstand der dem Spielraum zwischen denen Sektionen.An advantageous embodiment of the invention is specified in the claim. The further development according to claim makes it possible The ends and the beginnings of all sections of each excitation coil are as close to each other as possible and are separated from each other with a distance that is the clearance between the sections.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhang der Figur 1 bis 4 erläutert:An embodiment of the invention is explained in the appendix to Figures 1 to 4:

Fig.l Steppmotor,mit zwei Spulen,Gesamtansicht. Fig.2 Eine Spuhle,Gesamtansicht. Fig.3 Eine Spule,Seitenansicht Fig.4 Spulenschitt,durch ihr Diameter.Fig.l Stepper motor with two coils, overall view. Fig.2 One coil, overall view. Fig.3 One coil, side view Fig.4 Coil section through its diameter.

In den Figuren ist der Steppmotor mit einem geschlossenen Magnetleiter 1 dargestellt,welcher einen Mittelmagnetleiter 2 hat, in dem Magnetleiter 1 befindet sich das Leiterrohr 3,im welchem der Anker 4 sich bef indet. Auf dem Leiterrehr sind die Erreger ■·■ spulen 5 eingebaut. Am Ende jeden Arbeitszyklus übergibt· -:.U&tgr; Ars ker seine Energie denen Kapati tätüberträger 6. In the figures, the stepper motor is shown with a closed magnetic conductor 1, which has a central magnetic conductor 2, in the magnetic conductor 1 there is the conductor tube 3, in which the armature 4 is located . The excitation coils 5 are installed on the conductor tube. At the end of each working cycle, the armature transfers its energy to the capacitance transmitters 6.

i'ier iiLroiirwr.nder 7 riohiic.¹:. c- J ie E r.r·.. ge &igr;~;.-. &rgr; a 1 e &eegr; '■'■ '.&iacgr; !"■'»■■'<- <.·}>:■■■'.. T :;^;.i ■: ;■ ■:',..&pgr; Gi-rern. .Te.-ir. f'pnlr- B besteht :uu; e i m>: lucn Sekt, i &lgr;,-,.- &igr;, 3 , :: -&ngr;; i ■ -her, "«&igr;- \ <;. he. &tgr;&igr; r.ieh ot·!·. Ir Su mc 0 bef inden . D··; &khgr; Anfang einer ungleicher f'ek ti. &oacgr;&tgr;&igr; ist, mit hilfe einef, Riegels 10, mit dem Anfang der nächste gleiche Sektion verbunden.Die Riegels 10 sind auf dem kleinneren Durchmesser der Sektion aufgesteht.Das Ende einer gleicher Sektion ist mit dem Ende der nächste ungleicher Sektion verbunden, mit hilfe Riegels 11,die auf dem größeren Durchmesser der Sektion aufgestellt sind.Die Sektionen sind, mit Hilfe Dielektriks untereinander hart verbunden.Jede Sektion 8 bildet sich bei der Aufspulung des Stomleiters 13 derart, daß jede nächste Windung auf der vorhergehende Windung liegt.Zwischen denen Windungen ist ein Dielektrik 14 eingerichtet.Zwischen denen nachbaren Sektionen,im Zwischenraum 9 befindet sich ein Abkühlstoff 15.Jede Spule besitzt zwei Enden 16 und 17. i'ier iiLroiirwr.nder 7 riohiic. ¹ :. c- J ie E rr·.. ge &igr;~;.-. &rgr; a 1 e &eegr;'■'■'.&iacgr;!"■'»■■'<-<.·}>:■■■'.. T :; ^; .i ■: ;■ ■:',..&pgr; Gi-rern. .Te.-ir. f'pnlr- B consists :uu; ei m>: lucn Sekt, i &lgr;,-,.- &igr;, 3 , :: -&ngr;; i ■ -her, "«&igr;- \ <;. he. &tgr;&igr; r.ieh ot·!·. Ir Su mc 0 bef inden . The beginning of an unequal section is connected to the beginning of the next identical section by means of a bar 10. The bars 10 are placed on the smaller diameter of the section . The end of an identical section is connected to the end of the next unequal section by means of bars 11, which are placed on the larger diameter of the section. The sections are firmly connected to one another by means of dielectrics. Each section 8 is formed when the current conductor 13 is wound up in such a way that each subsequent turn lies on the previous turn. A dielectric 14 is installed between the turns. A cooling material 15 is located between the adjacent sections in the space 9. Each coil has two ends 16 and 17.

