DE3346917A1

DE3346917A1 - Linear stepping motor

Info

Publication number: DE3346917A1
Application number: DE19833346917
Authority: DE
Inventors: Stefan DDR 9044 Karl-Marx-Stadt Elbel; Gert DDR 9055 Karl-Marx-Stadt Roscher; Hans-Jürgen DDR 9023 Karl-Marx-Stadt Theileis; Hermann Dr.-Ing. DDR 9360 Zschopau Viehweger
Original assignee: Robotron VEB
Current assignee: Robotron VEB
Priority date: 1983-03-10
Filing date: 1983-12-24
Publication date: 1984-09-13
Also published as: DD214504A1

Abstract

In the case of an electrical linear stepping motor, which in fundamental principle is constructed concentrically and can be used, for example, for driving units, which can be moved in a straight line, in apparatuses used in data-processing technology, and which is provided with a cylindrical stator which supports the magnet structure in a helical shape, and magnet systems which are arranged such that they move longitudinally about the stator and are equipped with an adequate magnet structure, the object of the invention is to combine the advantages of a radial and a concentric energising coil arrangement. This object is achieved in that a pole shoe which completely surrounds the stator is provided, which pole shoe has a hub-like part which is connected via a connecting disc, in the form of a circular ring, to an outer tubular jacket, and in that energising coils which are magnetically identical to one another are arranged on both sides of the connecting disc and are wired to one another in the opposite sense, so that their magnetic fluxes run in the same direction in the pole shoe. <IMAGE>

Description

LinearschrittmotorLinear stepper motor

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Linearschrittmotor, der vorzugsweise zum Antreiben geradlinig bewegbarer Aggregate in Geräten der Datenverarbeitungstechnik eingesetzt werden kann.The invention relates to an electric linear stepper motor that preferably for driving units that can be moved in a straight line in data processing equipment can be used.

Elektrische Linearschrittmotoren sind bereits in vielfältigen Ausführungsformen bekannt geworden. Pur alle gleichermaßen kennzeichnend ist das Prinzip der Umwandlung von elektrischer über magnetische in mechanische Energie, das auf dem Streben eines magnetischen Kreises zum Minimum der Reluktanz als energetisch gtinstigstem Zustand basiert. Eine fortschreitende Bewegung erfordert dabei mindestens drei schrittbewirkende Magnetsysteme einschließlich zugehUriger elektrischer bzw. elektronischer Steuerungsmittel.Electric linear stepper motors are already in a variety of embodiments known. The principle of transformation is equally characteristic of all of them from electrical through magnetic to mechanical energy, which is on the pursuit of a magnetic circuit to the minimum of the reluctance as energetically most favorable state based. A progressive movement requires at least three step-effecting movements Magnet systems including associated electrical or electronic control means.

Zwei grundsätzliche Konstruktionen unterscheiden sich durch die Anordnung der magnetisch wirksamen Elemente, einmal in einer Ebene und zum anderen in konzentrischer Lage.Two basic constructions differ in their arrangement of the magnetically effective elements, one in one plane and the other in a concentric plane Location.

Die erste Bauart ist in der Regel durch eine flache Statorschiene mit einer zahn- bzw. rippenförmigen Struktur gekennzeichnet, über der - durch einen Luftspalt getrennt - die schrittbewirkenden Magnetsysteme in Richtung der Statorschiene längsbeweglich angeordnet sind.The first type is usually a flat stator bar marked with a tooth or rib-shaped structure, over which - by a Separate air gap - the step-causing magnet systems in the direction of the stator rail are arranged to be longitudinally movable.

Derartige Ausführungsformen, wie sie beispielsweise in den DEAS 21 11 802 oder DE-OS 29 43 377 beschrieben sind, weisen als Nachteil auf, daß durch die zwischen Statorschiene und Magnet systemen zwangsläufig auftretenden hohen Kräfte alle beteiligten Elemente einschließlich Lagerungen sehr kompakt und stabil gestaltet sein müssen, wodurch ein entsprechend hohes Gewicht bedingt ist. Mit einer vorder- und rückseitigen Anordnung der Magnet systeme an der geeignet gestalteten Statorschiene (GB-FS 1531114) kann dieser Nachteil nur geringfügig verkleinert werden.Such embodiments, as for example in DEAS 21 11 802 or DE-OS 29 43 377 are described, have the disadvantage that by the high forces that inevitably occur between the stator rail and magnet systems all elements involved, including bearings, are designed to be very compact and stable must be, whereby a correspondingly high weight is required. With a front and rear arrangement of the magnet systems on the suitably designed stator rail (GB-FS 1531114) this disadvantage can only be reduced slightly.

