DE19816201A1 - Schwingmotor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schwingmotor, der in der Lage ist, die Rotationswinkel eines Rotors innerhalb eines vorgegebenen Bereichs zu steuern.

Auf herkömmliche Weise ist als Schwingmotor dieses Typs ein Schwingmotor bekannt, wie er in Fig. 5 gezeigt wird.

Dieser Schwingmotor besteht aus einem drehbaren Rotor 1, Antriebsspulen 2 und 3 als Luftkernspulen, die mit einem Zwischenraum in Umfangsrichtung um den Rotor 1 angeordnet sind und den Rotor 1 in einem vorgegebenen Winkelbereich hin- und herschwingen lassen, usw.

Der Rotor 1 umfaßt eine Welle 4 und zwei Magnete 5 und 6, die an der Welle 4 befestigt sind, und beide Enden der Welle 4 sind in nicht dargestellten Lagern drehbar gelagert. Die An­ triebsspulen 2 und 3 sind gegenüber dem Umfang der Magnete 5 und 6 so angeordnet, daß ein Magnetfluß zum Zentrum des Rotors 1 gerichtet ist.

Da die Antriebsspulen 2 und 3 im Umfangsrichtung an der äuße­ ren Umfangsfläche der zur Gänze zylindrisch ausgebildeten Magnete 5 und 6 angeordnet sind, sind die Antriebsspulen ent­ sprechend bogenförmig geformt, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Übrigens können in anderen Fällen als hier, wo die An­ triebsspulen 2 und 3 einander gegenüberliegen, so daß die Spulen um 180° auseinander liegen, wie in Fig. 5 gezeigt wird, auch drei Antriebsspulen angeordnet werden, die dann im Abstand von jeweils 120° angeordnet sind.

Wie in Fig. 5 gezeigt wird, ist ein Magnetsensor 7 zum Erfas­ sen der Positionen der Magnete 5 und 6 (Rotationswinkel des Rotors 1) innerhalb der Antriebsspule 2 angeordnet. Der Magnetsensor 7 ist z. B. eine Hall-Vorrichtung zum Umwandeln eines Magnetflusses in eine Spannung.

Als nächstes soll der Betrieb des so strukturierten herkömm­ lichen Schwingungsmotors beschrieben werden.

Wenn ein elektrischer Strom durch die Antriebsspulen 2 und 3 fließt, entsteht in den Magneten 5 und 6 ein Drehmoment, so daß der Rotor 1 in Drehung versetzt wird. Wenn der Strom auf eine vorgegebene Höhe voreingestellt wird, wird der Rotor 1 angehalten, und wenn die Antriebsspulen 2 und 3 miteinander in Reihe oder parallel geschaltet sind und ein Wechselstrom durch sie fließt, führt der Rotor 1 eine Schwingbewegung von weniger als 180° aus.

Ein Ausgangssignal, das fast proportional zur Magnetfeld­ stärke ist, kann vom Magnetsensor 7 abgenommen werden. Wenn also der Strom durch die Antriebsspulen 2 und 3 so einge­ stellt wird, daß das Ausgangssignal vom Magnetsensor 7 einen vorgegebenen Wert annimmt, kann der Rotor 1 in einer ge­ wünschten Position angehalten werden.

Die Antriebsspulen 2 und 3 sind Luftkernspulen und müssen in Übereinstimmung mit der Außenfläche der zylindrischen Magnete 5 und 6 bogenförmig ausgebildet werden. Damit werden bei der Fertigung die Antriebsspulen 2 und 3 auf Druck beansprucht, so daß es zwischen den Lagen zum Kurzschluß (Kurzschluß zwischen den Windungen) oder zum Drahtbruch kommen kann was zur Minderung der Leistung führt, und damit werden die Fertigungskosten nachteilig hoch, und ferner besteht der Nachteil, daß sich die Arbeitszeit zum Zusammenbauen der Antriebsspulen verlängert.

Die aus den Luftkernspulen 2 und 3 bestehenden Antriebsspulen 2 und 3 sind nahezu elliptisch und werden durch Wickeln einer Spule um ein rotierendes Kernrohr hergestellt, da aber die Geschwindigkeit beim Wickeln der Spule zwischen dem Teil ent­ lang der Hauptachse und dem Teil entlang der Nebenachse unterschiedlich ist, wird die Herstellung der Antriebsspulen 2 und 3 schwierig. Das gilt besonders für diejenigen Fälle, in denen, wie in Fig. 5 gezeigt wird, die Antriebsspulen 2 und 3 nur zwei Spulen umfassen, da die Hauptachse im Ver­ gleich zur Nebenachse groß und flach ist, und daher wird das Wickeln der Antriebsspulen 2 und 3 erschwert.

