DE1538791C

DE1538791C - Electric stepper motor

Info

Publication number: DE1538791C
Authority: DE
Inventors: Toshimasa Dipl Ing Kawa saki Kaiwa (Japan)
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Publication date: 1972-05-04

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Schrittmotor mit einem elektromagnetisch erregbaren Statorpolsystem, dessen axial ausgerichtete ausgeprägte Pole mit den Polen eines permanentmagnetisch erregten Rotors magnetisch zusammenwirken. Motoren dieser Art werden auch Impulsmotoren genannt, da sie sich um einen zur Ahzahl der dem Motor zugeführten Impulse proportionalen Winkel drehen. Solche Motoren werden als intermittierende Speisemotoren in den Eingabe- und Ausgabeeinrichtungen von Rechenanlagen oder als Endstufenservomotoren in einer digitalen Steuerung verwendet.The invention relates to an electric stepper motor with an electromagnetically excitable Stator pole system, its axially aligned salient poles with the poles of a permanent magnet excited rotor interact magnetically. Motors of this type are also called pulse motors called because they are at an angle proportional to the number of pulses supplied to the motor rotate. Such motors are used as intermittent feed motors in the input and output devices used by computer systems or as final stage servomotors in a digital controller.

Bei bekannten Schrittmotoren (deutsche Auslegeschrift 1158 624) wird der Rotor dadurch um den gewünschten Winkel gedreht, daß die zahnförmigen Rotorpole bei entsprechendem Stromfluß in der Statorwicklung von den zahnförmigen Statorpolen angezogen werden. Die Statorwicklung ist bei diesem bekannten Schrittmotor in einem Joch, das aus magnetischem Material besteht, welches den Stator des Motors bildet, untergebracht. Infolge der großen Induktivität, bedingt einerseits durch die Windungszahl der Wicklung und andererseits durch den Magnetwerkstoff, sind die Anlaufeigenschaften dieses Schrittmotors verschlechtert. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß der Motor nur auf mechanische Weise richtig und ohne Schwierigkeiten in der Stellung gehalten werden kann, in der er anhält, wenn der Erregerstrom abgeschaltet wird.In known stepper motors (German Auslegeschrift 1158 624) the rotor is thereby around the desired angle rotated that the tooth-shaped rotor poles with a corresponding current flow in the stator winding are attracted by the tooth-shaped stator poles. The stator winding is on this one known stepper motor in a yoke, which consists of magnetic material, which the stator of the engine is housed. As a result of the large inductance, caused on the one hand by the The number of turns of the winding and, on the other hand, the magnetic material, are the starting properties this stepper motor deteriorates. Another disadvantage is that the engine is only running on mechanically can be held correctly and without difficulty in the position in which it stops when the excitation current is switched off.

Es ist auch ein elektrischer Schrittmotor (österreichische Patentschrift 201 901) mit einem elektromagnetisch erregbaren Statorpolsystem bekannt, dessen ausgeprägte Pole mit den permanentmagnetischen Polen seines Rotors magnetisch zusammenwirken. Zur Verbesserung der Anlauf- und Anhalteeigenschaften wird hierbei dem Rotor ein möglichst kleines Trägheitsmoment gegeben, indem das Verhältnis von Rotorlänge zu Rotordurchmesser so gewählt wird, daß es einen bestimmten Wert nicht unterschreitet."There is also an electric stepper motor (Austrian patent specification 201 901) with an electromagnetic excitable stator pole system known whose salient poles with the permanent magnetic Poles of its rotor interact magnetically. To improve the starting and stopping properties the rotor is given the smallest possible moment of inertia by the ratio rotor length to rotor diameter is chosen so that it does not have a certain value falls below. "

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Schrittmotor zu schaffen, dessen Induktivität gering ist.In contrast, the invention is based on the object of creating an electric stepper motor, whose inductance is low.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die in Richtung parallel zur Drehachse elektrisch leitend ausgebildeten Statorpole mit Stromanschlüssen versehen und durch eine Isolierschicht elektrisch vom gemeinsamen Joch getrennt sind und daß sie in einem senkrecht zur Richtung des sie durchfließenden elektrischen Erregerstromes verlaufenden, radialen Permanentmagnetfeld des Rotors liegen.This object is achieved in that the direction parallel to the axis of rotation electrically conductive stator poles provided with power connections and through an insulating layer are electrically separated from the common yoke and that they are in a direction perpendicular to the direction of the electrical excitation current flowing through it, the radial permanent magnetic field of the Rotors lie.

