DE1163956B

DE1163956B - Stepper motor, especially for display devices

Info

Publication number: DE1163956B
Application number: DES70403A
Authority: DE
Original assignee: Solari SpA
Current assignee: Solari SpA
Priority date: 1959-09-18
Filing date: 1960-09-17
Publication date: 1964-02-27

Description

Schrittmotor, insbesondere für Anzeigegeräte Die Erfindung betrifft einen Schrittmotor, insbesondere für Anzeigegeräte, mit einem mit gleichmäßig am Umfang verteilten Magnetpolen wechselnder Polarität versehenen Läufer und einem eine Erregerspule tragenden Ständer mit zwei Polschenkeln, von denen jeder mehrere Polzacken besitzt, wobei die durch wechselnde Erregung der Ständerspule bewirkte schrittweise Drehung des Läufers stets in derselben Richtung erfolgt.Stepper motor, especially for display devices The invention relates to a stepper motor, especially for display devices, with a with evenly on Circumferentially distributed magnetic poles of alternating polarity provided rotor and a a stator carrying an excitation coil with two pole legs, each of which has several Has pole points, which is caused by the alternating excitation of the stator coil stepwise rotation of the rotor always takes place in the same direction.

Bei einem bekannten so aufgebauten Schrittmotor für ein Nebenuhrwerk besitzt der Läufer eine gerade Anzahl von Polpaaren, nämlich sechs, und jeder Ständerpolschenkel zwei Polzacken. Die Ständerpolschenkel umschließen ferner nicht den gesamten Läufer, so daß infolge der unsymmetrischen Verteilung der am Läufer angreifenden Magnetkräfte eine ungleichmäßige Belastung der Läuferlager, damit insbesondere bei einem flink arbeitenden Schrittmotor eine rasche Lagerabnutzung eintritt.In a known stepper motor for a slave clock mechanism constructed in this way the rotor has an even number of pole pairs, namely six, and each stator pole leg two pole points. The stator pole legs also do not enclose the entire rotor, so that due to the asymmetrical distribution of the magnetic forces acting on the rotor an uneven load on the rotor bearings, especially in the case of a nimble working stepper motor rapid bearing wear occurs.

Bei einem anderen bekannten derartigen Schrittmotor, dessen Läufer sechs Polpaare und deren Ständerpolschenkel jeweils drei Polzacken aufweist, ist ebenfalls keine gleichmäßige Lagerbelastung gegeben, da die Polzacken nicht gleichmäßig über den halben Umfang des Läufers verteilt sind.In another known stepping motor of this type, the rotor six pole pairs and their stator pole legs each having three pole prongs is there is also no uniform bearing load, since the pole teeth are not uniform are distributed over half the circumference of the runner.

Es sind ferner Schrittmotoren bekannt, bei denen der Ständer einen topfförmigen Aufbau besitzt. Bei einem solchen Motoraufbau kann zwar ohne weiteres eine symmetrische Verteilung der Magnetkräfte erreicht werden, jedoch ist dieser erheblich aufwendiger als ein Aufbau mit jochförmigem Ständer. Wird die Erregerspule außen am Ständertopf angebracht, so weist diese außerdem einen erhöhten Verlustwiderstand auf, so daß die verbrauchte elektrische Leistung unnötig hoch ist.There are also stepper motors are known in which the stator one Has a pot-shaped structure. With such a motor structure, it is possible without further ado a symmetrical distribution of the magnetic forces can be achieved, however, this is considerably more complex than a structure with a yoke-shaped stand. Will the excitation coil attached to the outside of the stand pot, it also has an increased resistance to loss so that the electrical power consumed is unnecessarily high.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, den eingangs geschilderten, einfach aufgebauten, bekannten Schrittmotor so zu verbessern, daß die Magnetkräfte symmetrisch verteilt über den ganzen Umfang am Läufer angreifen, somit die Läuferlager eine gleichmäßige Belastung erfahren und ein verhältnismäßig flink arbeitender Schrittmotor erzielt wird.The present invention is based on the object to improve described, simply constructed, known stepper motor so that the magnetic forces act symmetrically distributed over the entire circumference of the rotor, thus the rotor bearings experience an even load and a proportionate one fast working stepper motor is achieved.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Läufer eine ungerade Anzahl von Polpaaren, mindestens jedoch fünf besitzt, jeder Ständerpolschenkel an Polzacken die Hälfte der um eins vermehrten Polpaare des Läufers aufweist und den Läufer nahezu um 180° umschließt.According to the invention, this object is achieved in that the runner each stator pole leg has an odd number of pole pairs, but at least five has half of the pole pairs of the rotor increased by one at pole points and encloses the runner by almost 180 °.

