DE2241622C3 - Elektrischer Schrittmotor - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Schrittmotor mit einem drehbar in Gehäuseteilen gelagerten Rotor, der eine Vielzahl von aus Lamellenpake-Jen aufgebauten, gleichwinklig verteilt in einem Halteelement angeordneten Rotorzähnen emhält, 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.

Bei den durch die OE-PS 2 55 553 bekanntgewordenen elektrischen Schrittmotoren dieser Art ist die Schichtung der Rotorzähne, die zur Verhinderung von Wirbelströmcn vorgenommen wird, bezogen auf die Mittelachse des Rotors in Uinfangsrichtung vorgenommen. Der von einem Zahnpol des erregten Stator austretende magnetische Fluß kann demzufolge auf Grund des von der Schichtung der Lamellen herrührenden magnetischen Widerstandes des Roiorzahns in Umfangsrichtung in dieser Richtung nur schwer durch den Zahnpol fließen. Die Folge ist, daß die auf dem in Umfangsrichtung fließenden magnetischen Fluß beruhende magnetische Anziehungskraft nicht stark genug ist, um als Antriebskraft für den Rotor zu dienen. So wird ein relativ kleiner Teil des von dem erregten /ahnförmigen Statorpol ausgehenden magnetischen Flusses .-ur Urzeugung einer magnetischen Anziehungskraft Für den Antrieb des Rotors ausgenutzt. Eine Vergrößerung des Antriebsmomentes ist somit bei dem bekannten elektrischen Schrittmotor nur begrenzt möglich.

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 Anziehungskraft wird so erzeugt, daß sich der Rotor in normaler Drehrichtung dreht. Der zum seitlichen Zahnpol des Rotorzahnes fließende magnetische Fluß nimmt mit der Zunahme der Abweichung von der fluchtenden Stellung in Umfangsrichtung zwischen dem Rotorzahn und den Stator.'.ihnen zu. Bei dem bekannten Rotor/ahn kann durch den durch die Schichtung der Lamellen in f lußrichtung herrührenden magnetischen Widerstand der magnetische Fluß durch den Rotorzann jedoch nicht zune'.imen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, iro;/ Wirbelströme verhindernder Lamellierung der Rotor/ahne den magnetischen Widerstand der Rotor/ähne in Umfangsrichturig zu erniedrigen und damit einen größeren, die Antriebskraft verbessernden, in Umfangsrichtung fließenden magnetischen Fluß zu erzeugen.

Diese Aufgabe wird bei einem elektrischen Schrittmotor der eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Lamellen der Rotorzähne in radialer Richtung des Rotors geschichtet sind, daß die Statorzähne ebenfalls in zur Rotorachse radialer Richtung geschichtete Lamellen aufweisen und daß die Rotorzähne in axialer Richtung des Rotors breiter als eine als Halteelemeiit für die Rotorzähne dienende Indexhalteplatte sind.

Der in den Rotorzähnen erzeugte Wirbelstrom wird hierbei weitestgehend reduziert und somit ein hoher Wirkungsgrad des elektrischen Schrittmotors 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, insbesondere dann, wenn Rotorzähne verwendet werden, die in axialer Richtung des Rotors breiter als das Halteelemeiit sind.

Die Erfindung wird im folgenden durch Ausführungsbeispiele an Hand von vier Figuren näher erläutert. Es zeigen

Fig. la und Ib eine Vorder- und eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Rotors.

Fi g. 2a eine perspektivische Teilansicht, die den lamellenartigen Aufbau eines Rotorzahnes darstellt und die Verbindung zwischen dem Rotorzahn und einer Indexhalteplatte,

F i g. 2b eine perspektivische Ansicht einer in den Rotorzahn nach F i g. 2a einzusetzenden Lamelle,

F i g. 3a und 3b den F i g. 1 a und 1 b ähnliche Ansichten einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotors,

Fig.4a einen Längsschnitt, der schematisch einen speziellen Typ eines elektrischen Schrittmotors darstellt, in den der erfindungsgemäße Rotor eingebaut ist,

und F i g. 4b eine vergrößerte perspektiviseheTeilansicht e^:nes Rotorzahnes und von Statorzähnen zur Veranschaulichung des bei der erfindungsgemäßen Anordnung in den Rotor- und Simorzähnen auftretenden magnetischen Fiusses.

