SE457043B - Linjaer stegmotor - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 40 457 043 2 En anordning av inledningsvis definierat slag, dar ankaret saknar magnetiseringslindning är dock i och for sig kand genom fig. 1 och 2 i den svenska patentskriften 71029128 (publ.nr 388 738). Ankaret är har dock utfört i form av en langstrackt linjal av magnetiskt material med en längd, som vida överstiger den sammanlagda längden hos de tre i linje med varandra utefter linjalens rörelseriktning anordnade stater- elementen. Det ändamål den kända anorndingen är avsedd for, nämligen numeriskt styrda verktygsmaskiner, är linjalena pi grund av den använda konstruktionsprincipen stora längd ej någon nackdel. Nämnda konstruktioneprinoip lämpar sig dock av insedda skäl ej för sådana tillämpningar, där ett litet och lätt föremål, såsom ett skrivarhuvud, skall förflyttas linjart inom ett begränsat utrymme och därvid kunna vara i stand till snabba accelerationer och retardationer.

Ett allmänt syfte med uppfinningen har varit att hatad- komma en ny konstruktionsprinoip för stegmotorer, som tillåter en avsevärd ökning av löparens accelerationsförmaga (hög kvot kraft/massa). Ett särskilt syfte med uppfinningen har aven varit att åstadkomma en stegmotorkonstruktion, som medger användning av ett litet och lätt ankare utan magnetiserings- lindning, och därmed väl lämpar sig exempelvis för drivning av ett skrivarhuvud.

Ovannämnda syften har uppnåtts genom att vid en steg- motor av inledningsvis angivet slag enligt uppfinningen även de av en gemensam bärkropp av omagnetiskt material buina ankarelementen är anordnade huvudsakligen parallellt med varandra sålunda att till varje statorelement är tillordnat ett ankarslement i anslutning till ett i statorelementet utefter hela dess längd i ankarets rörelseriktning förlopande, väsentligen sparformigt utrymme, i vilket forlöper en del av en magnetiseringslindning utefter spàrets hela längd. Enligt en försdragen utföringsform är i det sparformiga utrymmete begränsande sidoskanklars insider statorelementets poltand- radar belägna vända mot varandra, och ankaret kan ha ett ankarelement i varje sparformigt utrymme med en tandrad på var sida om ankarelementet vänd mot en motsvarande av statorele- mentets namnda poltandradsr, varvid ankarelementen uppbära av en gemensam barkropp (vagn) av omagnetiskt material.

Tack vare den parallella anordningen av stater- och n, “Fi-i '_- =l f pwqwfi 10 15 20 25 30 ...im-J O! O! 40 457 043 ankarelementen uppnås stor valfrihet med avseende pl dimen- sioneringen av ankaret i övrigt. Aven forlaggningen av de parallella ankarelementens rorelsebana infalld i statorele- manten bidrar till denna valfrihet. Dartill uppnås aven en utbalansering av uppkomna onyttiga magnetkrafter tvars rörelseriktningen, som skulle avsevart belasta lagringar.

Endast drivkrafter i rörelseriktningen aterstar. Genom att de med varandra för Elödesanslutning samverkande tänderna hos ankarna och statorelementen förloper inuti statorelementen kan nämligen den flödeeöverförande ytan vid de resp. tandraderna göras stor atan att därigenom kräva stora dimensioner hos löparen i dess längd- och/eller tvarriktning.

Konstruktionen enligt uppfinningen medger aven pa ett enkelt sätt förlaggnng av fritt dimensionerbara statorlind- ningar i statorns längsriktning under ankarets rörelsebana.

Sammantaget innebär'uppfinningen att med givna dimen- sioner hos anordningen avsevärt större kraft än vad som tidigare varit möjligt kan överföras till ankaret.

Uppfinningen liksom ytterligare fördelar hos densamma kommer att framgå av nedanstaende beskrivning av nagra ut- föringsformer med hänvisning till bifogade ritningar.