Die Anordnung der Magnet systeme um einen mit entsprechender Magnetstruktur versehenen zylindrischen Stator vermeidet im wesentlichen derartige Nachteile.The arrangement of the magnet systems around one with a corresponding magnet structure provided cylindrical stator substantially avoids such disadvantages.

Werden - wie beispielsweise in den DD-PS 101 521, DE-AS 12 43 622 und DE-OS 23 58 421 offenbart - zur Initiierung des magnetischen Flußes konzentrische Spulen verwendete tritt neben dem im jeweiligen System unter Einbeziehung des Stators notwendigen Magnetfluß ein unerwünschter magnetischer Reben schluß über andere Systeme in Erscheinung, der nur durch zu sätzliche Sperrmaßnahmen zu vermeiden ist. Des weiteren muß dafür Soge getragen werden, daß die Induktion von Kurzschlußströmen in sämtlichen ringförmigen Magnetteilen unterdrückt bzw. beseitigt wird, was durch Anbringen radial verlaufender Schlitze in den betreffenden Teilen einschließlich Stator, bewirkt werden kann. Alle diese Maßnahmen führen jedoch zu einer Komplizierung und damit zur Verteuerung eines derartigen Linearschrittmotors0 Lösungen mit einer radialen Anordnung der Erregerspulen9 wie sie u.a. in den DE-OS 22 43 622 und 22 47 509 beschrieben sind, weisen zwar den Nachteil der Induktion von Kurzschluß strömen nicht auf, gewährleisten jedoch - ungeschtet der zu bewältigenden technologischen Probleme keine annähernd op timalen Magnetflußverhältnisse.Will - as for example in DD-PS 101 521, DE-AS 12 43 622 and DE-OS 23 58 421 discloses - to initiate the magnetic flux concentric Coils used occurs next to that in the respective system including the stator necessary magnetic flux an undesirable magnetic vine circuit through other systems in appearance that can only be avoided through additional blocking measures. Of further suction must be borne in order to prevent the induction of short-circuit currents is suppressed or eliminated in all ring-shaped magnet parts, which is caused by Making radially extending slots in the relevant parts including Stator, can be effected. However, all of these measures add complication and thus to make such a linear stepper motor0 solutions with a radial arrangement of the excitation coils9 as in DE-OS 22 43 622 and 22, among others 47 509 are described, although they have the disadvantage of the induction of short-circuit currents not on, however, guarantee - regardless of the technological to be mastered Problems no nearly optimal magnetic flux ratios.

Die Erfindung beweckt, die dargestellten Nachteile der be kannten Linearschrittmotoren zu verringern bzw. zu beseitigen und ein lineares Antriebsmittel zu entwickeln, das neben einer optimalen Berücksichtigung der physikalischen Gesetze des magnetischen Kreises eine effektive Herstellbarkeit ge währleistet.The invention awakened the disadvantages shown of the known To reduce or eliminate linear stepper motors and a linear drive means to develop that in addition to an optimal consideration of the physical laws of the magnetic circuit ensures effective producibility.

Die Erfindung basiert auf den Grundprinzipien eines konzentrisch aufgebauten Linearschrittmotors mit einer zylindri schen Statorschiene, die eine rippenförmige Magnetstruktur in der Form eines Gewindes mit einer Steigung O besitzt 9 und längsbeweglich um den Stator angeordneten Magnetsystemen, die ihrerseits die dem Stator adäquate Magnetstruktur aufweisen.The invention is based on the basic principles of a concentric structure Linear stepper motor with a cylindri's stator rail, which is a rib-shaped Magnetic structure in the form of a thread with a pitch O has 9 and is longitudinally movable around the stator arranged magnet systems, which in turn are adequate to the stator Have magnetic structure.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Linearschrittmotor der vorgenannten Art zu schaffen, der die Vorzüge der Radial anordnung der Erregerspulen mit den Vorteilen der konzentrischen Erregerspulenanordnung vereinigt.It is the object of the invention to provide a linear stepper motor the The aforementioned type of creating the advantages of the radial arrangement of the excitation coils combined with the advantages of the concentric excitation coil arrangement.

Die Lösung der Aufgabe besteht darin, daß es erfindungsgemäß gelingt, den partiell wirkenden radialen Polschuh über den gesamten Umfang, d.h. den Stator voll umschließend, zu erweitern, indem um einen vorzugsweise symmetrisch gestalteten nabenförmigen Polring beiderseits einer Ringscheibe, die den Polring mit einem äußeren rohrförmigen Mantel verbindet, zwei gleiche konzentrische Spulen angeordnet und gegensinnig miteinander verschaltet sind.The solution to the problem is that according to the invention it is possible the partially acting radial pole piece over the entire circumference, i.e. the stator fully encompassing, expand by adding a preferably symmetrical design hub-shaped pole ring on both sides of an annular disc, which the pole ring with an outer tubular jacket connects, two equal concentric coils and arranged are interconnected in opposite directions.

