DD259286A1 - LINEAR PISTON ENGINE WITH ELECTROMAGNETICALLY IRRIGATED STATOR - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Linearschrittmotor mit elektromagnetisch erregbarem Stator, der zur Umwandlung diskreter elektrischer Signale in mechanische Bewegung dient. Er ist ueberall dort anwendbar, wo mechanische Positionieraufgaben zu erfuellen sind, die durch digital arbeitende elektronische Systeme gesteuert werden wie z. B. in der Druck-, Zeichen- und Handhabetechnik. Ziel und Aufgabe der Erfindung sind es, einen Linearschrittmotor zu entwickeln, dessen Laeufer einen kleinen und massearmen Aufbau besitzt und keine elektrischen Wicklungen enthaelt. Erfindungsgemaess besteht der Motor aus mindestens drei Paaren parallel zueinander angeordneter, aus ferromagnetischem Material bestehender Statorschienen, die durch einen oder mehrere von einer Stator-Wicklung umgebene ferromagnetische Stege verbunden sind, und einem Laeufer, der soviel ferromagnetische Leitstuecke enthaelt wie der Stator Schienen-Paare, die ueber verzahnte Enden je zwei zusammengehoerige Statorschienen magnetisch verbinden. Fig. 1The invention relates to a linear stepping motor with electromagnetically excitable stator, which serves to convert discrete electrical signals into mechanical movement. It is applicable wherever mechanical positioning tasks are required, controlled by digital electronic systems such as: B. in the printing, drawing and handling technology. The aim and the object of the invention are to develop a linear stepping motor whose rotor has a small and low-mass construction and contains no electrical windings. According to the invention, the motor consists of at least three pairs of parallel arranged, consisting of ferromagnetic material Statorschienen, which are connected by one or more of a stator winding surrounded ferromagnetic webs, and a Laeufer, which contains as much ferromagnetic Leitstuecke as the stator rail pairs, the two toothed ends magnetically connect two zusammengehoerige stator rails. Fig. 1

Description

-2- 259 2ί -2- 259 2ί

nicht magnetisch miteinander gekoppelten Paaren parallel zueinander angeordneter Statorschienen gebildet wird, die aus ferromagnetischem Material bestehen und durch einen oder mehrere ferromagnetische Stege verbunden sind, welche jeweil eine Statorwicklung umgibt. Die Statorwicklungen eines Schienen-Paares sind gleichsinnig miteinander verschaltet. Weiterhin sind an den Statorschienen geeignete Flächen zur Führung des Läufers vorgesehen. Entsprechend dem Anwendungsfall kann der Querschnitt des Stators eckig oder auch kreisförmig gestaltet sein.non-magnetically coupled pairs of mutually parallel arranged stator rails, which consist of ferromagnetic material and are connected by one or more ferromagnetic webs, which surrounds a respective stator winding. The stator windings of a rail pair are interconnected in the same direction. Furthermore, suitable surfaces for guiding the rotor are provided on the stator rails. According to the application, the cross section of the stator can be designed angular or circular.

Der Läufer des erfindungsgemäßen Motors besteht aus sovielen ferromagnetischen Leitstücken, wie der Stator Schienenpaai besitzt, wobei diese Leitstücke an ihren Enden verzahnte Läuferpole enthalten.The rotor of the motor according to the invention consists of as many ferromagnetic Leitstücken, as the stator Schienenpaai has, these Leitstücke contain toothed rotor poles at their ends.

Die Zähne der Statorschienen gleichen denen der Läuferpole und sind denen nahe gegenüberstehend angeordnet, so daß die Leitstücke über ihre verzahnten Läuferpole die dazugehörigen Statorschienen magnetisch miteinander verbinden können. Die verzahnten Läuferpole eines Leitstückes sind jeweils gleich verzahnt, während die Verzahnungen der Läuferpole unterschiedlicher Leitstücke untereinander um jeweils T/n versetzt sind, wobei T der Abstand der Zahnmitte eines beliebigen Zahnes zur Mitte seines benachbarten Zahnes und π die Anzahl der Schienenpaare bzw. der Leitstücke des Läufers ist. Ein lauffähiger Schrittmotor entsteht auch dann, wenn anstelle der Verzahnungen der Läuferpole'die der Statorschienen-Paare zueinander um T/n versetzt sind. Durch zyklisches Bestromen der Stator-Phasen wird der Läufer des Linearschrittmotors auf bekannte Weise bewegt. Da der Läufer lediglich aus den η Leitstücken, sie verbindenden und stützenden, nicht magnetischen Gehäuseteüen und einer Führungseinrichtung (beispielsweise Laufrädern) besteht, zeichnet er sich durch eine geringe Masse und kleines Bauvolumen aus. Zuleitungskabel zum Läufer entfallen.The teeth of the stator rails are similar to those of the rotor poles and are arranged close to those, so that the guide pieces can magnetically connect the associated Stator rails via their toothed rotor poles. The toothed rotor poles of a guide piece are each toothed the same, while the teeth of the rotor poles of different conducting pieces are offset from each other by T / n, where T is the distance of the tooth center of any tooth to the center of its adjacent tooth and π the number of pairs of rails or the guide pieces of the runner is. An operable stepper motor is also produced when, instead of the toothings of the rotor poles, the stator rail pairs are offset from each other by T / n. By cyclically energizing the stator phases of the rotor of the linear stepping motor is moved in a known manner. Since the rotor consists only of the η Leitstücken, connecting and supporting, non-magnetic Gehäuseteüen and a guide device (for example, wheels), it is characterized by a low mass and small size. Supply cable to runner omitted.

