NL7907136A

NL7907136A - STEPPER MOTOR.

Info

Publication number: NL7907136A
Application number: NL7907136A
Authority: NL
Original assignee: Exxon Research Engineering Co
Priority date: 1978-09-25
Filing date: 1979-09-25
Publication date: 1980-03-27
Also published as: DE2932490A1; CA1129471A; FR2437098B1; IT1123293B; GB2034532B; BR7906038A; JPS5546867A; IT7925937A0; FR2437098A1; DE2932490C2; AU5108179A; BE878933A; GB2034532A

Description

» VO 821*5 Stappenmotor.»VO 821 * 5 Stepper motor.

De uitvinding heeft "betrekking op stappenmotoren met variabele reluetantie en een werkwijze voor het maken van dergelijke stappenmotoren.The invention relates to variable reletance stepper motors and a method of making such stepper motors.

Stappenmotoren met een variabele reluetantie worden 5 gekarakteriseerd door een aantal poolelementen met daarbij behorende windingen en een toegevoegde magnetische opbouw, welke samen kan werken met de poolelementen om de verschillende flux-wegen in reactie op de selectieve bekrachtiging van de windingen te sluiten. De poolelementen omvatten poolvlakken met daarin 10 magnetische discontinuïteiten, welke kunnen samenwerken met gelijksoortige magnetische discontinuïteiten in de toegevoegde magnetische opbouw, om het zo de polen en de toegevoegde magnetische opbouw mogelijk te maken in discrete stappen ten opzichte van elkaar te bewegen,in reactie op de selectieve bekrachtiging van 15 de windingen.Variable reletance stepper motors are characterized by a plurality of pole elements with associated windings and an added magnetic build-up which can interact with the pole elements to close the different flux paths in response to the selective energization of the windings. The pole elements comprise pole faces containing 10 magnetic discontinuities, which can interact with similar magnetic discontinuities in the added magnetic build-up to allow the poles and added magnetic build-up to move in discrete steps relative to each other, in response to the selective energization of 15 windings.

Bepaalde stappenmotoren met variabele reluetantie hebben een poolopbouw, welke het nodig maakt, dat de windingen rond de poolelementen gewonden worden, terwijl de magnetische opbouw op zijn plaats is. Het winden van dergelijke poolelementen, 20 in het bijzonder in het geval van een draaiende stappenmotor, kan zeer kostbaar zijn, omdat het moeilijk is om een dergelijk winden te automatiseren en de motoren moeten derhalve met de hand gemaakt worden.Certain variable reletance stepper motors have a pole construction that requires the windings to be wound around the pole elements while the magnetic structure is in place. Winding such pole elements, especially in the case of a rotating stepper motor, can be very expensive, because it is difficult to automate such winding and the motors therefore have to be made by hand.

De uitvinding heeft als voordeel, dat deze voorziet in 25 een gemakkelijke, kosten-besparende en automatische fabricage van een stappenmotor.The invention has the advantage that it provides an easy, cost-saving and automatic manufacture of a stepper motor.

Overeenkomstig de uitvinding is er voorzien in een stappenmotor van het soort met variabele reluetantie,omvattende een aantal polen met een aantal magnetische discontinuïteiten bij 30 een aantal poolvlakken en is deze gevormd door het klevend bevestigen van êên gedeelte van een poolopbouw met windingen gewonden rond poolelementen aan een ander gedeelte van de poolopbouw.In accordance with the invention, there is provided a variable reletance type stepper motor comprising a plurality of poles having a number of magnetic discontinuities at a plurality of pole planes and formed by adhesive bonding of a portion of a pole structure wound with windings around pole elements to another part of the pool construction.

7907136 f -2- _ «9 Τ*7907136 f -2- _ «9 Τ *

Overeenkomstig een belangrijke eigenschap van de uitvinding, kunnen de windingen tevoren gevormd worden op spoelen en voor het klevend bevestigen op de poolelementen geplaatst worden.In accordance with an important feature of the invention, the windings can be pre-formed on coils and placed on the pole elements for adhesive fastening.

In een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding omvat 5 het andere gedeelte van de poolopbouw poolvlakken, welke klevend bevestigd worden aan de poolelementen. De poolvlakken zijn tevoren gevormd uit een continu element en vervolgens klevend bevestigd aan het gedeelte van de poolopbouw, dat de windingen draagt. Na het klevend bevestigen wordt het continue element gesneden in 10 de aparte poolvlakken, welke behoren bij de verschillende poolelementen. Magnetische discontinuïteiten worden in het continue element gevormd voor het klevend bevestigen.In a preferred embodiment of the invention, the other part of the pile construction comprises pile surfaces, which are attached to the pile elements in an adhesive manner. The pile faces are pre-formed from a continuous element and then adhesively attached to the portion of the pile structure that carries the turns. After the adhesive fastening, the continuous element is cut into the separate pile surfaces, which belong to the different pile elements. Magnetic discontinuities are formed in the continuous element for adhesive bonding.

