DE20310683U1

DE20310683U1 - Schrittmotor und Träger sowie eine Anordnung davon

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Publication number: DE20310683U1
Application number: DE20310683U
Authority: DE
Original assignee: Johnson Electric Switzerland AG
Current assignee: Johnson Electric Switzerland AG
Priority date: 2003-07-11
Filing date: 2003-07-11
Publication date: 2004-11-25
Anticipated expiration: 2013-07-12

Abstract

Schrittmotor mit einem Stator, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (10) zu seiner Drehfixierung mindestens einen Fortsatz (20a, 20b, 21a, 21b) aufweist, welcher durch Einsetzen in ein Halteelement (40a, 41a, 40b, 41b) eines Trägers (30, 31) fixierbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Schrittmotor gemäss Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Träger dafür sowie eine Anordnung mit einem derartigen Schrittmotor und Träger.
Bei Schrittmotoren bekannter Art wird der Rotor schrittweise um einen bestimmten Winkel gedreht, sodass eine pulsierende Rotationsbewegung zustande kommt. Bei jedem Schritt wird der Rotor zuerst ruckartig aus seiner Ruheposition beschleunigt und nach der Drehung um den Schrittwinkel wieder ruckartig abgebremst. Dieser Vorgang wiederholt sich mit der gewählten Schrittfrequenz des Schrittmotors, welche typischerweise zwischen 100 Hz und 1000 Hz liegt. Durch die ruckartigen Bewegungen des Rotors werden entsprechende Drehmomente auf den Stator des Schrittmotors ausgeübt, sodass dieser während des Betriebs Vibrationen beispielsweise in Form von Drehschwingungen erzeugt. Solche Vibrationen sind jedoch vielfach unerwünscht, insbesondere dann, wenn sie zu einer übermässigen Geräuschentwicklung führen, wie dies bei Schrittmotoren vorkommen kann, die auf einem als Resonanzkörper wirkenden Träger montiert sind. So hat sich z.B. gezeigt, dass konventionelle Schrittmotoren, welche im Automobilbereich zur Steuerung von Klimaanlageklappen verwendet werden, einen übermässig lauten Betrieb aufweisen können.
Zur Verminderung von Vibrationen ist es bekannt, den Strom, welcher den Rotor antreibt, innerhalb der Schritte sinusförmig zu variieren. Dies bedingt jedoch das Vorsehen einer relativ komplizierten Regelung, was auch hinsichtlich Kosten nachteilig ist.
Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Schrittmotor und einen Träger der eingangs erwähnten Art sowie eine Anordnung davon anzugeben, mit welchem bzw. welcher auf vereinfachte Art und Weise eine verminderte Geräuschentwicklung erzielt werden kann.
Ein erfindungsgemässer Schrittmotor, welcher diese Aufgabe löst, ist im Anspruch 1 angegeben. In den weiteren Ansprüchen sind bevorzugte Ausführungen sowie ein erfindungsgemässer Träger und eine erfindungsgemässe Anordnung angegeben.
Der erfindungsgemässe Schrittmotor bzw. Träger und die erfindungsgemässe Anordnung haben den Vorteil, dass auf vereinfachte Art und Weise ein besonders geräuscharmer Schrittmotorenbetrieb erzielt werden kann.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf Figuren erläutert. Es zeigen
1 eine Vorderansicht eines erfindungsgemässen Schrittmotors;
2 eine Schrägansicht des Schrittmotors gemäss 1;
3 eine Schrägansicht eines Gehäusebodens für den Schrittmotor gemäss 1;
4 eine Schrägansicht eines Gehäusedeckels für den Schrittmotor gemäss 1;
5 eine Detailansicht aus 3;
6 eine Detailansicht aus 4;
7 eine Schrägansicht des Gehäusebodens gemäss 3 mit aufgenommenen Schrittmotor gemäss 1;
8 eine Detailansicht des im Gehäusedeckel gemäss 3 aufgenommenen Schrittmotors gemäss 1; und
9 den Kurvenverlauf der Geräuschintensität als Funktion der Frequenz für eine konventionelle und eine erfindungsgemässe Anordnung.
