NL8104999A

NL8104999A - HOMOPOLAR PERMANENT POWERED STEPPER WITH A STATOR.

Info

Publication number: NL8104999A
Application number: NL8104999A
Authority: NL
Original assignee: Elektromasch Forsch Entw
Priority date: 1980-12-23
Filing date: 1981-11-04
Publication date: 1982-07-16
Also published as: JPS57126266A; GB2091496A; DE3143923A1; DD155747A1; GB2091496B

Description

vo 2501reg 2501

Titel : Homopolaire peimArv^ent 'bekrachtigde stapmotor met éên stator.Title: Homopolar peimArv ^ ent 'powered stepper motor with one stator.

De homopolaire permanent bekrachtigde stapmotor met êên stator volgens de uitvinding is meer in het bijzonder geschikt voor het gebruik van permanente magneten met geringe remanente inductie.The homopolar permanent energized stepper motor with one stator according to the invention is more particularly suitable for the use of permanent magnets with low remanent induction.

Stapmotoren met homopolair bekrachtigde rotoren hebben ten opzichte 5 van andere stapmotoren het voordeel, dat ondanks de laagpolige uitvoering een zeer kleine staphoek kan worden verkregen en gereproduceerd.Stepper motors with homopolar-powered rotors have the advantage over other stepper motors that, despite the low-pole design, a very small step angle can be obtained and reproduced.

Een bezwaar bij deze stapmotoren is, dat de magnetische flux in de stator tengevolge van het principe daarvan steeds een axiale component bezit.A drawback with these stepper motors is that, due to their principle, the magnetic flux in the stator always has an axial component.

10 Deze axiale component van de magnetische flux wordt tegengewerkt doordat de lamellering van het statorlichaam een grote magnetische weerstand aanwezig is, die de magnetische flux reduceert. Tegelijkertijd veroorzaakt de vertikaal op het vlak van de lamellen verlopende magnetische flux wervelstromen, die tot verliezen en een verslechtering van 15 het dynamische karakter van de stapmotor leiden.This axial component of the magnetic flux is counteracted by the lamination of the stator body having high magnetic resistance, which reduces the magnetic flux. At the same time, the magnetic flux running vertically on the lamellae produces eddy currents, which lead to losses and deterioration of the dynamic nature of the stepper motor.

Om deze bezwaren te reduceren zijn reeds verschillende voorstellen gedaan. Zo is het uit het Duitse Auslegeschrift 2,703.791 bekend permanente magneten met grote remanente inductie, bijvoorbeeld AlNiCo-magneten te gebruiken, aangezien daardoor, ondanks de grote mag-20 netisehe weerstand in de stator een voldoend grote magnetische flux wordt verkregen. Een bezwaar bij deze oplossing is, dat de wervelstromen en daardoor de schadelijke invloed op de verliezen en het dynamische karakter blijven bestaan.Various proposals have already been made to reduce these objections. For example, it is known from German Auslegeschrift No. 2,703,791 to use permanent magnets with high remanent induction, for example AlNiCo magnets, since, in spite of the large magnetic resistance in the stator, a sufficiently large magnetic flux is thereby obtained. A drawback of this solution is that the eddy currents and therefore the harmful influence on the losses and the dynamic character remain.

Uit het Amerikaanse octrooischrift 2.931.929 en o.ok het Duitse 25 Offenlegungsschrift 1 .^88.691 is het bekend de magnetische weerstand van de stator te reduceren door een stalen huis, dat de axiale flux geleidt. Door deze maatregel kunnen welliswaar magnetische materialen met kleine remanente inductie worden gebruikt, doch de verliezen door wervelstromen en de schadelijke invloed daarvan op het dynamische karak-30 ter van de motor blijven ook na deze oplossing bestaan.It is known from U.S. Pat. No. 2,931,929 and also German Offenlegungsschrift No. 88,691 to reduce the magnetic resistance of the stator through a steel housing which conducts the axial flux. Although this measure allows magnetic materials with low remanent induction to be used, eddy current losses and their deleterious influence on the dynamic character of the motor persist even after this solution.

