DD259286A1 - Linearschrittmotor mit elektromagnetisch erregbarem stator - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Linearschrittmotor mit elektromagnetisch erregbarem Stator, der zur Umwandlung diskreter elektrischer Signale in mechanische Bewegung dient. Er ist ueberall dort anwendbar, wo mechanische Positionieraufgaben zu erfuellen sind, die durch digital arbeitende elektronische Systeme gesteuert werden wie z. B. in der Druck-, Zeichen- und Handhabetechnik. Ziel und Aufgabe der Erfindung sind es, einen Linearschrittmotor zu entwickeln, dessen Laeufer einen kleinen und massearmen Aufbau besitzt und keine elektrischen Wicklungen enthaelt. Erfindungsgemaess besteht der Motor aus mindestens drei Paaren parallel zueinander angeordneter, aus ferromagnetischem Material bestehender Statorschienen, die durch einen oder mehrere von einer Stator-Wicklung umgebene ferromagnetische Stege verbunden sind, und einem Laeufer, der soviel ferromagnetische Leitstuecke enthaelt wie der Stator Schienen-Paare, die ueber verzahnte Enden je zwei zusammengehoerige Statorschienen magnetisch verbinden. Fig. 1

Description

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nicht magnetisch miteinander gekoppelten Paaren parallel zueinander angeordneter Statorschienen gebildet wird, die aus ferromagnetischem Material bestehen und durch einen oder mehrere ferromagnetische Stege verbunden sind, welche jeweil eine Statorwicklung umgibt. Die Statorwicklungen eines Schienen-Paares sind gleichsinnig miteinander verschaltet. Weiterhin sind an den Statorschienen geeignete Flächen zur Führung des Läufers vorgesehen. Entsprechend dem Anwendungsfall kann der Querschnitt des Stators eckig oder auch kreisförmig gestaltet sein.

Der Läufer des erfindungsgemäßen Motors besteht aus sovielen ferromagnetischen Leitstücken, wie der Stator Schienenpaai besitzt, wobei diese Leitstücke an ihren Enden verzahnte Läuferpole enthalten.

Die Zähne der Statorschienen gleichen denen der Läuferpole und sind denen nahe gegenüberstehend angeordnet, so daß die Leitstücke über ihre verzahnten Läuferpole die dazugehörigen Statorschienen magnetisch miteinander verbinden können. Die verzahnten Läuferpole eines Leitstückes sind jeweils gleich verzahnt, während die Verzahnungen der Läuferpole unterschiedlicher Leitstücke untereinander um jeweils T/n versetzt sind, wobei T der Abstand der Zahnmitte eines beliebigen Zahnes zur Mitte seines benachbarten Zahnes und π die Anzahl der Schienenpaare bzw. der Leitstücke des Läufers ist. Ein lauffähiger Schrittmotor entsteht auch dann, wenn anstelle der Verzahnungen der Läuferpole'die der Statorschienen-Paare zueinander um T/n versetzt sind. Durch zyklisches Bestromen der Stator-Phasen wird der Läufer des Linearschrittmotors auf bekannte Weise bewegt. Da der Läufer lediglich aus den η Leitstücken, sie verbindenden und stützenden, nicht magnetischen Gehäuseteüen und einer Führungseinrichtung (beispielsweise Laufrädern) besteht, zeichnet er sich durch eine geringe Masse und kleines Bauvolumen aus. Zuleitungskabel zum Läufer entfallen.

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung ist an einem Ausführungsbeispiel und anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen

Fig. 1: eine Ausführungsform des Stators

Fig. 2: eine Ausführungsform von Stator und Läufer im Schnitt (Ansicht in Längsrichtung) Fig.3: eine Ausführungsform des Stators mit kreisförmigem Querschnitt (Ansicht in Längsrichtung)

Der Stator des Linearschrittmotors besteht aus drei oder mehr Paaren ferromagnetischer Statorschienen 1, die jeweils durch einen oder mehrere ferromagnetische Stege 2 miteinander verbunden sind. Jeder dieser Stege 2 ist von einer Stator-Wicklung 3 umgeben. Im Falle mehrerer zwischen einem Statorschienen-Paar befindlicher Stege 2 sind die dazugehörigen Wicklungen 3 gleichsinnig miteinander verschaltet (in Reihe oder parallel) und werden in den folgenden Ausführungen wie eine einzige Stator-Wicklung 3 behandelt. Die Anzahl der Stege 2 und Wicklungen 3 pro Statorschienen-Paar wird durch die Länge des Stator: und die geforderte Stabilität der Anordnung bestimmt.

Alle Statorschienen 1 tragen in Längsrichtung eine gleichmäßige Stator-Verzahnung 5.

Für den Querschnitt des Stators sind viele Formen denkbar. Stellvertretend sind in Fig. 2 ein eckiger und in Fig. 3 ein kreisförmige! Querschnitt dargestellt.

Jedes Paar von Statorschienen 1 stellt ein Phasen-Magnetsystem des Linearschrittmotors dar. Die beiden Statorschienen 1 eine: solchen Magnetsystems wirken über ihre gesamte Länge als freie Pole. Die Statorschienen-Paare sind parallel nebeneinander angeordnet und dabei durch nichtmagnetische Trägerteile oder Vergußmassen miteinander verbunden, so daß sie untereinander nicht magnetisch verkoppelt sind. Geeignete Flächen zur Führung des Läufers 6 können sich an den Statorschienen 1, aber auch an anderen Statorteilen befinden.