1 und 2 zeigen einen Schrittmotor mit einem Stator 10 aus zwei äusseren 11a, llb und zwei inneren Statorteilen 12a, 12b. Diese weisen an ihrer Peripherie Statorzähne 14 auf, in welche gebogene Statorzungen 15 des äusseren bzw. inneren Statorteils 11a, 11b bzw. 12a, 12b hineingreifen, sodass ein festes Statorpaket gebildet ist.
Jeweils zwei der Statorzähne der inneren Statorteile 12a, 12b sind als Fortsatz 20a, 20b bzw. 21a, 21b ausgebildet. Der jeweilige Fortsatz 20a, 20b, 21a, 21b steht nach aussen, sodass zwei im Wesentlichen parallele Seitenflächen 22, 23 gebildet sind, welche in einem Halteelement eines Träger festklemmbar sind. Die Vorderkante 24 des Fortsatzes 20a, bzw. 21a sowie die äussere Seitenkante 25 des Fortsatzes 20b bzw. 21b ist abgeschrägt ausgebildet, sodass der jeweilige Fortsatz leichter in ein Halteelement eingesetzt werden kann.
Der jeweilige Fortsatz 20a, 20b, 21a, 21b ist einteilig an das entsprechende Statorteil 12a bzw. 12b angeformt. Dazu werden bei der Herstellung die Statorteile 11a, 11b, 12a, 12b jeweils aus einem einstückigen Statorblech ausgestanzt und, nachdem die Seitenteile wie die Statorzungen 15 gebogen worden sind, zusammen mit anderen Komponenten wie Spulen und Spulenkörper zu einem festen Statorpaket zusammengefügt. Die beiden inneren Statorteile 12a, 12b können dabei vorteilhafterweise mit identischer Form hergestellt werden, sodass bei Betrachtung des Schrittmotors von vorne gemäss 1 die Fortsätze 20a, 20b, 21a, 21b beim Zusammenfügen der Statorteile 11a, 11b, 12a, 12b spiegelsymmetrisch zur Mittelachse 27 des Schrittmotors zu liegen kommen. Bei seitlicher Betrachtung des Schrittmotors sind die Fortsätze 11a, 11b, 12a, 12b in axialer Richtung etwa in der Mitte des Stators 10 angeordnet, wodurch ein sicheres Festhalten des Stators 10 auch bei geringer Anzahl der Fortsätze ermöglicht wird.
Der in den 3 und 4 gezeigte Träger zur Aufnahme des Schrittmotors umfasst einen Gehäuseboden 30 und einen Gehäusedeckel 31, die beispielsweise mittels Clipverbindungen zu einem Gehäuse zusammengefügt werden können. Der Träger weist Montagemittel z.B. in Form von Löchern 32 auf, durch welche beispielsweise Schrauben hindurchgeführt werden können zur Montage auf einer Fläche.
Der Gehäuseboden 30 und Gehäusedeckel 31 weisen je eine wannenförmige Ausnehmung 33a, 33b auf, in welche der untere bzw. obere Teil des Schrittmotors Platz findet, sowie zwei seitliche Stützen 34 mit kreisförmigen Ausnehmungen, in welche der Schrittmotor an Ringelementen 36 aufgenommen werden kann, die stirn- und rückseitig auf seiner Achse angebracht sind (cf. auch 7).
