DD252274A1 - HYBRID STEP MOTOR - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hybrid-Schrittmotor, der zur Umwandlung diskreter elektrischer Signale in mechanische Bewegung dient. Als dreiphasiger Schrittmotor ist er dadurch gekennzeichnet, dass eine Phase ohne jegliche elektrische Erregung permanentmagnetisch aktiviert wird. Er ist insbesondere ueberall dort vorteilhaft anwendbar, wo mechanische Positionierungen durch lange und haeufige Verweilzeiten gekennzeichnet sind, wie z. B. bei Drucker-Walzen-Antrieben, beweglichen Bohrkoepfen usw. Ziel und Aufgabe der Erfindung sind es, einen Schrittmotor zu entwickeln, der im Stillstand eine Haltekraft erzeugen kann, ohne dabei staendig Energie zu verbrauchen. Erfindungsgemaess besitzt der dreiphasige Schrittmotor vier verzahnte Pole, von denen zwei gleich verzahnt sind, und einen Permanentmagnet. Der permanente Magnetfluss entwickelt eine Kraft zugunsten der zwei gleich verzahnten Pole. Durch Bestromung zweier Steuerwicklungen koennen die anderen beiden Phasen aktiviert werden. Eine gezielt unterschiedliche Gestaltung der Polgeometrien fuehrt dabei zu vergleichbaren Kraftamplituden in den drei Einschaltzustaenden. Fig. 1The invention relates to a hybrid stepping motor which serves to convert discrete electrical signals into mechanical motion. As a three-phase stepper motor, it is characterized in that a phase without any electrical excitation is permanently magnetically activated. In particular, it is advantageously applicable everywhere where mechanical positioning is characterized by long and frequent residence times, such as, for example, The object and the object of the invention are to develop a stepper motor which can generate a holding force at a standstill without constantly consuming energy. According to the invention, the three-phase stepping motor has four toothed poles, two of which are equally toothed, and a permanent magnet. The permanent magnetic flux develops a force in favor of two equally toothed poles. By energizing two control windings, the other two phases can be activated. A specifically different design of the pole geometries leads to comparable force amplitudes in the three Einschaltzustaenden. Fig. 1

Description

Hierzu 4 Seiten ZeichnungenFor this 4 pages drawings

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft einen Hybrid-Schrittmotor, der zur Umwandlung diskreter elektrischer Signale in mechanische Bewegung dient. Er ist insbesondere überall dort vorteilhaft anwendbar, wo mechanische Positionieraufgaben zu erfüllen sind, die durch digital arbeitende elektronische Systeme gesteuert werden sollen und durch lange und häufige Verweilzeiten gekennzeichnet sind. Solche Motoren sind für den Einsatz in der Druck-, Bearbeitungs-und Handhabetechnik geeignet und können zum Beispiel Drucker- und Schreibmaschinenwalzen, Belichtungsköpfe, Bohrer, Greifer und andere Werkzeuge bewegen.The invention relates to a hybrid stepping motor which serves to convert discrete electrical signals into mechanical motion. In particular, it is advantageously applicable everywhere where mechanical positioning tasks are to be performed, which are to be controlled by digitally operating electronic systems and are characterized by long and frequent residence times. Such motors are suitable for use in printing, editing and handling techniques, and may, for example, move printer and typewriter rollers, exposure heads, drills, grippers, and other tools.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Üblicherweise werden Permanentmagnete in Schrittmotoren eingesetzt, um ejektrische Wicklungen bipolar nutzen zu können. Eine Haltekraft im stromlosen Zustand kann dabei nicht zu den entscheidenden Effekten gezählt werden. Bei einigen Hybridmotoren ist diese Erscheinung in geringem Maße zu beobachten. Indem sich die Magnetflüsse nicht völlig gleichmäßig auf die Motorpole aufteilen, entstehen Restkräfte bzw. Restmomente, die jedoch nur etwa 6% bis 10% der elektrisch erregbaren Kräfte bzw. Momente ausmachen (BRÄMER: Einfluß von Exzentrizitäten auf das Schrittverhalten von Hybrid-Schrittmotore^VDI-Berichte Nr. 482,1983, S. 105ff; und WEINBECK: Der Schrittmotor als Antriebsaggregat in Geräten der Datenverarbeitung, feinwerktechnik + micron ic 78 (1974) 4, S. 146 ff). In den meisten Fällen genügen diese geringen Selbsthaitekräfte bzw. -momente nicht, um das zu positionierende Objekt sicher zu fixieren. Auf herkömmliche Art wird deshalb das betreffende Magnetsystem des Schrittmotors fortwährend mit Strom beaufschlagt. Das ist vor allem dort energetisch sehr ungünstig, wo der Einsatzfall des Schrittmotors ein häufigers längeres Verweilen vorsieht. In einer bekannt gewordenen Lösung werden Linearschrittmotoren mit Haltekraft im stromlosen Zustand beschrieben. Der spezielle Vorteil dieser Motoren, nur eine einzige Steuerwicklung zu benötigen, wird dort durch den Nachteil erkauft, daß keine elektrische Schrittweiten-Halbierung möglich ist. Zudem ist der Wirkungsgrad der dort beschriebenen Anordnungen noch verbesserungswürdig.Usually permanent magnets are used in stepper motors to use ejektrische windings bipolar can. A holding force in the de-energized state can not be counted among the decisive effects. In some hybrid engines, this phenomenon is observed to a small extent. Because the magnetic fluxes do not divide completely evenly over the motor poles, residual forces or residual moments arise, which, however, only account for about 6% to 10% of the electrically excitable forces or moments (BRÄMER: Influence of eccentricities on the stepping behavior of hybrid stepping motors VDI Reports No. 482,1983, pp. 105 et seq .; and WEINBECK: The stepper motor as a drive unit in data processing equipment, feinwerktechnik + micron ic 78 (1974) 4, p. In most cases, these low Selbsthaitekräfte or moments are not sufficient to securely fix the object to be positioned. In a conventional manner, therefore, the respective magnet system of the stepping motor is continuously energized. This is above all energetically very unfavorable, where the application of the stepping motor provides a more frequent lingering. In a solution become known linear stepper motors are described with holding power in the de-energized state. The special advantage of these motors to require only a single control winding, there is bought by the disadvantage that no electrical step size halving is possible. In addition, the efficiency of the arrangements described there is still in need of improvement.