Ausführungsbeispielembodiment

Die Erfindung ist an einem Ausführungsbeispiel und anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigenThe invention is explained in more detail using an exemplary embodiment and with reference to drawings. Show

Fig. 1: eine Ausführungsform des StatorsFig. 1: an embodiment of the stator

Fig. 2: eine Ausführungsform von Stator und Läufer im Schnitt (Ansicht in Längsrichtung) Fig.3: eine Ausführungsform des Stators mit kreisförmigem Querschnitt (Ansicht in Längsrichtung)FIG. 2: an embodiment of the stator and rotor in section (longitudinal view) FIG. 3: an embodiment of the stator with a circular cross section (longitudinal view)

Der Stator des Linearschrittmotors besteht aus drei oder mehr Paaren ferromagnetischer Statorschienen 1, die jeweils durch einen oder mehrere ferromagnetische Stege 2 miteinander verbunden sind. Jeder dieser Stege 2 ist von einer Stator-Wicklung 3 umgeben. Im Falle mehrerer zwischen einem Statorschienen-Paar befindlicher Stege 2 sind die dazugehörigen Wicklungen 3 gleichsinnig miteinander verschaltet (in Reihe oder parallel) und werden in den folgenden Ausführungen wie eine einzige Stator-Wicklung 3 behandelt. Die Anzahl der Stege 2 und Wicklungen 3 pro Statorschienen-Paar wird durch die Länge des Stator: und die geforderte Stabilität der Anordnung bestimmt.The stator of the linear stepping motor consists of three or more pairs of ferromagnetic stator rails 1, which are each connected to one another by one or more ferromagnetic webs 2. Each of these webs 2 is surrounded by a stator winding 3. In the case of several webs 2 located between a pair of stator rails, the associated windings 3 are interconnected in the same direction (in series or in parallel) and are treated as a single stator winding 3 in the following embodiments. The number of webs 2 and windings 3 per pair of stator rails is determined by the length of the stator and the required stability of the arrangement.

Alle Statorschienen 1 tragen in Längsrichtung eine gleichmäßige Stator-Verzahnung 5.All stator rails 1 bear a uniform stator toothing 5 in the longitudinal direction.

Für den Querschnitt des Stators sind viele Formen denkbar. Stellvertretend sind in Fig. 2 ein eckiger und in Fig. 3 ein kreisförmige! Querschnitt dargestellt.For the cross section of the stator many forms are conceivable. Representative are in Fig. 2 a square and in Fig. 3 a circular! Cross section shown.

Jedes Paar von Statorschienen 1 stellt ein Phasen-Magnetsystem des Linearschrittmotors dar. Die beiden Statorschienen 1 eine: solchen Magnetsystems wirken über ihre gesamte Länge als freie Pole. Die Statorschienen-Paare sind parallel nebeneinander angeordnet und dabei durch nichtmagnetische Trägerteile oder Vergußmassen miteinander verbunden, so daß sie untereinander nicht magnetisch verkoppelt sind. Geeignete Flächen zur Führung des Läufers 6 können sich an den Statorschienen 1, aber auch an anderen Statorteilen befinden.Each pair of stator rails 1 represents a phase magnet system of the linear stepping motor. The two stator rails 1 a: such magnet system act as free poles over their entire length. The Statorschienen pairs are arranged side by side in parallel and thereby connected by non-magnetic support members or potting compounds together so that they are not magnetically coupled to each other. Suitable surfaces for guiding the rotor 6 may be located on the stator rails 1, but also on other stator parts.