De uitvinding beoogt bij een homopolaire, permanent bekrachtigde stapmotor met een stator, de verliezen te reduceren en het dynamische karakter te verbeteren»The object of the invention is to reduce losses and improve the dynamic character of a homopolar, permanently energized stepper motor with a stator. »

De uitvinding stelt zich ten doel een constructie van het magne-35 tisch circuit te verschaffen, waarmede de vorming van wervelstromen in .1 ; 810- 9 9 9 .................... ...... .......The object of the invention is to provide a construction of the magnetic circuit with which the formation of eddy currents in .1; 810- 9 9 9 .................... ...... .......

ï XL __ *s J * " ' * - 2 - de stator in de meest sterke mate worden onderdrukt.ï XL __ * s J * "'* - 2 - the stator are suppressed to the greatest extent.

Uitgaande van een homopolaire, permanent bekrachtigde stapmotor met een stator, -waarvan de stator uit een gelamelleerd magnetisch lichaam met lichamelijke polen en arbeidswikkelingen bestaat en waarvan de rotor 5 is voorzien van een axiaal gemagnetiseerde ringmagneet, die aan de polen met aan de omtrek yan gleuven voorziene fluxgeleidingssehijven is verbonden, die ten opzichte van elkaar over een halve"tandsteek zijn verschoven, omvat volgens de uitvinding de rotor over dezelfde statorleng-. te in axiale richting tenminste twee steeds door fluxgeleidingssehijven 10 gescheiden ringmagneten met tegengestelde poolvolgorde, die een diameter-lengteverhouding van tenminste 2,5‘ : 1 bezitten en waarvan de fluxgelei-dingsschijven afwisselend over een halve kantsteek ten opzichte van elkaar zijn verschoven.Starting from a homopolar, permanently energized stepper motor with a stator, the stator of which consists of a laminated magnetic body with physical poles and windings and of which the rotor 5 is provided with an axially magnetized ring magnet, which is provided on the poles with slots on the circumference In accordance with the invention, the rotor provided over the same stator length in axial direction comprises at least two ring magnets separated by flux guide discs 10 with opposite pole order, which have a diameter-length ratio, which is provided of at least 2.5 ': 1 and whose flux guide disks are alternately offset by half a side pitch.

Bij een gunstige uitvoeringsvorm zijn de elkaar in axiale richting. 15* met de fluxgeleidingssehijven afwisselende ringmagneten uitgevoerd met een diameter-lengteverhouding van 10 : 1. Wanneer de diameter-lengteverhouding van 2,5 : 1 tot ongeveer 6 : 1 wordt gekozen, dan verdient het voor een fluxverdeling in de lucht spleet de voorkeur, dat de fluxgelei-dingsschijven aan de omtrek breder zijn uitgevoerd dan in het diameter-20- . gebied van de ringmagneten.In a favorable embodiment, the each other is in an axial direction. 15 * ring magnets alternating with the flux guide discs, with a diameter-length ratio of 10: 1. When the diameter-length ratio of 2.5: 1 to about 6: 1 is chosen, it is preferable for a flux distribution in the air gap, that the flux conducting discs are circumferentially wider than in diameter 20. area of the ring magnets.

Door de uitvoering van de rotor volgens de uitvinding wordt bereikt, dat de flux in de stator glijdend van lamel-naar-lamel over gaat en daardoor verrassenderwij ze de door axiale aandelen van de magnetische flux veroorzaakte wervelstromen aanmerkelijk worden gereduceerd, Tenge--25 'volge hiervan worden de verliezen aanmerkelijk gereduceerd en wordt het ... , dynamische karakter van de stapmotor aanmerkelijk verbeterd.By designing the rotor according to the invention it is achieved that the flux in the stator shifts from slat-to-slat and thereby surprisingly reduces the eddy currents caused by axial proportions of the magnetic flux, Tenge - 25 ' As a result, the losses are considerably reduced and the ... dynamic character of the stepper motor is considerably improved.

Het effect volgens de uitvinding neemt toe bij groter-wordende . diameter-lengteverhouding van de ringmagneten, hetgeen echter voor het verkrijgen van een geschikt koppel de par allelverbinding van een aantal 30 door fluxgeleidingssehijven gescheiden ringmagneten noodzakelijk maakt.The effect according to the invention increases with increasing. diameter-length ratio of the ring magnets, which, however, necessitates the parallel connection of a number of ring magnets separated by flux guide discs in order to obtain a suitable torque.