Als Halteelement 40a bzw. 40b für den Fortsatz 20a bzw. 21a weist die wannenförmige Ausnehmung 33a bzw. 33b eine Vertiefung mit zwei Vorsprüngen auf, sodass dazwischen ein Schlitz 42a bzw. 42b gebildet ist (cf. auch 5). Als Halteelement 41a bzw. 41b für den Fortsatz 20b bzw. 21b umfasst der Gehäuseboden 30 bzw. Gehäusedeckel 31 ein Stützelement mit einem Schlitz 43a bzw. 43b (cf. auch 6). Die den Schlitz 42a, 42b, 43a, 43b bildenden Teile sind etwas im Übermass hergestellt, so dass die Breite des Schlitzes 42a, 42b, 43a, 43b etwas kleiner ist als die Breite des festzuklemmenden Fortsatzes 20a, 21a, 20b, 21b. Durch diese Art Presspassung wird ein sicherer Halt des festgeklemmten Fortsatzes 20a, 21a, 20b, 21b durch das entsprechende Halteelement 40a, 40b, 41a, 41b gewährleistet. Damit das Hineinschieben des Fortsatzes 20a, 21a, 20b, 21b in den entsprechenden Schlitz 42a, 42b, 43a, 43b erleichtert wird, ist die Form des Schlitzes 42a, 42b, 43a, 43b verjüngend ausgebildet und sind die Kanten abgerundet.
Als Material zur Herstellung des Trägers 30, 31 eignet sich beispielsweise Kunststoff. Der Gehäuseboden 30 und Gehäusedeckel 31 können inklusive mit den Halteelementen 40a, 41a bzw. 40b, 41b je einstückig beispielsweise aus einem Thermoplast durch Spritzgiessen hergestellt werden.
7 zeigt eine Anordnung mit Schrittmotor und Träger, wobei der Gehäusedeckel 31 nicht gezeigt ist. Eine solche Anordnung ist beispielsweise Teil eines Aktuators, wie er im Automobilbereich zur gesteuerten Betätigung von beweglichen Teilen zur Anwendung kommt. Dazu sind im Gehäuseboden 30 nebst dem Schrittmotor u.a. noch elektronische Komponenten zur Steuerung des Schrittmotors sowie mechanische Komponenten wie ein Übersetzungsgetriebe 50 aufgenommen.
Der Zusammenbau von Schrittmotor und Träger geschieht auf einfache Art und Weise, indem der Stator 10 des Schrittmotors in den Gehäuseboden 30 gedrückt und dieser mit dem Gehäusedeckel 31 zusammengefügt wird, wodurch die Fortsätze 20a, 20b, 21a, 21b in die entsprechenden Schlitze 42a, 43a, 42b, 43b der Halteelemente 40a, 41a, 40b, 41b gepresst und schliesslich reibschlüssig festgehalten werden (cf. auch 8). Dadurch wird der Schrittmotor im Träger 30, 31 fest verankert, so dass der Stator 10 ohne Spiel und insbesondere gegenüber Drehungen fixiert ist. Da die Fortsätze 20a, 20b, 21a, 21b sowohl mit dem Stator 10 als auch mit dem Träger 30, 31 fest verbunden sind und dieser auf einer Montagefläche unverschiebbar montiert werden kann, können die während des Schrittmotorenbetriebs erzeugten Vibrationen, insbesondere Drehschwingungen, auf überraschend einfache Art wirksam gedämpft werden.
Messungen haben gezeigt, dass in bestimmten Frequenzbereichen die während des Betriebes erzeugte Geräuschintensität im Wesentlichen proportional zur Amplitude der Drehschwingungen ist. Bei der Dämpfung der Drehschwingungen kann somit auch die Geräuschentwicklung verringert werden. 9 zeigt dazu beispielhaft den Kurvenverlauf der gemessenen Geräuschintensität für eine konventionelle Anordnung von Schrittmotor und Träger (Kurve 51) sowie für die oben beschriebene Anordnung mit Schrittmotor 10 und Träger 30, 31 (Kurve 52). In der gezeigten Darstellung entspricht die horizontale Achse dem gemessenen Frequenzbereich, während die vertikale Achse die Geräuschintensität in Dezibel angibt, wobei die Umdrehungsgeschwindigkeit der Schrittmotorenachse bei der Messung etwa 1 mm/sec betrug.
