DE4417297A1 - Electromagnetic stepper motor with two directions of rotation - Google Patents

Abstract

The electromagnetic, two-phase stepper motor has two directions of rotation. It includes a disc type permanent magnet rotor (3) which has at least six magnetising axes parallel to its rotation axis, distributed evenly about the rotation axis. Adjacent magnetising axes have opposite polarisations. Two magnesic coils (4,5) arranged via two stator plates, either side of the rotor disc (3), are magnetically coupled to the rotor. Two identically formed stator plates (1,2) are arranged symmetrically either side of the rotor (3). These each have four stator poles formed such that two rotor poles of the same polarity from the first magnetic coil circuit (10) are struck by two stator poles (6,7). Two opposing stator poles (8,9) offset by a half rotor pole spacing, are actuated by the second magnetic circuit (11). The angle between the stator poles of a magnetic circuit is 120 degrees.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen zweiphasigen Schritt­ motor mit zwei Drehrichtungen, entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The present invention relates to a two-phase step motor with two directions of rotation, according to the generic term of Claim 1.

Ein ähnlicher Schrittmotor ist aus der DE-AS 23 60 370 bekannt, der vier Pole aufweist. Wenn sich der Rotor dieses Motors nicht in der Stellung befindet, die er bei Beginn eines Motorimpulses haben sollte, setzt sich der Rotor in der entgegengesetzten Richtung zu der vorgesehenen in Bewegung und behält dann diese Drehrichtung bei.A similar stepper motor is known from DE-AS 23 60 370, which has four poles. If the rotor of this motor is not in the position it was at when a motor pulse started should have, the rotor sits in the opposite Move towards the intended one and then keep it Direction of rotation at.

Weiter sind Motoren bekannt aus der japanischen Patentschrift 54-8815, sowie der DE 30 26 004, die beide mit drei Statorpolen versehen sind und radial magnetisierte Rotoren aufweisen. Ein weiterer Motor ist bekannt aus dem US-Patent 4,634,906, mit ineinander verschachtelten Polstücken, die einseitig zum axial magnetisierten Scheibenrotor angebracht sind. Weiter wird in der Zeitschrift "Elektronik", von 1974, H6, S193 ein Schrittmotor mit zwei Drehrichtungen beschrieben, wobei zwei Statoren vorgesehen sind, die jeweils zwei Polschuhe haben, aber die Statoren sich kreuzen und damit die Bauhöhe ungünstig beeinflussen.Motors are also known from the Japanese patent specification 54-8815, and DE 30 26 004, both with three stator poles are provided and have radially magnetized rotors. Another motor is known from US Pat. No. 4,634,906, with interleaved pole pieces, which on one side to axially magnetized disc rotor are attached. Next is in the magazine "Electronics", from 1974, H6, S193 described a stepper motor with two directions of rotation, wherein Two stators are provided, each with two pole pieces have, but the stators cross and thus the height adversely affect.

Desweiteren sind Motoren bekannt, deren zwei Spulen hinter­ einander angeordnet sind und einen zylinderförmigen Rotor um­ fassen. Auch diese Motoren weisen eine erhebliche Bautiefe auf. Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen elektromagnetischen Schrittmotor mit zwei Drehrichtungen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 ange­ gegebenen Art so auszugestalten, daß er eine möglichst flache Bauform aufweist und darüberhinaus sehr wirtschaftlich zu produzieren ist. Die flache und wirtschaftliche Bauweise ist gefordert bei analogen Funkuhren, immer dann, wenn die Konstruktion einen Schrittmotor mit einer Getriebekette für alle Zeiger vorsieht und damit eine sehr hohe Verstellge­ schwindigkeit der Zeiger gefordert ist, die nur mit zwei­ phasigen Motoren zu erzielen ist. Furthermore, motors are known, the two coils behind are arranged and a cylindrical rotor around grasp. These motors also have a considerable depth. In contrast, the present invention has the object based on an electromagnetic stepper motor with two Directions of rotation in the preamble of claim 1 given type so that it is as flat as possible Design and also very economical produce is. The flat and economical design is required for analog radio clocks, whenever the Construction of a stepper motor with a gear chain for All pointers and therefore a very high adjustment speed of the pointer is required only with two phase motors can be achieved.  

