DE2349139A1 - TRANSLATIVE ELECTRIC STEPPER MOTOR - Google Patents

Description

Transiatorischer elektrischer Schrittmotor Die Erfindung betrifft einen translatorischen elektrischen Schrittmotor mit hintereinander angeordneten Statorsystemen und einem Läufer zur direkten Umwandlung von dem Motor zugeführten Impulsen in von der Anzahl der Impulse abhängige Weginkremente, wobei die Geschwindigkeit des Läufers des Schrittmotors von der Impulsfrequenz abhängig ist. Transient Electric Stepper Motor The invention relates to a translatory electric stepper motor with one behind the other Stator systems and a rotor for direct conversion fed by the motor Impulses in distance increments depending on the number of impulses, whereby the speed of the rotor of the stepper motor depends on the pulse frequency.

Es sind elektrische 3chrittmotoren mit mehreren axial versetzten Stator-Rotor-Systemen gleicher Polzahl und mit einer konzentrischen Ringspule Je Statoreinheit bekannt. Der Rotor dieses Schrittmotors führt bei Erregung der Ringspulen in vorbestimmter Reihenfolge bestimmte Drehbewegungen aus. Die Statoreinheiten sind axial und radial versetzt und bestehen aus Je zwei Polkränzen mit dazwischenliegender konzentrischer Ringspule und einem die magnetische Verbindung zwischen den Polkränzen herstellenden Ring und sind in einem nichtmagnetischen Gehäuse angeordnet und durch nichtmagnetische Zwischenringe voneinander getrennt. Die Rotoren der Schrittmotoren dieser Art drehen sich um einen zur Anzahl der dem Motor zugeführten Impulse proportionalen Winkel. Diese Drehung der Rotoren-wird dadurch bewirkt, daß die zahnförmigen Rotorpole bei entsprechendem Stromfluß in den Ringepulen von den vorgesehenen zahnfdrmigen Statorpolen angezogen werden. They are electric 3-step motors with several axially offset ones Stator-rotor systems with the same number of poles and with a concentric ring coil each Known stator unit. The rotor of this stepper motor leads when the toroidal coils are excited from certain rotary movements in a predetermined order. The stator units are axially and radially offset and each consist of two pole rings with one in between concentric ring coil and one the magnetic connection between the pole rings producing ring and are arranged in a non-magnetic housing and through non-magnetic intermediate rings separated from each other. The rotors of the stepper motors of this type rotate by a factor proportional to the number of pulses supplied to the motor Angle. This rotation of the rotors is caused by the tooth-shaped rotor poles with a corresponding current flow in the ring coils from the envisaged tooth-shaped ones Stator poles are attracted.

Diese rotatorischen Schrittmotoren besitzen jedoch den Nac1tell, daß sie nicht direkt zur Erzeugung von genau abgstuften, reproduzierbaren Längsbewegungen von Teilen, wie z. B. However, these rotary stepper motors have the Nac1tell, that they are not used directly to produce precisely graded, reproducible Longitudinal movements of parts such as B.

Schlitten von MeÇgeräten zwecks Positionierung, verwendet werden können. Zur ErZeug;>ng dieser Längsbewegungen muß die Drehbewegung des Rotors des Schrittmotors mit Hilfe von Getrieben, z. B.Carriages of measuring devices for the purpose of positioning can be used. To produce these longitudinal movements, the rotary movement of the rotor of the stepping motor must be used with the help of gears, e.g. B.

Ritzel und Zahnstange oder Wälzschraubtrieb, in eine Längsbewegung des zu bewegenden Teils umgewandelt werden. Dazu ist ein erhöhter technischer Aufwand erforderlich, und die zusätzlich dazwischengeschalteten Getriebe besitzen Reibung und Spiel, wodurch die Bewegungsübertragung ungenau wird.Pinion and rack or screw drive, in a longitudinal movement of the part to be moved. In addition, there is an increased technical effort required, and the additional intermediate gears have friction and play, making the transmission of motion imprecise.

Bei einem bekannten translatorischen Schrittmotor besteht der Stator aus zwei zylindrischen Teilen, zwischen denen ein zylindrischer Permanentmagnet angeordnet ist. Die dem im Inneren der zylindrischen Teile angeordneten Läufer zugekehrte Innenfläche dieser Teile besitzt ein Gewinde, durch welches diese Innenfläche zahnartige Vorsprünge erhält. Der Läufer besitzt gleichgroße, axialversezte Eindrehungen, durch welche eine gezahnte Läufer oberfläche entsteht. In längsverlaufenden Schlitzen der zylindrischen Statorteile, die die Statorpole voneinander trennen, sind die Statoraricklungen angeordnet. In a known translatory stepper motor, there is a stator from two cylindrical parts, between which a cylindrical permanent magnet is arranged. The rotor facing the inside of the cylindrical parts The inner surface of these parts has a thread through which this inner surface is tooth-like Get tabs. The rotor has axially offset grooves of the same size which creates a toothed runner surface. In longitudinal slots of the cylindrical stator parts that separate the stator poles from each other are the Stator windings arranged.

