DE9419802U1

DE9419802U1 - Stepper motor

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Publication number: DE9419802U1
Application number: DE9419802U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-12-10
Filing date: 1994-12-10
Publication date: 1996-04-04
Anticipated expiration: 2004-12-11

Description

SchrittmotorStepper motor

Die Erfindung betrifft einen Schrittmotor nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a stepper motor according to the preamble of claim 1.

Ein derartiger Schrittmotor ist Gegenstand der WO 93/04505. Zwischen den parallel verlaufenden Flächen eines Stators ist ein Vorschubbauteil angeordnet, das sich schrittweise zwischen den Flächen bewegt. Dieses Vorschubbauteil lagert ein erstes Spreizelement, gegen das beidseits zwei Vorschubelemente in Vorschubrichtung des Vorschubbauteils gesehen anliegen. Quer zur Vorschubrichtung gesehen sind zwei zweite Spreizelemente angeordnet. In einem ersten Schritt wird das eine Spreizelement gespreizt, das sich somit zwischen den beiden Flächen des Stators festklemmt. Die beiden zweiten Spreizelemente sind zusammengezogen. Nunmehr wird das eine Vorschubelement gespreizt, während das andere Vorschubelement sich zusammenzieht, wodurch das Vorschubbauteil einen Bewegungsschritt in Vorschubrichtung ausführt. Nunmehr werden in einem zweiten Schritt die beiden zweiten Spreizelemente gespreizt, die sich zwischen den Flächen des Stators festklemmen, während das eine Spreizelement sich zusammenzieht. Nunmehr zieht sich das eine Vorschubelement zusammen, während das andere Vorschubelement sich spreizt, womit das eine Spreizelement einen Schritt in Vorschubrichtung ausführt.Such a stepper motor is the subject of WO 93/04505. Between the parallel surfaces of a stator, a feed component is arranged, which moves step by step between the surfaces. This feed component supports a first spreading element, against which two feed elements rest on both sides, as seen in the feed direction of the feed component. Two second spreading elements are arranged transversely to the feed direction. In a first step, one spreading element is spread, which is thus clamped between the two surfaces of the stator. The two second spreading elements are contracted. Now, one feed element is spread, while the other feed element contracts, whereby the feed component carries out a movement step in the feed direction. Now, in a second step, the two second spreading elements are spread, which are clamped between the surfaces of the stator, while one spreading element contracts. Now one feed element contracts while the other feed element expands, causing one expansion element to take a step in the feed direction.

Diese bekannte Anordnung bedingt, daß die Spreizelemente und die Flächen des Stators sehr präzise ausgebildet sind.This known arrangement requires that the spreading elements and the surfaces of the stator are designed very precisely.

Es besteht die Aufgabe, den Schrittmotor so weiterzubilden, daß ein Aufbau ohne enge Toleranzen möglich ist.The task is to further develop the stepper motor so that it can be constructed without tight tolerances.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den Unteransprüchen entnehmbar.This problem is solved by the characterizing features of claim 1. Advantageous embodiments can be found in the subclaims.

Ausführungsbeispiele werden nachfolgend an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Examples of implementation are explained in more detail below using the drawings. They show:

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Schrittmotor mit einem angetriebenen Rotor;
Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie A - B in Figur 1; Fig. 1 is a cross-section of a stepper motor with a driven rotor;
Fig. 2 is a section along the line A - B in Figure 1;

Fig. 3 einen Schnitt durch den Berührungsbereich zwischen Vorschubbauteil und einer Vorschubstange; Fig. 3 is a section through the contact area between the feed component and a feed rod;

Fig. 4 einen Schnitt durch den Berührungsbereich zwischen Vorschubbauteil und Rotor gemäß den Figuren 1 und 2; Fig. 4 is a section through the contact area between the feed component and the rotor according to Figures 1 and 2;

Fig. 5 einen Schnitt durch einen Rotationsmotor längs der Linie C - D in Figur 6; Fig. 5 is a section through a rotary motor along the line C - D in Figure 6;

Fig. 6 einen Schnitt durch diesen Rotationsmotor rechtwinklig zum Schnitt nach Figur 5; und Fig. 6 is a section through this rotary motor at right angles to the section in Figure 5; and

Fig. 7 einen Schnitt durch einen linearen Vorschubmotor. Fig. 7 shows a section through a linear feed motor.