In de voorkeursuitvoeringsvorm is het ene gedeelte van de poolopbouw gevormd door het slijpen van de poolelementen in 15 een laminaat tot een zodanige diepte, dat er een verbindings-segment tussen de poolelementen aanwezig blijft.'Anderzijds kunnen de poolelementen afzonderlijk gevormd worden met of zonder de poolvlakken eraan bevestigd en vervolgens klevend bevestigd worden aan een verbindingselement. Wanneer de poolelementen ge-20 vormd worden zonder de poolvlakken, worden de poolvlakken ook klevend bevestigd aan de poolelementen.In the preferred embodiment, one portion of the pile structure is formed by grinding the pile elements in a laminate to such a depth that a bonding segment remains between the pile elements. On the other hand, the pile elements can be separately formed with or without the pole surfaces are attached to it and then adhered adhesively to a connecting element. When the pile elements are formed without the pile faces, the pile faces are also adhesively attached to the pile elements.

In een uitvoeringsvorm van de uitvinding, welke in het hierna volgende gedetailleerd beschreven zal worden, vormt de poolopbouw de stator van een draaiende stappenmotor met een axiale 25 luchtspleet. De windingen zijn gewonden rond de poolelementen, zodat de assen van de windingen zich uitstrekken in een richting evenwijdig aan de as van de motor. De poolelementen bezitten een in hoofdzaak uniform dwarsdoorsnede-oppervlak.In an embodiment of the invention, which will be described in detail below, the pole structure forms the stator of a rotary stepper motor with an axial air gap. The windings are wound around the pole elements, so that the shafts of the windings extend in a direction parallel to the motor axis. The pole elements have a substantially uniform cross-sectional area.

De uitvinding zal in het hierna volgende nader beschre-30 ven worden aan de hand van een uitvoeringsvoorbeèld, onder ver-wijzing naar de tekening. Hierin toont: fig, 1 een aanzicht in perspectief van een ruw voorwerp , dat gebruikt wordt bij het vormen van een gedeelte van de poolopbouw volgens de uitvinding; 7907136 * -3- fig. 1a een vergroot aanzicht van een gedeelte van het ruwe voorwerp volgens fig. 1; fig. 2 een aanzicht in perspectief, een gedeeltelijk schematische illustratie van het ruwe voorwerp volgens fig. 1, 5 dat tot poolelementen wordt gevormd; fig. 3 een aanzicht in perspectief van een tevoren gevormde winding, welke op een poolelement, dat door de behandeling volgens fig. 2 is gevormd, wordt geplaatst; fig. U een aanzicht in perspectief van een ruw voorwerp, 10 waaruit de poolvlakken gevormd zullen worden; fig. 5 een aanzicht in perspectief van het ruwe voorwerp volgens fig. k, nadat de magnetische discontinuïteiten of de tanden van de poolvlakken gevormd zijn; fig. 6 een aanzicht in perspectief van de ring volgens 15 fig. 5, na het klevend bevestigen aan de poolopbouw volgens fig. 3; fig. 7 een aanzicht in perspectief van de opbouw volgens fig. 6, nadat de ring zodanig gesneden is, dat aparte poolvlakken gevormd zijn; fig. 8 een bovenaanzicht van de poolvlakken van fig. 7; 20 fig. 9 een zij-aanzicht van de poolopbouw volgens fig. 8; fig. 10 een aanzicht in doorsnede van de poolopbouw volgens fig. 8, langs de lijn X-X daarvan, in combinatie met een toegevoegde magnetische opbouw met een rotor en een inactief statorgedeelte; 25 fig. 11 een aanzicht in perspectief van een andere fabrieagewerkwijze van de poolopbouw volgens de fig. 1-10; en fig. 12 een aanzicht in perspectief van weer een andere werkwijze voor het fabriceren van de poolopbouw volgens de fig.The invention will be described in more detail below with reference to an exemplary embodiment, with reference to the drawing. Herein: fig. 1 shows a perspective view of a rough object, which is used in forming a part of the pile construction according to the invention; 7907136 * -3- FIG. 1a is an enlarged view of a portion of the raw article of FIG. 1; Fig. 2 is a perspective view, a partly schematic illustration of the raw object according to Fig. 1, 5 which is formed into pole elements; FIG. 3 is a perspective view of a preformed coil placed on a pole member formed by the treatment of FIG. 2; fig. U shows a perspective view of a rough object, 10 from which the pole faces will be formed; FIG. 5 is a perspective view of the raw article of FIG. k after the magnetic discontinuities or teeth of the pole faces have been formed; fig. 6 shows a perspective view of the ring according to fig. 5, after adhesive fixing to the pile construction according to fig. 3; Fig. 7 shows a perspective view of the construction according to Fig. 6, after the ring has been cut in such a way that separate pile faces are formed; Fig. 8 is a top view of the pole faces of Fig. 7; Fig. 9 is a side view of the pile construction according to Fig. 8; FIG. 10 is a cross-sectional view of the pole assembly of FIG. 8, taken along line X-X thereof, in combination with an added magnetic structure having a rotor and an inactive stator portion; FIG. 11 is a perspective view of another manufacturing method of the pile structure of FIGS. 1-10; and FIG. 12 is a perspective view of yet another method of fabricating the pile structure of FIG.

