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Elektrischer Schrittmotor Die Erfindung betrifft einen elektrischen
Schrittmotor mit einem drehbar in Gehäuseteilen gelagerten Rotor, der eine Vielzahl
von gleichwinklig angeordneten, geschichteten Rotorzähnen enthält, die durch ein
Halteelement getragen sind, der ferner eine Statoranordnung mit einer Anzahl von
ortsfest in den Gehäuseteilen befestigten Statorelementen aufweist, die so um den
Rotor angeordnet sind, daß die Statorzähne der Statorelemente den Rotorzähnen über
Luftspalte in axialer Richtung gegenüberliegen.
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Bei den bekannten elektrischen Schrittmotoren ist die Schichtung der
Rotorzähne, die zur Verhinderung von Wirbelströmen vorgenommen wird, bezogen auf
die Mittelachse des Rotors in Umfangsrichtung vorgeIL(DjllIlen. Der von einem Zahnpol
des erretten Stators austretende magnetische Fluß kann demzufolge aufgrund des von
der Schichtung der Lamellen herrührenden
magnetischen Widerstandes
des Rotorzahnes in Umfangsrichtung in dieser Richtung nur schwer durch den Zahnpol
fließen. Die Folge ist, daß die auf dem in thiifangsrichtung fließenden magnetischen
Fluß beruhende magnetische Anziehungskraft nicht stark genug ist um als Antriebskraft
für den Rotor zu dienen.
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So wird nur ein relativ kleiner Teil des von dem erregten zahnförmigen
Statorpol ausgehenden magnetischen Flusses zur Erzeugung einer magnetischen Anziehungskraft
für den Antrieb des Rotors ausgenutzt. Eine Vergrößerung des Intriebsmomentes ist
somit bei dem bekannten elektrischen Schrittmotor nur begrenzt möglich.
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Wenn bei dem beschriebenen elektrischen Schrittmotor einer der Rotorzähne
in Drehrichtung des Rotors außerhalb der Fluchtlinie mit den gegenüberliegenden
Statorzähnen ist, dann tritt der aus den Statorzahnpolen ausgehende magnetische
Fluß sowohl in den vorderen als auch den seitlichen Zahnpol des Rotorzahnes ein.
Die magnetische Aiiziehungskraft wird so erzeugt, daß nich der Rotor in normaler
Drehrichtung dreht. Der zum seitlichen Zahnpol des Rotorzalines fließende magnetische
Fluß nimmt mit der Zunahme der Abweichung von der fluchtenden Stellung in Umfangsrichtung
zwischen dem Rotorzahn und den Statorzahnen zu.
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Bei dem bekannten Rotorzahn kann durch den durch die Schichtung der
Lamellen in Flußrichtung herrührenden magnetischen Widerstand der magnetische Fluß
durch den Rotorzahn jedoch nicht zunehmen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die durch den Aufbau des
Rotorzahnes bei einem bekannten elektrischen Schrittmotor bedingten oben erwähnten
Mängel zu beseitigen.
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Dies ist erfindungsgemäß dadurch möglich, daß die Rotorzähne als durch
Schichten einer Vielzahl von Lamellen in radialer Richtung des Rotors hergestellte
lamellare Elemente ausgebildet sind.
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Der in den Rotorzähnen erzeugte Wirbelstrom wird hierbei weitestgehend
reduziert und somit -ein hoher Wirkungsgrad des elektrischen Schrittmotores erhalten.
Gleichzeitig kann durch Ausnutzung des durch die seitlichen Zahnpole der Rotorzähne
fließenden magnetischen Flusses eine Vergrößerung des erzeugten Antriebsmomentes
speziell beim Beginn der Schrittbewegung des Rotors erhalten werden.