Zu jedem Schienenpaar des Stators gehört ein Leitstück 11 des Läufers. Jedes Leitstück 11 besteht aus einem ferromagnetischen Material und besitzt an beiden Enden jeweils einen verzahnten Läuferpol 15. Es wird so geführt, daß seine verzahnten Läuferpole 15 den Stator-Verzahnungen 5 zweier Statorschienen 1 nahe gegenüberstehen. Es vermag dadurch den Magnetfluß, der von der betreffenden Stator-Wicklung 3 erregt werden kann, aufzunehmen und den Magnetkreis so zu schließen. Alle zum Läufer gehörigen Leitstücke 11 werden durch nichtmagnetische Gehäuseteile oder Vergußmassen starr miteinander verbunden.For each pair of rails of the stator includes a guide piece 11 of the rotor. Each guide piece 11 consists of a ferromagnetic material and has at both ends in each case a toothed rotor pole 15. It is guided so that its toothed rotor poles 15 the stator teeth 5 of two stator rails 1 are close to each other. It can thereby absorb the magnetic flux that can be excited by the respective stator winding 3, and to close the magnetic circuit so. All belonging to the rotor guide pieces 11 are rigidly interconnected by non-magnetic housing parts or casting compounds.

Entweder die Stator-Verzahnungen 5 oder die Verzahnungen der Läuferpole 15 der Leitstücke des Läufers sind untereinander um T/n versetzt, wobei Tder Abstand der Mitte eines Zahnes zur Mitte seines benachbarten Zahnes und η die Anzahl der Phasen des 'Schrittmotors (d. h. der Schienenpaare des Stators bzw. der Leitstücke 11 des Läufers) ist.Either the stator gears 5 or the teeth of the rotor poles 15 of the rotor's guide pieces are offset from each other by T / n, where T is the distance of the center of a tooth to the center of its adjacent tooth and η the number of phases of the stepping motor (ie the rail pairs of Stators or the guide pieces 11 of the rotor) is.

Die Bewegung des Läufers wird nach den bekannten Prinzipien eines mehrphasigen Reluktanz-Schrittmotors hervorgerufen, indem die Wicklungen 3 des Stators zyklisch mit elektrischem Strom beaufschlagt werden.The movement of the rotor is caused by the well-known principles of a multi-phase reluctance stepper motor by the windings 3 of the stator are cyclically supplied with electric current.

Claims (4)