In Fällen, in denen die Anzahl der Magneten des Rotors 1 zwecks Multipolarisierung erhöht wird, erhöht sich auch die Anzahl der Antriebsspulen und damit auch die Anzahl der Ver­ bindungen zu den Antriebsspulen, so daß sich der Fertigungs­ gang kompliziert und damit auch die Fertigungskosten steigen.

Es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Schwingmotor bereitzustellen, der nicht nur durch Steigerung der Produktionszahlen und Verkürzung der Fertigungszeit zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit beiträgt, sondern auch die Multipolarisation durch flache Gestaltung der Antriebs­ spulen ermöglicht.

Zur Lösung der Aufgabe gemäß der vorliegenden Erfindung besteht ein Schwingmotor aus einem sich drehenden Rotor ein­ schließlich eines Magneten mit wenigstens zwei Polen in radialer Richtung; einem Wickelrahmen (20, 30) einschließlich mindestens zweier Drahtdirektwickelteile, die sich vom Umfang des Magneten aus in radialer Richtung erstrecken und durch einen vorgegebenen Zwischenraum in Umfangsrichtung vonein­ ander getrennt sind, wobei der gesamte Wickelrahmen aus nichtmagnetischem Material besteht; und mindestens zwei Antriebsspulen, die zum In-Schwingung-Versetzen des Rotors innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereichs angeordnet sind, und ein Draht direkt um die entsprechenden Drahtdirektwickel­ teile gewickelt ist.

Zwecks Verbesserung der Betriebsfähigkeit usw. wird vorzugs­ weise die Vielzahl der Antriebsspulen durch kontinuierliches Wickeln eines einzigen Drahtes um jede der Vielzahl der Drahtdirektwickelteile des Wickelrahmens gebildet.

Entweder wird das magnetseitige Ende des obigen Drahtdirekt­ wickelteils oder das vom Magneten abgelegene Ende des Draht­ direktwickelteils mit einem runden Teil verbunden, der zu einem Ring geformt ist. An der einen oder der anderen Seite der entsprechenden Drahtdirektwickelteile, die nicht mit dem Ringteil verbunden sind, ist ein Vorsprung in Umfangsrichtung vorgesehen.

Auf diese Weise werden erfindungsgemäß die Antriebsspulen zum In-Schwingung-Versetzen des Rotors innerhalb eines bestimmten Winkelbereichs durch Direktwickeln eines Drahtes um die Drahtdirektwickelteile des Wickelrahmens hergestellt, der insgesamt aus nichtmagnetischem Material besteht.

Somit können erfindungsgemäß beim Herstellen des Schwing­ motors die Fertigungskosten durch die Steigerung der Produk­ tionszahlen und die Verkürzung der Fertigungszeit gesenkt werden, und ferner eignet sich die vorliegende Erfindung zum Herstellen eines Erzeugnisses, das vielpolig ist und eine flache Antriebsspule aufweist.

Ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung läßt sich erzielen unter Bezugnahme auf die detaillierte Beschreibung anhand der begleitenden Zeichnungen, in diesen ist

Fig. 1 eine Längsschnittansicht, die die Struktur eines Hauptteils einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 2 ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A in Fig. 1;

Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht, die die Zusammen­ hänge zwischen einem Wickelrahmen und einem Rotor zeigt;

Fig. 4 ist eine perspektivische Ansicht, die ein modifizier­ tes Beispiel eines Wickelrahmens zeigt; und

Fig. 5 ist eine perspektivische Ansicht, die eine herkömm­ liche Vorrichtung zeigt.

Die beste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung soll nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden.

Fig. 1 ist eine Längsschnittansicht, die einen Schwingmotor gemäß dieser Ausführungsform zeigt. Fig. 2 ist eine Schnitt­ ansicht entlang der Linie A-A in Fig. 1.

Wie in Fig. 1 gezeigt wird, beinhaltet der Schwingmotor die­ ser Ausführungsform ein zylindrisches Gehäuse 11 mit einer Öffnung jeweils am oberen und am unteren Ende, und ent­ sprechende Strukturelemente, die später beschrieben werden, sind in diesem Gehäuse 11 angeordnet.

Ein oberer Deckel 12 und ein unterer Deckel 13 sind entspre­ chend auf den oberen und den unteren Öffnungsteil des Gehäu­ ses 11 aufgesetzt, um den oberen und den unteren Öffnungsteil zu schließen. Ein Lager ist in der Mitte des oberen Deckels 12, und ein Lager 15 ist in der Mitte des unteren Deckels 13 angeordnet. Beide Enden einer Rotorwelle 17 des Rotors 16 sind in den Lagern 14 und 15 drehbar gelagert.