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Die Erfindun wird im folgenden dur ch Ausführungsbeispiele anhand
von 4 figuren näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 a) und 1 b) eine Vorder- und eine
Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Rotors, Fiß. 2 a) eine perspektivische Teilansicht,
die den lamellenertigen Aufbau eines Rotorzahnes darstellt und die Verbindung zwischen
dem Rotorzahn und einer Indexhalteplatte,
Fig. 2 b) eine perspektivische
ansicht einer in den Rotorzalin nach Fig. 2 a) einzusetzenden Lamelle, Fig. 3 a)
und 3 b) den Fig. 1 a) und 1 b) ähnliche Ansichten einer weiteren Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Rotors, Fig. 4 a) einen Längsschnitt der schematisch einen
speziellen Typ eines elektrischen Schrittmotors darstellt, in den der erfindungsgemäße
Rotor eingebaut ist und Fig. 4 b) eine vergrößerte perspektivische Teilansicht eines
Rotorzahnes und von Statorzähnen zur Veranschaulichung des bei der erfindungsgemäßen
Anordnung in den Rotor-und Statorzähnen auftretenden magnetischen Flusses.
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Bei der in den Fig. 1 a) bis 2 b) dargestellten Anordnung ist eine
Indexhalteplatte 1, die eine Vielzahl von Einsetzschlitzen 5 enthält, welche in
Umfangsrichtung gleichwinklig, d.h. in gleicher Teilung angeordnet sind und die
in der äußersten Peripherie der Indexplatte radiale Offnungen 5 a aufweisen, fest
auf einer Rotorwelle 3 befestigt. In die Indexhalteplatte 1 sind Rotorzähne 2 eingefügt.
Die Rotorzähne bestehen aus einer Vielzahl von Lamelle /, von denen jede, wie Fig.
2 b) zeigt, Ausschnitte 15 aufweist und sind j jeweils in die Schlitze 5 durch die
Öffnungen 5 a von einer Richtung aus eingefügt, die längs einer parallel zur ilatte
1 liegenden Ebene liegt. Die iiussclmitte 15 des jeweiligen Rotorzahnes greifen,
wie dies Fig.
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2 a) zeigt, um die Randbereiche 14 des Schlitzes 5. Eine feste Verbindung
zwischen den Rotorzähnes 2 und der Haltenplatte 1 wird beispielsweise mittels Löten
oder kleben erhalten, wie dies durch das Bezugszeichen 8 in Fig. 2 a) angedeutet
ist, oder auch durch mechanisches Verkeilen. Die Halteplatte 1 weist gemäß Fig.
1 b) an der linken und der rechten Seite btützteile'4 zum wecke der Verstärkung
am. er durch die Indexplatte 1, eine Vielzahl von Rotorzähnen 2 und die Stützteile
4 gebildete Rotorkörper 20 steht mit einem Flanschteil 6 der Rotorwelle 3 in Verbindung.
Der Rotorkörper 20 ist mittels eines Gewindeteils 9 und einer Mutter 10 von der
entgegengesetzten beite des Flanschteiles 6 her festgeklemmt.
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Die Fig. 3 a) und 3 b) stellen einen weiteren, in wesentlichen Iierkealen
jedoch gleichen Rotor wie die Fig. 1 a) und 1 b) dar.
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Für r;leichc Elemente sind die gleichen Bezugszeichen gewählt worden.
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Bei der in den Fig. 3 a) und 3 b) dargestellten Ausführungsform ist
eine Indexhalteplatte 31 durch (einen Befestigungsring 32, der mittels eines Gewindeteiles
9 und einer Mutter 10 fest an der Welle 3 angebracht ist, auf der Rotorwelle 3 befestigt.
Die Halteplatte 31 ist durch Befestigungsschrauben 31 fest an einem Flanschteil
36 den Befestigungsringes 32 befestigt. Der wesentliche Unterschied des Rotors gemäß
den Fig. 3 a) und 3 b) gegenüber
dem Rotor gemäß den Fig. 1 a)
und 1 b) besteht darin, dem in der Indexhaltelntte 1 keine äußeren Öffnungen 5 a
vorgesehen sind. Selbstverständlich sind derartige Öffnungen am inneren Ende des
jeweiligen Indexschlitzes 35 vorgesehen, damit die Rotorzähne 2 leicht in die Schlitze
35 eingesetzt werden können. Die Öffnungen sind in der Zeichnung nicht dargestellt.