Daardoor wordt een economische grens aan de toepassing van de uitvinding door de technologische omstandigheden gestéld,This creates an economic limit to the application of the invention due to the technological conditions,

De oplossing volgens de uitvinding is meer in het bijzonder van voordeel voor het gebruik van goedkoop, permanent magnetisch materiaal, 35 zoals bijvoorbeeld harde ferrieten.The solution according to the invention is more particularly advantageous for the use of inexpensive, permanent magnetic material, such as, for example, hard ferrites.

- .De uitvinding zal onderstaand nader worden toegelicht onder yer- y>!' 1 # , wijzing naar de tekening, waarin men een langsdoorsnede van een homopo- !...... 8 1 0 4 9 9 9 - 3 - laire, permanent "bekrachtigde stapmotor volgens de uitvinding vindt.The invention will be explained in more detail below under yer-y! 1 #, reference to the drawing, in which a longitudinal section of a gay pole ...... 8 1 0 4 9 9 9 - 3 - lair, permanent "powered stepper motor according to the invention is found.

Zoals uit de tekening "blijkt, is de stator 1, evenals bij elektrische machines.gebruikelijk is, gelamelleerd uitgevoerd en bezit deze lichamelijke polen 2, die de arbeidswikkeling 3 ondersteunen. Af-5 hankelijk van de te realiseren staphoek kan het naar de luchtspleet k gekeerde oppervlak van de polen 2 zijn voorzien van gleuven.As can be seen from the drawing, the stator 1, as is usual with electrical machines, is laminated and has bodily poles 2 which support the working winding 3. Depending on the step angle to be realized, it can reach the air gap k turned surface of the poles 2 are provided with slots.

Op een niet-magnetische as 5 zijn als ondersteunende lichamen vier fluxgeleidingsschijven 6 aangebracht, welke aan de omtrek zijn voorzien van gleuven 7. De gleuven 7 zijn bij naast elkaar gelegen fluxge-10 leidingsschijven 6 over een halve tandsteek verschoven.On a non-magnetic shaft 5, four flux guide discs 6 are provided as supporting bodies, which are provided on the periphery with slots 7. The slots 7 are displaced by half a tooth pitch on adjacent flux guide discs 6.

Tussen de fluxgeleidingsschijven 6 zijn drie axiaal, gemagnetiseerde ringmagneten 8 opgesteld. Deze worden door randen 9 aan de buitenomtrek van de fluxgeleidingsschijven 6 gecentreerd. De naar elkaar gekeerde vlakken van de ringmagneten 8 hebben dezelfde polariteit, zodat 15 in axiale richting steeds een afwisselende poolvolgorde optreedt.Three axially magnetized ring magnets 8 are arranged between the flux guide disks 6. These are centered by edges 9 on the outer periphery of the flux guide disks 6. The facing surfaces of the ring magnets 8 have the same polarity, so that in the axial direction there is always an alternating pole order.

Als materiaal voor de ringmagneten wordt gebruik gemaakt van een anisotroop hard ferriet met axiale voorkeursrxchting.The material for the ring magnets is an anisotropic hard ferrite with axial preference.

« . 8 1 0 4 9 S 9................«. 8 1 0 4 9 S 9 ................

Claims

1. Homopolar, permanent-powered, single-stator stepper motor, the stator of which consists of a laminated magnetic body with body poles, which support the working winding, and the rotor of which is an axially magnetized ring magnet and connected to the poles, 5 on the circumference of slots There are provided flux guide discs which are offset by half a tooth pitch with respect to each other, characterized in that the rotor comprises axial direction of at least two ring magnets with opposite pole order separated by flux guide discs in the axial direction over the same stator length, with a diameter-length ratio of at least 2, 5 · '1 and the flux conducting discs of which are alternately offset by half a tooth pitch.

Stepper motor according to claim 1, characterized in that the ring magnets have a diameter-length ratio of 10: 1.

3. Stepper motor according to claim 1, characterized in that with a diameter to length ratio of 2.5-6, the flux guide discs are circumferentially wider than in the diameter range of the ring magnets. -. \; ; '_ i “81 ffT9T9";