Bei der in den Fig. la bis 2b dargestellten Anordnung ist eine Indexhalteplatte 1. die eine Vielzahl von Schlitzen 5 enthält, welche in Umfangsrichit;ng gleichwinklig, d.h. in gleicher Teilung angeordnet sind und die in der äußersten Peripherie der Indexhalteplatte radiale Öffnungen 5a aufweisen, fest auf einer Rotorwelle 3 befestigt. In die Indexhalteplatte 1 sind Rotorzähne 2 eingefügt. Die Roterzähne bestehen aus einer Vielzahl von Lamellen 7, von denen jede, wie F i g. 2b zeigt. Ausschnitte 15 aufweist, und sind jeweils in die Schlitze 5 durch die Öffnungen 5a von einer Richtung aus eingefügt, die längs einer parallel zur Indexhalteplatte 1 liegenden Ebene liegt. Die Ausschnitte 15 de jeweiligen Rotorzahnes greifen, wie dies F i g. 2a zeigt, um die Randbereiche 14 des Schlitzes 5. Eine feste Verbindung /wischen den Rotorzähnen 2 und der Indcxhalteplatte 1 wird beispielsweise miueis Löten oder Kleben erhalten, wie dies durch das Bezugszeichen 8 in F i g. 2a angedeutet ist, oder auch durch mechanisches Verkeilen. Die Indexhaltcplatte 1 weist gemäß F i g. Ib an der linken und der rechten Seite Stützteile 4 zum Zwecke der Verstärkung auf. Der durch die Indexhultcplaite 1, eine Vielzahl von Rotorzahnen 2 und die Stützteile 4 gebildete Rotorkörper 20 steht mit einem Flanschten 6 der Rotorwelle 3 in Verbindung. Der Rotorkörper 20 ist mittels eines Gewindeteil 9 und einer Mutter 10 von der entgegengesetzten Seile des Flanschteiles 6 her festgeklemmt.

Die F i g. 3a und 3b stellen einen weiteren, in wesentlichen Merkmalen jedoch gleichen Rotor wie die Fig. la und Ib dar. Für gleiche Elemente sind die gleichen Bezugs/eichen gewählt worden.

Bei der in den F i g. 3a und 3b dargestellten Ausführungsform ist eine Indexhalteplatte 31 durch einen Befestigungsring 32, der mittels eines Gewindeteil 9 und einer Mutter 10 fest an der Rotorwelle 3 angebracht ist, auf dieser Rotorwelle 3 befestigt. Die Indexhalteplattc 31 ist durch Befestigungsschrauben 2t fest an einem Flanschteil 36 des Befestigungsrings 32 befestigt. Der wesentliche UnIerschied des Rotors gemäß den F i g. 3a und 3b gegenüber dem Rotor gemäß den F ig. la und Ib besteht darin, daß in der Indexhaltcplatte 31 keine äußeren Öffnungen am inneren Ende des jeweiligen Schlitzes 35 vorgesehen, damit die Rotorzähne 2 leicht in die Schlitze 35 eingesetzt werden können. Die Öffnungen sind in der Zeichnung nicht dargestellt. Das Entfallen der äußeren Öffnungen 5a gewährleistet eine sichere Halterung der Rotorzähne 2 in den jeweiligen Schlitzen 35 unter der Zentrifugalkraft während der Drehung des Rotors. Ein Stützteil der Indexhalteplatte ist mit 34 bezeichnet.