Der Rotor 16 besteht aus der Rotorwelle 17 und einem Rotor­ magnet 18, der an der Rotorwelle 17 befestigt ist. Der Rotor­ magnet 18 setzt sich aus vier Magneten 18a bis 18d zusammen. Die Gesamtheit der Magnete 18a bis 18d bildet einen zylindri­ schen Körper sobald die vier Magnete an der Rotorwelle 17 befestigt sind, und die Magneten sind so angeordnet, daß sie in Radialrichtung vier Pole haben.

Wie aus den Zeichnungen ersichtlich, ist ein Wickelrahmen 20, um den die Wicklungen der Antriebsspulen 19a bis 19d ge­ wickelt sind, in einem vorbestimmten Abstand in Umfangs­ richtung um den Magneten 18 gelegt. Der gesamte Wickelrahmen 20 besteht aus nichtmagnetischem Material (non-magnetic matter) wie z. B. aus Kunstharz.

Wie in Fig. 3 gezeigt wird, beinhaltet der Wickelrahmen 20 einen ringförmigen Teil 201, der in Umfangsrichtung um den Magneten 18 angeordnet ist, und Drahtdirektwickelteile 202a bis 202d sind im Abstand von 90° in Umfangsrichtung um den äußeren Umfang des ringförmigen Teils 201 angeordnet, abge­ sehen von einem Teil im unteren Teil, und erstrecken sich in radialer Richtung.

Ein Vorsprung 203 ist an der Spitze der entsprechenden Draht­ direktwickelteile 202a bis 202d in Umfangsrichtung und sich in radialer Richtung erstreckend vorgesehen, der das Direkt­ wickeln durch Regulieren in Richtung senkrecht zur Wickel­ richtung des Drahtes ermöglicht, wenn der Draht um die ent­ sprechenden Drahtdirektwickelteile 202a bis 202d direkt gewickelt wird.

Im Hinblick auf die Verbesserung der Betriebsfähigkeit und dergl. sollte vorzugsweise ein einziger Draht direkt ge­ wickelt werden, ohne ihn auf seinem Weg um die Drahtdirekt­ wickelteile 202a bis 202d des Wickelrahmens 20 zu zerschnei­ den. Ein direktgewickelter Draht, der die entsprechenden Antriebswicklungen 10a bis 19d bildet, wird in vorgegebener Richtung gewickelt, so daß der Rotor 16 in einem vorgegebenen Winkelbereich schwingen kann.

Es ist nicht immer erforderlich, daß nur ein einziger Draht kontinuierlich um die Drahtdirektwickelteile 202a bis 202d des Wickelrahmens 20 direkt gewickelt wird, und auch mehrere Drähte können um die Drahtdirektwickelteile 202a bis 202d gewickelt werden.

Wie in Fig. 1 gezeigt wird, ist ein Magnetsensor 21 zum Erfassen des Rotationswinkels des Rotors 16 am Außenumfang des ringförmigen Teils 201 unter dem Drahtdirektwickelteil 202a angeordnet.

Als nächstes soll der Betrieb einer Ausführungsform dieser Struktur beschrieben werden.

Das Ausgangssignal des Magnetsensors 21 wird Null, wenn des­ sen Erfassungsfläche dem Grenzteil beispielsweise zwischen dem Magneten 18a und dem Magneten 18d gegenüberliegt, wird beispielsweise positiv, wenn die Erfassungsfläche dem Magnet 18a gegenüberliegt, und wird negativ, wenn die Erfassungs­ fläche dem Magnet 18b gegenüberliegt. Somit werden vom Aus­ gangssignal des Magnetsensors 21 positive und negative Rota­ tionswinkel zur Mitte des Grenzteils erfaßt.

Wenn auf der Grundlage des Ausgangssignals des Magnetsensors 21 ein elektrischer Strom, der zum Treiben des Rotors 16 er­ forderlich ist, durch die Antriebsspulen 19a bis 19d fließt, dreht sich der Rotor und es wird möglich, die Position des Rotors 16 mittels eines Steuersignals zu steuern. Übrigens wird eine solche Steuerfolge durch eine nicht dargestellte Steuerschaltung ausgeführt.

Da nach obiger Beschreibung in der vorliegenden Ausführungs­ form ein Draht um die Drahtdirektwickelteile 202a bis 202c des Wickelrahmens 20 aus nichtmagnetischem Material gewickelt ist, ist es nicht erforderlich, eine Luftkernspule in ge­ krümmter Form herzustellen, wie bei den herkömmlichen An­ triebsspulen 2 und 3 gemäß Fig. 5. Es ist also möglich, einen Kurzschluß zwischen den Wicklungen, einen Drahtbruch und Stö­ rungen zu vermeiden, die zu Problemen bei den herkömmlichen Antriebsspulen 2 und 3 führen.