1. Linearschrittmotor mit elektromagnetisch erregbarem Stator, der in Längsrichtung zahnstangenartige Formen aufweist und entlang dessen sich ein ferromagnetischer Läufer bewegt, gekennzeichnet dadurch, daß der Stator von mindestens drei nicht magnetisch miteinander verkoppelten Paeren parallel zueinander angeordneter, aus ferromagnetischem Material bestehender Statorschienen (1) gebildet wird, die durch einen oder mehrere ferromagnetische Stege (2) verbunden sind, welche jeweils eine Stator-Wicklung (3) umgibt, wobei die Stator-Wicklungen (3) eines Statorschienen-Paares gleichsinnig verschaltet sind, und der dazugehörige Läufer soviele ferromagnetische Leitstücke (11) enthält, wie der Stator Schienenpaare besitzt, wobei diese Leitstücke (11) an ihren Enden verzahnte Läuferpole (15) enthalten, deren Zähne denen der Statorschienen gleichen und ihnen nahe gegenüberstehend angeordnet sind, so daß die Leitstücke (11) über ihre verzahnten Läuferpole (15) die dazugehörigen Statorschienen (1) magnetisch miteinander verbinden können, wobei die beiden verzahnten Läuferpole (15) eines Leitstücks (11) jeweils gleich verzahnt sind, während die Verzahnungen der Läuferpole (15) unterschiedlicher Leitstücke (11) untereinander um jeweils T/n versetzt sind, wobei T der Abstand der Zahnmitte eines beliebigen Zahnes zur Mitte seines benachbarten Zahnes und η die Anzahl der Schienenpaare bzw. der Leitstücke (11) des Läufers ist.1. Linear stepping motor with electromagnetically excitable stator having in the longitudinal direction rack-like shapes and along which a ferromagnetic rotor moves, characterized in that the stator of at least three non-magnetically coupled together Paeren mutually parallel, made of ferromagnetic material existing stator rails (1) is, which are connected by one or more ferromagnetic webs (2), each of which surrounds a stator winding (3), wherein the stator windings (3) of a Statorschienen pair are interconnected in the same direction, and the associated rotor as many ferromagnetic Leitstücke ( 11), as the stator has pairs of rails, said guide pieces (11) at their ends toothed rotor poles (15) whose teeth are similar to those of the stator rails and arranged close to them, so that the guide pieces (11) via their toothed rotor poles (15) the associated St atorschienen (1) magnetically connect to each other, wherein the two toothed rotor poles (15) of a guide piece (11) are each toothed the same, while the teeth of the rotor poles (15) of different guide pieces (11) are mutually offset by T / n, said T is the distance of the tooth center of any tooth to the center of its adjacent tooth and η is the number of pairs of rails or the guide pieces (11) of the rotor. 2. Linearschrittmotor nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Statorschienen (1) gleichzeitig geeignete Flächen zur Führung des Läufers (6) besitzen.2. Linear stepping motor according to claim 1, characterized in that the stator rails (1) at the same time have suitable surfaces for guiding the rotor (6). 3. Linearschrittmotor nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Statorschienen so ausgebildet und angeordnet sind, daß ein kreisförmiger Statorquerschnitt entsteht.3. linear stepping motor according to claim 1 and 2, characterized in that the stator rails are formed and arranged so that a circular stator cross-section is formed. 4. Linearschrittmotor nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Statorschienen (1) so ausgebildet und angeordnet sind, daß ein eckiger Statorquerschnitt entsteht.4. Linear stepping motor according to claim 1 and 2, characterized in that the stator rails (1) are formed and arranged so that a square stator cross-section is formed. • Hierzu 2 Seiten Zeichnungen• For this 2 pages drawings Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention Die Erfindung betrifft einen Linearschrittmotor mit elektromagnetisch erregbarem Stator, der zur Umwandlung diskreter elektrischer Signale in mechanische Bewegungen dient. Er ist überall dort einsetzbar, wo mechanische Positionieraufgaben zu erfüllen sind, die insbesondere durch digital arbeitende elektronische Systeme gesteuert werden sollen. Solche Motoren sind für den Einsatz in der Druck-, Zeichen- oder Handhabetechnik geeignet und können zum Beispiel Druckköpfe, Schreibstifte, Bohrer, Greifer und andere Werkzeuge bewegen.The invention relates to a linear stepping motor with electromagnetically excitable stator, which is used to convert discrete electrical signals into mechanical movements. It can be used wherever mechanical positioning tasks are to be performed, which are to be controlled in particular by digitally operating electronic systems. Such motors are suitable for use in printing, drawing or handling technology and can move, for example, printheads, pens, drills, grippers and other tools. Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions in bekannten Linearschrittmotoren befinden sich die Phasenwicklungen üblicherweise im Läufer. Das hat den Nachteil, daß durch die Masse der Spulen die Gesamtmasse des Läufers und damit seine mechanische Trägheit wesentlich erhöht wird. Außerdem tragen die Spulen zu einem großen Bauvolumen des Läufers bei. Zur Stromversorgung der elektrischen Spulen werden bei solchen Motoren schleppkabelartige Einrichtungen verwendet, die zusätzlichen freien Bewegungsraum benötigen und zudem durch ständige Biegebewegungen einem erhöhten Verschleiß unterliegen. Mit DD-WP 125791 und US-P 4198582 sind technische Lösungen bekannt, die einen kleinen und massearmen Läufer erzielen, indem die Phasenwicklungen in den Stator des Linearschrittmotors verlegt sind. Dabei sind zahlreiche solcher Wicklungen in Bewegungsrichtung hintereinander angebracht, so daß der Stator über seine ganze Länge mit Spulen besetzt ist, von denen immer nur wenige jeweils zur Wirkung kommen. Dadurch wird viel elektrisches Leitermaterial benötigt, das nicht effektiv genutzt wird. Außerdem erhöht sich der Aufwand bei der elektrischen Ansteuerung der Spulen, indem in Abhängigkeit von der Position des Läufers entschieden werden muß, welche Spulen zu aktivieren sind. ;in known linear stepper motors, the phase windings are usually in the rotor. This has the disadvantage that the mass of the coil, the total mass of the rotor and thus its mechanical inertia is substantially increased. In addition, the coils contribute to a large volume of the runner. To power the electric coils schleppkabelartige devices are used in such engines require additional free space for movement and are also subject by constant bending movements increased wear. With DD-WP 125791 and US-P 4198582 technical solutions are known, which achieve a small and low-mass runner by the phase windings are laid in the stator of the linear stepping motor. In this case, numerous such windings are mounted one behind the other in the direction of movement, so that the stator is occupied over its entire length with coils, of which only a few each come into effect. This requires a lot of electrical conductor material that is not used effectively. In addition, the effort in the electrical control of the coil increases by it must be decided depending on the position of the rotor, which coils are to be activated. ; Ziel der ErfindungObject of the invention Das Ziel der Erfindung ist es, den Herstellungsaufwand von Linearschrittmotoren zu verringern sowie das dynamische Verhalten zu verbessern.The aim of the invention is to reduce the production costs of linear stepping motors and to improve the dynamic behavior. Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention Aufgabe der Erfindung ist es, einen Linearschrittmotor zu schaffen, der einen kleinen und massearmen Läufer besitzt und dadurch besser beschleunig- undabbremsbar ist und dessen Läufer keine elektrischen Wicklungen besitzt und damit keine Zuleitungskabel benötigt Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Motor gelöst, dessen Stator aus mindestens dreiThe object of the invention is to provide a linear stepping motor, which has a small and low-mass runner and thus better accelerated andabbemsbar and the rotor has no electrical windings and thus no power cable required According to the invention the object is achieved by a motor, the stator of at least three