Dadurch entsteht die Wirkung einer radial angeordneten Erregerspule mit der Sehnung von 3600.This creates the effect of a radially arranged excitation coil with the longitude of 3600.

Ein weiteres Kennzeichen der Erfindung ist, daß pro Magnetsystem nur ein Polschuh vergesehen wird.Another feature of the invention is that only per magnet system a pole piece is foreseen.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines Ausführungsbei spiels näher erläutert.The invention is based on a game Ausführungsbei explained in more detail.

In der zugehörigen Zeichnung zeigen: Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Linearschrittmotor im Schnitt, Fig. 2 eine Darstellung des physikalischen Wirkprinzips, Fig. 3 eine Ausführungsform als Hybridvariante.The accompanying drawings show: FIG. 1 an inventive Linear stepper motor in section, FIG. 2 shows a representation of the physical operating principle, 3 shows an embodiment as a hybrid variant.

Fig. 1 zeigt stilisiert eine erste Äusführungsform des erfindungsgemäßen Linearschrittmotors als reiner Reluktanzmotor. Ein zylindrischer Stator 6 ist in bekannter Weise mit einer gewindeförmigen Magnetstruktur 7 versehen, deren Steigung den Erfordernissen entsprechend größer oder gleich Null gewählt werden kann.Fig. 1 shows a first embodiment of the invention in a stylized manner Linear stepper motor as a pure reluctance motor. A cylindrical stator 6 is in in a known manner provided with a thread-like magnetic structure 7, the pitch of which the requirements can be selected greater than or equal to zero.

In den Statormantel sind in axialer Richtung verlaufende Führungsschienen eingelassen, auf denen sich der bewegliche Teil des Motors, der Läufer abstützt. Diese Abstützung erfolgt mittels rollenbehafteter Lager 9, die sowohl die Längsbeweglichkeit des Läufers als auch den notwendigen geringen Luftspalt zwischen Läufer und Stator gewährleisten. Sie sind an Flanschen 8 befestigt.In the stator casing there are guide rails running in the axial direction recessed, on which the moving part of the motor, the rotor, is supported. This support takes place by means of roller bearings 9, which both the Longitudinal mobility of the runner as well as the necessary small air gap between Ensure rotor and stator. They are attached to flanges 8.

Fig. 2 zeigt mittels gestrichelter Linien etwa den Verlauf des magnetischen Kraftflußes bei einem reinen Reluktanzmo tor, wie er an Hand von Fige 1 vorgestellt wurde, Da nur ein magnetisches System 1 jeweils nur ein einziger Polschuh 10 vorhanden ist, wird der in jeder Position von dem zu gehörigen stromdruchflossenen magnetischen System 1 ausgehende magnetische Kreis unter Einbeziehung des Stators 6 stets über die Polschuhe 10 anderer, nicht erregter Systeme geschlossen.Fig. 2 shows by means of dashed lines approximately the course of the magnetic Power flow in a pure reluctance motor, as presented with reference to FIG Since there is only one magnetic system 1, only a single pole piece 10 is present is, the is in every position of the associated current-carrying magnetic System 1 outgoing magnetic circuit including the stator 6 always over the pole pieces 10 of other, non-excited systems are closed.

In dem gewählten Beispiel des erregten Systems 1a gegen dem zufolge die magnetischen Kraftflußlinien am Ende der Bewegungsphase von Polschuh 10a über den Stator 6, die sich nur zur Hälfte mit den Statorrippen überdeckenden Rippen der Polsehuhe 10b und 10d und deren äußeren rohrförmigen mantel zurück zum Polschuh 10a. Als vorteilhaft hat sich eine An ordnung der magnetischen Systeme in der Reihenfolge a-c-d-b oder c-a-d-b herausgestellt bei der die den magnetischen Rückschluß bewirkenden zwei Systeme stets unmittelbar be nachbart sind. Die Zusammenstellung der Systeme in einer der beiden vorgenannten Reihenfolgen gewährleistet auch die Realisierung eines Hybridmotors wie in Fig. 3 gezeigt.In the chosen example of the excited system 1a, on the other hand the lines of magnetic flux at the end of the phase of movement from pole piece 10a over the stator 6, the ribs only half overlapping with the stator ribs the pole pieces 10b and 10d and their outer tubular jacket back to the pole piece 10a. An arrangement of the magnetic systems in the sequence has proven advantageous a-c-d-b or c-a-d-b highlighted in the case of the causing the magnetic return two systems are always immediately adjacent. The compilation of the systems in one of the two above-mentioned orders also ensures implementation of a hybrid engine as shown in FIG. 3.