1-10.1-10.

30 In fig. 1 wordt het ringvormige element 10, dat aange past is om eên gedeelte van een statorpoolopbouw voor een stappen-motor met een variabele reluctantie te vormen, getoond. Het ringvormige element 10 omvat magnetisch materiaal met een hoge permeabiliteit, bijvoorbeeld ijzer, in de vorm van een aantal laminaten 7907136 i 1» -b- 12, welke in de vorm van een spoel gewonden kunnen zijn, zoals getoond in fig. 1a.In Fig. 1, the annular element 10, which is adapted to form part of a stator pole structure for a stepper motor with variable reluctance, is shown. The annular element 10 includes high permeability magnetic material, for example iron, in the form of a number of laminates 7907136-112-b-12, which may be coil wound, as shown in Fig. 1a.

In fig. 2 wordt het ringvormige element 10 geslepen door een slijpschijf 1^, om zo de poolelementen 16 tevoren te vormen.In Fig. 2, the annular element 10 is ground by a grinding wheel 11 to thus form the pole elements 16 in advance.

5 De poolelementen 16 worden uit het element 10 geslepen tot een zodanige diepte, dat er een continu ringvormige ondersteunings-segment 18 achterblijft.The pole members 16 are ground from the element 10 to a depth such that a continuous annular support segment 18 remains.

Overeenkomstig de uitvinding, en zoals getoond in fig. 3» is de poolopbouw, welke gevormd is in fig. 2, nu gereed voor het 10 aanbrengen van de windingen van de variabele stappenmotor. Zoals is getoond in fig. 3, is ein van deze windingen 20 tevoren gevormd op een spoel 22 met een opening 2U daarin, om zo geplaatst te worden over het poolelefflent 16. In dit opzicht zal opgemerkt worden, dat de poolelementen 16 een in hoofdzaak uniform oppervlak 15 van de dwarsdoorsnede bezitten, om het z6 mogelijk te maken dat de poolelementen 16 gemakkelijk door de opening 2k heen.gaan en in hoofdzaak overeenkomen met het oppervlak van die opening. Na het beschrijven van de vorming van het ene gedeelte van de statorpool-opbouw, onder verwijzing naar de fig. 1-3, zal nu de vorming van 20 het poolvlakgedeelte van de statoropbouw beschreven worden, onder verwijzing naar de fig. U en 5·In accordance with the invention, and as shown in Fig. 3, the pole assembly formed in Fig. 2 is now ready to apply the turns of the variable stepper motor. As shown in Fig. 3, one of these windings 20 is pre-formed on a spool 22 with an opening 2U therein, so as to be placed over the pile efflent 16. In this regard, it will be noted that the pile elements 16 are substantially have a uniform cross-sectional area 15 to allow the pole members 16 to easily pass through the opening 2k and substantially correspond to the surface of that opening. After describing the formation of the one portion of the stator pole construction, with reference to Figures 1-3, the formation of the pole face portion of the stator structure will now be described, with reference to Figures U and 5 ·

Zoals getoond is in fig. 4, is voor zien in een continu element of een ring 26. Deze ring, die ook gevormd is uit een magnetisch materiaal met een hoge permeabiliteit, is aangepast 25 om discrete magnetische discontinuïteiten, die daarin gevormd zijn in de vorm van tanden 28, te bezitten, zoals getoond in fig. 5·As shown in Fig. 4, a continuous element or ring 26 is provided. This ring, which is also formed of a high permeability magnetic material, is adapted to accommodate discrete magnetic discontinuities formed therein in the shape of teeth 28, as shown in Fig. 5

