DE2503206C3 - Einphasenschrittmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Einphasenschrittmotor mit einem zwei- oder mehrpoligen Dauermagnetrotor und einem Stator mit Haupt- und Hilfspolen, bestehend aus einem Brückenteil, das von der Statorwicklung umgeben ist, und einem mit dem Brückenteil verbundenen, in sich einteiligen Statorteil, das zwei die Hauptpole bildende halbkreisförmige Polschuhe aufweist, deren Enden jeweils über ein bei Erregung der Statorwicklung magnetisch sättigbares Zwischenstück eine kreisförmige Ausnehmung zur Aufnahme des Rotors bildend verbunden sind, und das im Bereich der Hauptpole mit mindestens einer einen Hilfspol bildenden Erhebung versehen ist, die gegenüber der Hauptflußrichtung versetzt ist. Ein derartiger Einphasenschrittmotor ist in der DT-OS 25 09 883 vorgeschlagen worden.

Es sind bereits eine Vielzahl von Einphasenschrittmotoren bekannt, die aus einem zwei- oder mehrpoligen Dauermagnetrotor und einem Stator mit zwei L-förmigen Statorelementen, die jeweils an einem Ende mit einem Haupt- und Hilfspole aufweisenden Polschuh versehen sind, und einem die polschuhfreien Enden der Statorelemente miteinander verbindenden Brückünteil

ίο bestehen, auf dem die Statorwicklung angeordnet ist. Sie unterscheiden sich im wesentlichen lediglich in der Ausbildung ihrer Haupt- und Hilfspole. So sind Ausführungen bekannt (DT-AS 23 11 445), bei denen die Polschuhe radial gegen den Rotor ragende ausgeprägte H.-Mjpt- und Hilfspole aufweisen, die sich durch unterschiedliche Höhe unterscheiden. Bei anderen bekannten Motoren sind die beiden Polschuhe jeweils mit einer ungefähr halbkreisförmigen, zur Roterachse konzentrischen Ausnehmung versehen, die jeweils als Hauptpol dienen, während der bzw. die Hilfspole vom Stator räumlich getrennt angeordnet sind. Wieder andere Ausführungsformen (US-PS 32 56 453) besitzen Polschuhe mit ungefähr halbkreisförmigen, zur Rotorachse exzentrischen Ausnehmungen. Hierbei werden die Haupt- und Hilfspole durch die unterschiedlichen Abstände der Ausnehmungen vom Rotorumfang gebildet. Schließlich sind auch Motore (US-PS 34 33 987) mit auf dem Stator angeordneten Hilfsmagneten und Motore (US-PS 33 75 384) mit auf dem Stator sitzenden Kurzschlußringen bekannt.

Allen diesen und anderen, ähnlich aufgebauten Einphasenschrittmotoren sind die Nachteile gemeinsam, daß bereits geringe, in der Fertigungstoleranz liegende Lageänderungen der beiden Statorelemente zueinander nicht unbeträchtliche Erhöhungen der Anlaufspannung und Verringerungen des Wirkungsgrades nach sich ziehen. Dies ist insbesondere bei zur Verwendung in elektronischen Batterieuhren vorgesehenen Einphasenschrittmotoren der Fall, bei denen zl- Erzielung eines hohen Wirkungsgrades und einer geringen Anlaufspannung die beiden Statorelemente mit den Polschuhen auf einige hundertstel Millimeter genau zueinander ausgerichtet sein müssen. Durch Anformen von in die Statorelemente eingreifende Zentrierzapfen an die Uhrwerksplatinen kann zwar, wenn die Uhrwerksplatinen aus Metall bestehen, die gewünschte genaue Ausrichtung erreicht werden, jedoch verteuert sich durch die Verwendung metallischer Uhrwerksplatinen anstelle von Kunstsvoffplatinen das Uhrwerk nicht unwesentlich.

Es ist desweiteren ein Einphasenmotor der eingangs beschriebenen Art vorgeschlagen worden (DT-OS 25 09 883), bei dem durch die Verbindung beider Polschuhe über jeweils ein magnetisch sättigbares Zwischenstück zu einem in sich einteiligen Statorteil der negative Einfluß von Lageänderungen der Polschuhe zueinander auf die Anlaufspannung und den Wirkungsgrad unterbunden werden kann. Auch bei derartigen Motoren lassen sowohl die Höhe der Anlaufspannung als auch der Wirkungsgrad noch zu wünschen übrig, dies insbesondere dann, wenn die Motoren für Uhrwerke, die mit einer 1,5-Volt-Batterie betrieben werden sollen, vorgesehen sind. Dies ist im wesentlichen auf die das Luftvolumen zwischen dem Rotor und dem Statorteil

fts ungünstig beeinflussende Gestaltung der Polschuhperipherie zurückzuführen.