Ziel der Erfindung .Object of the invention.

Ziel der Erfindung ist es, den durchschnittlichen Energieverbrauch von Schrittmotoren, deren Betrieb durch relativ große Verweilzeiten gekennzeichnet ist, wesentlich zu senken.The aim of the invention is to substantially reduce the average energy consumption of stepping motors whose operation is characterized by relatively long residence times.

Darlegung des Wesens der Erfindung₁ Statement of the essence of the invention ₁

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schrittmotor zu entwickeln, der im Stillstand eine Haltekraft bzw. ein Haltemoment erzeugen kann, ohne dabei ständig Energie zu verbrauchen.The object of the invention is to develop a stepping motor that can generate a holding force or a holding torque at standstill, without constantly consuming energy.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß ein Hybrid-Schrittmotor mit zwei Elektromagneten, welche Steuerwicklungen und verzahnte PoIe tragen, einem oder zwei ferromagnetischen Rückschlüssen und einem oder mehreren die ferromagnetischen Rückschlüsse oder die Elektromagnete verbindenden Permanentmagneten ausgestattet ist.According to the invention the object is achieved in that a hybrid stepper motor with two electromagnets, which carry control windings and toothed PoIe, one or two ferromagnetic Rückschlüssen and one or more ferromagnetic terminals or the electromagnets connecting permanent magnets is equipped.

Jeder der beiden Elektromagnete enthält eine Steuerwicklung und weist an seinen beiden Enden je einen dem ferromagnetischen Rückschluß (oder einem der beiden ferromagnetischen Rückschlüsse) zugewandten verzahnten Pol auf. Die Verzahnungen der Pole eines Elektromagnets sind um ein Drittel der Verzahnungsperiode zueinander versetzt. Ein Pol des einen Elektromagnets und ein Pol des anderen Eiektromagnets sind dabei gleich verzahnt. Die übrigen Pole besitzen jedoch Verzahnungen, die gegenüber der der gleich verzahnten Pole sowie untereinander versetzt sind.Each of the two electromagnets contains a control winding and has at its two ends depending on the ferromagnetic yoke (or one of the two ferromagnetic conclusions) facing toothed pole. The teeth of the poles of an electromagnet are offset from one another by one third of the tooth period. A pole of one electromagnet and a pole of the other Eiektromagnets are the same toothed. However, the other poles have teeth that are offset from those of the same toothed poles and each other.

Beide Elektromagnete sind im Falle eines gemeinsamen ferromagnetischen Rückschlußes durch einen oder mehrere gleichsinnige Permanentmagnete miteinander verbunden. Im Falle zweier getrennter ferromagnetischer Rückschlüsse besitzen sie jedoch an genau einer Stelle eine ferromagnetische Verbindung, während dafür die beiden ferromagnetischen Rückschlüsse durch einen oder mehrere gleichsinnige Permanentmagnete miteinander verbunden sind.Both electromagnets are connected together in the case of a common ferromagnetic yoke by one or more same direction permanent magnets. In the case of two separate ferromagnetic conclusions, however, they have at exactly one point a ferromagnetic connection, while for the two ferromagnetic conclusions are interconnected by one or more same direction permanent magnets.

Die verzahnten Pole unterscheiden sich außer im Versatz ihrer Verzahnungen insbesondere in ihrer Polgröße und/oder der Luftspaltlänge (Abstand zwischen verzahntem Pol und verzahntem ferromagnetischen Rückschluß). Die Quotienten aus Polgröße und Luftspaltlänge der zwei versatzlos gleich verzahnten Pole stehen zu den entsprechenden Quotienten der anderen beiden Pole in einem Verhältnis ν mit 0,5 < ν = < 1. Das heißt, die magnetischen Widerstände der beiden versatzlos gleich verzahnten Pole besitzen die 1/v-fache Größe der beiden versetzt verzahnten Pole.The toothed poles differ except in the offset of their teeth in particular in their pole size and / or the air gap length (distance between toothed pole and toothed ferromagnetic yoke). The quotients of pole size and air gap length of the two poles, which have the same number of equidistant teeth, are related to the corresponding quotients of the other two poles in a ratio ν of 0.5 <ν = <1. That is, the magnetic resistances of the two poles, which have the same number of teeth, are the same / v times the size of the two offset toothed poles.

Ein jeder Elektromagnet kann anstelle einer Steuerwicklung mehrere Teilwicklungen tragen, die jedoch zu einer Wicklung zusammengeschaltet sind. Ferner ist es möglich, die beiden Steuerwicklungen, die sich auf den beiden Elektromagneten befinden, an eine gemeinsame Versorgungsleitung zu schalten, wobei beide Steuerwicklungen über Halbleiterdioden wieder entkoppelt werden müssen.Each electromagnet may carry a plurality of partial windings instead of a control winding, but which are connected together to form a winding. Furthermore, it is possible to connect the two control windings, which are located on the two electromagnets, to a common supply line, with both control windings having to be decoupled via semiconductor diodes.