Zu jedem Schienenpaar des Stators gehört ein Leitstück 11 des Läufers. Jedes Leitstück 11 besteht aus einem ferromagnetischen Material und besitzt an beiden Enden jeweils einen verzahnten Läuferpol 15. Es wird so geführt, daß seine verzahnten Läuferpole 15 den Stator-Verzahnungen 5 zweier Statorschienen 1 nahe gegenüberstehen. Es vermag dadurch den Magnetfluß, der von der betreffenden Stator-Wicklung 3 erregt werden kann, aufzunehmen und den Magnetkreis so zu schließen. Alle zum Läufer gehörigen Leitstücke 11 werden durch nichtmagnetische Gehäuseteile oder Vergußmassen starr miteinander verbunden.

Entweder die Stator-Verzahnungen 5 oder die Verzahnungen der Läuferpole 15 der Leitstücke des Läufers sind untereinander um T/n versetzt, wobei Tder Abstand der Mitte eines Zahnes zur Mitte seines benachbarten Zahnes und η die Anzahl der Phasen des 'Schrittmotors (d. h. der Schienenpaare des Stators bzw. der Leitstücke 11 des Läufers) ist.

Die Bewegung des Läufers wird nach den bekannten Prinzipien eines mehrphasigen Reluktanz-Schrittmotors hervorgerufen, indem die Wicklungen 3 des Stators zyklisch mit elektrischem Strom beaufschlagt werden.

Claims (4)

1. Linearschrittmotor mit elektromagnetisch erregbarem Stator, der in Längsrichtung zahnstangenartige Formen aufweist und entlang dessen sich ein ferromagnetischer Läufer bewegt, gekennzeichnet dadurch, daß der Stator von mindestens drei nicht magnetisch miteinander verkoppelten Paeren parallel zueinander angeordneter, aus ferromagnetischem Material bestehender Statorschienen (1) gebildet wird, die durch einen oder mehrere ferromagnetische Stege (2) verbunden sind, welche jeweils eine Stator-Wicklung (3) umgibt, wobei die Stator-Wicklungen (3) eines Statorschienen-Paares gleichsinnig verschaltet sind, und der dazugehörige Läufer soviele ferromagnetische Leitstücke (11) enthält, wie der Stator Schienenpaare besitzt, wobei diese Leitstücke (11) an ihren Enden verzahnte Läuferpole (15) enthalten, deren Zähne denen der Statorschienen gleichen und ihnen nahe gegenüberstehend angeordnet sind, so daß die Leitstücke (11) über ihre verzahnten Läuferpole (15) die dazugehörigen Statorschienen (1) magnetisch miteinander verbinden können, wobei die beiden verzahnten Läuferpole (15) eines Leitstücks (11) jeweils gleich verzahnt sind, während die Verzahnungen der Läuferpole (15) unterschiedlicher Leitstücke (11) untereinander um jeweils T/n versetzt sind, wobei T der Abstand der Zahnmitte eines beliebigen Zahnes zur Mitte seines benachbarten Zahnes und η die Anzahl der Schienenpaare bzw. der Leitstücke (11) des Läufers ist.

2. Linearschrittmotor nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Statorschienen (1) gleichzeitig geeignete Flächen zur Führung des Läufers (6) besitzen.

3. Linearschrittmotor nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Statorschienen so ausgebildet und angeordnet sind, daß ein kreisförmiger Statorquerschnitt entsteht.

4. Linearschrittmotor nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Statorschienen (1) so ausgebildet und angeordnet sind, daß ein eckiger Statorquerschnitt entsteht.

• Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Linearschrittmotor mit elektromagnetisch erregbarem Stator, der zur Umwandlung diskreter elektrischer Signale in mechanische Bewegungen dient. Er ist überall dort einsetzbar, wo mechanische Positionieraufgaben zu erfüllen sind, die insbesondere durch digital arbeitende elektronische Systeme gesteuert werden sollen. Solche Motoren sind für den Einsatz in der Druck-, Zeichen- oder Handhabetechnik geeignet und können zum Beispiel Druckköpfe, Schreibstifte, Bohrer, Greifer und andere Werkzeuge bewegen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

in bekannten Linearschrittmotoren befinden sich die Phasenwicklungen üblicherweise im Läufer. Das hat den Nachteil, daß durch die Masse der Spulen die Gesamtmasse des Läufers und damit seine mechanische Trägheit wesentlich erhöht wird. Außerdem tragen die Spulen zu einem großen Bauvolumen des Läufers bei. Zur Stromversorgung der elektrischen Spulen werden bei solchen Motoren schleppkabelartige Einrichtungen verwendet, die zusätzlichen freien Bewegungsraum benötigen und zudem durch ständige Biegebewegungen einem erhöhten Verschleiß unterliegen. Mit DD-WP 125791 und US-P 4198582 sind technische Lösungen bekannt, die einen kleinen und massearmen Läufer erzielen, indem die Phasenwicklungen in den Stator des Linearschrittmotors verlegt sind. Dabei sind zahlreiche solcher Wicklungen in Bewegungsrichtung hintereinander angebracht, so daß der Stator über seine ganze Länge mit Spulen besetzt ist, von denen immer nur wenige jeweils zur Wirkung kommen. Dadurch wird viel elektrisches Leitermaterial benötigt, das nicht effektiv genutzt wird. Außerdem erhöht sich der Aufwand bei der elektrischen Ansteuerung der Spulen, indem in Abhängigkeit von der Position des Läufers entschieden werden muß, welche Spulen zu aktivieren sind. ;

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist es, den Herstellungsaufwand von Linearschrittmotoren zu verringern sowie das dynamische Verhalten zu verbessern.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Linearschrittmotor zu schaffen, der einen kleinen und massearmen Läufer besitzt und dadurch besser beschleunig- undabbremsbar ist und dessen Läufer keine elektrischen Wicklungen besitzt und damit keine Zuleitungskabel benötigt Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Motor gelöst, dessen Stator aus mindestens drei