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Gebiet der Erfindung
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Die
Erfindung betrifft einen Klauenpolmotor mit einem zweiteiligen Gehäuse
und einem zweiteiligen Stator, der einen kompakten Aufbau aufweist.
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Hintergrund der Erfindung
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Ein
Klauenpolmotor umfasst in einer üblichen Bauweise einen
innenliegenden Rotor und einen außenliegenden Stator. Der
Stator weist Polbleche mit einem Joch und klauenförmigen
Vorsprüngen auf, die den Rotor zumindest teilweise umgreifen.
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Ein
solcher Klauenpolmotor kann beispielsweise als linearer Schrittmotor
ausgeführt sein, indem eine Drehbewegung des Rotors über
ein Getriebe in eine Linearbewegung einer Stellstange übersetzt
wird. Ein derartiger Klauenpolmotor ist in der Offenlegungsschrift
DE 10 2005 054 912
A1 beschrieben. Die Offenlegungsschrift
DE 10 2006 026 719 A1 zeigt
beispielhaft in weiteren Einzelheiten den Aufbau eines Klauenpolstators.
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Bei
den bekannten Klauenpolmotoren ist der Stator samt den Klauenpolblechen
und den Statorspulen sowie der Rotor und das Getriebe zum Antrieb der
Stellstange an einem Gehäuse gelagert, dessen Gehäuseflansche
den Klauenpolmotor von den gegenüberliegenden Stirnflächen
aus in Längsrichtung innen durchsetzen.
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Ein
weiterer Klauenpolmotor ist in der
EP 1 363 382 A1 beschrieben. Der Motor ist
an zwei Flanschen montiert, welche den Motor ebenfalls in Längsrichtung
innen durchsetzen.
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Ein
Problem solcher Anordnungen besteht darin, dass die innenliegenden
Befestigungs- und Verbindungselemente des Gehäuses wertvollen Bauraum
beanspruchen und auf diese Weise zu Motoren mit entweder vergrößerten
Außenabmessungen oder verringerter Leistungsfähigkeit
führen.
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Dieses
Problem stellt sich insbesondere im Zusammenhang mit der fortschreitenden
Miniaturisierung vieler Antriebssysteme, die kompakte und dennoch
sehr leistungsfähige Klauenpolmotoren erfordert.
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Ein
weiteres Problem liegt darin begründet, dass die Verbindung
der einzelnen Motorkomponenten mit den innenliegenden Gehäusebauteilen
verhältnismäßig zeit- und arbeitsaufwendig
ist. Auch dieses Problem tritt insbesondere bei miniaturisierten Motoren
auf, die effizient und in großer Stückzahl hergestellt
werden müssen.
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Ein
drittes Problem ergibt sich dadurch, dass auch eine Zerlegung des
Motors in seine Komponenten, beispielsweise im Rahmen nötiger
Wartungsarbeiten, Tests oder auch zur Entsorgung, entsprechenden
Aufwand erfordert.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, einen Klauenpolmotor anzugeben,
dessen Gehäuse eine einfache und schnelle Montage des Motors
gestattet.
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Überblick über
die Erfindung
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Diese
Aufgabe wird durch einen Klauenpolmotor mit den Merkmalen von Patentanspruch
1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche beziehen
sich auf vorteilhafte Ausführungen.
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Der
erfindungsgemäße Klauenpolmotor umfasst einen
Rotor, einen Stator und ein Gehäuse, wobei das Gehäuse
zweiteilig aufgebaut ist und den Rotor zumindest teilweise umschließt.
Der erste Gehäuseteil ist mit einem ersten Statorteil verbunden,
und der erste Gehäuseteil ist mit dem zweiten Gehäuseteil
verbindbar. Der erste Statorteil weist ein erstes Spulenelement
auf, das koaxial zu dem ersten Gehäuseteil sowie in axialer
Richtung zumindest teilweise außerhalb des ersten Gehäuseteils
angeordnet ist. Insbesondere kann das erste Spulenelement in axialer
Richtung vollständig außerhalb des ersten Gehäuseteils
angeordnet sein.
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Die
zweiteilige Ausgestaltung des Gehäuses erlaubt eine vergleichsweise
schnelle und einfache Montage des Klauenpolmotors, bei der der erste Statorteil
zunächst mit dem ersten Gehäuseteil, z. B. durch
Einschieben des Statorteils in vorgesehene Öffnungen des
Gehäuses, verbunden wird und die beiden Gehäuseteile
anschließend unter Aufnahme des Rotors zum vollständigen
Motor zusammengesetzt werden. Darüber hinaus erlaubt die
zweiteilige Form ein besonders platzsparendes Gehäuse,
das verhältnismäßig wenig Bauraum im
Inneren des Motors beansprucht. Somit wird auch die Leistungsfähigkeit
des Motors (bei gegebener Baugröße) durch das
Gehäuse nicht beschränkt.
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Indem
das erste Spulenelement außerhalb des ersten Gehäuseteils
angeordnet ist, werden Abmessungen und Gewicht des Gehäuses
deutlich reduziert. Auf diese Weise ergibt sich ein (bei gegebener
Leistung) besonders leichter und kompakter Klauenpolmotor.
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Ein
weiterer Vorteil eines Klauenpolmotors mit einem außerhalb
des ersten Gehäuseteils angeordneten ersten Spulenelement
liegt darin, dass ein Wechsel des Spulenelements ohne Öffnung
des Gehäuses und damit vergleichsweise schnell und einfach
erfolgen kann.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste Gehäuseteil
lösbar mit dem zweiten Gehäuseteil verbunden.