De tanden 28 zijn, zoals getoond in fig. 5, gelegen op vier verschillende poolvlakposities. De exacte plaats van de tanden 28 kan in overeenkomst met het ontwerp van de stappenmotor gemakke-30 lijk verkregen worden door gebruik te maken van een stempeltech-niek of een elektrochemische etstechniek voor het vormen van de tanden 28. ·The teeth 28, as shown in Fig. 5, are located at four different pole face positions. The exact location of the teeth 28 in accordance with the stepper motor design can be easily obtained by using a stamping technique or an electrochemical etching technique to form the teeth 28.

Overeenkomstig de uitvinding wordt de ring 26 met de tanden 28 daarna klevend bevestigd aan êén uiteinde van de pool- 7907136 -5-In accordance with the invention, the ring 26 with the teeth 28 is then adhesively attached to one end of the pole. 7907136 -5-

VV

i elementen, zoals getoond is in fig. 6, waarbij de winding 20 reeds op de poolelementen aanwezig is, na de stap die getoond is in fig. 3. Het is belangrijk om de tanden 28 op juiste wijze bij de verschillende poolposities ten opzichte van de poolelementen, 5 welke opgenomen zijn in de windingen 20, te plaatsen, dit overeenkomstig de standaardontwerptechnieken voor stappenmotoren. Het klevende hechtmiddel kan een epoxyhars of een ander agens omvatten, dat in staat is om een juiste hechtsterkte te verzekeren, zonder dat de fluxwegen wezenlijk beïnvloed worden.elements, as shown in Figure 6, where the winding 20 is already present on the pole elements, after the step shown in Figure 3. It is important to position the teeth 28 correctly at the different pole positions with respect to position the pole elements 5 contained in the windings 20 in accordance with standard stepper motor design techniques. The adhesive adhesive may comprise an epoxy resin or other agent capable of ensuring proper adhesive strength without substantially affecting the flux pathways.

10 Nadat de ring 26 klevend bevestigd is aan de poolelemen ten, worden de afzonderlijke poolvlakken 30 in de ring gevormd door de ring op vier verschillende plaatsen tussen de poolelementen en de windingen 20 te doorsnijden. Dit doorsnijden van de ring 26 kan verkregen worden met behulp van slijpen.After the ring 26 is adhesively attached to the pile elements, the separate pile faces 30 in the ring are formed by cutting the ring at four different locations between the pile elements and the windings 20. This cutting of the ring 26 can be achieved by grinding.

15 Er zal nu verwezen worden naar de fig. 8-10 voor een beschrijving van de statorpoolconstructie volgens de fig. 1-8 in een stappenmotor met variabele reluctantie. Zoals getoond is in fig. 8 en 9 (zonder de rotor of het inactieve statorgedeelte), omvat de motor een huls 32 met een flens 3U, die bevestigd is aan 20 het segment 18 van de poolopbouw. Overeenkomstig fig. 10 bezit de huls 32 een ondersteuningsgebied 36, dat aangepast is om een as op te nemen, welke een rotor 38 ondersteunt in de stator-stator-luehtspleet b-0 tussen de poolvlakken 30 en een inactief statorgedeelte k2 met gelijksoortige poolvlakken Ui. Voor meer details 25 betreffende de stappenmotoropbouw wordt verwezen naar de Amerikaanse octrooiaanvragen Nos. 809.923 en 809-6U6.Reference will now be made to Figs. 8-10 for a description of the stator pole construction of Figs. 1-8 in a variable reluctance stepper motor. As shown in Figs. 8 and 9 (without the rotor or the idle stator portion), the motor includes a sleeve 32 with a flange 3U attached to the segment 18 of the pole assembly. According to Fig. 10, the sleeve 32 has a support region 36 adapted to receive an axis which supports a rotor 38 in the stator-stator air gap b-0 between the pole faces 30 and an inactive stator portion k2 with similar pole faces U1. . For more details regarding the stepper motor construction, reference is made to US patent applications Nos. 809,923 and 809-6U6.