Diese Nachteile der vorstehend beschriebenen Einphasenschrittmotore sollen durch die Erfindung

beseitigt werden. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Einphasenschrittmotor zu schaffen, der eine möglichst geringe Anlaufspannung, das heißt eine Anlaufspannung von ungefähr 1 Volt oder weniger, benötigt und mit einem möglichst hohen Wirkungsgrad bzw. geringstem Energieverbrauch arbeitet. Zudem sollen die zu ergreifenden Maßnahmen möglichst kostengünstig realisierbar sein

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Einphasenschrittmotor der eingangs genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß jede gegenüber der Hauptflußrichtung versetzte Erhebung nahe der Ausnehmungskante des Statorteüs in achsparalleler Richtung verläuft und daß der Dauermagnetrotor im Bereich der Erhebung bzw. Erhebungen das Statorteil überragt.

Durch diese Maßnahmen wird ein Einphasenschrittmotor erhalten, der einen weit über dem Durchschnitt liegenden Wirkungsgrad besitzt und eine äußerst geringe Anlaufspannung benötigt. Dies beruht im wesentlichen darauf, daß die durch die beiden miteinander verbundenen Polschuhe gebildete Ausnehmung im Statorteil vollständig kreisförmig auf gebildet und mithin der Luftspalt bzw. das Luftvolumen zwischen dem Rotor und dem Statorteil auf ein Minimum vermindert werden kann. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäß aufgebauten Einphasenschrittmotors besteht darin, daß geringfügige Exzentrizitäten zwischen Rotor und Statorteil im Gegensatz zu einem gemäß dem älteren Vorschlag aufgebauten Motor mit einer nahezu konzentrischen öffnung im Statorteil keine ins Gewicht fallenden Änderungen der Anlaufspannung nach sich ziehen. Ein weiterer besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Motors besteht darin, daß sich die Maßnahmen ohne ins Gewicht fallenden Aufwand realisieren lassen.

Die Erhebung bzw. Erhebungen können gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform jeweils durch einen in das Statorteil eingesetzten Stift realisiert sein, oder, was fertigungstechnisch besonders vorteilhaft ist, durch jeweils eine ar das Statorteil angeformte zapfenförmige Einprägung. Eine andere vorteilhafte Realisierungsmöglichkeit besteht darin, jede Erhebung durch eine Materialschwächung der Ausnehmungskante herzustellen. Bei den letztgenannten Ausführungsformen kann das in sich einteilige Statorteil mit der bzw. den Erhebungen in einem einzigen Arbeitsgang auf einer Presse hergestellt werden, was sich günstig auf die Produktkosten auswirkt.

Da bei einer einzigen als Hilfspol dienenden Erhebung im Statorteil und einem üblicherweise verwendeten mehrpoligen Dauermagnetrotor Drehmomentschwan!:ungen von Schaltschritt zu Schaltschritt auftreten können, empfielt es sich, bei einem /n-poligen Rotor (m = 2, 4, 6, S...n) die Erhebungen jeweils paarweise einander diametral gegenüberliegend anzuordnen und ein erstes Paar von Erhebungen gegenüber der Hauptflußrichtung um 360/4/n Winkelgrade zu versetzen und weitere Paare von Erhebungen um 360//Π Winkelgrade zueinander jeweils zu dem ersten Paar oder zueinander zu versetzen. Auf diese Weise lassen sich Drehmomentschwankungen sicher beseitigen. Es hat sich im übrigen gezeigt, daß, wenn bei einem 6-, 8- oder mehrpoligen Dauermagnetrotor auf ein Paar von Erhebungen verzichtet wird — dies kann unter Umständen erforderlich werden, wenn ein ft.i Erhebungspaar in den Bereich des sättigbaren Zwischenstücks zu liegen koirrit —, Drehmomentschwankungen zwar auftreten, diese jedoch vernachlässigbar

klein sind.

Eine weitere Verringerung der benötigten Anlaufspannung und eine zusätzliche Erhöhung des Wirkungsgrades läßt sich zudem dadurch erreichen, daß das Statorteil und das Brückenteil aus einem weichmagnetischen Material geringer Koerzitivkraft hergestellt wird. Gute Ergebnisse können mit kaltverformbaren Materialien erzielt werden, dabei können das Statorteil und das Brückenteil ausgestanzt werden.

Die Erfindung sei anhand der Zeichnung, die in zum Teil schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel enthält, näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Aufsicht auf einen Einphasenschrittmotor und

Fig. 2 einen Schnitt durch den Einphasenschrittmotor gemäß Fig. 1 entlang der Linie H-Il.

Der Einphasenschrittmotor umfaßt einen sechspoligen Dauermagnetrotor 1 und ein Statorieil 2 mit zwei L-förmigen Statorelementen 3 und 4, von denen jedes an einem Ende einen Polschuh 5 bzv 6 aufweist und deren polschuh freie Enden über ein Brückentei! 7 miteinander verbunden sind. Auf dem Brückenteil 7, das mittels zweier Schrauben und Muttern an den Statorelementen 3 und 4 befestigt ist, sitzt die Statorwicklung 8, die aus einem Spulenkörper 9 aus Kunststort, der unmittelbar auf den Brückenteil aufgespritzt ist, und einer Vielzahl von Drahtwindungen besteht.