Der erfindungsgemäße Schrittmotor kann als Linearschrittmotor aufgebaut werden, indem zweckmäßigerweise entweder der gemeinsame ferromagnetische Rückschluß als Statorschiene und die beiden durch einen oder mehrere gleichsinnige Permanentmagnete verbundenen Elektromagnete als Schrittmotor-Läufer oder die bei den durch einen oder mehrere gleichsinnige Permanentmagnete verbundenen ferromagnetischen Rückschlüsse als Statorschiene und die beiden ferromagnetisch verbundenen Elektromagnete als Läufer dienen.The stepping motor according to the invention can be constructed as a linear stepping motor by expediently either the common ferromagnetic yoke as a stator and the two connected by one or more same direction permanent magnets electromagnets as a stepper motor rotor or in the connected by one or more same direction permanent magnets ferromagnetic conclusions as a stator rail and the serve as runners two ferromagnetically connected electromagnets.

Einen Rotationsschrittmotor ergibt die erfindungsgemäße Anordnung, wenn beispielsweise entweder die beiden durch einen oder mehrere gleichsinnige Permanentmagnete verbundenen Elektromagnete den Stator und ein etwa zahnradförmiger gemeinsamer ferromagnetischer Rückschluß den Rotor oder zwei ferromagnetisch verkoppelte Elektromagnete wiederum den Stator und zwei zahnradartige ferromagnetische Rückschlüsse, die zwischen sich den Permanentmagnet einschließen, den Rotor bilden.A rotary stepping motor results in the inventive arrangement, for example, either the two connected by one or more same-way permanent magnets electromagnets the stator and a geared common ferromagnetic yoke the rotor or two ferromagnetically coupled electromagnets turn the stator and two gear-like ferromagnetic conclusions, the permanent magnet between them include the rotor.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung wird an vier Ausführungsbeispielen und anhand von vier Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail in four exemplary embodiments and with reference to four drawings.

Dabei zeigenShow

Fig.1: eine Ausführung als Rotationsschrittmotor mit gemeinsamem Rückschluß Fig.2: eine Ausführung als Linearschrittmotor mit gemeinsamem Rückschluß Fig.3: eine Ausführung als Linearschrittmotor mit geteiltem Rückschluß1: an embodiment as a rotary stepping motor with common inference Fig. 2: an embodiment as a linear stepping motor with common inference Fig. 3: an embodiment as a linear stepping motor with a split inference

Fig.4: eine Ausführung als Rotationsschrittmotor mit geteiltem Rückschluß4 shows an embodiment as a rotary stepping motor with split return

Das erste Ausführungsbeispiel stellt einen Linearschrittmotor mit einem für beide Elektromagnete 11 gemeinsamen ferromagnetischen Rückschluß 1 dar. Dieser bildet die verzahnte Statorschiene des Linearschrittmotors. Entlang dieser. Statorschiene bewegt sich der Läufer, der aus zwei Elektromagneten 11 zusammengesetzt ist, welche durch einen Permanentmagnet 14 verbunden sind. Jeder Elektromagnet 11 des Läufers besitzt zwei verzahnte Pole 15a, 15b bzw. 15a, 15c, deren Verzahnungen untereinander um ein Drittel der Verzahnungsperiode versetzt sind und die jeweils der Verzahnung des ferromagnetischen Rückschlußes 1 nahe gegenüberstehen. Ein verzahnter Pol 15a des einen Elektromagnets 11 und ein verzahnter Pol 15 a des anderen Elektromagnets 11 sind gleich verzahnt, während die beiden restlichen verzahnten Pole 15 b und 15c entsprechend untereinander versetzt verzahnt sind. Die beiden verzahnten Pole 15a weisen entweder größere Luftspalte oder eine geringere Anzahl oder geringere Zahnlänge (in die Bildebene von Fig. 1 hinein gemessen) auf oder eine Kombination dieser Besonderheiten, so daß die Quotienten aus ihren Polgrößen (Zahnlänge mal Anzahl der Zähne) und ihrer Luftspaltlänge (Abstand der Zahnoberflächen zu den Zahnoberflächen des ferromagnetischen Rückschlußes 1) zu den betreffenden Quotienten der verzahnten Pole 15b und 15c in einem Verhältnis ν stehen mit 0,5 < ν = < 1.The first embodiment is a linear stepper motor with a common for two electromagnets 11 ferromagnetic yoke 1. This forms the toothed stator rail of the linear stepping motor. Along this. Stator rail moves the rotor, which is composed of two electromagnets 11, which are connected by a permanent magnet 14. Each electromagnet 11 of the rotor has two toothed poles 15a, 15b and 15a, 15c, the teeth of which are offset from each other by one third of the toothing period and each of the teeth of the ferromagnetic yoke 1 close to each other. A toothed pole 15 a of the one electromagnet 11 and a toothed pole 15 a of the other electromagnet 11 are the same toothed, while the two remaining toothed poles 15 b and 15 c are interlocked offset with each other. The two toothed poles 15a have either larger air gaps or a smaller number or shorter tooth length (measured in the image plane of FIG. 1) or a combination of these features, so that the quotients of their pole sizes (tooth length times the number of teeth) and their Air gap length (distance of the tooth surfaces to the tooth surfaces of the ferromagnetic yoke 1) to the respective quotients of the toothed poles 15b and 15c in a ratio ν are 0.5 <ν = <1.