Dieser Schrittmotor besitzt Jedoch den erheblichen Nachteil, daß das Statorsystem einen hohen fertigungstechnischen Aufwand zu seiner Herstellung erfordert. However, this stepper motor has the significant disadvantage that the stator system requires a high level of manufacturing expense for its manufacture requires.

Die iSrfinduflg -verfolgt deshalb den Zweck, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen und einen Schrittmotor zu schaffen, bei welchem eine einfache Fertigung ermöglicht rrtra Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen translatorischen elektrischen Schrittmotor zu schaffen, der es durch die Konstruktion des Stators und Läufers in einfacher Weise ermöglicht, die Auflösung bzw. die Weginkrementgrbße zu variieren. The iSrfinduflg-therefore pursues the purpose, the disadvantages of the stand to eliminate the technology and to create a stepper motor in which a simple Manufacturing enables rrtra The invention is based on the object to create a translational electric stepper motor that makes it through the design of the stator and rotor in a simple manner enables the resolution or the path increment size to vary.

ErSindungsgemEß wird diese Aufgabe bei einem translatorischen elektrischen Schrittmotor dadurch gelöst, daß der Läufer aus einer weichmagnetischen Gewindespindel mit der Steigung t 0 besteht, daß die Polscheiben der Statorsysteme an ihren, dem Läufer zugekehrten Flächen ein Gewinde besitzen und daß das Gehäuse aus einem nichtmagnetischen Werkstoff besteht. Hierbei ist es vorteilhaft, wenn der Läufer und die Polscheiben ein Gewinde mit gleicher Steigung- besitzen. Ferner ist es günstig, wenn die Statorsysteme magnetiseh gegeneinander isoliert sind. According to the invention, this object is achieved in the case of a translational electrical Stepper motor solved in that the rotor consists of a soft magnetic threaded spindle with the slope t 0 is that the pole disks of the stator systems at their, the The surfaces facing the runner have a thread and that the housing is made of a non-magnetic one Material. It is advantageous here if the rotor and the pole discs have a thread with the same pitch. It is also advantageous if the stator systems are magnetically isolated from each other.

Um eine Material- und-Gewichteinsparung-zu erzielen, besteht der Läufer aus einer hohlen Gewindespindel.In order to achieve a material and weight saving, the runner exists from a hollow threaded spindle.

Der erfindungsgemäße Schrittmotor besitzt gegenüber den rotatorisch arbeitenden bekannten Schrittmotoren den Vorteil, daß er eine direkte Erzeugung von genauen, abgestuften Längsbewegungen von Maschinenteilen, d. h.-ohne Zwischenschaltung von Getrieben, gestattet. Der Läufer des Schrittmotors wird dazu direkt mit dem~zu bewegenden Maschinenteil verbunden. The stepper motor according to the invention has opposite the rotary working known stepper motors have the advantage that it is a direct generation of precise, graduated longitudinal movements of machine parts, d. i.e. without interposition of gears, permitted. The rotor of the stepper motor is directly connected to the ~ to moving machine part connected.

Gegenüber dem bekannten translatorischen Schrittmotor besitzt die erfindung den Vorteil einer einfacheren Konstruktion, indem die Statorsysteme baukastenartig zusammengeaetzt sind. Compared to the known translatory stepper motor, the invention has the advantage of a simpler construction by building the stator systems are put together.

Hierdurch ist eine einfache Veränderung der Weginkrementgrdße des Motors durch veränderung der anzahl der Statorsysteme und/oder der Steigung des Gewindes an Läufer und Polscheiben der Statorsysteme erzielbar.This is a simple change in the path increment size of the Motor by changing the number of stator systems and / or the Pitch of the thread on the rotor and pole discs of the stator systems can be achieved.

Die erfindung soll nachstehend an einem Ausfuhrungsbei spiel näher erläutert werden. In der zugehörigen Zeichnung zeigen: Fig. 1 einen Längsschnitt durch den erfindungsgemäßen Schrittmotor und Fig. 2 einen Querschnitt I-I durch den Schrittmotor. The invention is intended to play in more detail below using an exemplary embodiment explained. The accompanying drawings show: FIG. 1 a longitudinal section through the stepper motor according to the invention and FIG. 2 a cross section I-I the stepper motor.