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Indem
die Verbindung des ersten Gehäuseteils mit dem zweiten
Gehäuseteil lösbar erfolgt, ergibt sich zudem
die Möglichkeit, den Motor für Wartungsarbeiten
oder Tests schnell und einfach zu öffnen bzw. zu zerlegen.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform weist der erste Statorteil
ein erstes Klauenpolblech und ein zweites Klauenpolblech auf, die
beide mit dem ersten Gehäuseteil verbunden sind. Insbesondere
kann der erste Gehäuseteil über eine erste Buchse
mit dem ersten und zweiten Klauenpolblech verbunden sein.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform umschließt das
erste Klauenpolblech das erste Spulenelement zumindest teilweise.
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Indem
das erste Klauenpolblech mit dem ersten Gehäuseteil verbunden
ist und das erste Klauenpolblech das erste Spulenelement umschließt, wird
eine zusätzliche Lagerung des ersten Spulenelements am
Gehäuse weitgehend entbehrlich. Das erste Spulenelement
wird zumindest teilweise von dem ersten Klauenpolblech in Position
gehalten, das insoweit mindestens zum Teil die Funktion eines herkömmlichen
Gehäuses übernimmt. Auf diese Weise wird der Raumbedarf
im Motorinneren ebenso wie die Abmessungen und das Gewicht des Gehäuses reduziert.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist das erste Klauenpolblech von außen auf den ersten Gehäuseteil
aufschiebbar. In einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Klauenpolmotors greifen dabei Polklauen des ersten Klauenpolblechs
in den ersten Gehäuseteil ein. Zusätzlich kann
auch das zweite Klauenpolblech in entsprechender Weise auf den ersten
Gehäuseteil aufschiebbar sein. Dadurch wird eine schnelle
und einfache Montage beziehungsweise Demontage des erfindungsgemäßen
Klauenpolmotors ermöglicht.
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In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist der Stator
einen zweiten Statorteil auf, der mit dem zweiten Gehäuseteil
verbunden ist, wobei der zweite Statorteil ein zweites Spulenelement
umfasst, das koaxial zu dem zweiten Gehäuseteil sowie in
axialer Richtung zumindest teilweise außerhalb des zweiten
Gehäuseteils angeordnet ist. Dadurch wird eine symmetrische
Motoranordnung geschaffen, bei der das Gehäuse weitgehend
auf den Verbindungsbereich der beiden Statorhälften beschränkt ist.
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In
einer vorteilhaften Ausführung weist der zweite Statorteil
ein drittes Klauenpolblech und ein viertes Klauenpolblech auf, die
beide mit dem zweiten Gehäuseteil verbunden sind. Insbesondere
kann auch das dritte Klauenpolblech und/oder vierte Klauenpolblech
von außen auf den zweiten Gehäuseteil aufschiebbar
sein.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
sind das erste und zweite Klauenpolblech koaxial zum ersten Gehäuseteil
angeordnet. Ebenso können auch das dritte und vierte Klauenpolblech
koaxial zum zweiten Gehäuseteil angeordnet sein. Das erste
und zweite Klauenpolblech werden koaxial zum dritten bzw. vierten
Klauenpolblech angeordnet, wenn der erste Gehäuseteil mit dem
zweiten Gehäuseteil verbunden ist. Dadurch wird eine präzise
Ausrichtung der Komponenten des Klauenpolmotors gewährleistet.
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Vorzugsweise
umfassen die Klauenpolbleche jeweils ein Joch und mehrere Polklauen.
In einer erfindungsgemäßen Weiterbildung umfasst
das jeweilige Joch einen zylindrischen Abschnitt, der auf eine Buchse
aufgeschoben wird und zusammen mit der Buchse einen kraftschlüssigen
Rückschluss bildet. Die Polklauen des ersten Klauenpolblechs
können ringförmig an dem Joch des ersten Klauenpolblechs
angeordnet sein und das erste Spulenelement, das eine Ringspule
aufweisen kann, zumindest teilweise umgreifen. Ebenso können
auch die Polklauen des dritten Klauenpolblechs ringförmig
an dem Joch des dritten Klauenpolblechs angeordnet sein und das
zweite Spulenelement, das ebenfalls eine Ringspule umfassen kann,
zumindest teilweise umgreifen.
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In
einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
ist der erste Gehäuseteil mit mehreren Polklauen des ersten
und/oder zweiten Klauenpolblechs verbunden. Alternativ oder zusätzlich
kann der zweite Gehäuseteil mit mehreren Polklauen des
dritten und/oder vierten Klauenpolblechs verbunden sein. In einer
bevorzugten Weiterbildung ist der erste Gehäuseteil über
eine erste Buchse mit dem ersten Klauenpolblech kraftschlüssig
verbunden und/oder der zweite Gehäuseteil über
eine zweite Buchse mit dem dritten Klauenpolblech kraftschlüssig
verbunden.
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Der
erste Gehäuseteil kann dazu einen zylinderförmigen
ersten Gehäusehals aufweisen, der die Polklauen des ersten
und/oder zweiten Klauenpolblechs zumindest teilweise einfasst. Der
zweite Gehäuseteil kann entsprechend ausgestaltet sein.
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Der
erste Gehäuseteil kann Aussparungen aufweisen, in die die
Polklauen des ersten Klauenpolblechs zumindest teilweise und lösbar
einschiebbar sind.
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Auf
diese Weise wird eine besonders einfache und schnelle Montage des
Klauenpolmotors sichergestellt. Indem die Verbindung lösbar
gestaltet ist, kann das Gehäuse bei Wartungsarbeiten und Tests
recht einfach und reversibel vom Klauenpolblech gelöst
werden. Entsprechend kann auch der zweite Gehäuseteil Aussparungen
aufweisen, in die die Polklauen des dritten Klauenpolblechs zumindest teilweise
und lösbar einschiebbar sind.
