Die Erfdung schafft eine verbesserte Konstruktion eines elektrischen Impulsmotors.
Bei herkömmlichen Konstruktionen hat ein Impulsmotor ein Rotorelement mit vielen in regelmässigen Abständen auf der Peripherie angebrachten Rotorzähnen, weiterhin Paare von geblätterten, U-förmigen Statorelementen mit vielen Sta torzähnen, die jeweils den Rotorzähnen gegenüberliegen und auf dem Aussenumfang liegen, wobei jedes Paar der Sta torelemente eine Serie von Steuerungseingabeimpulsen ent hält und so den Rotor bewegt.
Um eine gute Leistung vom Rotor einer herkömmlichen Konstruktion eines Impulsmotors zu erhalten, muss die zwi schen den Statorelementen und dem Rotorelement wir kende magnetische Kraft verstärkt werden. Das bedeutet, dass die eingegebene Kraft vergrössert werden muss, was nicht nur unwirtschaftlich ist, sondern auch die im Innern eines Impulsmotors entstehende Hitze vergrössert.
Eine andere Art die Ausgangsleistung einer herkömmli chen Konstruktion zu verbessern, besteht darin, dass man den Durchmesser des Rotorelementes der durch die Magnet kraft angetrieben wird, vergrössert, was eine Vergrösserung des Arbeitsfeldes der Magnetkraft hervorruft.
Bei dieser zweiten Methode werden aber die Rückfüh rungseigenschaften des elektrischen Impulsmotors verrin gert, besonders wenn ein solcher Impulsmotor als ein Ele ment eines Servosystems verwendet wird.
Ebenso vergrössert sich der Kernverlust im Rotor, wenn der Durchmesser des eingangs erwähnten Rotorelementes vergrössert wird, und das Ausgangsdrehmoment des Elek troimpulsmotors wächst nicht proportional zum Durchmes ser des Rotorelementes.
Um die obengenannten Nachteile zu vermeiden, sollte das Rotorelement sehr dünn, sein Durchmesser aber sehr gross gehalten werden. Wenn aber das Rotorelement dünn ist, werden auch die Rotorzähne schmaler und sind somit leichter einem Ermüdungsbruch ausgesetzt, zugleich ent steht ein Vibrationsgeräusch bei hohen Drehzahlen. Daher müssen die Rotorzähne verstärkt werden.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung die Ausgangs leistung mittels eines verbesserten Rotorelementes zu erhö hen und besonders die Rotorzähne zu verstärken, wodurch der Durchmesser ebenfalls vergrössert wird, ohne das Träg heitsmoment des Rotors zu vergrössern.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, verbesserte Stator elemente zu schaffen, womit eine erhöhte Ausgangsleistung des Elektroimpulsmotors erreicht wird. Der erfindungsge- mässe Motor ist gekennzeichnet durch ein Rotorelement, das mit mehreren, in regelmässigen Abständen an seinem Aussenkranz angebrachten Zähnen versehen ist, eine Anzahl von U-förmigen, je axial gegenüber dem Rotorelement liegen den Paaren von Statorelementen, wobei letztere rundherum angeordnet sind, und mit zwischen den Zähnen angebrach ten Verstärkungsmitteln für das Rotorelement.
Die Eigenarten und Vorteile der Erfindung sollen an einem Ausführungsbeispiel und mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigt: Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen herkömmlichen Elektroimpulsmotor, Fig. 2 bis 7 perspektivische Ansichten von Ausführungen von verstärkten Rotorzähnen bei einem Ausführungsbeispiel eines Elektroimpulsmotors gemäss der Erfindung, Fig. 8 einen Längsschnitt einer anderen Ausführung eines Elektroimpulsmotors gemäss der Erfindung, Fig. 9 einen Schnitt entlang der Linie 9-9 in Fig. 8, . Fig. 10 einen Längsschnitt einer weiteren Ausführung eines Elektroimpulsmotors gemäss der Erfindung, Fig. 11 einen Schnitt entlang der Linie 11-11 in Fig. 10. Fig. 12A und 12B perspektivische Ansichten von Eisenker nen.