Fig.4a stellt ein Beispiel eines elektrischen Schrittmotors dar, in den der in F i g. la und Ib veranschaulichte Rotor eingebaut ist. Wie F i g. 4a zeigt, ist der Rotor in Lagern 25 drehbar gelagert, die in Gehäuseteile 23 und 24 eingesetzt sind. An jeden Rotorzahn 2 des Rotors schließt sich auf der den Statorzähnen 13 gegenüberliegenden Sciie ein kleiner axialer Luftspalt an. Jedes Statorelement 30 enthält ein Paar geschichteter Kerne 11, Siatorzähne 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 z.ahnförmigen Polteilen in radialer Richtung zur Mittelachse des Rotors geschichtet.

Fig.4b stellt eine vergrößerte perspektivische Teilansicht zur Veranschaulichung der Anordnung des Rotorzahnes 2 und der Statorzähne 13 in einander gegenüberliegender Lage dar.

Da bei der erfindungsgemäßen Anordnung der Rotorzahn 2 aus radial geschichteten Lamellen 7 aufgebaut ist, fließt der aus dem Zahnpol 16a des Statorzahnes 13 austretende magneiische Fluß einschließlich eines verringerten Betrages an Wirbelströmen nicht nur durch den vorderen Zahnpol 18a des Rotorzahnes 2 — in umgekehrter Richtung würde der Fluß natürlich aus 16£> durch 18Z> fließen —, sondern der von dem Zahnpol 16a 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 F i g. 4b durch das Symbol »/< < angedeutet ist, ohne auf einen von dem magnetischen Widerstand in den Rotorzähnen herrührenden Widerstand zu treffen. Als Folge hiervon kann der vom Zahnpol 16a bzw. 16b 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 großen Drehmomentes beim Start der Schrittbewegung der speziellen Art des elektrischen Schrittmotores aus.

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 Eisenvcrluste im Rotorzahn 2 sehr klein gehalten werden.

Vorzugsweise wird die Indexhalteplattc 1 bzw. 31, die die Rotorzähne 2 trägt, aus unmagnetischem und nicht leitendem Material, wie Keramik, epoxymodifiziertem Polyamid oder glasförmigem Epoxymaterial hergestellt. Dies wird vorgeschlagen, um Wirbelströme in der Indexhalteplatte 1 und ebenso einen magnetischen Streufluß von den Rotorzähnen in die Indexhalteplatte zu vermeiden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1. Patentansprüche:

   !. Elektrischer Schrittmotor mit einem drehbar in Gehäuseteilen gelagerten Rotor, der eine Vielzahl von aus Lamellenpaketen aufgebauten, gleichwinkelig verteilt in einem Halteelement angeordneten Rotorzähnen enthält, der ferner eine Statoranordnung mit einer Anzahl von ortsfest in den Gehäuseteilen befestigten Statorelementen auf-veist, die so um den Rotor angeordnet sind, daß die Statorzähne der Statorelemente den Rotorzähnen über Luftspalte in axialer Richtung gegenüberliegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (7) der Rotorzähne (2) in radialer Richtung des Rotors (20) geschichtet sind, daß die Statorzähne (13) ebenfalls in zur Rolorachse radialer Richtung geschichtete Lamellen aufweisen und daß die Rolorzähne (2) in axialer Richtung des Rotors breiter als eine als Halteelement für die Rotorzähne dienende Indexhalteplatte (1,31) sind.
2. 2. Elektrischer Schrittmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rolorzähne (2) in radialen Schlitzen (5) der Indexhalteplatte (1) angeordnet sind.
3. 3. Elektrischer Schrittmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Schlitze (5) am äußeren Umfang der Indexhalteplatte (1) offen sind.
4. 4. Elektrischer Schrittmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Schlitze (35) am inneren Umfang der Indexhalteplatte (31) offen sind.
5. 5. Elektrischer Schrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Halteelement für die Rotorzähne (2) aus einem unmagnetischen und elektrisch nicht !eilenden Material besteht.
6. 6. Elektrischer Schrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen den Rotorzähnen (2) und dem Halteelement durch ein Haftmittel (Kleber, Lot) hergestellt ist.