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In
einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
sind die Polklauen des zweiten Klauenpolblechs zumindest teilweise
und fest in den ersten Gehäuseteil eingebettet bzw. eingegossen. Ebenso
können auch die Polklauen des vierten Klauenpolblechs zumindest
teilweise und fest in den zweiten Gehäuseteil eingebettet
bzw. eingegossen sein.
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Dadurch
ergibt sich eine besonders haltbare und belastbare Verbindung zwischen
Klauenpolblech und Gehäuse.
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Alternativ
kann der erste Gehäuseteil auch zusätzliche Aussparungen
aufweisen, in die die Polklauen des zweiten Klauenpolblechs zumindest
teilweise und lösbar einschiebbar sind. In Abhängigkeit von
den Herstellungs- und Betriebsanforderungen des Motors kann jedes
der Klauenpolbleche sowohl lösbar als auch fest in der
vorstehend beschriebenen Weise mit dem jeweils zugehörigen
Gehäuseteil verbunden sein.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform ist das erste Spulenelement
in axialer Richtung zwischen dem ersten Klauenpolblech und dem zweiten Klauenpolblech
angeordnet. Ebenso kann das zweite Spulenelement in axialer Richtung
zwischen dem dritten Klauenpolblech und dem vierten Klauenpolblech
angeordnet sein.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform weisen das erste Klauenpolblech
und das zweite Klauenpolblech dieselbe Anzahl von Polklauen auf
und sind koaxial zueinander angeordnet, wobei die Polklauen des
ersten Klauenpolblechs länger als die Polklauen des zweiten
Klauenpol blechs sind und jede Polklaue des ersten Klauenpolblechs
in eine Lücke zwischen zwei Polklauen des zweiten Klauenpolblechs
eingreift.
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Der
erste Gehäuseteil kann ferner an einer Außenseite
einen zylinderförmigen ersten Fortsatz aufweisen, der zur
Aufnahme einer Stellstange eingerichtet ist und auf den das erste
Spulenelement von außen aufschiebbar ist.
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Dadurch
ergibt sich der Vorteil einer besonders schnellen und einfachen
Verbindung des ersten Statorteils mit dem ersten Gehäuseteil,
indem zunächst das erste Spulenelement von außen
auf den ersten Fortsatz aufgeschoben wird und anschließend das
erste Klauenpolblech auf den ersten Gehäuseteil aufgeschoben
wird, so dass es das erste Spulenelement und den ersten Fortsatz
zumindest teilweise umschließt.
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Der
zweite Gehäuseteil kann entsprechend an seiner Außenseite
einen zylinderförmigen zweiten Fortsatz zur Aufnahme bzw.
Lagerung der Stellstange aufweisen, auf den das zweite Spulenelement
von außen aufschiebbar ist.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform sind sowohl das zweite
Klauenpolblech als auch das erste Spulenelement und das erste Klauenpolblech
in dieser Reihenfolge von außen auf den zylinderförmigen ersten
Fortsatz des ersten Gehäuseteils aufschiebbar, wobei das
Joch des ersten Klauenpolblechs und das Joch des zweiten Klauenpolblechs
nach dem Aufschieben an der Innenseite des ersten Spulenelements
aneinander stoßen.
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Das
zweite Klauenpolblech erhöht die im Betrieb des Motors
erzeugte Induktion und führt damit zu einer Leistungssteigerung
des erfindungsgemäßen Klauenpolmotors. Indem das
zweite Klauenpolblech mit dem ersten Klauenpolblech auf Stoß liegt, wird
die Induktion des Feldes zusätzlich vergrößert und
ein effizienter Rückschluss des magnetischen Feldes sichergestellt.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
ist der zylinderförmige Fortsatz des Gehäuses
an seiner Mantelfläche mit einer ferromagnetischen Buchse
verbunden. Die Joche des ersten und zweiten Klauenpolblechs weisen
einen zylindrischen Abschnitt auf, welcher der Buchse gegenüberliegt
und mit dieser kraftschlüssig, zum Beispiel durch Aufpressen,
verbunden ist. Diese Anordnung gewährleistet einen besonders
effizienten magnetischen Rückschluss und erhöht
damit den Wirkungsgrad des erfindungsgemäßen Motors.
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Durch
die Anordnung der Ringspule zwischen dem ersten Klauenpolblech und
dem zweiten Klauenpolblech wird weiterhin eine sichere und feste Halterung
des Spulenelements während des Betriebs des Motors gewährleistet,
ohne dass dazu zusätzliche Halterungselemente nötig
waren. Indem das erste Klauenpolblech und das zweite Klauenpolblech über
ihre jeweiligen Polklauen mit dem ersten Gehäuseteil verbunden
werden, wird überdies eine weitgehende Beschränkung
des ersten Gehäuseteils auf einen zylinderförmigen
Gehäusehals mit Aussparungen zur Aufnahme der Polklauen
möglich. Dadurch wird der vom Gehäuse beanspruchte
Bauraum wirkungsvoll reduziert.
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Entsprechend
können das vierte Klauenpolblech, das zweite Spulenelement
und das dritte Klauenpolblech von außen auf den zweiten
Fortsatz aufschiebbar sein, wobei das Joch des dritten Klauenpolblechs
und das Joch des vierten Klauenpolblechs nach dem Aufschieben an
der Innenseite des zweiten Spulenelements auf Stoß liegen
können.
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Der
erfindungsgemäße Klauenpolmotor kann darüber
hinaus einen Flansch aufweisen, der mit dem ersten oder zweiten
Gehäuseteil verbunden ist. Über einen solchen
Flansch kann der erfindungsgemäße Klauenpolmotor
in vorteilhafter Weise mit weiteren Bauelementen verbunden und innerhalb
eines Antriebssystems positioniert und gelagert werden. Der Flansch
kann alternativ zweiteilig ausgebildet sein, wobei ein erster Teil
mit dem ersten Gehäuseteil und ein zweiter Teil mit dem
zweiten Gehäuseteil verbunden ist.