Vorzugsweise bestehen die Pole aus elektrisch leitendem, magnetisierbarem Werkstoff.The poles are preferably made of electrically conductive, magnetizable material.

Darüber hinaus kann auf die Pole ein elektrischer Leiter, gegebenenfalls unter Zwischenschaltung einer Isolierschicht, aufgebracht sein.In addition, an electrical conductor can be connected to the poles, possibly with the interposition of a Insulating layer, be applied.

Ein Ausführungsbeispiel ist in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigtAn embodiment is shown in the drawing, namely shows

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen bekannten Schrittmotor,F i g. 1 a longitudinal section through a known stepper motor,

F i g. 2 einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Schrittmotor,F i g. 2 shows a cross section through a stepper motor according to the invention,

F i g. 3 einen Längsschnitt durch einen Motor nach F i g. 2,F i g. 3 shows a longitudinal section through an engine according to FIG. 2,

F i g. 4 eine perspektivische Ansicht eines Endes des Stators eines erfindungsgemäßen Motors,F i g. 4 is a perspective view of one end of the stator of a motor according to the invention;

F i g. 5 bis 9 schematisch die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Motors,F i g. 5 to 9 schematically the mode of operation of the engine according to the invention,

Fig. 10 eine Abwicklung mit Darstellung der elektrischen Verbindung der Statorpole und
Fig. 11a und b zwei Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Statorspols.Fig. 10 is a development showing the electrical connection of the stator poles and
11a and b show two embodiments of a stator pole according to the invention.

Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen bekannten Dreiphasenschrittmotor. Er besteht aus einem Stator 11 aus magnetischem Werkstoff, einemFig. 1 shows a longitudinal section through a known one Three phase stepper motor. It consists of a stator 11 made of magnetic material, a

ίο Rotor 12 und drei Wicklungen 13 zur Erregung des Stators. Wenn eine Wicklung 13 am linken Ende des Motors nach F i g. 1 erregt wird, entsteht ein magnetischer Fluß 14 zwischen dem Stator 11 und dem Rotor 12; der Rotorpol wird vom Statorpol angezogen, und dementsprechend wird der Rotor 12 um einen bestimmten Winkel gedreht. Wie bereits erwähnt, ist die Induktivität der Wicklung 13 auf Grund des Statoreisens erhöht, so daß die Anlauf- und Anhalteeigenschaften des Motors ungünstig beeinflußt werden.ίο rotor 12 and three windings 13 for exciting the Stator. If a winding 13 at the left end of the motor according to FIG. 1 is excited, a magnetic one is created Flux 14 between stator 11 and rotor 12; the rotor pole is attracted by the stator pole, and accordingly, the rotor 12 is rotated through a certain angle. As mentioned earlier, is the inductance of the winding 13 increases due to the stator iron, so that the starting and stopping properties of the engine are adversely affected.

In den F i g. 2, 3 und 4 ist ein erfindungsgemäßer Schrittmotor dargestellt. Er besteht aus einem Rotor 1, einem Stator 2, auf den Rotor aufgesetzten Permanentmagneten 3, zwischen den Permanentmagneten sitzenden Polen 4 aus weichmagnetischem WerkstoffIn the F i g. 2, 3 and 4, a stepper motor according to the invention is shown. It consists of a rotor 1, a stator 2, permanent magnets 3 placed on the rotor, between the permanent magnets seated poles 4 made of soft magnetic material