In de uitvoeringsvorm volgens fig. 1-8 werden de poolelementen geslepen uit een ringvormige gelamineerde opbouw en werden de poolvlakken klevend bevestigd aan de zo gevormde pool-30 elementen. In fig. 11 zijn de poolelementen 16a als een geheel gevormd tesamen met de poolvlakken 30a met tanden 28a aan een uiteinde en is het andere uiteinde van de poolelementen l6a klevend bevestigd aan een ringvormig ondersteuningssègment 18a. In fig. 12 zijn de poolelementen 16b aan het ene uiteinde klevend bevestigd 7907136 -6- $ 9 aan de poolvlakken 30b en aan het andere uiteinde aan een ringvormig ondersteuningssegment 18b.In the embodiment of Figs. 1-8, the pile elements were ground from an annular laminated structure and the pile faces were adhesively attached to the pile elements so formed. In Fig. 11, the pole members 16a are integrally formed together with the pole faces 30a with teeth 28a at one end and the other end of the pole members 16a is adhesively attached to an annular support member 18a. In FIG. 12, the pole members 16b are adhered at one end to the pole faces 30b and at the other end to an annular support segment 18b.

Zoals getoond in zowel. fig. 11 als 12, zijn de poolvlakken 30a en 30b afzonderlijk en gescheiden gevormd en vormen 5 zij geen continue ring, zoals getoond in fig. 6. Men zal echter begrijpen, dat de poolvlakken 30a en 30b in een continue ring gevormd kunnen worden en gescheiden kunnen worden nadat de klevende hechting voltooid is.As shown in both. 11 as 12, the pole faces 30a and 30b are formed separately and separately and do not form a continuous ring, as shown in FIG. 6. However, it will be appreciated that the pole faces 30a and 30b can be formed in a continuous ring, and can be separated after the adhesive bond has been completed.

Alhoewel de uitvinding beschreven is met betrekking tot 10 een poolopbouw voor een stator van een draaiende stappenmotor, zal het duidelijk zijn, dat de werkwijze en het produkt, dat door de werkwijze gevormd is, ook toepasbaar is wanneer de poolopbouw een bewegend element vormt in de stappenmotor en/of de motor lineair is in plaats van draaiend. In andere woorden, de uitvin-15 ding is zowel toepasbaar bij bewegende als bij stationaire pool-opbouwen en/of lineaire of draaiende stappenmotoren._Although the invention has been described with respect to a pole construction for a stator of a rotating stepper motor, it will be clear that the method and the product formed by the method is also applicable when the pole construction forms a moving element in the stepper motor and / or the motor is linear instead of rotating. In other words, the invention is applicable to both moving and stationary pole assemblies and / or linear or rotating stepper motors.

Verschillende stappenmotoren volgens verschillende ontwerpen, welke profijt zouden kunnen hebben van de principes volgens deze uitvinding zijn beschreven in: "Theory and Applications 20 of Step Motors" door Benjamin C. Kuo, West Publishing Co., 197^··Different stepper motors of different designs that may benefit from the principles of this invention are described in: "Theory and Applications 20 of Step Motors" by Benjamin C. Kuo, West Publishing Co., 197 ^ ··

Er wordt ook naar dit boek verwezen voor een volledige en complete verklaring van de wijze waarop stappenmotoren werken.Reference is also made to this book for a complete and complete explanation of how stepper motors operate.

7907136 - - »7907136 - - »

Claims

A method of fabricating a stepping motor pile for a stepper motor comprising a plurality of poles with a number of magnetic discontinuities on a plurality of pile faces, characterized by forming one portion of a pile build-up with inventions found around pile elements on the pile builder, and adhesive bonding from another part of the pool build-up to one part of the pool build-up.

2. Method according to claim 1, characterized in that the pole elements are adhered to one end of the pile construction on one end thereof.

A method according to claim 2, characterized in that the one portion is formed by preforming the inventions and placing the preformed inventions over the pile elements.

Method according to claim 1, characterized in that the number of pile elements is formed by grinding a rough object and that the number of pile surfaces is adhesively attached to the pile elements.

Method according to claim 1, characterized in that the inventions are placed on the pole elements before the pole elements are adhesively attached to a support element.

6. Method according to claim 1, characterized in that the pile elements are adhesively attached to the other part of the pile construction before the pile elements are adhesively attached to the support element.

7. Pole-mounted stepper motor characterized by a common magnetic support segment; a number of magnetic pole elements; inventions wrapped around the polar elements; and a plurality of pole planes comprising magnetic discontinuities, wherein the support portion, the magnetic pole elements and the pole surfaces form a plurality of flux paths, at least one of the flux paths comprising an adhesive bond in the pole builder. 7907136 + '1 -δ-

8. Stepper motor according to claim 7, characterized by an adhesive bond in each of the flux paths.

9. Stepper motor according to claim 7 or 8, characterized in that the motor is of the rotating type and that the pole construction forms a stator, the motor further comprising another stator section with magnetic discontinuities adjacent the pole surfaces so as to provide a air gap. 7907136