Ein weiterer Anwendungsfall gibt es im Bereich der analogen Kfz-Instrumente, bei denen digitale Meßwerte in eine analoge Anzeige umgesetzt werden müssen. Desweiteren sind für diesen Fall zwei Drehrichtungen erforderlich.There is another application in the field of analog Automotive instruments where digital readings are converted into an analog one Ad must be implemented. Furthermore are for this Case two directions of rotation required.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Mitteln gelöst.This object is achieved with the in the characteristics of Claim specified means solved.

Weiterbildung der Erfindung sind die Unteransprüche 2 und 3. Die Erfindung wird nachstehend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen des Erfindungsgegenstandes näher erläutert.Further development of the invention are dependent claims 2 and 3. The invention is described below with reference to the drawings illustrated embodiments of the subject matter of the invention explained in more detail.

Es zeigenShow it

Fig. 1-4 schematisch die Ausführungsformen des Motors. Fig. 1-4 schematically the embodiments of the engine.

Fig. 5-8 zeigen mit dem Diagramm der Stromimpulse die Arbeitsweise des Motors. Fig. 5-8 show the operation of the motor with the diagram of the current pulses.

Die Fig. 1 stellt den Motor dar mit zwei gleichförmigen Statorblechen (1, 2) aus weichmagnetischen Werkstoffen. Zwischen den Statorblechen (1, 2) sind die beiden Motorspulen (4, 5) angeordnet, wobei der Magnetrückschluß im Wickelkern erfolgt (s. Seitenansicht Fig. 2). Der Rotor (3) ist ein 6-polig magnetisierter Scheibenläufer, der pro Magnetspulen­ kreis von jeweils vier Statorpolen beaufschlagt wird. Die dem einen Magnetkreis (10) zugeordneten Statorpole (6, 7) der Statorbleche (1, 2) sind gegenüber den Statorpolen (8, 9) der Statorbleche (1, 2) und dem zugeordneten Magnetkreis (11) um eine halbe Rotorpolteilung versetzt. Die Winkelstellung der Statorpole untereinander, bezogen auf jeweilig einen Magnetspulenkreis, beträgt 120°. Fig. 1 shows the motor with two uniform stator plates ( 1 , 2 ) made of soft magnetic materials. The two motor coils ( 4 , 5 ) are arranged between the stator sheets ( 1 , 2 ), the magnetic yoke in the winding core (see side view in FIG. 2). The rotor ( 3 ) is a 6-pole magnetized disc rotor, which is acted upon by four stator poles per magnetic coil. The stator poles ( 6 , 7 ) of the stator plates ( 1 , 2 ) assigned to the one magnetic circuit ( 10 ) are offset by half a rotor pole pitch relative to the stator poles ( 8 , 9 ) of the stator plates ( 1 , 2 ) and the associated magnetic circuit ( 11 ). The angular position of the stator poles with respect to one another, based on a respective magnetic coil circuit, is 120 °.

Bei der Erzeugung eines digitalisierten Drehfeldes nach Fig. 6 ergibt sich bei einem 6-poligen Rotor ein Schrittwinkel von 15°, d. h. 24 Schritte pro Umdrehung des Rotors (s. Fig. 5). Die Drehrichtung hängt ab, nach bekanntem Vorbild, von der Phasenlage der Stromimpulse in den beiden Magnetspulen. Die Ansteuerung der Spulen erfolgt über zwei Brückenausgangs­ stufen.In the generation of a digitized rotating field of Fig. 6 results in a 6-pole rotor, a step angle of 15 °, ie 24 steps per revolution of the rotor (s. Fig. 5). The direction of rotation depends, according to the known model, on the phase position of the current pulses in the two solenoids. The coils are controlled via two bridge output stages.

Wenn nach Fig. 6 die Spulen S1 und S2 in positiver Richtung bestromt sind, nimmt der Rotor nach Fig. 5 die Position Rp 1 ein. Wird die Spule S2 abgeschaltet, so nimmt der Rotor die Position Rp 2 ein. Eine anschließende Bestromung der Spule S2 in negativer Richtung bewegt den Rotor in die Position Rp 3 usw. Die Drehrichtung ist in diesem Falle entgegen dem Uhrzeigersinn.If the coils S1 and S2 are energized in the positive direction according to FIG. 6, the rotor according to FIG. 5 assumes the position Rp 1. If the coil S2 is switched off, the rotor assumes the position Rp 2. Subsequent energization of the coil S2 in the negative direction moves the rotor into the position Rp 3, etc. The direction of rotation in this case is counterclockwise.