Beide Elektromagnete 11 tragen Steuerwicklungen 13. Dabei kann entsprechend Fig. 1 die Steuerwicklung 13 mittig auf dem ferromagnetischen Kern des Elektromagnets 11 sitzen, wobei der oder die Permanentmagnete 14 seitlich angesetzt sein muß bzw. müssen. Andernfalls kann auch der Permanentmagnet 14 mittig am jeweiligen Kern des Elektromagnets 11 anliegen, während die Steuerwicklung 13 seitlich aufgebracht ist. Im letzteren Falle ist es naheliegend, zwei zusammengeschaltete Steuerwicklungen 13 auf den Kern eines jeden Elektromagnets 11 aufzubringen, wie in Fig. 2 dargestellt ist.In this case, as shown in FIG. 1, the control winding 13 sit centrally on the ferromagnetic core of the electromagnet 11, wherein the or the permanent magnets 14 must be attached laterally or must. Otherwise, the permanent magnet 14 may rest centrally on the respective core of the electromagnet 11, while the control winding 13 is applied laterally. In the latter case, it is obvious to apply two interconnected control windings 13 on the core of each electromagnet 11, as shown in Fig. 2.

Als zweites Ausführungsbeispiel wird ein Rotationsschrittmotor in der erfindungsgemäßen Art beschrieben. Der gemeinsame ferromagnetische Rückschluß 1 bildet dabei zweckmäßigerweise den Rotor, welcher als verzahntes Rad ausgebildet ist. Den Aufbau des Rotationsschrittmotors zeigt Fig. 1. Der Stator entspricht dabei in seinem Aufbau prinzipiell dem Aufbau des Läufers des ersten Ausführungsbeispiels. Es empfiehlt sich, die Steuerwicklungen 13 mittig auf die Kerne der Elektromagnete 11 aufzubringen und die beiden Elektromagnete 11 seitlich durch zwei gleichsinnig gepolte Permanentmagnete 14 in der in Fig. 1 dargestellten Weise zu verbinden.As a second embodiment, a rotary stepping motor is described in the manner according to the invention. The common ferromagnetic yoke 1 expediently forms the rotor, which is designed as a toothed wheel. The structure of the rotary stepping motor is shown in FIG. 1. In principle, the stator corresponds in its structure to the structure of the rotor of the first exemplary embodiment. It is recommended that the control windings 13 centrally applied to the cores of the electromagnets 11 and to connect the two electromagnets 11 laterally by two poles in the same direction permanent magnets 14 in the manner shown in Fig. 1.

Die Funktion Beider Ausführungsbeispiele ist grundsätzlich gleich. Der oder die Permanentmagnete 14erzeugen einen Magnetfluß, der alle vier verzahnten Pole 15 a, 15 b, 15c etwa in gleicher Stärke durchsetzt. Jeder verzahnte Pol 15 a, 15 b, 15c übt damit eine Kraft aus. Diese Einzelkräfte sind entsprechend der unterschiedlichen Verzahnung der verzahnten Pole 15a, 15 b, 15c unterschiedlich gerichtet. Indem der Pol· 15a doppelt repräsentiert ist, entsteht eine Resultierende der Kräfte, weichein ihrer Richtung der Kraft eines einzigen der Pole 15a entspricht, während sich die Kräfte der restlichen drei verzahnten Pole 15a, 15b, 15c kompensieren. Im Falle eines Linearschrittmotors nimmt der Läufer eine Stellung ein, in der die Zähne der verzahnten Pole 15a den Zähnen des Stators Zahn zu Zahn gegenüberstehen. Im Falle eines Rotationsschrittmotors entsteht gemäß dem Freiheitsgrad des Rotors ein Drehmoment, welches den Rotor in eine Stellung treibt, in der ebenfalls die Zähne der verzahnten Pole 15a den Zähnen des Rotors Zahn zu Zahn gegenüberstehen.The function of both embodiments is basically the same. The one or more permanent magnets 14 generate a magnetic flux that passes through all four toothed poles 15 a, 15 b, 15 c in about the same strength. Each toothed pole 15 a, 15 b, 15 c thus exerts a force. These individual forces are directed differently according to the different teeth of the toothed poles 15a, 15b, 15c. By doubly representing the pole · 15a, a resultant of the forces corresponding to its direction corresponds to the force of a single one of the poles 15a, while the forces of the remaining three toothed poles 15a, 15b, 15c are compensated. In the case of a linear stepping motor, the rotor assumes a position in which the teeth of the toothed poles 15a face the teeth of the stator tooth to tooth. In the case of a rotary stepping motor, a torque is generated in accordance with the degree of freedom of the rotor, which drives the rotor into a position in which the teeth of the toothed poles 15a likewise face the teeth of the rotor tooth to tooth.

Um eine Fortbewegung zu erzielen, wird eine der beiden Steuerwicklungen 13 mit Strom beaufschlagt. Soll eine Kraft- bzw. Drehmoment-Resultierende am verzahnten Pol 15b entstehen, so ist die eine Steuerwicklung 13 so zu bestromen, daß im betreffenden Elektromagnet 11 ein Magnetfluß erregt wird, der so gerichtet ist, daß erden Fluß im verzahnten Pol 15b gleichsinnig, den Fluß im dazugehörigen verzahnten Pol 15a jedoch gegensinnig überlagert. Bei entsprechender Stromstärke wird letztgenannter Fluß genau kompensiert. Nunmehrführt derverzahnte Pol 15bden doppelten Magnetfluß als vorher. Da nun auch nur noch einer der beiden verzahnten Pole 15a magnetisch wirksam ist, entsteht eine Kraft-bzw. Drehmoment-Resultierende zugunsten des verzahnten Poles 15b.To achieve locomotion, one of the two control windings 13 is supplied with current. If a force or torque-resultant arise at the toothed pole 15b, the one control winding 13 is energized so that in the relevant electromagnet 11, a magnetic flux is excited, which is directed so that the flux in the toothed pole 15b in the same direction, the Flux in the associated toothed pole 15a, however, superimposed in opposite directions. With the appropriate current strength, the latter flow is exactly compensated. Now, the toothed pole 15b carries the double magnetic flux as before. Since now only one of the two toothed poles 15a is magnetically effective, creates a force or. Torque resultant in favor of the toothed pole 15b.