In Fig. 1, wo ein herkömmlicher Elektroimpulsmotor ge zeigt wird, wird die Rotorwelle 20 eines Rotorelementes 21 durch Kugellager 31, die an Seitendeckeln 29 und 30 ange bracht sind, getragen. Die Rotorzähne 22 des Rotorelemen tes 21 weisen eine bestimmte axiale Dicke auf und ragen ra dial aus dem Rotorelement 21 heraus, mit einer gleichmässi- gen Verzahnung rundherum.
Die offenen Teile der Statorelemente 23 und 23' sind so angeordnet, dass sie gegenüber dem Rotorelement liegen und sind an den Seitendeckeln 29 und 30 angebracht. Die Sta torelemente sind U-förmig und bestehen aus dünnen magneti schen Eisenblechen. Die magnetischen Pole 25 und 2<B>5</B> der Statorelemente 23 und 23' haben axial verlaufende Schlitze und haben eine Vielzahl von Statorzähnen 24 und 24', wel che in einer regelmässigen Verzahnung einander gegenüber liegen. Die Rotorzähne 22 des Rotorelementes liegen zwi schen den Magnetpolen 25 und 25' der Statorelemente 23 und 23'. Die Statorwicklungen 27 und 27' liegen an den Bein teilen 26 und 26 der Statorelementpaare 23 und 23', welche einander gegenüberliegen, und sind entweder parallel oder in Serie geschaltet, um die gleiche elektrische Phase zu haben.
Wenn nun durch die Statorwicklungen 27 und 27' elek trischer Strom fliesst, entsteht ein magnetischer Fluss, der durch die gestrichelte Linie P dargestellt wird, wodurch die Rotorzähne 22 zwischen den Magnetpolen 26 und 26' durch die magnetische Anziehungskraft bewegt werden, wodurch sich die Rotorzähne 22 und Statorzähne 24 genau einander gegenüberliegen. Ein Magnetring 32 hält die Statorelemente 23 und 23'.
Die Fig. 2 bis 7 zeigen Ausführungen von Konstruktio nen, welche das dünne Rotorelement mit einem grossen Durchmesser verstärken. Gemäss Fig. 2 liegen zwischen den Rotorzähnen 22 Rillen 33, welche dünner sind als die Zähne und durch Tragteile 33 gehalten werden, und mit den Tragtei len 33 und den Rotorzähnen einen Teil bilden, oder durch an dere Bestandteile von den Rotorzähnen getrennt sind.
In Fig. 3 sind die Rillen in einen nichtmagnetischen oder harzartigem Material eingebettet und sind gleich dick wie die Rotorzähne.
Fig. 4 zeigt ein Beispiel, in welchem Löcher 35 in den dün nen Teilen des in Fig. 2 gezeigten Tragteils 33 gebohrt wer den, um so das Gewicht zu verkleinern, und das Trägheitsmo ment zu verringern.
Fig. 5 zeigt ein Beispiel, bei welchem das Gewicht und das Trägheitsmoment durch verkürzte runde Teile 36 weiter verringert wurde.
Fig. 6 und 7 zeigen Beispiele, bei welchen die Rotor zähne durch einen Ring 38 und 39 verstärkt wurden. Es ist selbstverständlich, dass die Konstruktionen in den Fig. 2, 4, 5,6 und 7 einstückig mit dem Rotorelement, und entweder aus dem gleichen oder aus einem andern Material bestehen. Wenn man die obengezeigten Konstruktionen zur Verstär kung des Rotorelementes verwendet, kann die Grösse des Rotors vergrössert werden, ohne dass gleichzeitig das Träg heitsmoment oder der Eisenkernverlust vergrössert wird. Somit kann die tatsächliche Arbeitsfläche der Magnetkraft und die Leistung des Elektroimpulsmotors vergrössert werden.
In den Fig. 8 und 9 wird ein weiteres Beispiel eines Elek troimpulsmotors gezeigt, wo die U-förmigen, laminierten Sta- torelemente verbessert wurden, und das Rotorelement nach den, in den Fig. 2 und 4 bis 7 gezeigten Bauarten verwendet wird. In den Fig. 8 und 9 sind fünf Paare von Statorelemen- ten rundherum vorgesehen und vier Statorwindungen 44a, 45a, 44'a und 45'a sind an jedem Paar von Statorelementen 43 und 43' angebracht. Diese Statorelemente sind in Serie oder parallel geschaltet und bilden eine elektrische Phase.