Eine noch kleinere Winkelschrittauflösung ist möglich mit gestuften Spannungspegeln, wodurch entsprechend der Anzahl der Spannungsstufen sog. Mikroschritte erzeugt werden können. Eine weitere Möglichkeit der Ansteuerung kann nach Fig. 8 erfolgen. In diesem Falle wird jede Phase abwechselnd be­ stromt. Damit ergibt sich ein Rotorschrittwinkel von 30° (s. Fig. 7).An even smaller angular step resolution is possible with stepped voltage levels, which means that so-called microsteps can be generated according to the number of voltage steps. A further possibility for control can take place according to FIG. 8. In this case, each phase is alternately energized. This results in a rotor step angle of 30 ° (see FIG. 7).

Zur Verbesserung des Wirkungsgrades sind nach Anspruch 2 Sättigungszonen (12, 13, 14) vorgesehen, die eine Ent­ koppelung der beiden Magnetkreise bewirken. Mit dem gleichen Ziel ist nach Anspruch 3 an den Verdünnungsstellen (12, 13, 14) eine vollständige Trennung der Statorbleche (1, 2) vorzunehmen. Fig. 4 zeigt eine Ausführungsvariante, die geometrisch für bestimmte Einbauverhältnisse günstig sein kann.To improve the efficiency, saturation zones ( 12 , 13 , 14 ) are provided according to claim 2, which cause a decoupling of the two magnetic circuits. With the same aim, a complete separation of the stator sheets ( 1 , 2 ) is to be carried out at the thinning points ( 12 , 13 , 14 ). Fig. 4 shows an embodiment which can be geometrically favorable for certain installation conditions.

Claims (3)

1. Elektromagnetischer, zweiphasiger Schrittmotor mit zwei Drehrichtungen, mit einem scheibenförmigen Permanentmagnet- Rotor (3), der parallel zu seiner Rotationsachse mindestens 6 Magnetisierungsachsen gleichmäßig um die Rotationsachse verteilt aufweist, wobei die benachbarten Magnetisierungs­ achsen jeweils umgekehrt polarisiert sind und zwei Magnet­ spulen (4, 5), die über zwei Statorbleche, beidseitig zu den Stirnflächen der Rotorscheibe (3) angeordnet, magnetisch mit dem Rotor gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, daß zwei formgleiche Statorbleche (1, 2) beidseitig zum Rotor (3) symmetrisch angeordnet sind, deren jeweils vier Statorpole so ausgebildet sind, daß über zwei Statorpole (6, 7) zwei Rotorpole gleicher Polarität vom ersten Magnetspulenkreis (10) beaufschlagt werden und gegenüberliegend zwei Statorpole (8, 9), versetzt um eine halbe Rotorpolteilung, vom zweiten Magnet­ spulenkreis (11) beaufschlagt werden, wobei die Winkelstellung der Statorpole untereinander, die jeweils einem Magnetkreis zugeordnet sind, 120° beträgt.1.Electromagnetic, two-phase stepper motor with two directions of rotation, with a disc-shaped permanent magnet rotor ( 3 ) which, parallel to its axis of rotation, has at least 6 axes of magnetization evenly distributed around the axis of rotation, the adjacent axes of magnetization being reversely polarized and two magnet coils ( 4th , 5 ), which are magnetically coupled to the rotor via two stator plates arranged on both sides of the end faces of the rotor disk ( 3 ), characterized in that two stator plates ( 1 , 2 ) of the same shape are arranged symmetrically on both sides of the rotor ( 3 ), the Four stator poles each are designed so that two stator poles ( 6 , 7 ) act on two rotor poles of the same polarity from the first magnet coil circuit ( 10 ) and on the opposite two stator poles ( 8 , 9 ), offset by half a rotor pole pitch, from the second magnet coil circle ( 11 ) are applied, the angular position of the stator poles with each other, which are each assigned to a magnetic circuit, is 120 °. 2. Schrittmotor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß zur Entkoppelung der beiden Magnetspulenkreise (10, 11) bei den Statorblechen (1, 2) verdünnte Zonen (12, 13, 14) angebracht sind.2. Stepper motor according to claim 1, characterized in that for decoupling the two magnetic coil circuits ( 10 , 11 ) in the stator plates ( 1 , 2 ) thinned zones ( 12 , 13 , 14 ) are attached. 3. Schrittmotor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Statorbleche (1, 2) in den Verdünnungszonen (12, 13, 14,) durchgetrennt sind.3. Stepper motor according to claim 1, characterized in that the stator sheets ( 1 , 2 ) in the dilution zones ( 12 , 13 , 14, ) are severed.