Nach den Figuren 1 und 2 weist der Schrittmotor einen Stator 1, ein Vorschubbauteil 2 und einen Rotor 3 auf. Der Rotor 3 ist am Stator 1 über eine Welle 4 gelagert. Das Vorschubbauteil 2 ist an seiner dem Rotor 3 abgewandten Seite in einer Tasche 5 des Stators 1 in Richtung auf den Rotor 3 verschiebbar gelagert. Zwischen dem Vorschubbauteil 2 und dem Stator 1 ist eine Druckfeder 6 vorgesehen, die das Vorschubbauteil 2 in Richtung des Rotors 3 drückt. In drei nebeneinander angeordneten Kammern 7, 8 sind drei Spreizelemente 9, 10 angeordnet. Die Kammer 9 ist über zwei biegbare Stege 11 mit dem Körper des Vorschubbauteils 2 verbunden. Diese Stege befinden sich an der dem Rotor 3 abgewandten Seite der Kammer 8. Zwischen einer seitlichen Wand der Kammer 8 und einer Ausnehmung im Vorschubbauteil 2 befindet sich, ein Vorschubelement 12. An der gegenüberliegenden Seite ist zwischen einer weiteren Ausnehmung im Vorschubbauteil 2 und der Wand der Kammer 8 eine Druckfeder 13 vorgesehen. Bei den Spreizelementen 9, 10 und dem Vorschubelement 12 handelt es sich bevorzugt um piezoelektrische Bauteile, die sich spreizen, wenn an sie eine Spannung angelegt wird und die sich zusammenziehen, wenn eine Spannung entgegengesetzter Polarität an ihnen anliegt.According to Figures 1 and 2, the stepper motor has a stator 1, a feed component 2 and a rotor 3. The rotor 3 is mounted on the stator 1 via a shaft 4. The feed component 2 is mounted on its side facing away from the rotor 3 in a pocket 5 of the stator 1 so that it can be moved in the direction of the rotor 3. A compression spring 6 is provided between the feed component 2 and the stator 1, which presses the feed component 2 in the direction of the rotor 3. Three spreading elements 9, 10 are arranged in three chambers 7, 8 arranged next to one another. The chamber 9 is connected to the body of the feed component 2 via two flexible webs 11. These webs are located on the side of the chamber 8 facing away from the rotor 3. Between a side wall of the chamber 8 and a recess in the feed component 2 there is a feed element 12. On the opposite side there is a compression spring 13 between another recess in the feed component 2 and the wall of the chamber 8. The spreading elements 9, 10 and the feed element 12 are preferably piezoelectric components that spread when a voltage is applied to them and that contract when a voltage of opposite polarity is applied to them.

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Die Arbeitsweise des Schrittmotors ist wie folgt:The stepper motor works as follows:

In einem ersten Schritt oder Arbeitstakt wird eine solche Spannung an das Spreizelement 9 angelegt, daß dieses sich spreizt und die rotorseitige Kammerwand 14 gegen die Oberfläche des Rotors 3 preßt. Gleichzeitig liegt keine oder eine entgegengesetzte Spannung an den Spreizelementen 10 an, so daß diese sich im zusammengezogenen Zustand befinden oder sich zusammenziehen. Dadurch sind deren rotorseitige Kammerwände 15 von der Oberfläche des Rotors abgehoben. Nunmehr wird an das Vorschubelement 12 eine solche Spannung angelegt, daß dieses sich spreizt, womit die Kammer 8 in Figur 1 nach unten geschwenkt wird, in dem die Stege 11 im Gegenuhrzeigersinn verbogen werden. Da die Kammerwand 14 am Rotor 3 anliegt, wird dieser um einen Schritt mitgenommen. Die Wirkrichtungen des SpreizelementsIn a first step or work cycle, such a tension is applied to the expansion element 9 that it expands and presses the rotor-side chamber wall 14 against the surface of the rotor 3. At the same time, no or an opposite tension is applied to the expansion elements 10, so that they are in the contracted state or are contracting. As a result, their rotor-side chamber walls 15 are lifted off the surface of the rotor. Now such a tension is applied to the feed element 12 that it expands, whereby the chamber 8 in Figure 1 is pivoted downwards by bending the webs 11 in an anti-clockwise direction. Since the chamber wall 14 rests against the rotor 3, the rotor is moved along by one step. The effective directions of the expansion element

9 und des Vorschubelements 12 sind in Figur 1 durch Doppelpfeile und die Drehrichtung des Rotors 3 durch einen Pfeil dargestellt.9 and the feed element 12 are shown in Figure 1 by double arrows and the direction of rotation of the rotor 3 by an arrow.