Wird die andere Steuerwicklung auf die gleiche Weise bestromt, so ergeben sich im anderen Elektromagnet 11 demgemäße Verhältnisse, und es entsteht am Schrittmotor eine Kraft- bzw. Drehmoment-Resultierende am verzahnten Pol 15c. Zwei verzahnte Pole, die je einen Magnetfluß führen, erzeugen nicht die gleiche Kraft wie ein solcher verzahnter Pol, der den doppelten Magnetfluß führt. Ursache ist der quadratische Einfluß des magnetischen Spannungsabfalls an der Verzahnung auf die Kraft. Daher können die Phasen-ZuständeIf the other control winding is energized in the same way, then the same conditions arise in the other electromagnet 11, and a force or torque resultant occurs at the stepping motor at the toothed pole 15c. Two toothed poles, each carrying a magnetic flux, do not produce the same force as such a toothed pole, which carries twice the magnetic flux. The cause is the quadratic influence of the magnetic voltage drop at the toothing on the force. Therefore, the phase states

* Magnetflüsse durch die beiden verzahnten Pole 15a;* Magnetic fluxes through the two toothed poles 15a;

* doppelter Magnetfluß durch verzahnten Pol 15b (bzw. 15c)* double magnetic flux through toothed pole 15b (or 15c)

nicht kraftseitig gleichwertig sein. Um gleiche Kräftewirkungen in den verschiedenen Phasen zu erzielen, müssen die Summen der Produkte aus den Quadraten der Magnetspannungsabfälle und den Quotienten aus Polgröße und Luftspaltlänge gleichnot be equivalent on the power side. In order to achieve equal forces effects in the different phases, the sums of the products from the squares of the magnetic voltage drops and the quotients of pole size and air gap length must be equal

Die Magnetspannungsabfälle können nicht willkürlich variiert werden, sondern ergeben sich aus den Erregungen und den magnetischen Widerständen der verzahnten Pole. Letztere sind abhängig von Polgröße und Luftspaltlänge. Es gilt folglich, die Polgeometrien so zu gestalten, daß bei gleichzeitiger Beeinflussung der Magnetspannungsabfälle obige Forderung erfüllt wird.The magnetic voltage drops can not be arbitrarily varied, but result from the excitations and the magnetic resistances of the toothed poles. The latter are dependent on pole size and air gap length. It is therefore necessary to design the pole geometries so that, while influencing the magnetic voltage drops above requirement is met.

Eine exakte Erfüllung dieser Forderung ist nicht möglich. Die Unterschiede der erzeugten Kräfte in den unterschiedlichen Phasen können jedoch bedeutend vermindert werden, indem die Quotienten aus Polgröße und Luftspaltlänge der verschiedenen verzahnten Pole unterschiedlich gestaltet werden.An exact fulfillment of this requirement is not possible. However, the differences in the forces generated in the different phases can be significantly reduced by making the quotients of pole size and air gap length of the different toothed poles different.

Während ein Verhältnis dieser Quotienten der verzahnten Pole 15a und 15b von 1:1 ein Kraftverhältnis in den aktiven Zuständen von 1:3 bewirkt, führt ein Quotientenverhältnis von 0,9 bereits zu einem Kräfteverhältnis von 1:1,88, ein Quotientenverhältnis von 0,8 zu einem Kräfteverhältnis von 1:1,66. Ein Quotientenverhältnis von 0,7 bewirkt ein Kräfteverhältnis der aktivierten Pole von 1:1,2. Zwar verringert sich dabei auch der absolute Betrag der Kräfte, jedoch nimmt die zum Einstellen des Arbeitspunktes erforderliche elektrische Erregung (Amperewiridungszahl) in stärkerem Maße dabei mit ab.While a ratio of these ratios of the toothed poles 15a and 15b of 1: 1 causes a force ratio in the active states of 1: 3, a ratio ratio of 0.9 already leads to a force ratio of 1: 1.88, a quotient ratio of 0, 8 to a balance of power of 1: 1.66. A quotient ratio of 0.7 results in a force ratio of the activated poles of 1: 1.2. Although this also reduces the absolute amount of forces, but the required for adjusting the operating point electrical excitation (Amperewiridungszahl) to a greater extent with it.

Eine elektrische Schrittweiten-Interpolation ist beim erfindungsgemäßen Schrittmotor ebenfalls möglich. Dazu müssen jeweils beide Steuerwicklungen 13 gleichzeitig bestromt werden. Es ist hierbei wiederum die Stromrichtung zu beachten.An electrical step-width interpolation is likewise possible with the stepper motor according to the invention. For this purpose, both control windings 13 must be energized simultaneously. Again, the current direction has to be considered.