Die beiden Polschuhe 5 und 6 sind an ihren einander gegenüberliegenden Enden jeweils über ein Zwischenstück 10 bzw. 11 verbunden, deren Querschnitt so gewählt ist, daß bei Erregung der Statorwicklung die Zwischenstücke magnetisch gesättigt sind und mithin wie ein Luftspalt wirken. Die Zwischenstücke 10 und 11 sowie die Statorelemente 3 und 4 mit den Polschuhen 5 und 6 bilden ein in sich einteiliges Statorteil 2, das ebenso wie das Brückenteil 7 aus einem kaitverformbaren Material besteht. Da die Dicke der einzelnen Statorkomponenten wenige Millimeter beträgt — im allgemeinen wird eine Dicke von 2 Millimetern gewähl! —, lassen sich das Statorteil und das Brückenteil ohne Schwierigkeiten aus kaltverformbaren Blechen ausstanzen.

Die zwischen den beiden Zwischenstücken lt> und 11 befindlichen halbkreisförmigen und zur Rotorachse 12 konzentrischen Ausnehmungen 13 und 14 in den Polschuhen 5 und 6 bilden die Hauptpole des Stators. Die für einen Selbstanlauf des Motors erforderlichen Hilfspole des Stators sind durch vier an das Statorteil angeformte, zapfenförmige Einprägungen 15,16,17 und 18 realisiert, deren Längsachse zur Rotorachse verläuft und die in unmittelbarer Nähe der Ausnehmungskante liegen. Die zwei radial einander gegenüberliegenden Einprägungen 15 und 16 sind um 360/4m Winkelgrade, also bei dem vorliegenden sechspoligen Dauermagnetrotor um 15 Winkelgrade gegenüber der Hauptflußrichtung A versetzt, während die beiden anderen, radial einander gegenüberliegenden Einprägungen 17 und 18 gegenüber den beiden anderen Einprägungen 15 und 16 um 60 Winkelgrade versetzt sind.

Wie aus F i g. 2 ersichtlich, überragt der Dauermagnetrotor 1 im Bereich der Einprägungen i5,16,17 und 18 das Statorteil. Seine Länge entspricht somit der wirksamen Höhe des Statorteüs. Selbstverständlich kann seine Länge aucii größer als die wirksame Höhe des Statorteüs gewählt werden, jedoch wird dadurch der Materialaufwand des Rotors ungünstig beeinflußt.

Bei einem nach den vorstehenden Merkmalen

aufgebauten Motor läßt sich bei entsprechender Wahl der Windungszahl der Statorwicklung eine Anlaufspannung von ungefähr 0.6 Volt und ein Stromverbrauch von 100 μΑ bei 1,3 Volt Nennspannung ohne Schwierigkeilen erreichen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Einphasenschrittmotor mit einem zwei- oder mehrpoligen Dauermagnetrotor unil einem Stator mit Haupt- und Hilfspolen, bestehend aus einem Brückenteil, das von der Statorwicklung umgeben ist, und einem mit dem Brückenteil verbundenen, in sich einteiligen Statorteil, das zwei die Hauptpole bildende halbkreisförmige Polschuhe aufweist, deren Enden jeweils überfein bei Erregung der Statorwicklung magnetisch sättigbares Zwischenstück eine kreisförmige Ausnehmung zur Aufnahme des Rotors bildend verbunden sind, und das im Bereich der Hauptpole mit mindestens einer einen Hilfspol bildenden Erhebung versehen ist, die gegenüber der Hauptflußrichtung versetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß jede gegenüber der Hauptflußrichtung (A) versetzte Erhebung nahe der Ausnehmungskante des Statorteils (2) in achsparal- !eler Richtung verläuft und daß der Dauermagnetrolor (1) im Bereich der Erhebung bzw. Erhebungen das Statorteil (2) überragt.

2. Einphasenschrittmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Erhebung ein in das Statorteil (2) eingesetzter Stift ist.

3. Einphasenschrittmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Erhebung durch eine an das Statorteil angeformte zapfenförmige Einprägung(15bis 18) gebildet ist.

4. Einphasenschrittmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Erhebung durch eine Materialschwächung der Miisnehmungskante des Statorteils (2) gebildet ist.

5. Einphasenschrittmotor nach e./iem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem m-poligen Rotor (m=2,4,6,8... n)d\e Erhebungen jeweils paarweise einander diametral gegenüberliegen und ein erstes Paar Erhebungen gegenüber der Hauptflußrichtung (A) um 360/4m Winkelgrade versetzt ist und daß weitere Paare von Erhebungen um 360/m Winkelgrade jeweils zu dem ersten Paar oder zueinander versetzt sind.

6. Einphasenschrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Statorteil (2) und das Brückenteil (7) aus einem weichmagnetischen Material geringer Koerzitivkraft besteht.