DE19547895A1 - Klauenpolschrittmotor mit einem Stator - Google Patents
Klauenpolschrittmotor mit einem StatorInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Klauenpolschrittmotor mit einem Stator, der
wenigstens zwei von Außenkanten begrenzte Statorrückschlußelemente aufweist, in
denen jeweils wenigstens eine Statorspule angeordnet ist, und mit einem einen
Permanentmagneten aufweisenden Rotor, der mittels wenigstens eines Axiallagers in
axialer Richtung gelagert ist, wobei der Rotor ein Innengewinde aufweist, in dem
ein Gewindebolzen lagerbar ist.
Ein derartiger Klauenpolschrittmotor ist aus der EP 550 102 A2 bekannt.
Klauenpolschrittmotore weisen keine Wickelköpfe auf, und der Stator wird an
beiden axialen Enden durch ein Statorrückschlußelement, z. B. ein Statorblech,
begrenzt. Deshalb ist bei einem derartigen bekannten Klauenpolschrittmotor die
axiale Länge des Permanentmagneten des Rotors kleiner oder gleich der axialen
Strecke zwischen den Außenkanten der Statorrückschlußelemente, um die Menge des
permanentmagnetischen Materials auf ein Minimum zu beschränken. Ist der
Gewindebolzen gegen eine Rotationsbewegung gesichert, so wird eine
Rotationsbewegung des Rotors in eine Axialbewegung des Gewindebolzens
übertragen. Wird der Gewindebolzen z. B. zu der Betätigung eines Stellorgans
verwendet, so wirken auf den Gewindebolzen bei seiner axialen Bewegung axiale
Reaktionskräfte in Gegenrichtung ein. Diese axialen Reaktionskräfte können infolge
der Lagertoleranzen des Axiallagers eine Verschiebung des Rotors in axialer
Richtung hervorrufen. Eine solche axiale Verschiebung des Rotors hat zur Folge,
daß der von einer der beiden Statorspulen erzeugte elektromagnetische Fluß nicht
mehr komplett mit dem Rotor verkettet ist, wodurch das erzeugte Drehmoment des
Motors reduziert wird. Um die axiale Verschiebung des Rotors zu vermeiden,
müssen axial sehr steife Lager verwendet werden und der Klauenpolschrittmotor mit
einer sehr hohen mechanischen Genauigkeit gefertigt werden. Dies hat hohe
Produktionskosten des Motors zur Folge.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Klauenpolschrittmotor der eingangs genannten
Art zu schaffen, der bei im wesentlichen gleichem Volumen, gleichem Gewicht und
gleichem Leistungsverhalten bei axialer Belastung des Gewindebolzens möglichst
kostengünstig gefertigt werden kann.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Permanentmagnet des
Rotors an wenigstens einem axialen Ende über die zugeordnete Außenkante des
Statorrückschlußelementes hinausragt, so daß trotz einer gegebenenfalls auftretenden
Verschiebung des Rotors infolge der Lagertoleranzen des Axiallagers im
wesentlichen das gesamte elektromagnetische Feld der Statorspulen mit dem Rotor
verkettet ist.
Die axiale Verlängerung des Permanentmagneten des Rotors über die zugeordnete
Außenkante des Statorrückschlußelementes hinaus hat zur Folge, daß eine axiale
Verschiebung des Rotors, die nicht größer als die axiale Verlängerung des
Permanentmagneten des Rotors ist, keine Reduzierung der elektromagnetischen
Kopplung des von den Statorspulen erzeugten Flusses mit dem Rotor und somit
keine Verringerung des Drehmomentes bewirkt. Dadurch wird es möglich, den
Klauenpolschrittmotor mit einfacheren Lagern auszugestalten, die eine geringere
axiale Steifigkeit aufweisen, sowie die Anforderungen an die mechanische
Fertigungsgenauigkeit des Klauenpolschrittmotors und der Bauteile des
Klauenpolschrittmotors zu vermindern. Diese Maßnahmen führen zu einer
bedeutenden Kostenreduzierung, während die axiale Verlängerung des
Permanentmagneten des Rotors über die Außenkante des Statorrückschlußelementes
hinaus nur geringfügige Mehrkosten hervorruft.