Pa ritningarna visar: E19, 1 gçb 2 i planvy resp. tvärsnitt i pilarnas II-Il riktning i fig. 1 en linjär stegmotor enligt uppfinningen, varvid figurerna ar sohematiska och principiella.

E¿g¿_1_ggfi_¿ i planvy resp. sidovy i förstorad skala jamfört med fig. 1 ooh 2 visar ett andavsnitt hos en ut- föringsform av ett ankarelement, som kan användas vid den i fig. 1 och 2 visade stegmotorn.

Den i fig. 1 och 2 visade linjara stegmotorn innefattar ett allmant med 2 beteoknat ankare, har benamnt löpare, liksom en allmant med 4 betecknad stator, relativt vilken löparen 2 stodges rörligt genom förmedling av lampliga, i nyssnamnda figurer ej visade lageranordningar. I enkla fall kan dessa lageranordningar utgöras av glidlager mellan löparen 2 och statorn 4, men aven kullager ar naturligtvis“tankbara. Det narmare utförandet av dessa lageranordningar inse: latt av fackmannen.

Statorn 4 ar uppbyggd av tre magnetiseringselement 6, 8 resp. 10. Hagnetiseringselementen 6, 8, 10 ar parallellt åfi" 575 10 15 20 25 30 40 451 04: , anordnade och vardera i tvarsnitt vasentligen U-formade. De ar forenede med varandra på sadant satt att skanklarna hos det mellersta magnetiaeringselementet 8 ar utforda i ett stycke med resp. intilliggande skanklar hos elementen 6 och 10, na att den totala tvarsnittsform erhålles, som framgår tydligt av fig. 2. Givetvis kan statorn vid ett alternativt utforanqe besta av separata, med varandra sida mot sida hopfogade ele- ment. Från skanklarnas fria andar och ungefar till halva deras höjd, sträcker sig pa skanklarnas insidor poltander, som hos alla tre magnetiseringselementen 6 - 10 betecknats med 12.

Runt varje magnetiseringselements 6, 6, 10 ekänklarna förbind- ande tvärstycke 13 förlöper en magnetiseringslindning 14 1 löparens 2 rörelseriktning. vid magnetiseringselementens 6, 8, 10 ändar kan därvid lämpligen skanklarna vara längre utdragna än tvärstyckena 13 sa att lindningarna 14 vid statorns andar är infallt anordnade, sasom framgår tydligt av fig. 1. Hari- genom möjliggörs att ett antal statormoduler vid behov kan anordnas i serie efter varandra. Även på undersidna av statorn är lindningarna 14 inföllt anordnade i langsförlöpande spar 15, i statorn eller i en vid staterna undersida fastad kropp av t.ex. aluminium. I fig. 1 är för tydlighetens skull lind- ningarnas 14 langsgaende delar'utelamnade.

Löparen 2 innefattar en plattformig barkropp 16 av ett omagnetiskt material, såsom rostfritt stal, i vars undersida tre stavformiga ankerelement 18 av magnetiskt material ar infällda, t.ex. fästade genom hardlödning.l fig. 1 visas bärplattan 16 för tydlighetens skull endast streckad. Ankar- elementen 18 är så dimensionerade i tvarriktningen att de sidledes förlöper med nagot spel i resp. övre spar 19 hos statorn 4 och intranger i sparen 19 till ett djup som vasent- ligen motsvarar bredden hos poltanderna 12. Med poltandernaa bredd avses har och i det följande deras i sparens 19 dgup- riktning forlöpande dimension. Utefter sina mot poltanderna 12 vanda sidor uppvisar ankarelementen 18 motsvarande tänder 20 avsedda att samverka med poltanderna 12 pa nedan narmare beskrivet satt. Poltanderna 12 resp. 18 ar utförda med samma delnins, varvid emellertid magnetisertnsaelementens 6, 6, 10 resp. poltander 12 ar successivt förskjutna relativt varandra med en tredjedels tanddelning från statorelementet 6 till statorelementet 8 till statorelementet 10. Alternativt kan <,-L av; 'Lt .alla Cflfelfffäu ya.. :nån i 457 043 naturligtvis en dylik fbrskgutning foreligge mellan enkarele- menten.