In einem Gehäuse 1, welches aus magnetisch nichtleitendem Material besteht, sind gleichartig aufgebaute Statorsysteme 2; 3; 4; 5 und 6 axial hintereinander angeordnet. Jedes dieser Statorsysteme besteht aus einer Ringspule 7, einem Rückschlußring 8 und Polscheiben 9 und 10. Diese Polscheiben 9 und 10 und auch der RUckschluBring 8 können sowohl aus Vollmaterial als auch aus Blechpaketen bestehen. Die Statorsysteme 2; 3; 4; 5 und 6 sind durch nichtmagnetische Zwischenlagen 11 magnetisch voneinander isoliert und in dem erforderlichen Abstand voneinander gehalten. Ein translatorischer Läufer 12 befindet sich konzentrisch in der Bohrung der Statorsysteme 2; 3; 4; 5 und 6 und ist in Lagern 13 und 14, die in Lagerschilden 15 und 16 angeordnet sind, in Richtung seiner Achse verschiebbar gelagert. Er kann auch als ein hohler Kdrper ausgebildet sein, um Gewicht einzusparen. In a housing 1, which is made of magnetically non-conductive material exists, are similarly constructed stator systems 2; 3; 4; 5 and 6 axially one behind the other arranged. Each of these stator systems consists of a ring coil 7, a return ring 8 and pole disks 9 and 10. These pole disks 9 and 10 and also the return ring 8 can consist of solid material as well as sheet metal stacks. The stator systems 2; 3; 4; 5 and 6 are magnetically separated from one another by non-magnetic intermediate layers 11 isolated and kept at the required distance from each other. A translational one The rotor 12 is located concentrically in the bore of the stator systems 2; 3; 4; 5 and 6 and is in bearings 13 and 14, which are arranged in end shields 15 and 16, mounted displaceably in the direction of its axis. He can also be called a hollow body be designed to save weight.

Am Gehäuse 1 ist eine Klemmleiste 17 angeordnet, an welcher sich die Anschlüsse 17' für die Stromzufuhr zu den einzelnen Ringspulen 7 der Statorsysteme 2; 3; 4; 5 und 6 befinden.On the housing 1, a terminal block 17 is arranged on which the Connections 17 'for the power supply to the individual ring coils 7 of the stator systems 2; 3; 4; 5 and 6 are located.

Wie Fig. 2 zeigt, werden die einzelnen Statorsysteme im Gehäuse 1 mittels Paßfedern 18 gegen Verdrehung gegenüber dem Gehäuse 1 und zur gegenseitigen Orientierung gesichert. As FIG. 2 shows, the individual stator systems in the housing 1 by means of parallel keys 18 against rotation with respect to the housing 1 and for mutual Orientation secured.

Der Läufer 12 besteht aus einem ferromagnetischen Werkstoff mit geringen Hystereseverlusten und ist als eine Gewindespindel mit einem Gewinde 19 ausgebildet oder mit ringförmigen Eindrehungen versehen (Gewinde mit der Steigung 0). The rotor 12 consists of a ferromagnetic material with low Hysteresis losses and is designed as a threaded spindle with a thread 19 or provided with ring-shaped indentations (thread with a pitch of 0).

Analog zu dem Läufer 12 besitzen die Polscheiben 9 und 10 der Statorsysteme 2; 3; 4; 5 und 6 ebenfalls ein Gewinde 20 und 21, welches die gleiche Steigung besitzt, wie das Gewinde 19 des Läufers 12. Bei einem Schrittmotor mit einem mit Eindrehungen versehenen Läufer 12 weisen die Polscheiben 9 und 10 ebenfalls Eindrehungen auf. Gemäß der Ausführung des Schrittmotors 1 nach Fig. 1 mit fünf Statorsystemen 2; 3; 4; 5 und 6 sind dieseStatorsysteme im Gehäuse 1 um einem Fünftel der Steigung des Gewindes 19 des Läufers 12 versetzt angeordnet.Analogous to the rotor 12, the pole disks 9 and 10 have the stator systems 2; 3; 4; 5 and 6 also have a thread 20 and 21, which has the same pitch, like the thread 19 of the rotor 12. In the case of a stepper motor with one with grooves If the rotor 12 is provided, the pole disks 9 and 10 also have indentations. According to the embodiment of the stepping motor 1 according to FIG. 1 with five stator systems 2; 3; 4; 5 and 6 are these stator systems in housing 1 by a fifth of the pitch of the thread 19 of the rotor 12 arranged offset.