Insgesamt ist es gelungen, einen Klauenpolschrittmotor zu schaffen, der bei
gleichem Leistungsverhalten bei axialer Belastung deutlich kostengünstiger zu
fertigen ist.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der
Permanentmagnet des Rotors um wenigstens 5% der Gesamtlänge des
Permanentmagneten des Rotors über die zugeordnete Außenkante des
Statorrückschlußelementes hinausragt.
Eine Verlängerung in dieser Größenordnung hat sich in der Praxis als besonders
vorteilhaft erwiesen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß der Permanentmagnet des Rotors an beiden axialen Enden über die zugeordnete
Außenkante des Statorrückschlußelementes hinausragt.
Wird der Permanentmagnet des Rotors an beiden Seiten axial verlängert, so kann er
auf ein Stellorgan sowohl eine Druckkraft als auch eine Ziehkraft ausüben, ohne daß
eine axiale Verschiebung infolge der Lagertoleranzen eine Verringerung des
Drehmomentes aufgrund einer geringeren Flußverkettung des Stators mit dem Rotor
bewirkt.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
daß der Permanentmagnet des Rotors an beiden axialen Enden um wenigstens 5%
der Gesamtlänge des Permantmagneten des Rotors über die jeweils zugeordnete
Außenkante des Statorrückschlußelementes hinausragt.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der einzigen Figur
der Zeichnung näher erläutert.
Die einzige Figur der Zeichnung zeigt einen Klauenpolschrittmotor mit einem Stator
1 und einem Rotor 2. Der Stator 1 weist ein erstes Statorrückschlußelement 3 und ein
zweites Statorrückschlußelement 4 auf. Das erste Statorrückschlußelement 3 weist
ein erstes Statorblech 3a und ein zweites Statorblech 3b auf. Das zweite
Statorrückschlußelement 4 weist ein drittes Statorblech 4a und ein viertes Statorblech
4b auf. In dem ersten Statorrückschlußelement 3 befindet sich eine erste Statorspule
5. In dem zweiten Statorrückschlußelement 4 befindet sich eine zweite Statorspule 6.
Das erste Statorrückschlußelement 3 wird von einer ersten Außenkante 7 begrenzt,
das zweite Statorrückschlußelement 4 wird von einer zweiten Außenkante 8
begrenzt.
Der Rotor 2 weist einen Permanentmagneten 10 mit einem ersten axialen Ende 10a
und einem zweiten axialen Ende 10b auf. Die axialen Enden 10a und 10b des
Permanentmagneten 10 ragen über die zugeordneten Außenkanten 7 bzw. 8 der
Statorrückschlußelemente 3 bzw. 4 um eine Strecke S₁ bzw. S₂ hinaus. Der Rotor 2
ist mittels eines Axiallagers 11 gelagert. Der Rotor 2 weist ein Innengewinde 12
auf, in dem ein Gewindebolzen 13 gelagert ist. Der Gewindebolzen 13 besteht aus
einem ersten Abschnitt 13a, der ohne Gewinde ausgebildet ist, und aus einem
Abschnitt 13b, der ein Gewinde 14 aufweist. Das Gewinde 14 des Gewindebolzens
13 greift in das Innengewinde 12 des Rotors 2 ein. Der Gewindebolzen 13 ist mittels
eines Lagerteiles 16 gegen eine Rotationsbewegung gesichert. Dies ist z. B. dadurch
möglich, daß das Innere des Lagerteiles 16 auf nicht näher dargestellte Weise
quadratisch ausgebildet ist und ein Teilabschnitt 13c des ersten Abschnitts 13a des
Gewindebolzens 13 ebenfalls quadratisch ausgebildet und in das quadratisch
ausgebildete Innere des Lagerteiles 16 eingepaßt ist. Dies hat zur Folge, daß eine
Rotationsbewegung des Rotors 2 in eine axiale Bewegung des Gewindebolzens 13 in