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In
einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
ist der erste Gehäuseteil lösbar mit dem zweiten Gehäuseteil
mittels einer Steck-Dreh-Verbindung nach Art eines Bajonettverschlusses
verbunden. Dazu kann der erste Gehäuseteil einen zylinderförmigen
ersten Gehäusehals mit einer ersten Kopplungseinrichtung
aufweisen, und der zweite Gehäuseteil kann entsprechend
einen zylinderförmigen zweiten Gehäusehals mit
einer zweiten Kopplungseinrichtung aufweisen. Der erste Gehäusehals
kann in den zweiten Gehäusehals zumindest teilweise einführbar sein,
und die erste und zweite Kopplungseinrichtung können komplementär
zueinander ausgebildet sein, so dass zur Verbindung des ersten mit
dem zweiten Gehäuseteil die erste Kopplungseinrichtung
in die zweite Kopplungseinrichtung eingreift. Diese Ausführungsform
lässt sich zusammen mit dem Gehäuseteil aus einem
Guss fertigen und ist daher sehr einfach und ohne Umstellung des
Produktionsablaufs herzustellen.
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Auf
diese Weise können die beiden Gehäusehälften
sicher und zuverlässig miteinander verbunden werden. Ein
Vorteil eines Bajonettverschlusses besteht darin, dass er von Prozessparametern
wie Temperatur, Feuchte und Oberflächenbeschaffenheit kaum
beeinflusst wird und eine zuverlässige Verbindung der beiden
Gehäusehälften selbst unter hoher mechanischer
Belastung während des Betriebs des Motors gewährleistet.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich dadurch, dass die Verbindung für
die Demontage des Motors schnell, einfach und zerstörungsfrei
wieder gelöst werden kann.
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Die
erste Kopplungseinrichtung kann mindestens zwei Rückhalteelemente
umfassen, die entlang einer Außenfläche des ersten
Gehäusehalses angeordnet sind, und die zweite Kopplungseinrichtung
kann mindestens zwei Rückhalteelemente umfassen, die entlang
einer Innenfläche des zweiten Gehäusehalses angeordnet
sind, so dass ein Rückhalteelement der ersten Kopplungseinrichtung
beim Einführen des ersten Gehäusehalses in den
zweiten Gehäusehals zwischen zwei Rückhalteelementen der
zweiten Kopplungseinrichtung hindurchbewegt wird und bei einem anschließenden
Verdrehen des ersten Gehäuseteils gegen den zweiten Gehäuseteil ein
Rückhalteelement der zweiten Kopplungseinrichtung hintergreift.
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Auf
diese Weise wird eine besonders feste und zuverlässige
Verbindung des ersten und zweiten Gehäuseteils sichergestellt.
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Die
Rückhalteelemente der ersten Kopplungseinrichtung können
dazu Erhebungen umfassen, die in einer Ebene senkrecht zur Öffnung
des ersten Gehäusehalses äquidistant entlang eines
Außenumfangs des ersten Gehäusehalses angeordnet sind.
Die zweite Kopplungseinrichtung kann entsprechende Erhebungen aufweisen,
die in einer Ebene senkrecht zur Öffnung des zweiten Gehäusehalses entlang
eines Innenumfangs des zweiten Gehäusehalses angeordnet
sind.
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Alternativ
kann der erste Gehäuseteil mit dem zweiten Gehäuseteil
auch mittels einer Schraubverbindung, Klebung, Schweißverbindung oder
dergleichen verbunden sein.
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In
einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden
die Gehäuseteile des Klauenpolmotors nach dem Zusammenfügen
kraftschlüssig, zum Beispiel durch Verschrauben oder Verkeilen, stoffschlüssig,
zum Beispiel durch Kleben oder Schweißen, oder formschlüssig,
zum Beispiel durch Vernieten, Verstiften, oder durch eine Rastvorrichtung
miteinander in einer vorbestimmten relativen Lage fixiert.
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In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
umfasst der Klauenpolmotor ein Halteelement zum Fixieren des ersten
und zweiten Gehäuseteils in einer vorbestimmten relativen Lage.
Auf diese Weise lässt sich gewährleisten, dass die
beiden Motorhälften beim Zusammenbau des Motors passgenau
zueinander angeordnet werden. Zudem bietet das Halteelement einen
zusätzlichen Schutz gegen eine Lösung der Verbindung
der beiden Gehäuseteile unter mechanischer Belastung. Das
Halteelement kann eine mit dem Gehäuse oder dem Stator
verbundene Rastvorrichtung umfassen. Die Rastvorrichtung kann insbesondere
einen Sperrriegel, der mit dem zweiten Gehäuseteil oder
Statorteil verbunden ist, und eine Sperrriegelhalterung, die mit
dem ersten Gehäuseteil oder Statorteil verbunden ist und
zur Aufnahme des Sperrriegels eingerichtet ist, aufweisen. Auf diese
Weise werden die beiden Gehäusehälf ten zuverlässig
in einer vorher bestimmten relativen Lage gehalten, ohne dass die
Möglichkeit zur schnellen und einfachen Lösung
der Verbindung der Gehäusehälften beschnitten
wird.
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Der
erfindungsgemäße Klauenpolmotor kann einen Linearstellantrieb
umfassen, bei dem eine Drehbewegung des Rotors in eine Linearbewegung
einer Stellstange umgesetzt wird.