Die gestrichelte Linie 0 in Fig. 8 zeigt den Weg des in Sta torelement 43 und 43' verlaufenden magnetischen Flusses in der obengenannten elektrischen Phase.
Ein Vorteil dieser Ausführung ist, dass die Magnetkraft für das Rotorelement 41 sowohl auf den äusseren Magnetpo len 46 und 46' wie auch in den inneren Magnetpolen 47 und 47' des Statorelementpaares 43 und 43' wirkt. Wie nämlich Fig. 9 zeigt, weisen beide Magnetpole 46 und 47 des U-förmi- gen Statorelements 43 mehrere Zähne 49a und 50a auf. Selbstverständlich hat es auch Zähne 49'a und 50'a an den Magnetpolen 46' und 47' des laminierten, U-förmigen Stator elements 43'. Weiter ist in dieser Ausführung der Luftraum zwischen dem Statorelement 43 und 43' durch das Gehäuse 53 begrenzt.
Die Rotorzähne 42 des Rotorelementes 41 sind vorteil haft wie oben beschrieben, verstärkt und radial verlängert, und sie erhalten die Magnetanziehungskraft von den Magnet polen 46, 46' und 47, 47' der Statorelemente 43 und 43'. Dar aus resultiert ein erhöhtes Antriebsdrehmoment des Rotorele mentes 41 und eine grössere Ausgangsleistung an der Welle 20 als bei einem herkömmlichen Elektroimpulsmotor. Es ist aus den obigen Erklärungen klar ersichtlich, dass in einer sol chen Ausführung eines Elektroimpulsmotors die Ausgangslei stung ohne eine Vergrösserung der Dimensionen oder der elektrischen Eingangsleistung erhöht werden kann.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin dung eines fünfphasigen Elektroimpulsmotors zeigen die Fig. 10 bis 12. In Fig. 10 bilden fünf Paare von laminierten, U-för- migen Statorelementen 54 und 54' die an den Seitendeckeln 29 und 30 mit Bindemittel 62 befestigt sind, die Statorele mente für fünf, in Fig. 1l gezeigten Phasen SA, SB, SC und SD und SE. Eisenkerne 60 und 60' sind an jedem Polstückteil 58 und 58' der fünfphasigen Statoreinheiten mit Binde- und Formungsmitteln angebracht, und liegen je gegenüber einem Rotorzahn 42'.
Der Vorteil dieser Ausführung liegt darin, dass diese Eisenkerne 60 und 60' peripher die Anzahl der Zähne und radial die Länge der Zähne vergrössern und somit eine vergrösserte, zwischen den Statorzähnen und den Rotorzähnen wirkende magnetische Anziehungskraft bilden.
Da ja die Eisenkerne 60 und 60' auch aus laminierten Ma gnetmaterialschichten bestehen, verändern sie den Kernver lust der Laminationen im Statorelement nicht negativ. In Fig. 10 zeigt Nr. 64 die Formungsteile, und in Fig. 11 zeigen die Nrn. 54a, 54b, 54c, 54d, 54e und 60a, 60b, 60c, 60d und 60e die Statorelemente, bzw. die an jedem Polteil angebrach ten Eisenkerne.
Jeder Eisenkern 60 und 60', die an den Polteilen der Stator elemente angebracht sind, sind eine laminierte Konstruk- tion, wie das die Fig. 12A und 12B zeigen. Gemäss Fig. 12A sind alle, aus magnetischem Material bestehenden, ringför mig gewundenen Schichten die aus dünnen Lamellen beste hen, voneinander getrennt und isoliert durch ein Bindemittel, wie z. B. Kunstharz. Die Statorzähne werden herausgefräst und die Eisenkerne 60 und 60' sind einfach voneinander ge trennt. Die Ausfräsung und Bearbeitung der Statorzähne wird erst nach dem die aus dünnen Streifen bestehende Rolle am Stator angebracht wurde, durchgeführt.
Fig. 12B zeigt, dass die gleiche Konstruktion durch ein La- mellieren von dünnen, aus magnetischem Material bestehen den Bändern in Form eines Ventilators erreicht wird.-Indem die obengenannten Eisenkerne an den Magnetpolteilen des Stators angebracht wurden, kann die wirksame Fläche des Magnetpols des Stators erheblich vergrössert werden, zu gleich auch die Anzahl und die radiale Länge der Zähne und somit auch das Antriebsdrehmoment an der Rotorwelle.