In einem zweiten Schritt oder Arbeitstakt wird eine Spannung solcher Polarität an das Spreizelement 9 angelegt, daß dieses sich zusammenzieht, wodurch die Kammerwand 14 von der Oberfläche des Rotors 3 abhebt. Gleichzeitig werden die Spreizelemente 10 mit einer solchen Spannung beaufschlagt, daß diese sich spreizen und deren Kammerwände 15 zur Anlage an die Rotoroberfläche kommen. Der Rotor wird somit drehfest gehalten. Das Vorschub element 12 wird mit einer Spannung solcher Polarität beaufschlagt, daß es sich zusammenzieht, wodurch die Feder 13 die Kammer 8 wieder in ihre Ausgangslage drückt.In a second step or work cycle, a voltage of such polarity is applied to the expansion element 9 that it contracts, whereby the chamber wall 14 lifts off the surface of the rotor 3. At the same time, the expansion elements 10 are subjected to such a voltage that they spread and their chamber walls 15 come into contact with the rotor surface. The rotor is thus held in a rotationally fixed manner. The feed element 12 is subjected to a voltage of such polarity that it contracts, whereby the spring 13 presses the chamber 8 back into its original position.

Die beiden Schritte oder Arbeitstakte werden periodisch wiederholt.The two steps or work cycles are repeated periodically.

Anstelle des Anlegens einer Spannung mit umgekehrter Polarität an das Vorschubelement 12 kann dieses auch stromlos geschaltet werden, wodurch es sich ebenfalls, jedoch in geringerem Maße zusammenzieht. Die Wirkrichtungen der SpreizelementeInstead of applying a voltage with reversed polarity to the feed element 12, it can also be switched off, which also causes it to contract, but to a lesser extent. The effective directions of the expansion elements

10 sind in Figur 2 durch Doppelpfeile dargestellt. Das Spreizelement 9 ist doppelt so breit wie eines der Spreizelemente 10, womit die Kammerwände 15 mit dem gleichen Druck auf den Rotor 3 pressen, wie die Kammerwand 14.10 are shown in Figure 2 by double arrows. The expansion element 9 is twice as wide as one of the expansion elements 10, whereby the chamber walls 15 press onto the rotor 3 with the same pressure as the chamber wall 14.

Die Kammern 7 können ebenfalls über Stege mit dem übrigen Körper des Vorschubbauteils 2 verbunden sein. Es ist auch möglich, auf die Kammerwände 7 Vorschubelemente entsprechend dem Vorschubelement 12 wirken zu lassen, diese werden dann gegenpolig zum Vors chub element 12 beaufschlagt, womit erreicht wird, daß bei jedem Schritt oder Arbeitstakt der Rotor 3 um einen Schritt gedreht wird. Bei den Kammern 7 sind dann auch auf der gegenüberliegenden Seite Federn entsprechend der Feder 13 vorgesehen.The chambers 7 can also be connected to the rest of the body of the feed component 2 via webs. It is also possible to have feed elements corresponding to the feed element 12 act on the chamber walls 7, these are then acted upon in the opposite polarity to the feed element 12, which means that the rotor 3 is rotated by one step with each step or work cycle. In the chambers 7, springs corresponding to the spring 13 are then also provided on the opposite side.

Anstelle der Feder 13 kann ein Vorschubelement vorgesehen werden, das jedoch mit entgegengesetzter Polarität zu derjenigen des an dem Vorschub element 12 anliegenden Spannung geschaltet wird.Instead of the spring 13, a feed element can be provided, which is, however, switched with the opposite polarity to that of the voltage applied to the feed element 12.

Bei dem Rotationsmotor nach den Figuren 5 und 6 ist symmetrisch zum Rotor 3 eine identische Anordnung vorgesehen, wie zuvor an den Figuren 1 und 2 erläutert. Da die Vorschubelemente 12 an der gleichen Seite der Vorschubbauteile 2 angeordnet sind, ist eine Drehrichtungsumkehr des Rotors 3 möglich.In the rotary motor according to Figures 5 and 6, an identical arrangement is provided symmetrically to the rotor 3, as previously explained in Figures 1 and 2. Since the feed elements 12 are arranged on the same side of the feed components 2, a reversal of the direction of rotation of the rotor 3 is possible.

Eine Drehrichtungsumkehr kann auch bei der Anordnung nach den Figuren 1 und 2 verwirklicht werden. Dies wird dadurch erreicht, daß in einem ersten Schritt oder Arbeitstakt die Spreizelemente 10 gespreizt werden, das Spreizelement 9 sich zusammenzieht und das Vorschubelement 12 gespreizt wird. In einem zweiten Schritt oder Arbeitstakt wird das Spreizelement 9 gespreizt und die Spreizelemente 10 sowie das Vorschubelement 12 ziehen sich zusammen, womit die Feder 13 die Kammer 8 im Uhrzeigersinn schwenkt und dabei den Rotor 3 mitnimmt.A reversal of the direction of rotation can also be achieved with the arrangement according to Figures 1 and 2. This is achieved in that in a first step or working cycle the spreading elements 10 are spread, the spreading element 9 contracts and the feed element 12 is spread. In a second step or working cycle the spreading element 9 is spread and the spreading elements 10 and the feed element 12 contract, whereby the spring 13 pivots the chamber 8 clockwise and takes the rotor 3 with it.