Poltanderna 12 resp. 20 kan ha samma raka form med flankerna forlopande vinkelrätt mot loparens rorelseriktning. men enligt ett i fig. 3 och 4 askadligggort alternativ kan poltanderna 20 hos ankarelementen 18 vara snedskurna sa att deras flanker forlöper under spetsig vinkel mot poltandernas 12 flanker. Härigenom uppnås vid drift av stegmotorn en effekt av det slag som närmre beskrivs i den svenska pstentskriften 7408952-5 (publ.nr 390 779) vid relativrörelsen mellan tand- raderna 12 resp. 20. Samma effekt uppnås även om tändernas 20 flanker är vinkelräta mot rörelseriktningen och tänderna 12 är snedskurns.

För drift av'den ovan beskrivna stegmotorn patryckes lindningarna 14 hos de resp. magnetiseringselementen 6, 8, l0 magnetiseringsström gneom drivpulser i en lämplig följd, sa att i elementen 6, 8, 10 ett magnetiskt flöde, antytt med slutna linjer 22, uppkommer efter varandra. En magnetisk kraft induceras därigenom växelvis mellan de resp. magnetiserings- elementen och de däri förlöpande ankarstavarna 18, vars kompo- sant i löparens rörelseriktning bringar löparen 2 att röra sig stegvis.

Den ovan i korthet beskrivna drivprincipen för en elek- trisk stegmotor, som baserar sig pa förskjutning av statorele- mentens (eller ankarelementens> resp. poltandrrder med en bestämd bråkdel av en tanddelning i förhållande till varandra, liksom den därav beroende följdvisa exciteringsföljden for statorelementens lindningar,_är i ooh för sig välkänd for faokmannen, se exempelvis de ovan nämnda svenska patentskrift- erna, och någon närmare förklaring härav erfordras derfor eg har. I korthet skall emellertid, vid den beskrivna utforings- formen, drivpulsföljderna lämpligen vara förskjutna en tredge- dels period i förhållande till varandra i motsvarighet till den ovan beskrivna förskjutningen mellan tandraderna 12.

Ankarets eller loparens 2 hastighet minskas och ökas genom minskning resp. ökning av drivpulsfrekvensen och loparens rorelseriktnïng bestäms av kommuteringsfolgden. Endast som exempel kan såsom lamplig kommuteringsfoljd for den beskrivna anordningen nämnas folgden 6, 6 + 6, 8, 8 + 10, 10, 10 a 6, 6, osv. framåt och 6, 6 + 10, 10, 10 + 8, 8, B + 5, 6, osv. f_- fii 3 , _Lí@m« 10 15 20 25 30 35 457 043 bakat.

Den föreliggande uppfinningen loser pä ett mycket for- delaktigt sätt problemet att uppnå en hog acceleration och låg vikt hos löparen kombinerat med en läng rorelae. Dessutom uppnås god värmebortledning från lindningarna via statorn till med den senare förenad struktur, såsom en fastplatta pa grund av den korta värmeöverföringsvagen.

Dimensionerna hos en stegmotor enligt uppfinningen kan variera avsevärt. För drivning av skrivhuvudet hos en skrivare skulle exempelvis en längd av cirka 50 cm hos statorn kunna användas, varvid den modulartade uppbyggnaden hos anordningen enligt fig. 1 och 2 kan utnyttjas till att vid behov anbringa tva eller flera dylika moduler i linje med varandra for driv- ning av ett gemensamt ankare. därvid seriekopplas i linge med varandra liggande magnetiseringslindningar 14 mellan de olika modulerna. Parallellkoppling är även möjlig, men seriekoppling ger en automatisk spänningskoncentration till den modul, där ankaret befinner sig, på grund av uppkomna induktansförháll- anden. De inaktiva modulerna, dvs. de där ankaret för till- ffillil IJ blfåflflif IÄQ, Hfißfilf GÄIVLG lfiållfi Glfl lPlññ5h¶| IGM motsvaras av respektive läckinduktans och resistiva spännings- fall.