Wie aus der 9 ersichtlich, weist die Anordnung, bei welcher der Stator 10 durch die Fortsätze 20a, 20b, 21a, 21b verankert ist, im Mittel eine wesentlich geringere Geräuschintensität 52 auf als die konventionelle Anordnung. Die maximale Geräuschintensität im Bereich von etwa 1300 Hz kann beim hier gezeigten Beispiel um mehr als 15 dB gesenkt werden.
Die oben beschriebenen Massnahmen zur Geräuschverminderung sind hinsichtlich Kosten besonders vorteilhaft, da sie keine zusätzlichen Komponenten und auch keine zusätzlichen Schritte für den Zusammenbau erfordern. Im Weiteren ist eine feste Verankerung des Schrittmotors mit dem Gehäuse auch bei einer Erwärmung während des Betriebes gewährleistet, dies im Gegensatz zu festgeklebten Schrittmotoren, bei welchen die Erwärmung zu einem Aufweichen des Leimes führen kann.
Aus der vorangehenden Beschreibung sind dem Fachmann zahlreiche Abwandlungen zugänglich, ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, der durch die Ansprüche definiert ist. So sind die oben beschriebenen Massnahmen zur Geräuschverminderung unabhängig von der genauen Art des Schrittmotors einsetzbar (unipolare/bipolare Schrittmotoren; zwei-/drei-/ mehrphasige Schrittmotoren). Anzahl und genaue Anordnung der Fortsätze können an die jeweilige Art des Schrittmotors angepasst sein. Die Verbindung zwischen Fortsatz und Halteelement kann auch formschlüssig sein, indem z.B. das Halteelement mit einer Ausnehmung versehen ist, die dem Querschnitt des Fortsatzes entspricht, sodass er seitlich in die Ausnehmung hineingeschoben werden kann.

Claims

Schrittmotor mit einem Stator, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (10) zu seiner Drehfixierung mindestens einen Fortsatz (20a, 20b, 21a, 21b) aufweist, welcher durch Einsetzen in ein Halteelement (40a, 41a, 40b, 41b) eines Trägers (30, 31) fixierbar ist.
Schrittmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (10) ein Statorteil (12a, 12b) umfasst, an welchem der Fortsatz (20a, 20b, 21a, 21b) einteilig angeformt ist .
Schrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Fortsatz (20a, 20b, 21a, 21b) in axialer Richtung etwa in der Mitte des Stators (10) angeordnet ist.
Schrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Fortsatz (20a, 20b; 21a, 21b) zwei im Wesentlichen parallele Seitenflächen (22, 23) aufweist, die im Träger (30, 31) festklemmbar sind.
Schrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (10) zwei äussere (11a, 11b) sowie zwei innere Statorteile (12a, 12b) umfasst, wobei die inneren Statorteile mehrere der Fortsätze (20a, 20b, 21a, 21b) aufweisen.
Träger zur Aufnahme eines Schrittmotors gemäss einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch mindestens ein Halteelement (40a, 41a, 40b, 41b) zum Festhalten des Fortsatzes (20a, 20b, 21a, 21b), sodass der Stator (10) drehfixierbar ist.
Träger nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (40a, 41a, 40b, 41b) einen Schlitz (42a, 43a, 42b, 43b) aufweist, in welchem der Fortsatz (20a, 20b, 21a, 21b) festklemmbar ist.
Träger nach einem der Ansprüche 6 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Gehäuseboden (30) und einen Gehäusedeckel (31) umfasst, welche vorzugsweise aus Kunststoff sind, wobei das Halteelement (40a, 41a, 40b, 41b) mit dem Gehäusedeckel oder dem Gehäuseboden einteilig hergestellt ist.
Träger nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass er Montagemittel (32) zur Montage auf einer Fläche aufweist.
Anordnung mit einem Schrittmotor gemäss einem der Ansprüche 1 bis 5 und einem Träger nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Fortsatz (20a, 20b, 21a, 21b) des Schrittmotors in dem Halteelement (40a, 41a, 40b, 41b) des Trägers (30, 31) festgehalten ist.