positiver oder negativer X-Richtung umgesetzt wird. Wird der Gewindebolzen 13
beispielsweise in positiver X-Richtung bewegt und muß er bei dieser axialen
Bewegung in positiver X-Richtung eine Kraft aufbringen, z. B. um ein Stellorgan zu
betätigen, so wirkt auf den Gewindebolzen 13 eine Reaktionskraft in negativer
X-Richtung ein, die von dem Axiallager 11 aufgefangen werden muß. Das
Axiallagers 11 weist jedoch je nach Qualität des Axiallagers 11 ein gewisses
Lagerspiel auf. Dies kann dazu führen, daß sich der Rotor 2 um den Betrag des
Lagerspiels des Axiallagers 11 in negativer X-Richtung verschiebt. Diese axiale
Verschiebung des Rotors 2 in negativer X-Richtung hat jedoch keine Verringerung
der elektromagnetischen Verkopplung des von den Statorspulen 5 und 6 erzeugten
elektromagnetischen Flusses mit dem Permanentmagneten 10 des Rotors 22 zur
Folge, solange diese axiale Verschiebung in negativer X-Richtung kleiner ist als die
Strecke S₁, um die der Permanentmagnet 10 über die Außenkante 7 des Stators 1
hinausragt. Somit kommt es zu keiner Verringerung des Drehmomentes infolge einer
geringeren elektromagnetischen Verkopplung zwischen Stator 1 und Rotor 2. Das
Lagerspiel des Axiallagers 11 kann so groß gewählt werden wie die Strecke S₁, ohne
daß es zu einer Verringerung des Drehmomentes des Klauenpolschrittmotors kommt.
Stator 1, Axiallager 11 und Lagerteil 16 sind auf nicht dargestellte Weise in einem
nicht dargestellten Gehäuse des Klauenpolschrittmotors angeordnet.
Claims (4)
1. Klauenpolschrittmotor mit einem Stator (1), der wenigstens zwei von
Außenkanten (7, 8) begrenzte Statorrückschlußelemente (3, 4) aufweist, in denen
jeweils wenigstens eine Statorspule (5, 6) angeordnet ist, und mit einem einen
Permanentmagneten (10) aufweisenden Rotor (2), der mittels wenigstens eines
Axiallagers (11) in axialer Richtung gelagert ist, wobei der Rotor (2) ein
Innengewinde (12) aufweist, in dem ein Gewindebolzen (13) lagerbar ist, dadurch
gekennzeichnet,
daß der Permantmagnet (10) des Rotors (2) an wenigstens einem axialen Ende (10a,
10b) über die zugeordnete Außenkante (7, 8) des Statorrückschlußelementes (3, 4)
hinausragt, so daß trotz einer gegebenenfalls auftretenden Verschiebung des Rotors
(2) infolge der Lagertoleranzen des Axiallagers (11) im wesentlichen das gesamte
elektromagnetische Feld der Statorspulen (5, 6) mit dem Rotor (2) verkettet ist.
2. Klauenpolschrittmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Permanentmagnet (10) des Rotors (2) um wenigstens 5% der Gesamtlänge
des Permantmagneten (10) des Rotors (2) über die zugeordnete Außenkante (7, 8)
des Statorrückschlußelementes (3, 4) hinausragt.
3. Klauenpolschrittmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß der Permanentmagnet (10) des Rotors (2) an beiden axialen Enden (10a, 10b)
über die zugeordnete Außenkante (7, 8) des Statorrückschlußelementes (3, 4)
hinausragt.
4. Klauenpolschrittmotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß der Permanentmagnet (10) des Rotors (2) an beiden axialen Enden (10a, 10b)
um wenigstens 5% der Gesamtlänge des Permantmagneten (10) des Rotors (2) über
die jeweils zugeordnete Außenkante (7, 8) des Statorrückschlußelementes (3, 4)
hinausragt.
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