CH656990A5

CH656990A5 - Zweiphasenschrittmotor.

Info

Publication number: CH656990A5
Application number: CH5054/82A
Authority: CH
Inventors: Roland Sudler
Original assignee: Vdo Schindling
Priority date: 1981-12-17
Filing date: 1982-08-25
Publication date: 1986-07-31
Also published as: DE3149943C2; US4455499A; DE3149943A1; FR2518844A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zweiphasenschrittmotor mit einem Rotor mit einem scheibenartigen, axial magnetisierten Dauermagneten mit einer Anzahl von Polen konstanter Polteilung, einem eine Erregerwicklung tragenden ersten Statorteil mit parallel zur Stirnseiste des Dauermagneten verlaufenden ersten Statorpolen und einem eine Erregerwicklung tragenden zweiten Statorteil mit parallel zur Stirnseite des Dauermagneten verlaufenden zweiten Statorpolen.

Es ist bereits ein Zweiphasenschrittmotor dieser Gattung bekannt (DE-AS 2 538 372), bei dem die Statorpole eines ersten eine Erregerwicklung tragenden Statorteils parallel zur einen Stirnseite des Dauermagneten und die Statorpole eines zweiten eine Erregerwicklung tragenden Statorteils parallel zur anderen Stirnseite des Dauermagneten angeordnet sind. Der Dauermagnet befindet sich also zwischen den beiden parallel zueinander verlaufenden Statorteilen, durch die nach aussen die Rotorwelle ragt. Die beiden Statorteile sind über nicht magnetische Abstandsstücke, beispielsweise aus Messing, miteinander verbunden.

Dieser bekannte Zweiphasenschrittmotor hat wie auch andere bekannte Zwei- oder Mehrphasenschrittmotoren, die einen radial magnetisierten Dauermagnetrotor und gegen den Umfang des Rotors gerichtete Statorpole enthalten, den Nachteil, dass sie ein verhältnismässig grosses Bauvolumen aufweisen und aufgrund der Vielzahl der Bauteile und des hochgenauen Zusammenbaus derselben einen fertigungsungünstigen Aufbau besitzen.

Diese Nachteile sollen durch die Erfindung überwunden werden. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Zweiphasenschrittmotor zu schaffen, der ein möglichst geringes Bauvolumen aufweist und leicht und billig herstellbar ist.

Ausgehend von einem Zweiphasenschrittmotor der eingangs beschriebenen Gattung wird diese Aufgabe gemäss Patentanspruch 1 dadurch gelöst, dass die beiden Statorteile zumindest im Bereich der Statorpole in einer einzigen Ebene angeordnet und in dieser Ebene miteinander über einen kleinen magnetischen Leitwert aufweisende Zwischenstücke verbunden sind, dass die ersten und zweiten Statorpole jeweils in zwei magnetisch voneinander getrennte Gruppen unterteilt sind, von denen die eine um eine Rotorpolteilung gegenüber der anderen versetzt ist, dass die beiden Gruppen der ersten Statorpole gegenüber den beiden Gruppen der zweiten Statorpole um eine halbe Rotorpolteilung gegeneinander versetzt sind, und dass schliesslich auf der den Statorpolen abgewandten Stirnseite des Dauermagneten eine Rückschlussscheibe für die von den Erregerwicklungen herrührenden Induktionsflüsse vorhanden ist.

Bei einem solchen Aufbau des Motors lassen sich die beiden Statorteile in einem einzigen Stanzschnitt aus einem ferroma-gnetischen Material herstellen, wobei beide Statorteile eine einstückige Einheit bilden, die lediglich noch mit den die beiden Erregerwicklungen tragenden Brückenteilen vervollständigt werden muss, um einen kompletten Stator zu erhalten. Zur Vervollständigung des gesamten Motors ist danach lediglich noch der Dauermagnetrotor in das Statorteil bzw. in den das Statorteil aufnehmenden Träger einzusetzen. Die konsequente Anordnung aller Statorpole auf einer Seite des scheibenartigen Dauermagneten führt zu einem äusserst flachen Motoraufbau, so dass die Realisierung von Zweiphasenschrittmotoren mit einer Höhe von kleiner als 6 mm ohne weiteres möglich ist. Damit eignet sich ein solcher Motor in ganz besonderem Masse für Armbandruhren und andere Anzeigeinstrumente, deren Bauhöhe aus ästhetischen oder auch technischen Gründen klein gehalten werden muss. Ferner lässt sich bei einer solchen Konstruktion der Luftspalt zwischen den Statorpolen und dem dauermagnetischen Rotor auf ein äusserst geringes Mass herabsetzen, so dass der Wirkungsgrad und der Energieverbrauch eines solchen Motors wesentlich günstiger als bei den bekannten Motoren ist. Zudem beeinflussen Exzentrizitäten des Rotors gegenüber dem Stator diese Werte um ein wesentliches weniger stärker als dies bei den bekannten Motoren der Fall ist. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemässen Motors besteht darin, dass aufgrund der einstückigen Ausführung des gesamten Stators auch die Lagerkosten nicht unbeträchtlich reduziert werden können, was sich positiv auf die Herstellungskosten auswirkt.