durch welche die Spulen mit dem Kommutator 7 verbunden sind Steppmotor,besondesr für heftigen Schlagbeladungen zu schaffen, arbeitet so:der Kommutator 7 entlast einen Stromstoß in eine der Erregerspulen 5,was im Magnetleiter 1 einen Magnetstrom herferruft (Siehe Fig.l, der Magnetstrom ist mit Pfeilen bezeichnet), daraufhin erregt sich zwischen den unbeweglichen Kapatitätüberträger 6 und den beweglichen Anker 4 eine elektromagnetische Anziehungskraft , die den Anker 4 in die Richtung des Kapatitätüberträger 6 zieht,dabei wächst ständig die Geschwindigkeit des Ankers 4,die am größten wird im Moment in dem der Anker 4 mit dem Kapatitätüberträger 6 zusammenstoßt,daraufhin übergibt der Kommutator auf die Spulenenden 16 und 17,Siehe (Fig 2), eine Spannung In den Sektionen 8 fängt der Strom an zu fließen.Die erste (unggleiche) Sektion,mit welcher das Ende 16 der Erregerspule verbunden ist,ist z.B.dem Uhrenzeichen nach aufgespult,der Strom fliest in dieser Sektion von der letzte Windung zur erster Windung.Wenn der Strom von den Spulenende 16 zum Spulenende 17 fliest dann entsteht in der ersten Sektion ein Magnetstrom der von links nach rechts fliest,Siehe Pfeile Fig.l.Die Zweite gleiche Sektion ist in Richtung gegen den Uhrenzeichen aufgespult und ihrer Anfang ist,mit einem Riegel 10,mit dem Anfang der erster,ungleicher, Sektion verbunden,deshalb fliest der Strom in dieser Sektoion von der ersten Windung su der letzte.Der Magnetstrom, der in der zweite Sektion entsteht,fliest auch von links nach rechtst,gerade so wie in der vorhergehender,erster Sektion, diese Magnetströme summieren sich im geschlossenen Magnetleiter zusammen.Die letzte Windung der zweiten Sektion ist, mit einem Riegel 11, mit der letze Windung der dritte Sektion verbunden.Die Richtung des Stromes und auch die Aufspulung inthrough which the coils are connected to the commutator 7. Stepper motor, especially for heavy impact loads, works as follows: the commutator 7 discharges a current surge into one of the excitation coils 5, which causes a magnetic current in the magnetic conductor 1 (see Fig. 1, the magnetic current is marked with arrows), then an electromagnetic force of attraction is excited between the immobile capacitance transmitter 6 and the movable armature 4, which pulls the armature 4 in the direction of the capacitance transmitter 6, the speed of the armature 4 constantly increases, which is greatest at the moment when the armature 4 collides with the capacitance transmitter 6, then the commutator transfers a voltage to the coil ends 16 and 17, see (Fig. 2), the current begins to flow in the sections 8. The first (unequal) section, with which the end 16 of the The excitation coil is connected, for example, is wound according to the clock mark, the current flows in this section from the last turn to the first turn. If the current flows from the coil end 16 to the coil end 17, then a magnetic current is generated in the first section that flows from left to right, see arrows Fig.l. The second, equal section is wound in the opposite direction to the clock mark and its beginning is connected with a latch 10 to the beginning of the first, unequal section, therefore the current flows in this section from the first turn to the last. The magnetic current that is generated in the second section also flows from left to right, just like in the previous, first section, these magnetic currents add up in the closed magnetic conductor. The last turn of the second section is connected with a latch 11 to the last turn of the third section. The direction of the current and also the Winding in

der dritte Sektion sind dieselbe wie auch in der erste Sektion, deshalb ist auch die Richtung des Magnetstroms derselbe wie in der erste Sektion, das heifit von links nach rechst. Also der Magnetstrom von allen Sektionen fliest in einer Richtung und summiert sich in dem geschlossenen Magnetleiter.Die Riegels 10 und 11 haben eine minimale Lange und liegen im Raum,welcher einen gleichbedeutenden elektrischen Potential hat, was einen Durch schlag der Isolation zwischen denen Windungen unmöglich machen und erringert die Wärmeausscheidung im kupferdraht.Wie man auf Fig.2 Sieht,bei gleicher Zahl von einreihigen,vielschichtigen Sektionen 8 verbinden sich die Spuleneden 16 und 17 mit den letzten Windungen der Sektionen,was einen Durchschlag der elektrischer Isolation in der letzte Sektion verhütet. Zwischen dennen Sektionen 8,in denen Spielräumen 9 befindet sich der Abkühlstoff 15.(Fig.4)Jede Windung 13 wird vom Kühlstoff 15 von zwei Seiten abgekühlt.Die Windungen 13 sind aus Material gemacht,zum Beispiel Kupfer,Alluminium,oder aus einen beliebigen anderen Metal, welches eine gute Wärmeleitung hat,deswegen ist die Temperatur des Stromleiters überal gleichgültig.Die Wärme wird von zwei Seiten des Stromleiters abgeführt,was seine Übeererwärmung ausschliest und gleicht die Temperatur in allen Windungen aus. Der Abkühlstoff 15 ist ein guter Dielektrik,zum Beispiel Gaas oder Transformatoren ,daer sich in denen zwischenräumen der Sektionen befindet vermeidet er einen Durchschlag der Isolation die sich zwischen denen nachbaren Windungen,zum Beispiel zwischen denen Windungen der erste und zweite Sektionen. Der Magnetstrom der Erregerspule mit Enden 16 und 17 ist, zum Beispiel,von links nach rechts gerichtet,Siehe Fig.1;im diesem Fall istthe third section is the same as in the first section, so the direction of the magnetic current is also the same as in the first section, i.e. from left to right. So the magnetic current from all sections flows in one direction and is summed up in the closed magnetic conductor. The bars 10 and 11 have a minimum length and are located in the space that has an equal electrical potential, which makes breakdown of the insulation between the turns impossible and reduces heat dissipation in the copper wire. As can be seen in Fig. 2, with the same number of single-row, multi-layer sections 8, the coils 16 and 17 connect to the last turns of the sections, which prevents breakdown of the electrical insulation in the last section. Between the sections 8, in the gaps 9, there is the cooling material 15. (Fig.4) Each winding 13 is cooled by the cooling material 15 from two sides. The windings 13 are made of material, for example copper, aluminum, or any other metal, which has good heat conduction, so the temperature of the conductor is the same everywhere. The heat is dissipated from both sides of the conductor, which excludes its overheating and equalizes the temperature in all the windings. The cooling material 15 is a good dielectric, for example gas or transformers, because it is located in the gaps between the sections, it prevents breakdown of the insulation between the adjacent windings, for example between the windings of the first and second sections. The magnetic current of the excitation coil with ends 16 and 17 is, for example, directed from left to right, see Fig.1; in this case