Eine Stellung „15b + 15c" ergibt sich, wenn beide Steuerwicklungen 13 auf die oben beschriebene Weise zugleich bestromt werden. So verdoppeln sich die Flüsse in denverzahnten Polen 15b und 15 c, während die Flüsse durch die verzahnten Pole 15a kompensiert werden. Wird der Strom der Steuerwicklung 13, die sich auf der Seite des verzahnten Poles 15b befindet, umgepolt, so kompensiert sich der Fluß im verzahnten Pol 15b, während der Fluß im verzahnten Pol 15a verdoppelt wird. Da der Fluß des anderen verzahnten Poles 15a kompensiert wurde, und der des verzahnten Poles 15c verdoppelt, ergibt sich die Stellung „15a + 15 b". Wird aber statt dessen der Strom der anderen Steuerwicklung 13 umgepolt, so ergibt sich die Stellung „15a + 15c".A position "15b + 15c" results when both control windings 13 are simultaneously energized in the manner described above: Thus, the fluxes in the toothed poles 15b and 15c double, while the fluxes are compensated by the toothed poles 15a The control winding 13, which is located on the side of the toothed pole 15b, reverses the flux in the toothed pole 15b, while the flux in the toothed pole 15a is doubled, since the flux of the other toothed pole 15a has been compensated doubled of the toothed pole 15c, the result is "15a + 15 b". But if instead the current of the other control winding 13 is reversed, the result is the position "15a + 15c".

Das dritte Ausfuhr ungsbeispiel stellt wiederum einen Linearschrittmotor dar. Dieser besitzt eine Statorschiene, welche aus zwei getrennten ferromagnetischen Rückschlüssen 1 zusammengesetzt ist, auf denen je eine Verzahnung 5 ausgebildet ist und die durch einen Permanentmagnet 14 verbunden sind. Entlang dieser Statorschiene bewegt sich der Läufer, der von zwei Elektromagneten 11 gebildet wird, welche die beiden Steuerwicklungen 13 besitzen und an einer Stelle ferromagnetisch miteinander verbunden sind.The third export ungsbeispiel in turn represents a linear stepping motor. This has a stator, which is composed of two separate ferromagnetic yokes 1, on each of which a toothing 5 is formed and which are connected by a permanent magnet 14. Along this stator moves the rotor, which is formed by two electromagnets 11, which have the two control windings 13 and are connected in one place ferromagnetically.

Jeder Elektromagnet 11 besitzt zwei verzahnte Pole 15a, 15b bzw. 15a, 15c, deren Verzahnungen untereinander um ein Drittel der Periode der Verzahnung versetzt sind und die'jeweils der Verzahnung 5 eines ferromagnetischen Rückschlusses 1 der Statorschiene nahe gegenüberstehen. Ein verzahnter Pol 15a des einen Elektromagnets 11 und ein verzahnter Pol 15a des anderen Elektromagnets 11 sind gleich verzahnt, während die beiden restlichen verzahnten Pole 15b und 15c entsprechend untereinander versetzt verzahnt sind.Each electromagnet 11 has two toothed poles 15a, 15b and 15a, 15c, whose teeth are offset from each other by one third of the period of the toothing and die'jeweils the toothing 5 of a ferromagnetic yoke 1 of the stator close to each other. A toothed pole 15a of one electromagnet 11 and a toothed pole 15a of the other electromagnet 11 are toothed in the same way, while the two remaining toothed poles 15b and 15c are correspondingly intermeshed with each other.

Den Aufbau dieses Linearschrittmotors zeigt Fig. 3.The structure of this linear stepping motor is shown in FIG. 3.

Als viertes Ausführungsbeispiel wird ein Rotationsschrittmotor in der erfindungsgemäßen Art mit zwei ferromagnetischen Rückschlüssen 1 beschrieben. Der Stator entspricht dabei in seinem Aufbau prinzipiell dem Läufer des dritten Ausführungsbeispiels. Im Gegensatz zu jenem Linearschrittmotor stehen sich die verzahnten Pole 15a, 15b bzw. 15a, 15c eines jeden Elektromagnets 11 so gegenüber, daß sich zwischen ihnen jeweils ein ferromagnetischer Rückschluß 1 des Rotors befindet. Dabei stehen die Verzahnungen der verzahnten Pole 15 a, 15 b, 15c den Verzahnungen 5 der ferromagnetischen Rückschlüsse 1 nahe gegenüber. Die ferromagnetischen Rückschlüsse 1 sind als verzahnte Räder ausgebildet, durch einen Permanentmagnet 14 miteinander verbunden und bilden den Rotor des Rotationsschrittmotors.As a fourth embodiment, a rotary stepping motor in the manner according to the invention with two ferromagnetic yokes 1 will be described. The stator corresponds in its construction in principle to the rotor of the third embodiment. In contrast to that linear stepping motor, the toothed poles 15a, 15b and 15a, 15c of each electromagnet 11 face each other so that there is a ferromagnetic yoke 1 of the rotor between them. The teeth of the toothed poles 15 a, 15 b, 15 c are the teeth 5 of the ferromagnetic yokes 1 close to. The ferromagnetic conclusions 1 are formed as toothed wheels, connected to each other by a permanent magnet 14 and form the rotor of the rotary stepping motor.