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Die
vorliegende Erfindung begrenzt wirkungsvoll den zur Verbindung mit
dem Gehäuse im Inneren des Motors notwendigen Bauraum und
ermöglicht gleichzeitig eine schnelle und unkomplizierte
Montage beziehungsweise Demontage des Motors. Die Erfindung wird
am Beispiel eines Klauenpolmotors beschrieben und erläutert;
jedoch kann der Fachmann die erfindungsgemäße
Lehre ohne Schwierigkeiten und ohne Einbuße der vorteilhaften Effekte
auf andere elektrische Maschinen, zumindest solche, die als Innenläufer
konfiguriert sind, übertragen.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Die
vorliegende Erfindung lässt sich am Besten anhand der nachfolgenden
detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
verstehen. Es zeigen:
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1 eine
schematische Schnittdarstellung durch einen erfindungsgemäßen
Klauenpolschrittmotor;
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2 eine
perspektivische Außensicht des erfindungsgemäßen
Klauenpolschrittmotors der 1; und
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3 eine
perspektivische Darstellung des aus der Verbindung des ersten Statorteils
mit dem ersten Gehäuseteil resultierenden Bauelements sowie
des aus der Verbindung des zweiten Statorteils mit dem zweiten Gehäuseteil
resultierenden Bauelements.
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Beschreibung der bevorzugten
Ausführungsform
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Die
Erfindung wird nachfolgend am Beispiel eines Klauenpolmotors, der
als Linearschrittmotor konzipiert ist und als Klauenpolschrittmotor
bezeichnet wird, beschrieben. Wie bereits dargelegt, ist die Erfindung
auch auf andere Arten elektrischer Maschinen übertragbar.
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In
den 1, 2 und 3 sind identische
Bauteile mit jeweils gleichen Bezugszeichen versehen. 1 und 2 zeigen
den Klauenpolschrittmotor mit verbundenen Gehäusehälften, 3 die
Gehäusehälften einzeln.
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Der
gezeigte Klauenpolschrittmotor umfasst einen Rotor 10,
einen Stator 16, der einen ersten Statorteil 18 und
einen zweiten Statorteil 18' aufweist, sowie ein Gehäuse 20,
das gleichfalls einen ersten Gehäuseteil 22 und
einen zweiten Gehäuseteil 22' aufweist. Der erste
Statorteil 18 ist mit dem ersten Gehäuseteil 22 verbunden,
während der zweite Statorteil 18' mit dem zweiten
Gehäuseteil 22' verbunden ist. Sowohl der erste
Gehäuseteil 22 als auch der zweite Gehäuseteil 22' können
beispielsweise aus Hartkunststoff ausgebildet sein.
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Der
erste Gehäuseteil 22 umfasst einen zylinderförmigen
ersten Gehäusehals 36 (2), der auf
einer äußeren Stirnseite durch eine erste Stirnwand 37 begrenzt
ist, die eine mittig angeordnete erste Führungsöffnung
aufweist. In die Führungsöffnung ist ein zylinderförmiger
erster Fortsatz 39 zur Aufnahme und Lagerung einer Stellstange 40 eingepasst.
Der erste Fortsatz 39 wird auf seiner äußeren Stirnseite
von einer Deckplatte 41 abgeschlossen. An der Mantelfläche
des Fortsatzes 39 ist eine erste Buchse 33 angeordnet.
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Auf
der seiner ersten Stirnwand 37 gegenüberliegenden
Stirnseite weist der erste Gehäusehals 36 eine
kreisförmige Öffnung 38 (3)
auf.
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Entsprechend
umfasst der zweite Gehäuseteil 22' einen zylinderförmigen
zweiten Gehäusehals 36', der auf einer äußeren
Stirnseite durch eine zweite Stirnwand 37' begrenzt ist,
die eine mittig angeordnete zweite Führungsöffnung
mit einem zylinderförmigen zweiten Fortsatz 39' zur
Aufnahme der Stellstange 40 vorsieht. Im Gegensatz zum
ersten Fortsatz 39 ist der zweite Fortsatz 39' an
beiden Stirnseiten offen, so dass die Stellstange 40 durch
den zweiten Fortsatz 39' von außen in den von
den beiden Gehäusehälften umschlossenen Innenraum
des Motors zumindest teilweise eingeführt werden kann.
An der Mantelfläche des zweiten Fortsatzes 39' ist
eine zweite Buchse 33' angeordnet.
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Der
Innenraum nimmt den Rotor 10 auf, der mittels zweier Kugellager 12 bzw. 14 an
den innen liegenden Enden der Fortsätze 39 bzw. 39' drehbar
gelagert ist.
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Der
Rotor
10 selbst ist nicht Teil der vorliegenden Erfindung;
eine Rotoranordnung für einen Klauenpolmotor ist beispielhaft
in der Offenlegungsschrift
DE 10 2005 054 912 A1 sowie in der Patentschrift
DE 10 2006 017 233
B4 in weiteren Einzelheiten beschrieben.
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Über
eine Getriebeeinheit 42 ist der Rotor 10 mit der
Stellstange 40 verbunden. Aus Gründen der Übersichtlichkeit
sind diese Bauelemente in der perspektivischen Darstellung der 3 nicht
gezeigt.
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Über
die Getriebeeinheit 42 wird eine Drehbewegung des Rotors 10 in
eine Linearbewegung der Stellstange 40 umgesetzt. Die Stellstange 40 ist über einen
Stellkopf 44 an ein Antriebssystem (nicht gezeigt) gekoppelt.
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Der
erste Statorteil 18 umfasst ein erstes Klauenpolblech 24,
das ein Joch 26, welches aus einem ringscheibenförmigen
und einem zylindrischen Teil besteht, sowie mehrere an dem Umfang
des Jochs 26 angeordnete Polklauen 28 aufweist.