Bei dem linearen Vorschubmotor nach Figur 7 sind beidseits einer Vorschubstange 16 Anordnungen vorgesehen, wie an Hand der Figuren 1 und 2 beschrieben. Da die Vorschubelemente an der gleichen Seite der Vorschubbauteile 2 sich befinden, ist eine Umkehr der Verschieberichtung der Vorschubstange 16 möglich. Die Vorschubelemente können von der Symmetrieachse des Gehäuses 1 aus gesehen, auch an gegenüberliegenden Seiten angeordnet sein, was auch für die Ausführungsform nach den Figuren 5 und 6 gilt. In diesem Fall ist eine Drehrichtungs- bzw. Vorschubrich-In the linear feed motor according to Figure 7, arrangements are provided on both sides of a feed rod 16, as described with reference to Figures 1 and 2. Since the feed elements are located on the same side of the feed components 2, it is possible to reverse the direction of displacement of the feed rod 16. The feed elements can also be arranged on opposite sides, viewed from the axis of symmetry of the housing 1, which also applies to the embodiment according to Figures 5 and 6. In this case, a direction of rotation or feed direction is

tungsumkehr möglich, wie vorstehend an Hand der Figuren 1 und 2 beschrieben, wo die Verschiebebewegung die Feder 13 ausführt, wenn das Spreizelement 9 gespreizt ist.reversal of the direction is possible, as described above with reference to Figures 1 and 2, where the displacement movement is carried out by the spring 13 when the spreading element 9 is spread.

Die Verhältnisse im Bereich der Kammerwand 14 sind in den Figuren 3 und 4 dargestellt, wobei die Figur 3 die Ausführungsform nach Figur 7 und die Figur 4 die Ausführungsform nach den Figuren 1 und 2 wiedergibt. Die Kammerwand 14 weist jeweils seitlich des dem Rotor bzw. der Vorschubstange 16 zugewandten Ende des Spreizelements 9 schwalbenschwanzförmige Ausnehmungen 17 auf.The conditions in the area of the chamber wall 14 are shown in Figures 3 and 4, wherein Figure 3 shows the embodiment according to Figure 7 and Figure 4 shows the embodiment according to Figures 1 and 2. The chamber wall 14 has dovetail-shaped recesses 17 on the side of the end of the expansion element 9 facing the rotor or the feed rod 16.

Claims

Protection claims

1. Stepper motor with a feed component which supports at least two spreading elements and at least one feed element, the effective direction of the spreading elements runs at right angles to that of the feed element and this feed element is arranged between a wall of the feed component and the one spreading element, in a first step the one spreading element and the feed element spread and the other spreading element contracts, a relative movement being carried out between the one spreading element and the feed element, and in a second step the one spreading element and the feed element contract and the other spreading element spreads, characterized in that the spreading elements (9, 10) act in their effective direction against a component to be moved and press against this component in the spread state and the one spreading element (9) is articulated in the feed component (2) on its side facing away from this component in the effective direction of the feed element (12).

2. Stepper motor according to claim 1, characterized in that a compression spring (13) is arranged on the side opposite the feed element (12) between a wall of the feed component (2) and the one spreading element (9).

3. Stepper motor according to claim 1 or 2, characterized in that the feed component (2) is guided in a stator (1) in the effective direction of the spreading elements (9, 10).

4. Stepper motor according to claim 3, characterized in that a compression spring (6) is arranged between the stator (1) and the feed component (2).

5. Stepper motor according to one of claims 1 to 4, characterized in that the one spreading element (9) in a chamber (8) of the feed component (2)

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is arranged, which is elastic on its side facing the component to be moved and is connected to the body of the feed component (2) on the opposite side via two webs (11).

6. Stepper motor according to one of claims 3 to 5, characterized in that the stator (1) supports a rotor (3) as a component to be moved.

7. Stepper motor according to claim 6, characterized in that identical feed components (2) are arranged in the stator (1) on both sides of the rotor (3).

8. Stepper motor according to one of claims 3 to 5, characterized in that on both sides of a feed rod (16) of the stator (1) there are mounted identical feed components (2).