dor Magnet st rom, der von eier zweite Erregerspule erregt wird, von rechts nach links gerichtet,also in umgekerter Richtung daraufhin fliest der Magnetctrom durch den mittleren Magnetici ter 2,von beiden Erregercpulen immer in einer Richtung.Der Kommutator 7 sendet auf die. Spalenenden 16 und 17 Stromstöße ein und derselbe Polarität. Die Folaritnt ondert sich "iuoh ;u;f der ,vwo it &ogr; Spule nicht, äermaoh fllcr.t dor Magnotstrom irn sittlerofa Magnetiei tor nur in -iner Rici'ttung. Eine übermagnetisirung des mittleren Magnetleiters ist ausgeschlossen und demnach wird auch keine Zeit und Energie für Übermagnetisierung verbraucht, bei dem abwechselnden Anschluß der Erregerspulen 5 an dem Strom, durch Kommutator 7 wirkt die elektromagnetische Anziehungskraft aufden Anker 4 und bringt ihn im Ramen zwischen denen Kapatitätüberträgern 6 in Schwingungsbewegung.Die selbe Kraftgröße,aber in umgekehrter Richtung wirkt auf die Stromleiter jeder Erregerspule. Die Sektionen sind mit Hilfe Dielektriks hart untereiander verbunden, was die Vermengung der Windungen in jeder Sektion und die Vermengung der Sektionen zwischeneinander vermeidet.Der Dielektrik 12 befindet sich in denen Spielräumen 9,zwischen denen Sektionen 8 in einem kleinem Maß,so das er auf die Übertragung der Wärmenergie und auf den Abkühlstoff 15 nicht wirkt. The magnetic current, which is excited by a second excitation coil, is directed from right to left , i.e. in the opposite direction. The magnetic current then flows through the middle magneti ter 2, from both excitation coils always in one direction. The commutator 7 sends current pulses of the same polarity to the column ends 16 and 17. The morphology does not change on the "wo" coil, but the magnetic current in the central magnetomotive force flows only in one direction. Overmagnetization of the middle magnetic conductor is excluded and therefore no time and energy is used for overmagnetization. With the alternating connection of the excitation coils 5 to the current through commutator 7, the electromagnetic attraction force acts on the armature 4 and causes it to oscillate in the frame between the capacitance transmitters 6. The same force, but in the opposite direction, acts on the current conductors of each excitation coil. The sections are rigidly connected to one another using dielectrics, which prevents the windings in each section and the sections from becoming mixed up. The dielectric 12 is located in the clearances 9 between which sections 8 to a small extent, so that it does not affect the transfer of heat energy and the cooling medium 15.

Claims

Stepper motor, especially designed to handle heavy impact loads.

1. Stepper motor containing two excitation coils, which are connected to a current incrementally, a closed magnet conductor with a central pole and an armature firing pin, characterized in that each excitation coil consists of single-row, multi-layered sections, between which there are clearances, the direction of winding in the adjacent sections is opposite, the beginning of an unequal section is connected to the beginning of the next identical section and the end of the identical section is connected to the end of the next unequal section.

2. Stepper motor according to claim 1, characterized in that the magnetic current excited by the two coils flows through the center pole in one direction.

3. Stepper motor according to claim 1-2, characterized in that the sections are rigidly connected to one another by insulators.

4. Stepper motor according to claim 1, characterized in that each excitation coil consists of an equal number of sections.

5. Stepper motor according to claim 1, characterized in that dielectric cooling material is located in the clearances between the sections.