Der erste Statorteil 18 umfasst ferner ein zweites Klauenpolblech 34 mit
ebenfalls einem Joch, welches aus einem ringscheibenförmigen
und einem zylindrischen Teil besteht, und mehreren an dem Umfangs des
Jochs angeordneten Polklauen 35, die kürzer als die
Polklauen 28 des ersten Klauenpolblechs 24 ausgebildet
sind. Das erste Klauenpolblech 24 und das zweite Klauenpolblech 34 weisen
ei nen ähnlichen Außendurchmesser und die gleiche
Anzahl von Polklauen 28 bzw. 35 auf, wobei die
Polklauen 28 des ersten Klauenpolblechs 24 zwischen
den Polklauen 35 des zweiten Klauenpolblechs 34 zu
liegen kommen. Das erste Klauenpolblech 24 und das zweite Klauenpolblech 34 werden
vorzugsweise aus einem weichmagnetischen Material ausgestanzt, wobei
die Polklauen 28 bzw. 35 anschließend
um 90° umgebogen werden.
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Der
erste Statorteil
18 umfasst ferner ein erstes Spulenelement
30,
das zwischen dem ersten Klauenpolblech
24 und dem zweiten
Klauenpolblech
34 angeordnet ist. Wie aus der perspektivischen
Darstellung der
2 beziehungsweise
3 zu
ersehen ist, umfasst in dem beschriebenen Ausführungsbeispiel
das erste Spulenelement
30 neben eventuellen Anschluss-
und Halterungselementen insbesondere eine erste Ringspule
32,
die von den Polklauen
28 des ersten Klauenpolblechs
24 teilweise
umgriffen wird. Ein ähnlich ausgeformter Stator mit zwei
radial gegeneinander verdrehten Klauenpolblechen und einer dazwischen
angeordneten Ringspule ist in weiteren Einzelheiten in der
DE 10 2006 026 719
A1 beschrieben.
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Der
erste Gehäuseteil 22 ist mit den Polklauen 28 des
ersten Klauenpolblechs 24 sowie mit den Polklauen 35 des
zweiten Klauenpolblechs 34 verbunden. Wie aus der perspektivischen
Darstellung der 2 und 3 hervorgeht,
umfasst der erste Gehäusehals 36 dazu Aussparungen,
in die die Polklauen 28 des ersten Klauenpolblechs 24 zumindest teilweise
und lösbar einschiebbar sind. Das erste Klauenpolblech 24 kann
daher durch Aufschieben oder Aufstecken der Polklauen 28 in
die Aussparungen des ersten Gehäusehalses 36 auf
einfache Weise lösbar mit dem ersten Gehäuseteil 22 verbunden werden.
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Die
Polklauen 35 des zweiten Klauenpolblechs 34, die
jeweils zwischen den Polklauen 28 des ersten Klauenpolblechs 24 angeordnet
sind, sind demgegenüber fest in den Gehäusehals 36 eingelassen,
wobei die Stirnwand des zweiten Klauenpolblechs 34 an der
ersten Stirnwand 37 des Gehäuses aufliegt oder
teilweise darin eingelassen ist.
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Zur
Verbindung des ersten Statorteils 18 mit dem ersten Gehäuseteil 22 wird
zunächst das zweite Klauenpolblech 34 fest mit
dem Gehäusehals 36 vergossen und anschließend
die erste Ringspule 32 auf den zylinderförmigen
ersten Fortsatz 39 von außen aufgeschoben. Danach
wird das erste Klauenpolblech 24 von außen auf
den ersten Gehäuseteil 22 aufgesteckt, so dass
die Polklauen 28 in die Aussparungen des ersten Gehäusehalses 36 aufgenommen werden
und die Ringspule 32 von den Polklauen 28 des
ersten Klauenpolblechs teilweise umgriffen wird. Dadurch wird eine
besonders einfache und zeitsparende Montage bzw. Demontage des Motors
ermöglicht.
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Alternativ
können auch die Polklauen 35 des zweiten Klauenpolblechs 34 lösbar
auf den Gehäusehals 36 aufschiebbar oder aufsteckbar
sein. Ein damit einhergehender Vorteil liegt ebenfalls in einer einfachen
und zeitsparenden Montage bzw. Demontage.
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Wie
aus 1 ersichtlich, liegen das erste Klauenpolblech 24 und
das zweite Klauenpolblech 34 an der Innenseite des Spulenkörpers
auf Stoß. Zur Vergrößerung der Kontaktfläche
zwischen dem ersten Klauenpolblech 24 und dem zweiten Klauenpolblech 34 weist
der erfindungsgemäße Motor an der Außenseite
des ersten Fortsatzes 39 zudem eine erste metallische Buchse 33 auf,
die ebenso wie das zweite Klauenpolblech 34 mit dem ersten
Gehäuseteil 22 vergossen ist. Die erste Buchse 33 trägt
zur Erhöhung der magnetischen Induktion während
des Betriebes bei und stellt den Rückfluss des magnetischen
Feldes sicher. Als Spulenjoch der Ringspule 32 wirkt bei
dieser Anordnung die Stirnwand des ersten Klauenpolblechs 24 zusammen
mit der metallischen ersten Buchse 33 und der Stirnwand
des zweiten Klauenpolblechs 34. Die leichte Presspassung zwischen
der Buchse 33 und dem ersten und zweiten Klauenpolblech 24 bzw. 34 trägt
zusätzlich zum festen Halt des Spulenelements 30 während
des Betriebs bei, so dass weitere Spulenhalterungen entbehrlich
sind.
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Der
zweite Statorteil 18' weist entsprechend ein drittes Klauenpolblech 24' mit
einem ringscheibenförmigen Joch 26' und mehreren
an dem Umfang des Jochs 26 angeordneten Polklauen 28' sowie
ein viertes Klauenpolblech 34' mit einem ringscheibenförmigen
Joch und mehreren an dem Umfang des Jochs angeordneten Polklauen 35' auf.