The invention provides an improved construction of a pulse electric motor.
In conventional constructions, a pulse motor has a rotor element with many rotor teeth attached at regular intervals on the periphery, furthermore pairs of peeled, U-shaped stator elements with many stator teeth, which are opposite the rotor teeth and lie on the outer circumference, each pair of the stator elements contains a series of control input pulses to move the rotor.
In order to obtain good performance from the rotor of a conventional construction of a pulse motor, the magnetic force acting between the stator elements and the rotor element must be increased. This means that the force entered has to be increased, which is not only uneconomical, but also increases the heat generated inside a pulse motor.
Another way of improving the output power of a conventional construction is to increase the diameter of the rotor element which is driven by the magnetic force, which causes an increase in the working field of the magnetic force.
In this second method, however, the feedback characteristics of the pulse electric motor are reduced, especially when such a pulse motor is used as an element of a servo system.
Likewise, the core loss in the rotor increases when the diameter of the rotor element mentioned at the beginning is increased, and the output torque of the electric pulse motor does not increase proportionally to the diameter of the rotor element.
In order to avoid the above-mentioned disadvantages, the rotor element should be very thin, but its diameter should be kept very large. However, if the rotor element is thin, the rotor teeth also become narrower and are therefore more easily exposed to fatigue fracture, while at the same time there is a vibration noise at high speeds. Therefore, the rotor teeth need to be reinforced.
It is an object of the present invention to increase the output power by means of an improved rotor element and, in particular, to reinforce the rotor teeth, whereby the diameter is also increased without increasing the moment of inertia of the rotor.
Another object of the invention is to provide improved stator elements, with which an increased output power of the electric pulse motor is achieved. The motor according to the invention is characterized by a rotor element which is provided with several teeth attached to its outer ring at regular intervals, a number of U-shaped, each axially opposite the rotor element are the pairs of stator elements, the latter being arranged all around, and with attached between the teeth th reinforcing means for the rotor element.
The characteristics and advantages of the invention will be explained in more detail using an exemplary embodiment and with the aid of a drawing. 1 shows a longitudinal section through a conventional electric pulse motor, FIGS. 2 to 7 show perspective views of embodiments of reinforced rotor teeth in an embodiment of an electric pulse motor according to the invention, FIG. 8 a longitudinal section of another embodiment of an electric pulse motor according to the invention, 9 shows a section along the line 9-9 in FIG. 10 shows a longitudinal section of a further embodiment of an electric pulse motor according to the invention, FIG. 11 shows a section along the line 11-11 in FIG. 10. FIGS. 12A and 12B are perspective views of iron cores.
In Fig. 1, where a conventional electric pulse motor is shown, the rotor shaft 20 of a rotor element 21 is supported by ball bearings 31 which are attached to side covers 29 and 30. The rotor teeth 22 of the rotor element 21 have a certain axial thickness and protrude radially out of the rotor element 21 with a uniform toothing all around.
The open parts of the stator elements 23 and 23 ′ are arranged to face the rotor element and are attached to the side covers 29 and 30. The Sta gate elements are U-shaped and consist of thin magnetic iron sheets rule. The magnetic poles 25 and 2 <B> 5 </B> of the stator elements 23 and 23 'have axially extending slots and have a plurality of stator teeth 24 and 24' which lie opposite one another in a regular toothing. The rotor teeth 22 of the rotor element are between the magnetic poles 25 and 25 'of the stator elements 23 and 23'. The stator windings 27 and 27 'are on the leg parts 26 and 26 of the stator element pairs 23 and 23', which are opposite to each other, and are either connected in parallel or in series to have the same electrical phase.
If an electrical current flows through the stator windings 27 and 27 ', a magnetic flux is created, which is represented by the dashed line P, whereby the rotor teeth 22 between the magnetic poles 26 and 26' are moved by the magnetic attraction force, whereby the rotor teeth move 22 and stator teeth 24 are exactly opposite one another. A magnet ring 32 holds the stator elements 23 and 23 '.
Figs. 2 to 7 show embodiments of Konstruktio NEN, which reinforce the thin rotor element with a large diameter. According to Fig. 2 are between the rotor teeth 22 grooves 33, which are thinner than the teeth and are held by support parts 33, and with the support parts 33 and the rotor teeth form a part, or are separated by other components from the rotor teeth.