Die Funktion des dritten und des vierten Ausführungsbeispiels ist grundsätzlich gleich. Der oder die Permanentmagnete 14 erzeugen einen Magnetfluß, der alle vier verzahnten Pole 15 a, 15 b, 15c etwa in gleicher Stärke durchsetzt. Jeder verzahnte Pol 15a, 15b, 15c übt damit eine Kraft aus. Diese Einzelkräfte sind entsprechend der unterschiedlichen Verzahnung der verzahnten Pole 15a, 15 b, 15c unterschiedlich gerichtet. Indem der Pol 15a doppelt repräsentiert ist, entsteht eine Resultierende der Kräfte, welche in Betrag und Richtung der Kraft eines einzigen der Pole 15a entspricht, während sich die Kräfte der restlichen drei verzahnten Pole 15a, 15b, 15c kompensieren. Im Falle eines Linearschrittmotors nimmt der Läufer eine Stellung ein, in der die Zähne der verzahnten Pole 15a der Verzahnung 5 desferromagnetischen Rückschlußes 1 (Statorverzahnung) Zahn zu Zahn gegenüberstehen. Im Fälle eines Rotationsschrittmotors entsteht gemäß dem Freiheitsgrad des Rotors ein Drehmoment, welches den Rotor in eine Stellung treibt, in der ebenfalls die Zähne der verzahnten Pole 15a den Zähnen des Rotors Zahn zu Zahn gegenüberstehen.The function of the third and fourth embodiments is basically the same. The one or more permanent magnets 14 generate a magnetic flux, which passes through all four toothed poles 15 a, 15 b, 15 c in about the same strength. Each toothed pole 15a, 15b, 15c exerts a force. These individual forces are directed differently according to the different teeth of the toothed poles 15a, 15b, 15c. By doubly representing the pole 15a, a resultant of the forces corresponding in magnitude and direction of the force of a single one of the poles 15a arises while the forces of the remaining three toothed poles 15a, 15b, 15c are compensated. In the case of a linear stepping motor, the rotor assumes a position in which the teeth of the toothed poles 15a of the teeth 5 of the ferromagnetic yoke 1 (stator teeth) face tooth to tooth. In the case of a rotary stepping motor, a torque is generated in accordance with the degree of freedom of the rotor, which drives the rotor into a position in which also the teeth of the toothed poles 15a face the teeth of the rotor tooth to tooth.

Um eine Fortbewegung zu erzielen, wird eine der beiden Steuerwicklungen 13 mit Strom beaufschlagt. Soll eine Kraft- bzw. Drehmoment-Resultierende am verzahnten Pol 15b entstehen, so ist die eine Steuerwicklung 13 so zu bestromen, daß im betreffenden Elektromagnet 11 ein Magnetfluß erregt wird, der so gerichtet ist, daß der den Fluß im verzahnten Pol 15b gleichsinnig, den Fluß im dazugehörigen verzahnten Pol 15a jedoch gegensinnig überlagert. Bei entsprechender Stromstärke wird letztgenannter Fluß genau kompensiert. Nunmehr führt der verzahnte Pol 15b den doppelten Magnetfluß als vorher. Da nun auch nur nocheiner der beiden verzahnten Pole 15a magnetisch wirksam ist, entsteht eine Kraft- bzw. Drehmoment-Resultierende zugunsten des verzahnten Poles 15b.To achieve locomotion, one of the two control windings 13 is supplied with current. If a force or torque-resultant arise at the toothed pole 15b, the one control winding 13 is energized so that in the relevant electromagnet 11, a magnetic flux is excited, which is directed so that the flux in the toothed pole 15b in the same direction, However, the river in the associated toothed pole 15a in opposite directions superimposed. With the appropriate current strength, the latter flow is exactly compensated. Now, the toothed pole 15b conducts twice the magnetic flux as before. Since now only one of the two toothed poles 15a is magnetically active, a force or torque resultant arises in favor of the toothed pole 15b.

Wird die andere Steuerwicklung auf die gleiche Weise bestromt, so ergeben sich im anderen Elektromagnet 11 demgemäße Verhältnisse, und es entsteht am Schrittmotor eine Kraft- bzw. Drehmoment-Resultierende am verzahnten Pol 15c. Genau wie bei ersten und zweiten Ausführungsbeispiel führt auch hier eine gezielt unterschiedliche Größengestaltung der verzahnten Pole 15a und 15b/15czu einer Angleichung der Kraftamplituden der beschriebenen Phasen-Zustände. Eine elektrische Schrittweiten-Interpolation ist beim erfindungsgemäßen Schrittmotor des dritten und vierten Ausführungsbeispiels ebenfalls möglich. Dazu müssen jeweils beide Steuerwicklungen 13 gleichzeitig bestromt werden. Es ist hierbei wiederum die Stromrichtung zu beachten. Eine Stellung „15b + 15c" ergibt sich, wenn beide Steuerwicklungen 13 auuf die oben beschriebene Weise zugleich bestromt werden. So verdoppeln sich die Flüsse in denverzahnten Polen 15b und 15c, während die Flüsse durch die verzahnten Pole 15a kompensiert werden. Wird der Strom der Steuerwicklungen 13, die sich auf der Seite des verzahnten Poles 15b befindet, umgepolt, so kompensiert sich der Fluß im verzahnten Pol 15b, während der Fluß im verzahnten Pol 15a verdoppelt wird. Da der Fluß des anderen verzahnten Poles 15a kompensiert wurde und der des verzahnten Poles 15c verdoppelt, ergibt sich die Stellung „15a + 15b". Wird aber statt dessen der Strom der anderen Steuerwicklung 13 umgepolt, so ergibt sich die Stellung „15a + 15c".If the other control winding is energized in the same way, then the same conditions arise in the other electromagnet 11, and a force or torque resultant occurs at the stepping motor at the toothed pole 15c. Just as in the first and second embodiments, a specifically different size configuration of the toothed poles 15a and 15b / 15c also leads to an approximation of the force amplitudes of the described phase states. An electrical step width interpolation is also possible with the stepper motor according to the invention of the third and fourth embodiments. For this purpose, both control windings 13 must be energized simultaneously. Again, the current direction has to be considered. A position "15b + 15c" results when both control windings 13 are simultaneously energized in the manner described above: Thus, the fluxes in the toothed poles 15b and 15c double, while the fluxes are compensated by the toothed poles 15a Control fluxes 13, which is located on the side of the toothed pole 15b, reversed polarity, the flux compensates in the toothed pole 15b, while the flux in the toothed pole 15a is doubled, since the flux of the other toothed pole 15a has been compensated for and that of the toothed pole Poles 15c doubled, giving the position "15a + 15b". But if instead the current of the other control winding 13 is reversed, the result is the position "15a + 15c".