Unter Zugrundelegung einer Magnetstruktur in Gewinderform mit einer von Null unterschiedlich endlichen Steigung ist es durch bloßes Drehen der ohnehin rotationssymmetrischen Polschuhe 10 um die Statorlängsachse sehr einfach möglich9 sowohl jedes magnetische System 1 in ein anderes zu über führen, als auch die Systeme untereinander und dem Stator gegenüber zu justieren und den theoretisch erforderlichen schrittbildenden Versatz genauestens zu erzielen.Based on a magnetic structure in the form of a thread with a It is finite slope different from zero by simply turning the anyway Rotationally symmetrical pole shoes 10 around the longitudinal axis of the stator are very easily possible9 to lead each magnetic system 1 into another, as well as the systems to adjust with each other and with respect to the stator and the theoretically required to achieve precisely the step-forming offset.

Damit ergibt sich auch fertigungstechnisch der Vorteil, daß stets nur eine identische Form von Polschuhen hergestellt zu werden braucht. Der aktive Teil des Läufers setzt sich aus vier magnetischen Systemen 1 zusammen, die in Reihen folge mit a .... d indexiert und von den Flanschen 8 mechanisch fixiert werden.This also results in the production technology advantage that always only an identical form of pole pieces needs to be produced. The active one Part of the rotor is composed of four magnetic systems 1, which are arranged in rows episode indexed with a .... d and mechanically fixed by the flanges 8.

Jedes Magnet system 1 besteht aus einem zylindrischen Polschuh 10 mit einer konzentrischen Bohrung 2 und einer in diese eingebrachten Magnetstruktur 3, die derjenigen des Stators.6 entspricht. In ringförmigen Ausnehmungen der Polschuhe 10 sind beiderseits einer verbleibenden Ringscheibe, die in Ausübung einer Stegfunktion somit einen äußeren rohrförmigen Mantel mit dem die Magnet struktur tragenden nabenförmigen inneren Polring verbindet, Erregerspulen 4, 5 angeordnet und so gegeneinandergeschaltet, daß sich in ihrem stromdurchflossenen Zustand in dem Magnetmaterial des Polschuhs 10 ein resultierender Magnetfluß in radialer Richtung ausbildet. Damit entsteht die Wirkung einer einzigen radialen Spule mit der vollen Sehnung von 3600.Each magnet system 1 consists of a cylindrical pole piece 10 with a concentric bore 2 and a magnetic structure introduced into it 3, which corresponds to that of the stator. 6. In ring-shaped recesses in the pole pieces 10 are on both sides of a remaining washer, which in exercise of a web function thus an outer tubular jacket with the hub-shaped structure supporting the magnet inner pole ring connects, excitation coils 4, 5 arranged and so connected to one another, that in their current-carrying state in the magnetic material of the pole piece 10 forms a resulting magnetic flux in the radial direction. This creates the effect of a single radial coil with the full chord of 3600.

Durch die in den magnetischen Daten in übrigen völlig gleiche Ausbildung der Erregerspulen 4, 5 und ihre Gegeneinanderschaltung heben sich die im Magnetmaterial des Polschuhs 10 induzierten Teilspannungen durch ihre jeweils entgegengesetzte Richtung auf, so daß keine zusätzlichen Maßnahmen zur Verhinderung des Fließens von Kurzschlußströmen getroffen werden müssen.Due to the completely identical training in the rest of the magnetic data the excitation coils 4, 5 and their counter-circuitry stand out in the magnetic material of the pole piece 10 induced partial voltages by their respective opposite Direction on, so no additional measures to prevent flow must be hit by short-circuit currents.

Unerheblich ist, ob es sich um einen reinen Reluktanzmotor oder um einen hybriderregten Linearschrittmotor handelt, wie er beispielsweise in Fig. 3 dargestellt ist. Die Hybriderregung kann dabei sowohl mittels eines Permanentmagneten 11,.als auch durch elektromagnetische Premderregung erfolgenoIt does not matter whether it is a pure reluctance motor or is a hybrid excited linear stepper motor, as shown, for example, in FIG. 3 is shown. The hybrid excitation can be done by means of a permanent magnet 11, as well as by electromagnetic pre-excitation

Claims

Claims 1. Linear stepper motor, consisting of a cylindrical Stator with a thread-like magnetic structure with a pitch = zero and a rotor, whose magnetic systems are equipped with ring-shaped pole pieces the stator corresponding Mahnet structure, characterized in that the pole pieces (10) on both sides of an annular disc, which has an outer tubular Jacket connects with a hub-shaped pole ring carrying the magnetic structure, Form cavities in which concentric, magnetically identical excitation coils (4, 5) are arranged and interconnected in opposite directions.

2. Linear stepping motor according to claim 1, characterized in that only one pole piece (10) is provided for each magnet system.