Durch die besondere Wahl der Polpaare am Läufer und Polzacken an den Ständerpolschenkeln wird erreicht, daß der Läufer kleine Drehschritte ausführt, somit der Schrittmotor verhältnismäßig flink arbeitet, zum anderen wird durch die symmetrische Verteilung der am Läufer angreifenden Magnetkräfte über den gesamten Läuferumfang eine gleichmäßige Belastung der Läuferlager, damit eine geringere Abnutzung derselben erzielt.Due to the special choice of pole pairs on the rotor and pole points on the Stator pole legs ensure that the rotor executes small rotary steps, thus the stepper motor works relatively nimble, on the other hand by the symmetrical distribution of the magnetic forces acting on the rotor over the entire Rotor circumference an even load on the rotor bearings, thus less wear the same achieved.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung besteht der Läufer aus einem axial gepolten Dauermagneten und zwei stirnseitig an diesem befestigten Weicheisenscheiben mit zueinander achsparallel abgebogenen, denselben Abstand von der Läuferachse aufweisenden, verzahnt ineinandergreifenden Pollappen.According to a further feature of the invention, the runner consists of one axially polarized permanent magnets and two soft iron disks attached to the end face with bent axially parallel to each other, having the same distance from the rotor axis, interlocking interlocking pole lobes.

Dieser besondere Läuferaufbau ermöglicht es auch, bei einem flink arbeitenden, also eine hohe Läuferpolpaarzahl aufweisenden Motor ein großes Drehmoment beizubehalten. Dies wird dadurch erreicht, daß der Läufer über den Umfang verteilt an konzentrierten Stellen hohe Flußdichten aufweist, wodurch dem nachteiligen Einfluß der Streuflußerhöhung infolge Vergrößerung der Polpaarzahl entgegengewirkt wird.This special runner structure also makes it possible for one to be nimble working, so a high number of rotor pole pairs having motor a large torque to maintain. This is achieved by distributing the runner over the circumference has high flux densities at concentrated points, thereby the disadvantageous influence the increase in leakage flux due to an increase in the number of pole pairs is counteracted.

Bei großer Polpaarzahl, somit der gewünschten großen Schrittgeschwindigkeit und kleinem S.treufluß, ist kein Platz für die sonst üblichen, die Drehrichtung des Läufers bestimmenden Pollappen. Die Läuferdrehrichtung wird nach einem weiteren Merkmal der Erfindung dadurch bestimmt, daß die Polschenkelform so gewählt ist, daß die Luftspaltschlitze zwischen Läufer und Ständer im Bereich zwischen zwei Polzacken der Polschenkel sich in Läuferdrehrichtung verkleinern.With a large number of pole pairs, thus the desired high step speed and a small amount of perturbation flux, there is no room for the otherwise usual direction of rotation of the runner's determining pole lobes. The rotor direction of rotation is after another Characteristic of the invention determined in that the pole leg shape is chosen so that the air gap slots between rotor and stator in the area between two pole prongs the pole legs decrease in size in the direction of rotation of the rotor.

Um die Rückdrehung des Läufers bei einem solchen flink arbeitenden Motor sicher zu vermeiden, wird als Rückdrehsperre ein auf der Läuferwelle sitzendes feingezahntes Zahnrad und eine ortsfeste, in die Zahnradzahnung eingreifende Schnappfeder verwendet.To the reverse rotation of the rotor in such a nimble working To safely avoid the motor, a reverse rotation lock is used on the rotor shaft sitting Finely toothed gear and a stationary snap spring that engages in the gear teeth used.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. In der Zeichnung zeigt F i g. 1. eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Schrittmotors, F i g. 2 einen Schnitt durch diesen Schrittmotor und F i g. 3 und 4 Vorder- und Seitenansichten des gesamten Schrittmotors.The invention is illustrated below with reference to one in the drawing Embodiment described in more detail. In the drawing, F i g. 1. a side view of the stepper motor according to the invention, FIG. 2 shows a section through this stepper motor and F i g. 3 and 4 front and side views of the entire stepper motor.