Die Anzahl der Polklauen 35' des vierten Klauenpolblechs 34' stimmt
mit der Anzahl der Polklauen 28' des dritten Klauenpolblechs 24' überein,
wobei die Polklauen 35' wiederum kürzer als die
Polklauen 28' sind. Das dritte Polklauenblech 24' und
das vierte Polklauenblech 34' sind radialer Richtung gegeneinander
verdreht, so dass jeweils eine Polklaue 35' zwischen zwei
Polklauen 28' zu liegen kommt.
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Ferner
umfasst der zweite Statorteil 18' ein zweites Spulenelement 30' mit
einer zweiten Ringspule 32', die von den Polklauen 28' des
dritten Klauenpolblechs 24' umschlossen wird.
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Die
Verbindung des zweiten Gehäuseteils 22' mit dem
zweiten Statorteil 18' erfolgt analog zur obenstehend beschriebenen
Verbindung des ersten Gehäuseteils 22 mit dem
ersten Statorteil 18. Wie aus den 2 und 3 hervorgeht,
weist dazu der zweite Gehäusehals an seiner Innenseite
wiederum Aussparungen auf, in die die Polklauen 28' des
dritten Klauenpolblechs 24' zumindest teilweise und lösbar
aufgenommen sind. Die Polklauen 35' des vierten Klauenpolblechs 34' sind
demgegenüber fest in den zweiten Gehäusehals 36' eingegossen.
Wie obenstehend für den ersten Gehäuseteil 22 beschrieben,
kann auch die zweite Ringspule 32' auf den zweiten Fortsatz 39' aufgeschoben
und anschließend das dritte Klauenpolblech 24' auf
den zweiten Gehäuseteil 22' aufgesteckt werden.
-
Der
zweite Fortsatz 39' ist gleichfalls mit einer metallischen
zweiten Buchse 33' versehen. Für deren Anordnung
und Ausgestaltung sowie für die relative Anordnung des
dritten und vierten Klauenpolblechs 24' bzw. 34' sowie
die resultierenden vorteilhaften Effekte gilt die obenstehende Beschreibung analog,
wobei im Wortlaut lediglich die erste Buchse 33 durch die
zweite Buchse 33', der erste Fortsatz 39 durch
den zweiten Fortsatz 39' sowie das erste 24 bzw.
zweite 34 Klauenpolblech durch das dritte 24' bzw.
vierte 34' Klauenpolblech zu ersetzen sind.
-
In
der gezeigten Anordnung sind das erste Klauenpolblech 24 und
das zweite Klauenpolblech 34 mit Bezug auf die Drehachse
des Rotors 10 beziehungsweise die Symmetrieachse der Stellstange 40 koaxial
zum ersten Gehäuseteil 22 und das dritte Klauenpolblech 24' und
vierte Klauenpolblech 34' koaxial zum zweiten Gehäuseteil 22' angeordnet. Ebenso
sind mit Bezug auf die gleiche Achse auch das erste Klauenpolblech 24 und
das dritte Klauenpolblech 24' koaxial zueinander angeordnet,
wenn die beiden Gehäusehälften verbunden sind.
Wie in 1 und 3 gezeigt, wird das erste Spulenelement 30 von
dem ersten Klauenpolblech 24 umgriffen und ist koaxial
zu dem ersten Gehäusehals 36 sowie in axialer
Richtung außerhalb des ersten Gehäusehalses 36 angeordnet.
Ebenso ist auch das zweite Spulenelement 30' koaxial zu
dem zweiten Gehäusehals 36' sowie in axialer Richtung
außerhalb des zweiten Gehäusehalses 36' angeordnet.
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Das
zweiteilige Gehäuse 20 liegt also axial innerhalb
der Spulenelemente 30 beziehungsweise 30' und
dient vornehmlich der Verbindung sowie der relativen Positionierung
der Komponenten der beiden Motorhälften, während
die Spulenelemente von den Klauenpolblechen 24 und 34 beziehungsweise 24' und 34' gehalten
werden, die auf diese Weise zumindest teilweise die Funktion eines
herkömmlichen Gehäuses übernehmen können.
Der für das Gehäuse 20 erforderliche
Bauraum wird auf diese Weise minimiert, wodurch sich ein kompakter
Klauenpolschrittmotor hoher Leistung ergibt.
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Zudem
verleihen das zweite 34 und vierte 34' Klauenpolblech
dem Gehäuse 20 durch die erfindungsgemäße
Verbindung mit dem ersten 36 bzw. zweiten 36' Gehäusehals
zusätzliche integrale Stabilität, so dass das
Gehäuse 20 entsprechend leicht und kompakt ausgestaltet
werden kann. Dadurch wird das Verhältnis von Leistung zu
Gewicht und Außenabmessungen zusätzlich gesteigert.
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In
dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der erste Gehäuseteil 22 mit
dem zweiten Gehäuseteil 22' mittels eines Bajonettverschlusses
verbunden. Dazu weist der Gehäusehals 36 eine
erste Kopplungseinrichtung mit drei Rückhalteelementen 46 auf, die
jeweils Erhebungen um fassen, die in einer Ebene senkrecht zur inneren Öffnung 38 des
Gehäusehalses 36 äquidistant entlang
eines Außenumfangs des ersten Gehäusehalses 36 angeordnet
sind. Entsprechend weist der zweite Gehäusehals 36' drei
komplementäre Rückhalteelemente 46' auf,
die in einer Ebene senkrecht zur inneren Öffnung 38' des
Gehäusehalses 36' äquidistant entlang
des Innenumfangs des Gehäusehalses 36' angeordnet
sind. Der erste Gehäusehals 36 weist einen Durchmesser
auf, der geringfügig unter dem Durchmesser des zweiten
Gehäusehalses 36' liegt, so dass der erste Gehäusehals 36 zumindest
teilweise in den zweiten Gehäusehals 36' eingeführt
und dabei ein Rückhalteelement 46 des ersten Gehäusehalses 36 zwischen
jeweils zwei Rückhalteelementen 46' des zweiten
Gehäusehalses 36' hindurchbewegt werden kann.