In dieser Ausführungsform läßt sich die Zusammenbauzeit ver­ kürzen, weil zur Bildung der Antriebsspulen 19a bis 19d nur ein Draht direkt um die Drahtdirektwickelteile 202a bis 202d des Wickelrahmens aus nichtmagnetischem Material gewickelt ist, und somit verringern sich auch die Fertigungskosten.

Da ferner in dieser Ausführungsform ein Draht direkt um die Drahtdirektwickelteile 202a bis 202d des Wickelrahmens 29 ge­ wickelt wird, ist es nur nötig, die Drahtdirektwickelteile gemäß der Anzahl der Antriebsspulen und deren Form aus zu­ bilden und einen Draht direkt um diese Drahtdirektwickelteile zu wickeln. Somit wird es möglich, auf leichte Weise dem Ansteigen der Anzahl der Spulen (Multipolarisation) Rechnung zu tragen und die Antriebsspulen flach auszubilden, und damit läßt sich auch die Drehmomentleistung steigern.

Als nächstes soll ein modifiziertes Muster 20 dieser Aus­ führungsform unter Bezugnahme auf Fig. 4 beschrieben werden.

Wie in Fig. 4 gezeigt wird, ist im Wickelrahmen 23 dieses modifizierten Beispiels ein Ringteil 231 entsprechend dem Ringteil 201 in Fig. 1 bis 3 auf der Seite der Drahtdirekt­ wickelteile 202a bis 202d, entfernt vom Magnet 18 vorgesehen, und Vorsprünge 232 entsprechend den Vorsprüngen 203 sind an der Seite der Drahtdirektwickelteile 202a bis 202d am Magnet 18 vorgesehen.

Wie bereits beschrieben wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Antriebsspule zum Schwingen des Rotors innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereichs durch Direktwickeln eines Drahtes um den Drahtdirektwickelteil des Wickelrahmens aus nicht­ magnetischem Material hergestellt.

Damit wird gemäß der vorliegenden Erfindung die Betriebs­ fähigkeit beim Fertigen verbessert, auch die Produktions­ zahlen lassen sich steigern, so daß die Fertigungskosten sinken, und die Multipolarisation und flache Ausbildung der Antriebsspulen lassen sich leicht bewerkstelligen.

Claims (4)

1. Ein Schwingmotor, dadurch gekennzeichnet, daß er umfaßt einen sich drehenden Rotor (16) einschließlich eines Magneten (18a, 18b, 18c, 18d) mit wenigstens zwei Polen in radialer Richtung;
einen Wickelrahmen (20, 30) einschließlich mindestens zweier Drahtdirektwickelteile (202a, 202b, 202c, 202d), die sich vom Umfang des Magneten (18a, 18b, 18c, 18d) aus in radialer Richtung erstrecken und durch einen vorgegebenen Zwischenraum in Umfangsrichtung voneinander getrennt sind, wobei der gesamte Wickelrahmen (20, 23) aus nichtmagnetischem Material besteht; und
mindestens zwei Antriebsspulen (19a, 19b, 19c, 19d), die zum In-Schwingung-Versetzen des Rotors (16) innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereichs angeordnet sind, und ein Draht direkt um die entsprechenden Drahtdirektwickelteile (202a, 202b, 202c, 202d) gewickelt ist.

2. Ein Schwingmotor gemäß vorstehendem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vielzahl von Antriebsspulen (19a, 19b, 19c, 19d) durch kontinuierliches Wickeln des einen Drahts um jeden dieser Viehzahl von Drahtdirektwickelteilen (202a, 202b, 202c, 292d) des Wickelrahmens (20, 23) erzeugt wird.

3. Ein Schwingmotor gemäß einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß entweder die Seite am Ende der entsprechenden Drahtdirektwickelteile (202a, 202b, 202c, 292d), die dem Magneten (18a, 18b, 18c, 18d) am nächsten liegt, oder die Seite am anderen Ende, das vom Magneten (18a, 18b, 18c, 18d) abgelegen ist, mit einem kreisförmigen Ringteil (201, 231) verbunden ist.

4. Ein Schwingmotor gemäß vorstehendem Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Vorsprung (203, 232) in Um­ fangsrichtung an einer Seite an einem Ende oder am anderen Ende der entsprechenden Drahtdirektwickelteile (202a, 202b, 202c, 292d) vorgesehen ist, die nicht mit dem Ringteil (201, 231) verbunden sind.