Der Stator des elektromagnetischen Schrittmotors besteht aus dem Eisenkern 7, der Erregerspule 2 und den von Blechpaketen gebildeten Polschenkeln 3, 3', von denen jeder den Läufer um nahezu 180' umschließt. Der Läufer ist an der Welle 4 befestigt und weist einen Permanentmagneten 5 aus einem Werkstoff mit hoher Koerzitivkraft auf, der in Richtung der Achse der Welle 4 magnetisiert ist (siehe F i g. 2) und an dessen beiden Stirnseiten topfförmige Scheiben 6 bzw. 6' angebracht sind, die somit verschiedene Polarität besitzen und die Träger von je fünf Pollappen sind.The stator of the electromagnetic stepper motor consists of the iron core 7, the excitation coil 2 and the pole legs 3, 3 'formed by laminated cores, from each of which encloses the runner by almost 180 '. The runner is on shaft 4 attached and has a permanent magnet 5 made of a material with high coercive force on, which is magnetized in the direction of the axis of the shaft 4 (see FIG. 2) and on the two end faces of which cup-shaped disks 6 and 6 'are attached, which thus have different polarity and are the carriers of five pole lobes each.

Die zueinander umgebogenen Ränder der Scheiben 6 bzw. 6' sind je mit fünf Ausschnitten versehen, wobei die zwischen diesen gleich großen und gleich weit am Umfang voneinander entfernten Ausschnitten stehengebliebenen Randteile die Pollappen bilden. Aus F i g. 1 geht deutlich hervor, daß die Anordnung derart getroffen ist, daß jeweils zwischen einem Pollappen N (Nordpol) der einen topfförmigen Scheibe 6' ein Pollappen S (Südpol) der anderen topfförmigen Scheibe 6 liegt und daß diese Pollappen am Umfang gleich weit voneinander entfernt sind. Die vom Läufer ausgehenden magnetischen Kraftlinien treten hierbei fast radial aus den Pollappen der topfförmigen Scheiben 6, 6' aus.The edges of the disks 6 and 6 ', which are bent towards one another, are each with five cutouts are provided, the ones between them of the same size and width The pole lobes are left standing on the circumference of cutouts that are distant from one another form. From Fig. 1 clearly shows that the arrangement is made in such a way that that in each case between a pole lobe N (north pole) of a cup-shaped disc 6 'is a pole lobe S (south pole) of the other cup-shaped disc 6 and that this Pole lobes are equidistant from one another on the circumference. The ones emanating from the runner magnetic lines of force emerge almost radially out of the pot-shaped pole lobes Disks 6, 6 'from.

Die den Läufer umgebenden Polschenkel 3, 3' des Stators besitzen ein besonders geformtes Innenprofil und bilden Polzacken 7, wobei ein Luftspalt t von veränderlicher Größe entsteht, wie dies F i g. 1 deutlich zeigt.The pole legs 3, 3 'of the stator surrounding the rotor have a specially shaped inner profile and form pole prongs 7, with an air gap t of variable size arises, as shown in FIG. 1 clearly shows.

Die Spule 2 wird einmal so erregt, daß sich am Polschenkel 3 ein Südpol und am Polschenkel 3' ein Nordpol ausbildet (Stellung des Läufers in Fig. 1), während darauffolgend die Erregung der Spule 2 umgekehrt wird, so daß der Polschenkel 3 ein Nordpol und der Polschenkel 3' ein Südpol wird.The coil 2 is excited once so that a south pole is formed on pole leg 3 and a north pole on pole leg 3 ' (position of the rotor in FIG. 1), while the excitation of coil 2 is subsequently reversed so that pole leg 3 has a north pole and the pole leg 3 'becomes a south pole.

Jede Erregungsumkehr bewirkt eine Drehung des Läufers um einen Schritt, wobei die Drehrichtung (siehe Pfeil am Läufer in F i g. 1) durch die Ausbildung der Polzacken 7 festgelegt ist, da sich in dieser Richtung der Luftspalt t zwischen den Polzacken 7 des Stators und den Pollappen des permanentmagnetischen Läufers stetig verringert. Der bei Erregung der Spule 2 vom Stator ausgehende Magnetfluß bewirkt auf diese Weise die schrittweise Weiterdrehung des Läufers, indem er auf diesen - bedingt durch die Form der Polzacken 7 - ein Drehmoment immer in der gleichen Richtung ausübt.Every reversal of excitation causes the runner to turn by one step, the direction of rotation (see arrow on the rotor in F i g. 1) by the training the pole prong 7 is fixed, since in this direction the air gap t between the pole teeth 7 of the stator and the pole lobes of the permanent magnet rotor steadily decreased. The magnetic flux emanating from the stator when the coil 2 is excited in this way causes the rotor to continue rotating step by step by turning it on this - due to the shape of the pole prongs 7 - a torque always the same Direction.