Gemäss einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Rückschlussscheibe und der Dauermagnet gegen eine Relativverdrehung gesichert miteinander verbunden. Eine solche Ausführungsform wird insbesondere dann realisiert werden, wenn keine besonderen Massnahmen zur Schrittdämpfung des Motors vorgesehen werden müssen, sei es aufgrund der Verwendung hochkoerzitiver Magnete, sei es, dass ein Überschwingen des Rotors nach jedem Schritt zugelassen werden kann. Die eine Relativverdrehung verhindernde Befestigung der Rückschlussscheibe und des Dauermagneten miteinander kann in vorteilhafter Weise dadurch erfolgen, dass die Rückschlussscheibe auf die Rotorwelle aufgepresst ist und der Dauermagnet auf die Rückschlussscheibe aufgeklebt wird. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass der Dauermagnet, der im allgemeinen aus einem Material besteht, aus dem hochgenaue Teile nur schwierig herzustellen sind, mit verhältnismässig grossen Toleranzen gefertigt werden kann und die genaue Zentrierung dieses Teils auf der Rückschlussscheibe während des Erhärtungsprozesses des Klebers vorgenommen werden kann.

Wird dagegen ein Schrittmotor gewünscht, bei dem merkliche Überschwingungen des Rotors nach jedem Rotorschritt sicher ausgeschlossen sein sollen, so empfiehlt es sich, die Rückschlussscheibe fliegend auf der Rotorwelle zu lagern. Hierbei wird die Rückschlussscheibe zusätzlich als Trägheitsmasse benutzt, die mit dem Rotor magnetisch gekuppelt ist. Diese Kupp5

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lung wirkt derart, dass am Ende jedes Rotorschritts die Rückschlussscheibe weiterdreht, während der Rotor zurückzudrehen beginnt. Die durch die magnetische Kupplung entstehende Reibung zwischen den beiden Teilen führt zu einer Abbremsung der Drehbewegung der Teile und damit zu der gewünschten Dämpfung.

Nachfolgend wird anhand der zum Teil schematischen Zeichnung ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine teilgeschnittene Aufsicht auf einen Zweiphasenschrittmotor,

Fig. 2 zeigt eine Aufsicht auf das einstückige Statorteil des Zweiphasenschrittmotors gemäss Fig. 1, und

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch den Zweiphasenschrittmotor nach der Linie III-III in Fig. 1.

Der Zweiphasenschrittmotor umfasst einen Rotor 1 sowie einen Stator 2 mit zwei Erregerspulen 3 und 4, die je auf einem Brückenteil 5 bzw. 6 sitzen, das an seinen aus den Erregerwicklungen 3 und 4 ragenden Enden mit dem Statorteil verschweisst ist.

Der Rotor 1 weist eine Rotorwelle 7 auf, auf der eine Dauermagnetscheibe 8 sitzt, die axial magnetisiert ist und in Um-fangsrichtung 32 Polpaare aufweist. Durch die axiale Magnetisierung steht also einem Nordpol auf der einen Stirnseite des Rotors 1 ein Südpol auf der anderen Stirnseite des Rotors gegenüber. Auf der dem Stator 2 abgewandten Stirnseite der Dauermagnetscheibe 8 befindet sich eine Rückschlussscheibe 9, die fliegend auf der Rotorwelle 7 gelagert ist, so dass sie sich relativ zu der Dauermagnetscheibe 8 verdrehen kann. Als Material für den Dauermagneten kann Barium-Ferrit verwendet werden, das unter dem Handelsnamen Korrox 330 vertrieben wird, oder eine Samarium-Kobalt-Legierung, die beispielsweise unter dem Handelsnamen Vacomax 145 erhältlich ist.