Wird z. B. das Statorsystem 2 durch einen Strom erregt, so bildet sich ein Magnetfluß aus, der über den RUckschlußring 8, die Polscheiben 9 und 10, über die Luft spalte 22 und 23, und durch den Läufer 12 verläuft, und somit einen geschlossenen Kreis bildet. Dieser Magnetfluß bewirkt eine magnetische Kraftwirkung, die eine translatorische Relativbewegung des Läufers 12 gegenüber dem Gehäuse 1 verursacht. Is z. B. the stator system 2 excited by a current, so forms a magnetic flux that flows through the return ring 8, the pole disks 9 and 10, over the air gap 22 and 23, and runs through the rotor 12, and thus one forms a closed circle. This magnetic flux creates a magnetic force, a translational relative movement of the rotor 12 with respect to the housing 1 caused.

Diese translatorische Bewegung endet erst, wenn sich die Gewindegänge des Läufers 12 und die der Polscheiben 9 und 10 einander gegenüberstehen. Danach wird die Stromzufuhr zu dem Statorsystem 2 unterbrochen und das nächstfolgende Statorsystem 3 erregt, wodurch sich der Läufer 12 einer bewegt, bis sich wiederum die Gewindegänge des Läufers 12 und die der Polscheiben des Statorsystems 3 gegenüberstehen.This translational movement only ends when the thread turns of the rotor 12 and that of the pole disks 9 and 10 face each other. Then the power supply to the stator system 2 is interrupted and the next one Stator system 3 energized, whereby the rotor 12 moves one until again the threads of the rotor 12 and those of the pole disks of the stator system 3 are opposite.

In der beschriebenen Art werden nacheinander die einzelnen Statorsysteme des Motors erregt, bis der gewünschte Verschiebeweg des Läufers 12 ausgeführt ist. In diesem Ausführungs beispiel des Schrittmotors beträgt bei der Erregung eines Statorsystems das vom Läufer 12 zurückgelegte Längeninkrement ein Fünftel der Gewindesteigung des Läufers 12. Durch Veränderung der Anzahl der Statorsysteme und/oder durch eine Veränderung der Gewindesteigung des Läufers 12 ist der Betrag des Längeninkrementes veränderbar.The individual stator systems are successively in the manner described of the motor is excited until the desired displacement path of the rotor 12 is carried out. In this embodiment example of the stepper motor is when energized Stator system, the length increment covered by the rotor 12 is one fifth of the thread pitch of the rotor 12. By changing the number of stator systems and / or by a The change in the thread pitch of the rotor 12 is the amount of the length increment changeable.

Eine Erregung der Statorsysteme in umgekehrter Reihenfolge bewirkt eine Verschiebung des Läufers in entgegengesetzter Richtung. The stator systems are excited in the reverse order a displacement of the rotor in the opposite direction.

Claims (4)

PatentansDrüche Patent claims Transiatorischer elektrischer Schrittmotor, umfassend ein Gehäuse mit darin angeordneten, aus Ringspulen, Rückschlußringen und Polscheiben bestehenden, hintereinander angeordneten Statorsystemen und einen axial verschiebbaren Läufer der von den Statorsystemen umschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (12) aus einer weichmagnetischen Gewindespindel mit der Steigung B 0 besteht, daß die Polscheiben (9; 10) der Statorsysteme (2; 3; 4; 5; 6) an ihren, tem Läufer (12) zugekehrten Flächen ein Gewinde (20; 21) besitzen und daß das Gehäuse (1) aus einem nichtmagnetischen Werkstoff besteht. A transient electric stepper motor comprising a housing with arranged therein consisting of toroidal coils, return rings and pole discs, stator systems arranged one behind the other and an axially displaceable rotor which is enclosed by the stator systems, characterized in that the rotor (12) consists of a soft magnetic threaded spindle with the pitch B 0 that the pole disks (9; 10) of the stator systems (2; 3; 4; 5; 6) on their, system rotor (12) facing surfaces have a thread (20; 21) and that the housing (1) consists of a non-magnetic material. 2. Schrittmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (12) und die Polscheiben (9; 10) ein Gewinde (19; \ 20; 21) mit gleicher Steigung besitzen. 2. Stepping motor according to claim 1, characterized in that the Rotor (12) and the pole disks (9; 10) have a thread (19; \ 20; 21) with the same Own slope. 3. Schrittmotor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorsysteme (2; 3; 4; 5; 6) magnetisch gegeneinander isoliert sind. 3. Stepper motor according to claim 1 and 2, characterized in that the stator systems (2; 3; 4; 5; 6) are magnetically isolated from one another. 4. Schrittmotor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (12) aus einer hohlen Gewindespindel besteht. 4. Stepping motor according to claim 1 to 3, characterized in that the rotor (12) consists of a hollow threaded spindle. LeerseiteBlank page