Vid andra utföranden av en linjär stegmotor enligt uppfinningen, för andra ändamål är längder hos modulen av storleksordningen flera meter möjliga med motsvarande uppskal- ning av övriga dimensioner. Dylika utföranden kan exempelvis användas vid verktygsmaskiner av olika storlekar, vid anord- ningar för förflyttning av dörrelement o.d.

Ehuru uppfinningen beskrivits ovan med viss tonvikt pä att dne pa ett enkelt och fördelaktigt sätt medger användning av ett ankare utan magnetiseringslindningar, är anvandning av den allmänna uppfinningsprincipen ej begränsad till ett sadant utförande. En rad fördelar kvarstår salunda aven om exempelvis utföringsformen enligt figur 1 och 2 modifieras så att även ankaret, eller enbart detta, förses med magnetiseringslind- ningar. i | I x få .Lee » ' ~

Claims (4)

10 15 ~20 25 30 35 40 - 0 457 043 fismmkmx

1. Linjär etegmotor innefattande ett ankare (2) och en etetor (4), relativt vilken ankaret är rörligt lagrat, varvid statorn uppvisar minst tva väsentligen parallellt med varandra. förlöpande statorelement (6, 8, 10) med i ankarete rörelse- riktning förlöpande poltandrader (12) och ankaret (12) upp- visar ankarelement (1B)'med poltandrader (20) anordnade ut- efter statorelementens poltandrader för att i samverkan med dessa sluta magnetiska flödesbanor tvärs ankarete (2) rörelse- riktning, varvid nämnda poltandrader (12, 20) är sinsemellan förskjutna pa sadant sätt, att när det ena ankarelementete (18) poltänder (20) befinner sig i linje med poltänderna (12) hos motsvarande statorelement, övriga ankarelemsnts poltänder befinner sig förskjutna i ankarets rörelseriktning relativt boltänderna hos mot respektive ankarelement svarande stater- element, och varvid statorelementens (6, 6, 10) dimension i ankarets (2) rörelseriktning är större än ankarets (18) mot- svarande dimension, k Ä n n e t e c k n a d av att även de- av en gemensam bärkropp (16) av omagnetiskt material burna ankarelementen (18) är anordnade huvudsakligen parallellt med varandra salunda att till varje statorelement är tillordnat ett ankarelement i anslutning till ett i statorelementet utefter hela dess längd i ankarets rörelseriktning förlöpande, väsentligen sparformigt utrymme 819), i vilket förlöper en del av en magnetiseringslindning utefter sparete hela längd.

2. Stegmotor enligt krav 1, k ä n n e t e c k'n a d av att i det sparformige utrymmet: (19) begränsande sido- skänklare insider är statorelementets poltandrader (12) be- lägna vända mot varandra, och att det tillordnade ankarelemen- tet (18) är anordnat åtminstone delvis i det sparformiga utrymmet (19)'med en tandrad (20) pa var sida av ankarelemen- tet (18) vänd mot en motsvarande av stetorelementets nämnda ' peitanaraaer <12>.

3. Stegmotor enligt krav 2. k ä n n e t e c k n a d av att de tva närbelägna, men fran varandra vända tandraderna (12) hos tva intill varandra belägna statorelement (6, 8; 8, 10) är utformade i motstaende ytor hos en för de nämnda etetorelementen gemensam ekänkel.

4. Stegmotor enligt nagot av föregaende krav, av att den innefattar flere i linje led k e ns n e t e e k n.a d 11% w . T sf M , T~f_. - sn F “gg 2 *“"!§=_ aa: v-ggyg-v-.sa-“P-.í ,,._._. ' m* " A ' ”L” " v I wWfiww-»fl-Mß N 45 As i $ ' $ ' varandra belägna ntntørør, utefter vilka att gomonumt ankare 2 ir rörligt. _.- ._..p._- ___... _- ...V ._.~... ._ i