DE2164866B2 - Mehrphasiger elektrischer Schrittmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen mehrphasigen elektrischen Schrittmotor mit einem Rotor, an dessen Umfang in gleichen Abständen eine Vielzahl von radialen Rotorzähnen angeordnet ist, sowie mit mehreren in Umfangsrichtung des Rotors in im wesentlichen gleiehern Abstand voneinander angeordneten je einer Pha-•e zugeordneten Teilstatoren, bestehend jeweils aus •inem Paar von je eine Erregerwicklung tragenden, U-förmigen Statorkernen, von denen die Enden der äuieren Schenkel jedes Paares außerhalb der Rotorzähne Umeinander in Verbindung stehen und von denen die inneren Schenkel jedes Paares mit eine Vielzahl von dien Rotorzähnen gegenüberstehenden Statorzähnen vorgegebener Zahnteilung tragenden sektorförmigen Polschuhen versehen sind.

Ein derartiger elektrischer Schrittmotor ist in der DT-OS 21 05 737 bereits vorgeschlagen worden.

Aus der OE-PS 2 55 553 ist ein mehrphasiger elektrischer Schrittmotor mit einem Rotor bekannt, der eine Vielzahl von radialen Rotorzähnen aufweist. In axialer Richtung auf beiden Seiten des Rotors ist je eine Stalorplatte mit axial hervorstehenden Statorpolen vorgelehen, die eine Vielzahl von den Rotorzähnen gegenüberstehenden Statorzähnen besitzen. Die sektorförmijen Pole sind einstückig mit den Statorplatten ausgebildet. Der bekannte Schrittmotor ist deshalb schwierig herzustellen und besitzt darüber hinaus infolge eines langen durch vier Luftspalle unterbrochenen Weges für den magnetischen Fluß einen geringen Wirkungsgrad.

Aus der DT-AS 12 96 699 ist eine elektrische Maschi- <>5 ne in Scheibenbauweise mit einem Rotor bekannt, der axial vorspringende sich radial erstreckende Rotorzähne aufweist. Der Rotor läuft zwischen zwei einander 866

gegenüberliegenden ringförmigen Statorscheiben, die jeweils im Querschnitt U-förmig ausgebildet sind, wobei im Raum zwischen den Schenkeln jeweils eine ringförmige Erregerwicklung liegt. Die Rotorzähne erstrecken sich in radialer Richtung über die gesamte Breite der ringförmigen Statorscheiben. Bei der bekannten Maschine handelt es sich außerdem weder um eine mehrphasige Maschine, noch um einen Schrittmo

Aus der US-PS 34 92 515 ist ein Schrittmotor bekannt, bei dem in einer Kreisform eine Anzahl von Elektromagneten mit einem Magnetkern und einer Erregerspule angeordnet sind. In axialer Richtung des Motors auf einer Seite sind alle Magnetkerne mit einem sektorförmigen Polstück versehen. In axialer Richtung neben den sektorförmigen Polstücken befindet sich eine an einer Welle befestigte Scheibe aus magnetischem Material, die bei zyklischer Erregung der einzelnen Elektromagnete von den jeweils erregten Magneten angezogen wird. Bei diesem Schrittmotor wird jedoch die Drehbewegung nicht direkt von der magnetischen Erregung sondern nur indirekt über zwei kämmende Zahnkränze unterschiedlicher Zahnzahl hervorgerufen.

Aus der US-PS 29 94 023 ist ein durch einen mechanischen Schwinger frequenzstabilisierter Schrittmotor zur Verwendung bei einer Uhr bekannt. Dieser Motor besitzt einen Rotor, an dessen Umfang zylindrische Dauermagnete 16 verteilt angeordnet sind. Diametral einander gegenüberliegend sind zwei U-förmige Magnetkerne derart angeordnet, daß die Bewegungsbahn der Permanentmagnete zwischen den freien Schenkelenden der Magnetkerne hindurchführt. Einer dieser mit Erregerspulen versehenen Magnetkerne dient als Stator und ruft bei Erregung durch ein den Permanentmagneten entgegengesetztes Magnetfeld eine Drehung des Rotors hervor. In der Spule des anderen Magnetkernes wird bei Hindurchgleiten eines Permanentmagneten eine Spannung induziert, die zur Anfachung der Schwingung eines mechanischen Schwingers dient. Die als Pole dienenden freien Schenkelenden dieses zweiten nicht zur Bewegung des Rotors beitragenden Magnetkerns sind in Umfangsrichtung verbreitert, damit von jedem Permanentmagneten ein möglichst breiter Spannungsimpuls erzeugt wird. Der bekannte Motor ist nur für sehr kleine Leistungen geeignet.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schrittmotor der eingangs genannten Art zu schaffen, der auf einfache und wenig aufwendige Weise herstellbar ist und einen besonders hohen Wirkungsgrad besitzt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Die erfindungsgemäße Ausbildung des elektrischen Schrittmotors erlaubt auf sehr einfache Weise die Verwendung geschichteter Polschuhe, die infolge geringer Verluste zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades des Motors führen. Entsprechend den vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung kann die effektive Fläche der Polschuhe der Teilstatoren beträchtlich vergrößert werden, so daß sich ein erhöhtes Ausgangsdrehmoment ergibt.

Die Erfindung wird durch Ausführungsbeispiele an Hand von vier Figuren näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 den Längsschnitt einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen mehrphasigen elektrischen Schrittmotors,

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F i g. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 in F i g. 1 und

F i g. 3 erfindungsgemäß geschichtete Polschuhe.