Claims (5)

Patentanspruch:Claim: 1. Hybrid-Schrittmotor, bestehend aus zwei Elektromagneten, welche Steuerwicklungen und verzahnte Pole tragen, aus einem oder zwei verzahnten ferromagnetischen Rückschlüssen und einem oder mehreren, die ferromagnetischen Rückschlüsse oder die Elektromagnetsysteme verbindenden Permanentmagneten, gekennzeichnet dadurch, daß die Quotienten aus Polgröße und Luftspaltlänge der zwei mit gleicher Periode verzahnten Pole (15a, 15doder i5a, 15c) der beiden einem oder mehreren ferromagnetischen Rückschlüssen (1) gegenüberstehenden Elektromagnete (11) im Verhältnis ν zueinander gestaltet sind mitO,5 < ν = < 1, wobei zwei versatzlos gleich verzahnte Pole (15 a) die kleineren Quotienten und der um +¹/3 der Periode versetzt verzahnte Pol (15 b) des einen Elektromagnets (11) und der um — V3 der Periode versetzt verzahnte Pol (15c) des anderen Elektromagnets (11) die größeren Quotienten besitzen, und wobei unter der Periode der Verzahnung der Abstand der Mitte eines Zahnes zur Mitte eines benachbarten Zahnes zu verstehen ist.1. Hybrid stepping motor, consisting of two electromagnets which control windings and toothed poles, from one or two toothed ferromagnetic conclusions and one or more, the ferromagnetic conclusions or the electromagnetic systems connecting permanent magnet, characterized in that the quotients of pole size and air gap length of two electromagnets (15a, 15d or i5a, 15c) toothed with the same period of the two electromagnets (11) facing one or more ferromagnetic terminals (1) in relation to one another are denoted by O, 5 <ν = <1, where two poles without equal teeth (15 a) added to the smaller quotient and to + ^1/3 of the period toothed pole (15 b) of the one electromagnet (11) and to - offset V3 of the period toothed pole (15c) of the other electromagnet (11) the larger Have quotients, and wherein under the period of the toothing, the distance of the center of a tooth to Mitt e of an adjacent tooth is to be understood. 2. Hybrid-Schrittmotor nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß beide Elektromagnete (11) mit ihren verzahnten Polen (15a, 15b, 15c) der Verzahnung (5) eines gemeinsamen ferromagnetischen Rückschlusses (1) gegenüberstehen und durch einen oder mehrere gleichsinnige Permanentmagnete (14) miteinander verbunden sind.2. hybrid stepping motor according to claim 1, characterized in that both electromagnets (11) with their toothed poles (15 a, 15 b, 15 c) of the toothing (5) facing a common ferromagnetic yoke (1) and by one or more co-rotating permanent magnets ( 14) are interconnected. 3. Hybrid-Schrittmotor nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß beide Elektromagnete (11) eine ferromagnetische Verbindung besitzen und mit ihren verzahnten Polen (15a, 15b, 15c) den Verzahnungen (5) zweier ferromagnetischer Rückschlüsse (11), welche durch einen oder mehrere gleichsinnige Permanentmagnete (14) verbunden sind, gegenüberstehen.3. hybrid stepping motor according to claim 1, characterized in that both electromagnets (11) have a ferromagnetic compound and with their toothed poles (15 a, 15 b, 15 c) the teeth (5) of two ferromagnetic conclusions (11), which by one or a plurality of same-direction permanent magnets (14) are connected, facing. 4. Hybrid-Schrittmotor nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Schrittmotor als Rotationsschrittmotor aufgebaut ist, wobei sich die Elektromagnete (11) im Stator befinden.4. hybrid stepping motor according to claim 2 or 3, characterized in that the stepping motor is constructed as a rotary stepping motor, wherein the electromagnets (11) are located in the stator. 5. Hybrid-Schrittmotor nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet dadurch, daß der Schrittmotor als Linearschrittmotor aufgebaut ist, wobei sich die Elektromagnete (11) im Läufer befinden.5. hybrid stepper motor according to claim 2 or 3, characterized in that the stepping motor is constructed as a linear stepping motor, wherein the electromagnets (11) are in the rotor. B. Hybrid-Schrittmotor nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Steuerwicklungen (13) jeweils aus am betreffenden Elektromagnet (11) räumlich verteilt angeordneten, aber elektrischB. hybrid stepper motor according to claim 1, characterized in that the control windings (13) arranged spatially distributed in each case from the respective electromagnet (11), but electrically verbundenen Teilwicklungen bestehen.
7. Hybrid-Schrittmotor nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, daß beide Steuerwicklungen (13) eine gemeinsame Stromversorgungsleitung besitzen und über Halbleiterdioden entsprechend entkoppelt sind.connected partial windings exist.
7. hybrid stepper motor according to claim 6, characterized in that both control windings (13) have a common power supply line and are decoupled via semiconductor diodes accordingly.