Die Rotorwelle 7 ist an einem oder beiden Enden in einem

Lager 10 gelagert, wobei dieses Lager auch in der Statorebene angeordnet sein kann, was insbesondere dann der Fall ist, wenn eine besonders geringe Bauhöhe für den Motor erreicht werden soll.

5 Der Stator 2 des Zweiphasenschrittmotors besteht, wie insbesondere aus Fig. 2 ersichtlich ist, aus einem ersten Statorteil 11 und einem zweiten Statorteil 12, die über zwei Zwischenstücke 13 und 14 miteinander verbunden sind. Die Zwischenstücke 13 und 14 haben aufgrund ihrer geringen Querschnitts-lo abmessung einen sehr kleinen magnetischen Leitwert, so dass der von den Erregerwicklungen 3 und 4 jeweils erzeugte Induk-tionsfluss im Statorteil 11 bzw. 12 verbleibt und nicht bzw. nur in einem vernachlässigbaren Umfang in den benachbarten Statorteil übertritt.

i5 Jeder der beiden Statorteile 11 und 12 ist mit ausgeprägten Statorpolen 15 bzw. 16 versehen, die fingerförmig radial gegen die Rotorwelle 7 gerichtet sind. Die Statorpole 15 sind gegenüber den Statorpolen 16 jeweils um eine halbe Rotorpolteilung verstetzt. Ferner sind die Statorpole 15 in zwei Gruppen 17 und 20 18 unterteilt, die durch ein Zwischenstück 19 miteinander verbunden sind. Der Querschnitt des Zwischenstücks 19 ist so bemessen, dass bei bestromter Erregerwicklung 3 der von dieser erzeugte Induktionsfluss das Zwischenstück 19 magnetisch sättigt, so dass der Induktionsfluss von der Gruppe 17 der Stator-25 pole 15 über die Rückschlussscheibe 9 zu der Gruppe 18 der Statorpole 15 fliesst und sich nicht unmittelbar über das Statorteil 11 schliessen kann. Die Gruppe 17 der Statorpole 15 ist gegenüber der Gruppe 18 der Statorpole 15 um eine volle Rotorpolteilung versetzt. In gleicher Weise ist auch der Statorteil 12 3o aufgebaut. Er umfasst zwei Gruppen 20 und 21 von Rotorpolen 16, die über ein magnetisch sättigbares Zwischenstück 22 miteinander verbunden sind.

Der Stator 2 ist aus einem weichmagnetischen Material einstückig ausgestanzt.

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3 Blätter Zeichnungen

Claims

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1. Zweiphasenschrittmotor mit einem Rotor mit einem scheibenartigen, axial magnetisierten Dauermagneten mit einer Anzahl von Polen konstanter Polteilung, einem eine Erregerwicklung tragenden ersten Statorteil mit parallel zur Stirnseite des Dauermagneten verlaufenden ersten Statorpolen und einem eine Erregerwicklung tragenden zweiten Statorteil mit parallel zur Stirnseite des Dauermagneten verlaufenden zweiten Statorpolen, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Statorteile (11, 12) zumindest im Bereich der Statorpole (15, 16) in einer einzigen Ebene angeordnet und in dieser Ebene miteinander über einen kleinen magnetischen Leitwert aufweisende Zwischenbrücke (13, 14) verbunden sind, dass die ersten und zweiten Statorpole (15, 16) jeweils in zwei magnetisch voneinander getrennte Gruppen (17, 18; 20, 21) unterteilt sind, von denen die eine um eine Rotorpolteilung gegenüber der anderen versetzt ist, dass die beiden Gruppen (17, 18) der ersten Statorpole (15) gegenüber den beidem Gruppen (20, 21) der zweiten Statorpole (16) um eine halbe Rotorpolteilung gegeneinander versetzt sind und dass auf der den Statorpolen (15, 16) abgewandten Stirnseite des Dauermagneten (8) eine Rückschlussscheibe (9) für die von den Erregerwicklungen (3, 4) herrührenden Induktionsflüsse vorhanden ist.

2. Zweiphasenschrittmotor nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückschlussscheibe (9) und der Dauermagnet (8) gegen eine Relativverdrehung gesichert miteinander verbunden sind.

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PATENTANSPRÜCHE

3. Zweiphasenschrittmotor nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückschlussscheibe (9) auf die Rotorwelle (7) aufgepresst ist und der Dauermagnet (8) auf die Rückschlussscheibe (9) aufgeklebt ist.

4. Zweiphasenschrittmotor nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückschlussscheibe (9) fliegend auf der Rotorwelle (7) gelagert ist.