In F i g. 1 ist zur Erläuterung eine Ausführungsform gemäß der Erfindung in Form eines fünfphasigen elektrischen Schrittmotors dargestellt. Der Motor besitzt einen Rotor 41, dessen Umfang in gleichen Abständen eine Vielzahl von Rotorzähnen 42 aufweist, die in radialer Richtung vorstehen, und deren Breite sich in axialer Richtung erstreckt. Der Rotor 41 ist auf einer Welle 20 befestigt, die von in Seitenplatten 29 und 30 befestigten Lagern 31 getragen wird. Mittels eines Bindemittels 62 sind in den Seitenplatten 29 und 30 fünf U-förmige, geschichtete Statorkernpaare 54 und 54' befestigt, die die Teilstatoren für fünf Phasen bilden, welehe in F i g. 2 mit SA, SB, SC und SE bezeichnet sind. Zwischen den Polen 58 und 58' der Statorkerne 54 und 54' sind in axialer Richtung Luftspalte und eine Vielzahl von einander gegenüberliegender Statorzähne in gleicher Teilung vorgesehen. Die Rotorzähne 42 des Rotors 41 liegen zwischen den Polen 54 und 54' bzw. an diesen befestigten Polschuhen 60 und 60'. Auf Schenkeln paarweise einander gegenüberliegender Statorkerne 54 und 54' sind Erregerwicklungen 27 und 27' vorgesehen. Diese sind derart, entweder in Reihe oder parallel geschaltet, daß sie die gleiche elektrische Phase besitzen. Die im Bereich der Pole bzw. der Polschuhe liegenden Rotorzähne 42 werden durch die magnetische Anziehungskraft bei Erregung der Erregerwicklungen zu der Stelle weiterbefördert, bei der die Rotorzähne 42 exakt den Statorzähnen gegenüberliegen. Ein magnetischer Abstandshalter 32 stützt die Statorkerne 54 und 54' gegenseitig ab. Als Rotor 41 wird vorzugsweise ein dünner versteifter Rotor mit großem Durchmesser vorgesehen, bei dem eine große effektive Flaehe für die magnetische Anziehung vorhanden ist, dessen Trägheitsmoment aber gleichwohl gering ist.

An jedem Pol 58 und 58' der Teilstatoren sind Polschuhe 60 und 60' mittels Bindemitxeln und Formstükken so befestigt, daß sie über die Rotorzähne 42 einander gegenüberliegen. Durch eine entsprechende Ausdehnung der Polschuhe in Um.-angsrichtung kann die Anzahl der Statorzähne und durch die radiale Ausdehnung der Polschuhe die Länge der Statorzähne vergrößert werden, was zu einer verstärkten magnetischen Anziehungskraft zwischen den Rotorzähnen und den Statorzähnen führt. Die Polschuhe 60 und 60' sind ebenfalls aus geschichtetem, magnetischem Bandmaterial gebildet, so daß sie die Eisenverluste der geschichteten Statorkerne nicht vergrößern. Das Formstück ist in F i g. 1 mit 64 bezeichnet. In F i g. 2 sind die Teilstatoren und die an den jeweiligen Polen der Statorkerne befestigten Polschuhe mit den Bezugszeichen 54a, 54b, 54c, 544 54e bzw. 60a, 606,60c, 60c/ und 6Oe versehen.

Jeder an einem Pol eines Statorkernes befestigte Polschuh 60 und 60' ist, wie dies in F i g. 3 dargestellt ist, geschichtet. Gemäß F i g. 3 sind alle Schichten des in kreisförmiger Rollenform gewickelten magnetischen Bandmaterials mittels eines Bindemittels, wie Kunstharz miteinander verbunden und gegenseitig isoliert. Die Statorzähne werden mittels einer Fräsmaschine gebildet, die Polschuhe 60 und 60' werden einfach getrennt und das Bearbeiten sowie das Teilen der Statorzähne wird nach dem Befestigen der Bandrolle am Statorkern durchgeführt. Durch Befestigen der Polschuhe an den Polen der Statorkerne kann die effektive Fläche der Pole der Teilstatoren beträchtlich vergrößert werden; damit können auch die Zahl und die radiale Länge der Statorzähne erhöht und das an der Welle erzeugte Ausgangsdrehrnoment beträchtlich vergrößert werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

21 Patentansprüche:

1. Mehrphasiger elektrischer Schrittmotor mit einem Rotor, an dessen Umfang in gleichen Abständen eine Vielzahl von radialen Rotorzähnen angeordnet ist, sowie mit mehreren in Umfangsrichtung des Rotors in im wesentlichen gleichem Abstand voneinander angeordneten je einer Phase zugeordneten Teilstatoren, bestehend jeweils aus einem Paar von je eine Erregerwicklung tragenden, U-förmigen Statorkernen, von denen die Enden der äußeren Schenkel jedes Paares außerhalb der Rolorzähne miteinander in Verbindung stehen und von denen die inneren Schenkel jedes Paares mit eine Vielzahl von den Rotorzähnen gegenüberstehenden Statorzähnen in vorgegebener Zahnteilung tragenden sektorförmigen Polschuhcn versehen sind, d a durch gekennzeichnet, daß die Polschuhe •us Sektorteilen einer kreisförmigen Rolle aus dünnem magnetischem Material bestehen.

2. Elektrischer Schrittmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhe (60,60') in radialer Richtung des Motors eine größere Länge haben als die Schenkel der Statorkerne (54, 54'), an denen sie angebracht sind.

3. Elektrischer Schrittmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhe (60,60') in Umfangsrichtung des Motors eine größere Länge haben als die Schenkel der Statorkerne (54,54'), an denen sie angebracht sind.