as und einer Rotorwelle-5 aus unmagnetischem Werkstoff. Die Permanentmagnete 3 und die Pole 4 sind abwechselnd angeordnet, dabei sind die Permanentmagnete 3 so angeordnet, daß gleichnamige Pole einander gegenüberliegen (vgl. Fig. 2). Auf dem Stator 2 sind Pole 6 a und 6 b abwechselnd nebeneinander angeordnet. Die Stirnflächen dieser Pole haben etwa die gleiche Breite wie die Stirnflächen der Permanentmagnete 3 und der Pole 4 des Rotors 2; diesen letzteren Polen liegen sie in geringem Abstand gegenüber. Die Statorpole 6 a und 6 b bestehen aus elektrisch leitendem Magnetwerkstoff und sind über einen Isolator 8 am Joch 7 des Stators 2 befestigt. Die Befestigung der Statorpole 6, ebenso wie die Befestigung der Rotorpole 3, 4, kann an sich auf beliebige Weise erfolgen, vorzugsweise werden diese jedoch angeklebt.as and a rotor shaft-5 made of non-magnetic material. The permanent magnets 3 and the poles 4 are arranged alternately, while the permanent magnets 3 are arranged such that poles of the same name are opposite one another (cf. FIG. 2). On the stator 2, poles 6 a and 6 b are arranged alternately next to one another. The end faces of these poles have approximately the same width as the end faces of the permanent magnets 3 and the poles 4 of the rotor 2; they are a short distance from these latter poles. The stator poles 6 a and 6 b consist of electrically conductive magnetic material and are attached to the yoke 7 of the stator 2 via an insulator 8. The fastening of the stator poles 6, as well as the fastening of the rotor poles 3, 4, can take place in any desired manner, but these are preferably glued on.

Die Arbeitsweise des erfindungsgemäßen Schrittmotors soll an Hand der F i g. 5 bis 9 erläutert werden. Wenn kein Strom im Motor fließt, wie in F i g. 5 dargestellt ist, ergeben sich magnetische Flüsse 9, die von den Permanentmagneten 3 erzeugt werden und durch den magnetischen Kreis fließen, der von den Polen 4 im Anschluß an die Permanentmagnete 3, den Statorpolen 6 a gegenüber den Polen 4 und dem Joch 7 des Stators 2 gebildet wird, so daß der Rotor in dem in F i g. 5 dargestellten Zustand festgehalten wird.The mode of operation of the stepper motor according to the invention is shown in FIG. 5 to 9 will be explained. When there is no current flowing in the motor, as in FIG. 5 is shown, there are magnetic fluxes 9, which are generated by the permanent magnets 3 and flow through the magnetic circuit from the poles 4 following the permanent magnets 3, the stator poles 6 a opposite the poles 4 and the yoke 7 of the stator 2 is formed so that the rotor in the in F i g. 5 is held in the state shown.

Der Rotor 1 kann aus seiner in F i g. 5 gezeigten Lage nach links um einen Schritt verdreht werden, indem durch die Statorpole6α in der in Fig. 6 dargestellten Richtung Strom geschickt wird. Mit anderen Worten, wenn Strom durch die Statorpole 6 a, durch die die Magnetflüsse von den Permanentmagneten 3 hindurchtreten, geschickt wird, und zwar in RichtungThe rotor 1 can from its in F i g. 5 can be rotated to the left by one step in that current is sent through the stator poles6α in the direction shown in FIG. In other words, when current is sent through the stator poles 6 a, through which the magnetic fluxes from the permanent magnets 3 pass, in the direction of

βο quer zu diesen magnetischen Flüssen, wird eine Kraft erzeugt, die auf die Statorpole 6 a und den Rotor 1 wirkt, so daß letzterer, als der bewegliche Teil, in Richtung des Pfeiles bewegt wird. Wenn der Rotor 1 um einen Schritt, d. h. um einen Statorpol bewegt worden ist, ergibt sich das Bild nach Fig. 7.βο transversely to these magnetic fluxes, a force is generated which acts on the stator poles 6 a and the rotor 1, so that the latter, as the movable part, is moved in the direction of the arrow. If the rotor 1 has been moved by one step, that is to say by one stator pole, the picture according to FIG. 7 results.

In dieser Lage wirkt kein Drehmoment mehr aufIn this position there is no longer any torque

den Rotor ein, und selbst wenn der Stromfluß in den Statorpolen 6 α abgeschaltet wird, bleibt der Rotorthe rotor on, and even if the flow of current in the stator poles 6 α is switched off, the rotor remains

doch in dieser Stellung, weil die Pole 4 auf die Stirnflächen der Statorpole 6 b wirken.but in this position, because the poles 4 act on the end faces of the stator poles 6 b .

Wird anschließend elektrischer Strom durch die Statorpole 6 b in der in Fig. 8 gezeigten Richtung geschickt, dreht sich der Rotor in gleicher Weise einen Schritt in Richtung des Pfeiles. Nach Abschalten des Stromes ergibt sich die Lage nachJF i g. 9.If electrical current is then sent through the stator poles 6 b in the direction shown in FIG. 8, the rotor rotates in the same way one step in the direction of the arrow. After switching off the current, the position results from JF i g. 9.