In Fig. 3, the grooves are embedded in a non-magnetic or resinous material and are of the same thickness as the rotor teeth.
Fig. 4 shows an example in which holes 35 are drilled in the thin parts of the support member 33 shown in Fig. 2 who so as to reduce the weight and to reduce the inertia.
FIG. 5 shows an example in which the weight and the moment of inertia have been further reduced by shortened round parts 36.
6 and 7 show examples in which the rotor teeth have been reinforced by a ring 38 and 39. It goes without saying that the constructions in FIGS. 2, 4, 5, 6 and 7 are made in one piece with the rotor element and are either made of the same or a different material. If the constructions shown above are used to reinforce the rotor element, the size of the rotor can be increased without increasing the moment of inertia or the loss of iron core. Thus, the actual working area of the magnetic force and the power of the electric pulse motor can be increased.
8 and 9, another example of an electric pulse motor is shown, where the U-shaped, laminated stator elements have been improved, and the rotor element of the types shown in FIGS. 2 and 4 to 7 is used. In Figures 8 and 9, five pairs of stator elements are provided all around and four stator turns 44a, 45a, 44'a and 45'a are attached to each pair of stator elements 43 and 43 '. These stator elements are connected in series or in parallel and form an electrical phase.
The dashed line 0 in FIG. 8 shows the path of the magnetic flux in the stator element 43 and 43 'in the above-mentioned electrical phase.
An advantage of this embodiment is that the magnetic force for the rotor element 41 acts on the outer magnetic poles 46 and 46 'as well as in the inner magnetic poles 47 and 47' of the stator element pair 43 and 43 '. As FIG. 9 shows, both magnetic poles 46 and 47 of the U-shaped stator element 43 have several teeth 49a and 50a. Of course, it also has teeth 49'a and 50'a on the magnetic poles 46 'and 47' of the laminated, U-shaped stator element 43 '. Furthermore, in this embodiment the air space between the stator element 43 and 43 ′ is delimited by the housing 53.
The rotor teeth 42 of the rotor element 41 are advantageous as described above, reinforced and radially elongated, and they receive the magnetic attraction force from the magnetic poles 46, 46 'and 47, 47' of the stator elements 43 and 43 '. This results in an increased drive torque of the Rotorele Mentes 41 and a greater output power on the shaft 20 than in a conventional electric pulse motor. It is clear from the above explanations that in such an embodiment of an electric pulse motor, the output power can be increased without increasing the dimensions or the electrical input power.
A further embodiment of the present invention of a five-phase electric pulse motor is shown in FIGS. 10 to 12. In FIG , the Statorele elements for five, shown in Fig. 1l phases SA, SB, SC and SD and SE. Iron cores 60 and 60 'are attached to each pole piece portion 58 and 58' of the five-phase stator units with binding and shaping means, and each face a rotor tooth 42 '.
The advantage of this embodiment is that these iron cores 60 and 60 'peripherally increase the number of teeth and radially the length of the teeth and thus form an increased magnetic force of attraction acting between the stator teeth and the rotor teeth.
Since the iron cores 60 and 60 'also consist of laminated magnetic material layers, they do not negatively change the core loss of the laminations in the stator element. In Fig. 10, No. 64 shows the molding parts, and in Fig. 11, Nos. 54a, 54b, 54c, 54d, 54e and 60a, 60b, 60c, 60d and 60e show the stator elements and those attached to each pole part, respectively Iron cores.
Each iron core 60 and 60 'attached to the pole pieces of the stator elements are of a laminated construction, as shown in FIGS. 12A and 12B. According to Fig. 12A, all made of magnetic material, ringför mig coiled layers of thin lamellae best hen, separated from each other and isolated by a binder, such as. B. synthetic resin. The stator teeth are milled out and the iron cores 60 and 60 'are simply separated from each other. The milling and machining of the stator teeth is only carried out after the roller consisting of thin strips has been attached to the stator.
Fig. 12B shows that the same construction is achieved by laminating thin strips of magnetic material in the form of a fan. By attaching the above iron cores to the magnetic pole parts of the stator, the effective area of the magnetic pole of the Stator can be increased significantly, at the same time also the number and the radial length of the teeth and thus also the drive torque on the rotor shaft.