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Das Entfallen der äußeren Öffnungen ¼ a gewährleistet eine sichere
Halterung der Rotorzähne 2 in den jeweiligen Schlitzen 35 unter der Zentrifugalkraft
während der Drehung des Rotors.
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Fig. 4 a) stellt ein Beispiel eines elektrischen Schrittmotors dar,
in den der in Fig. 1 a) und 1 bj veranschaulichte Rotor eingebaut ist. Wie Fig.
4 ) zeigt, ist der Rotor in Lagern 25 drehbar gelagert, die in Gehäuseteile 23 und
24 eingesetzt sind.
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An jeden Rotorzahn 2 des rotors schließt sich auf der den Statorzähnen
13 gegenüberliegenden Seite ein kleiner axialer Luftspalt an. Jedes Statorelement
,0 enthält ein Paar geschichteten Kerne 11, Statorzähne 13, die an der Endfläche
eines jeden Kernes 11 gebildet sind und Erregerwicklungen 12 auf den Kernen 11 für
die Erregung des Statorelementes 30. Die Statorelemente sind innerhalb der Gehäuseteile
23 und 24 angeordnet. Auf diese Weise sind die Lamellen jedes Statorkernes 11 in
gleicher Weise wie die Lamellen des Rotorzahnes 2 an den zahnförmigen Polteilen
in radialer Richtung zur Mittelachse des Rotors geschichtet.
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Fig. 4 b) stellt eine vergrößerte perscektivische Teilansicht zur
Veranschaulichung der Anordnung des Rotorzahnes 2 und der Statorzähne 13 in einander
gegenüberliegenden Lage dar.
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Da bei der erfindungsgemäßen Anordnung der Rotorzahn 2 aus radial
geschichteten Lamellen 7 aufgebaut ist, fließt der aus dem Zahnpol 16 a des Statorzahnes
13 austretende magnetische FluB einschließlich eines verringerten Betrages an Wirbelströmen
nicht nur durch den vorderen Zahnpol 18 a des Rotorzahnes 2 - in umgekehrter Richtung
würde der Fluß natürlich aus 16 b durch 18 b fließen -,sondern der von dem Zahnpol
16 a des Statorzahnes 13 austretende Fluß fließt auch durch den seitlichen Zahnpol
19 des Rotorzahnes 2 (wenn nur die vordere Seite im Hinblick auf die Drehrichtung
des Rotors in Betracht gezogen wird) wie dies in Fig. 4 b) durch das Symbol "f"
angedeutet ist, ohne auf einen von dem magnetischen Widerstand in den Rotorzähnen
herrührenden Widerstand zu treffen. Als Folge hiervon kann der vom Zahnpol 16 a
bzw. 16 b austretende magnetische Fluß des Statorzahnes 13 wirksam zur Erzeugung
der magnetischen Anziehungskraft zwischen den Statorzähnen 13 und dem Rotorzahn
2 ausgenutzt werden. Dieser effektive Nutzen des magnetischen Flusses wirkt sich
insbesondere vorteilhaft auf die Erzeugung eines großem Drehmomentes beim Start
der Schrittbewegung der speziellen Art des elektrischen Schrittmotores aus.
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Da außerdem die Wirbelströme, die durch den magnetischen Fluß induziert
werden, welcher durch den Seitenpol 19 des Rotorzahnes 2 fließt, bei der erfindungsgemäßen
Anordnung im Vergleich zum bekannten Rotorzahn sehr stark reduziert sind, können
die Eisenverluste im Rotorzahn 2 sehr klein gehalten werden.
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Vorzugsweise wird die Indexhalteplatte 1 bzw. 31, die die Rotorzähne
2 trägt, aus unmagnetischem und nicht leitendem material, wie Keramik, epoxymodifiziertem
Polyamid oder glasförmigem Epoxymarterial, hergestellt. Dies wird vorgeschlagen
um Wirbelströme in der Halteplatte 1 und ebenso einen magnetischen Streufluß von
den Rotorzähnen in die Indexhalteplatte zu vermeiden.