Um die Betriebssicherheit des erläuterten elektromagnetischen Schrittmotors bei dessen Verwendung zum Antrieb von Fächerwalzen od. dgl. noch zu erhöhen, können zusätzliche Hilfsmittel vorgesehen werden. Eines dieser Hilfsmittel kann aus einer Rückdrehsperre bestehen, die ein Schwingen des Drehankers um die magnetische Gleichgewichtslage zufolge der kontinuierlichen und gegenseitigen Umwandlung von kinetischer Energie in potentielle Energie sowie eine etwaige Rückdrehung des Ankers -falls er zufolge dieser Schwingungen in eine hierzu günstige Lage gelangen sollte - verhindert. Diese Rückdrehsperre bewirkt, daß sich der Drehanker nach jedem Drehschritt in einer Winkellage befindet, die gegenüber der dem magnetischen Gleichgewicht entsprechenden Winkellage etwas vorgedreht ist, so daß der folgende Drehschritt begünstigt wird.To the operational safety of the explained electromagnetic stepper motor When it is used to drive fan rollers or the like, it can still be increased additional aids can be provided. One of these tools can consist of a There are reverse rotation locks that cause the rotating armature to swing around the magnetic equilibrium position according to the continuous and mutual conversion of kinetic energy in potential energy as well as a possible reverse rotation of the armature -if he says these vibrations should get into a favorable position for this purpose - prevented. These Reverse rotation lock causes the rotating armature to be in an angular position after each turning step is located opposite the angular position corresponding to the magnetic equilibrium is slightly turned forward so that the following turning step is favored.

In den F i g. 3 und 4 ist die Gesamtanordnung eines erfindungsgemäßen elektromagnetischen Schrittmotors, in einer den F i g. 1, 2 entsprechenden Ausführung, samt Rückdrehsperre mit feingezahntem Zahnrad 11 und Schnappfeder 12 und samt einem Reibungsschwungrad 18 mit zugehöriger Andrückfeder 19 dargestellt.In the F i g. 3 and 4 is the overall arrangement of one according to the invention electromagnetic stepper motor, in one of the F i g. 1, 2 corresponding version, including reverse rotation lock with fine-toothed gear 11 and snap spring 12 and including one Friction flywheel 18 with associated pressure spring 19 is shown.

Auf der Welle des Drehankers sitzt ein Zwischenzahnrad 20, das dazu bestimmt ist, die Fächerwalze od. dgl. anzutreiben. An intermediate gear 20, which is intended to drive the fan roller or the like, is seated on the shaft of the rotating armature.

Claims

Claims: 1. Stepper motor, especially for display devices, with an alternating polarity with magnetic poles evenly distributed around the circumference equipped rotor and a stator carrying an excitation coil with two pole legs, each of which has several pole points, with the alternating excitation of the The stator coil caused the rotor to rotate gradually in the same direction takes place that the runner is an odd one Number of pole pairs (N, S), but at least five, each stator pole leg (3, 3 ') on pole prongs (7) half of the pole pairs of the rotor increased by one has and encloses the runner by almost 180 °.

2. Stepper motor according to claim 1, characterized in that the rotor consists of an axially polarized permanent magnet (5) and two soft iron disks (6, 6 ') attached to the end face with one another axially parallel bent, having the same distance from the rotor axis (4), interlocking interlocking pole lobes.

3. Stepper motor according to the claims 1 and 2, characterized in that the pole leg shape is chosen so that the Air gap slots (t) between rotor and stator in the area between two pole points (7) the pole legs (3, 3 ') decrease in size in the direction of rotation of the rotor.

4. stepper motor according to claims 1 to 3, characterized in that a Finely toothed gear (11) sitting on the rotor shaft and a stationary, in the snap spring (12) engaging the gear teeth is used. Considered Publications: German Patent Nos. 716 753, 856 278, 673170, 972 659; German utility model No. 1729 598.