Weil in dieser Lage jetzt die Polarität der Permanentmagnete des Rotors gemäß F i g. 9 umgekehrt zu der nach Fig. 5 ist, ist es erforderlich, den elektrischen Strom durch die Statorpole 6 a in Gegenrichtung zu den in Fig. 6 dargestellten Richtungen zu schicken, um den Rotor 1 auch aus der Stellung nach F i g. 9 in der gleichen Richtung weiterzudrehen.Because in this position the polarity of the permanent magnets of the rotor according to FIG. 9 is the opposite of that according to FIG. 5, it is necessary to send the electric current through the stator poles 6 a in the opposite direction to the directions shown in FIG. 6 in order to move the rotor 1 out of the position according to FIG. 9 to continue turning in the same direction.

In F i g. 10 ist eine Abwicklung und die Verschaltung der Statorpole 6 a und 65 dargestellt. Diese Statorpole sind so miteinander verbunden, daß elektrische Ströme in einander entgegengesetzten Richtungen in den benachbarten Polen 6a und 6b fließen können. Der Schrittmotor kann deshalb in einer bestimmten Richtung zunächst dadurch gedreht werden, daß Strom in die Statorpole 6 α in einer bestimmten Richtung geschickt wird und anschließend Strom durch die Statorpole 6b in der gleichen Richtung. In Fig. 10 shows a development and the interconnection of the stator poles 6 a and 65. These stator poles are connected to each other so that electric currents can flow in opposite directions in the adjacent poles 6a and 6b. The stepping motor can therefore initially be rotated in a certain direction in that current is sent into the stator poles 6 α in a certain direction and then current is sent through the stator poles 6b in the same direction.

Um nun in derselben Richtung weiterdrehen zu können, müssen anschließend die Statorpole 6 α und 6 b aufeinanderfolgend in Gegenrichtung vom Strom durchflossen werden.In order to be able to continue rotating in the same direction, the stator poles 6 α and 6 b must then be flowed through successively in the opposite direction by the current.

Wie in den Fig. 11a und 11b dargestellt ist, kann in Abweichung von der Ausführungsform nach F i g. 2 bis 4 ein Statorpol aus magnetischem Werkstoff 20 bestehen, auf den ein platten- oder stangenförmiger Leiter 22 unter Zwischenfügung eines Isolators 21 aufgebracht ist. Insbesondere ist es gemäß Fig. 11b möglich, den Leiter 22 in eine Nut in der Mitte des Magnetwerkstoffes 20 einzusetzen, so daß der Magnetwerkstoff beidseits des Leiters bis zur Oberfläche reicht.As shown in FIGS. 11a and 11b, can in deviation from the embodiment according to FIG. 2 to 4 a stator pole made of magnetic material 20 exist, on which a plate or rod-shaped conductor 22 with the interposition of a Isolator 21 is applied. In particular, it is possible according to FIG. 11b, the conductor 22 in a groove in the middle of the magnetic material 20, so that the magnetic material on both sides of the conductor up to Surface is enough.

Durch die Erfindung wird ein Schrittmotor geschaffen, der infolge seiner geringen Induktivität günstige Anlauf- und Anhalte-Eigenschaften besitzt.The invention provides a stepper motor which, due to its low inductance has favorable start-up and stopping properties.

Claims

Patent claims:

1. Electric stepper motor with an electromagnetically excitable stator pole system, whose axially aligned salient poles with the

Poles of a permanent magnet magnetically excited rotor interact magnetically, characterized in that the stator poles (6 a, 6 b), which are electrically conductive in the direction parallel to the axis of rotation, are connected to

see a ° and electrically through an insulating layer (8) are separated from the common yoke (7) and that they are in a direction perpendicular to the direction. of them electrical excitation current flowing through, radial permanent magnetic field of the

»5 rotors (1) are lying. ,

2. Stepping motor according to claim 1, characterized in that the stator poles (6a, 6b ) consist of electrically conductive, magnetic material.

3. Stepper motor according to claim 1, characterized in that an electrical conductor (22), optionally with the interposition of an insulating layer (21), is applied to the stator poles (6 a, 6 b) (F i g. 11 a, 11 b) .

For this purpose 2 sheets of drawings