Beim anschließenden Verdrehen des ersten Gehäusehalses 36 gegen
den zweiten Gehäusehals 36' hintergreift dann
jeweils ein Rückhalteelement 46 des ersten Gehäusehalses 36 ein
Rückhaltelement 46' des zweiten Gehäusehalses 36',
so dass der erste Gehäuseteil 22 fest mit dem
zweiten Gehäuseteil 22' verbunden wird. Die Abbildungen
der 1 und 2 zeigen den Klauenpolschrittmotor
im verbundenen Zustand, wobei der vergrößerte
Ausschnitt der 1 im Detail die ineinander eingreifenden
Rückhalteelemente 46 und 46' veranschaulicht.
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Ein
Vorteil eines solchen Bajonettverschlusses liegt darin, dass er
ein schnelles Verbinden und Lösen der Gehäusehälften
gestattet und dabei gleichzeitig eine beständige, belastbare
Verbindung ermöglicht, die kaum vom Prozessparametern wie Temperatur,
Feuchte oder Oberflächenbeschaffenheit beeinflusst wird.
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Alternativ
zur Bajonettverbindung kann der erste Gehäuseteil 22 mit
dem zweiten Gehäuseteil 22' in Abhängigkeit
von den Produktionserfordernissen und dem vorhergesehenen Einsatzbereich
des Motors auch durch eine Schraubverbindung, eine Klebung, Nieten,
Schweißen oder dergleichen verbunden werden.
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Der
in den Figuren gezeigte Klauenpolschrittmotor weist darüber
hinaus ein Halteelement zum Fixieren des ersten Gehäuseteils 22 gegenüber dem
zweiten Gehäuseteil 22' in einer vorbestimmten relativen
Lage auf. Ein Sperrriegel 48 in Form einer dünnen,
nach innen über den Rand des zweiten Gehäusehalses 36' hinausragenden
flexiblen Metallplatte ist dazu mit dem zweiten Gehäusehals 36' verbunden.
Der erste Gehäusehals 36 ist demgegenüber mit
einer Sperrriegelhalterung 50 versehen, die einen zwischen
zwei Vorsprüngen ausgebildeten Spalt umfasst, in den der
Sperrriegel beim Verdrehen des ersten Gehäusehalses 36 gegen
den zweiten Gehäusehals 36' in einer vorbestimmten
Lage einrastet. Ein solches Halteelement schützt den Klauenpolschrittmotor
im Betrieb gegen ein unbeabsichtigtes Lösen der Bajonettverbindung.
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Überdies
weist der beschriebene Klauenpolschrittmotor einen mit dem zweiten
Gehäusehals 36' verbundenen Flansch 52 aus
zwei einander diametral gegenüberliegenden Flanschelementen
auf, die eine Verbindung des Klauenpolschrittmotors mit anderen
Komponenten eines Antriebssystems (nicht gezeigt) ermöglichen.
Mit dem zweiten Gehäusehals 36' sind darüber
hinaus auf der Außenseite Anschlusselemente 54' zur
Spannungs- und Signalversorgung des zweiten Spulenelements 30' vorgesehen.
Entsprechende Anschlusselemente 54 zur Spannungs- und Signalversorgung
des ersten Spulenelements 30 sind mit dem ersten Gehäusehals 36 verbunden.
-
Das
vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel und die Figuren
dienen lediglich zur Erläuterung und Illustration der vorliegenden
Erfindung. Die in der Beschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen
offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in
beliebiger Kombination für die Ausführung der
Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.
-
- 10
- Rotor
- 12,
14
- Kugellager
- 16
- Stator
- 18
- erster
Statorteil
- 18'
- zweiter
Statorteil
- 20
- Gehäuse
- 22
- erster
Gehäuseteil
- 22'
- zweiter
Gehäuseteil
- 24
- erstes
Klauenpolblech
- 24'
- drittes
Klauenpolblech
- 26
- Joch
des ersten Klauenpolblechs 24
- 26'
- Joch
des dritten Klauenpolblechs 24'
- 28
- Polklauen
des ersten Klauenpolblechs 24
- 28'
- Polklauen
des dritten Klauenpolblechs 24'
- 30
- erstes
Spulenelement
- 30'
- zweites
Spulenelement
- 32
- Ringspule
des ersten Spulenelements 30
- 32'
- Ringspule
des zweiten Spulenelements 30'
- 33
- erste
Buchse
- 33'
- zweite
Buchse
- 34
- zweites
Klauenpolblech
- 34'
- viertes
Klauenpolblech
- 35
- Polklauen
des zweiten Klauenpolblechs 34
- 35'
- Polklauen
des vierten Klauenpolblechs 34'
- 36
- erster
Gehäusehals
- 36'
- zweiter
Gehäusehals
- 37
- erste
Stirnwand
- 37'
- zweite
Stirnwand
- 38
- innere Öffnung
des ersten Gehäusehalses 36
- 38'
- innere Öffnung
des zweiten Gehäusehalses 36'
- 39
- erster
Fortsatz
- 39'
- zweiter
Fortsatz
- 40
- Stellstange
- 41
- Deckplatte
- 42
- Getriebeeinheit
- 44
- Stellkopf
- 46
- Rückhalteelemente
des ersten Gehäusehalses 36
- 46'
- Rückhalteelemente
des zweiten Gehäusehalses 36'
- 48
- Sperrriegel
- 50
- Sperrriegelhalterung
- 52
- Flansch
- 54,
54'
- Anschlusselemente
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 102005054912
A1 [0003, 0065]
- - DE 102006026719 A1 [0003, 0069]
- - EP 1363382 A1 [0005]
- - DE 102006017233 B4 [0065]