DE2529845A1 - Schrittmotor mit wenigstens einem stator - Google Patents

Description

Patentanwälte

Dipl.-Ing. W. Beyer Dipl.-Wirtsch.-Ing. B. Jochem

Frankfurt am Main Staufenstraße 36

Anis. :

FACIT AKTIEBOLAG

S-597 CO Ätvidaberg/Schweden

Schrittmotor mit wenigstens einem Stator

Die Erfindung betrifft einen Schrittmotor mit wenigstens einen Stator mit kreisförmig angeordneten, gleichmäßig über den Umfang verteilten Polen und einem eine entsprechende Anzahl Zähne aufweisenden, drehfest mit einer Welle verbundenen Rotor.

Ein bekannter Schrittmotor der bezeichneten Art hat mehrere Stator- Rotor-Paare, wobei der magnetische Fluß zwischen den Stator- und Rotor-Polen axial gerichtet ist. Die Stirnflächen der Statorpole bzw. der Rotorzähne haben dieselbe Form und Größe, so daß auch die Länge des für die Drehmomenterzeugung wirksamen Querschnitts während desjenigen Teils der Rotordrohbewegung, in welchem sich die Rotorzähne über den Statorpolen befinden, konstant ist.

Schrittmotore dieser Art müssen so konstruiert sein, daß ein gewisser Asynchronismus zwischen dem antreibenden magnetischen Feld des Stators und der Rotorbewegung zugelassen

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'werden kann. Der asynchrone Lauf kann z.B. durch Schlupf des 2otors bei zunehmender Belastung verursacht sein. Bei verhältnismäßig niedrigen Schrittfrequenzen bringt ein geringer Asynchronismus keine Probleme mitsich, dagegen kann Asynchronisinus bei hohen Schrittfrequenzen dazu führen, daß der Motor anhält oder sogar eine Drehrichtungsumkehr

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schrittmotor zu schaffen, bei welchem ein höherer Grad vom Asynchronismus, auch bei hohen Schrittfrequenzen zugelassen werden kann.

Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Statorpole und/oder die Rotorzähne derart gestaltet sind, daß sich die quer zur Bewegungsrichtung gemessene Länge der von einem Rotorzahn überdeckten Polfläche eines Statorpoles während einer Bewegungsphase, in der sich beide der vollen Deckung nähern, zunehmend vergrößert.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine auseinander gezogene Darstellung eines Stator— Rotor-Paares, bei welchem der Magnetfluß zwischen den Stator- und Rotorpolen radial gerichtet ist,

Fig. 2 eine auseinander gezogene Darstellung einer Statorhälfte und eines mit dieser sowie einer entsprechenden gegenüberliegenden Statorhälfte zusammenwirkenden Rotors; der Magnetfluß ist in diesem Fall axial gerichtet,

Fig. 3 eine vereinfachte Stirnansicht einer Statorhälfte und eines damit zusammenwirkendes Rotors nach Fig. 2,

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Fig. 4 einen vereinfachten perspektivischen Längsschnitt durch einen aus mehreren Stator- Rotor-Paaren bestehenden Schrittmotor.

3ei dem in Fig. 1 dargestellten, aus Stator 10 und Rotor bestehenden Schrittmotor ist der Magnetfluß radial gerichtet. Die mit 11 bezeichneten Statorpole weisen dazu radial nach einwärts. Der Rotor 12 ist in geeigneter Weise so gelagert, daß er innerhalb der Statorbohrung umläuft. Der Rotor hat Pole in Form von Zähnen 13» deren Anzahl der Zahl der Statorpole 11 entspricht. Die Polflächen der Statorpole 11 haben im wesentliehen eine rechteckige Form, während die Polflächen der Rotorzähne, in Drehrichtung betrachtet, beschrieben werden kann als Rechteck mit an dessen Längsseiten spiegelsymmetrisch ansetzenden gleichschenkligen Trapezen. Die Schenkel der Trapeze sind durch schräge Kanten 14, 15 bzw. 16, 17 gebildet.

Die beschriebene Abschrägung der Rotorzähne hat zur Folge, daß die drehmocentwirksame Überschneidungslinie der Polflächen der Statorpole und der Rotorzähne kontinuierlich länger wird, während sich die Rotorzähne über die Statorpole schieben, dagegen kürzer wird, während die Rotorzähne die DeckungGstellung über den Statorpolen verlassen. Die auf diese Weise erreichte Wirkung kann mit der Kämmwirkung von Zahnrädern verglichen werden. Wenn sich ein Rotorzahn genau über einem Statorpol befindet, fluchten die senkrecht aufeinander stehenden Kanten des Rotorzahnes, welche die Polfläche begrenzen, mit den entsprechenden Kanten der Polfläche des Statorpoles. Dadurch sind die Haltestellen des Rotors exakt definiert.

Fig. 2 zeigt eine Ausführung, bei welcher der Magnetfluß zwischen den Stator- und Rotorpolen axial gerichtet ist. Diese Ausführung wird gewöhnlich bevorzugt, da die Polflächen

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des Bctors größer sein können als bei der Ausführung nach iig. 1, während gleichzeitig der fiotor sehr dünn sein kann. Die große FoIflache ergibt ein großes Drehmoment, und der dünne Rotor hat den Vorteil geringer Massenträgheit.

Bei einem Schrittmotor, der aus drei Stator- Rotorpaaren besteht, wird jeder Stator durch zwei Hälften gebildet, die in Fig. 4 mit 18, 19; 19, 20 und 20, 21 bezeichnet sind. Fig. 2 zeigt nur die Statorhälfte 19. Diese sowie die Statorhälfte haben jeweils zwei axial nach entgegengesetzten Seiten weisende Pole 22 und können somit jeweils als Statoren dienen. Zwischen den Statorhälften sind Distanzringe 23 angeordnet, so daß sich innere Freiräume für Rotoren 24, 25 und 26 zwischen den Statorhälften ergeben. Die Rotoren sitzen drehfest auf einer Welle 27, deren Enden in geeigneter Weise in nicht gezeigten Endkappen des Motors gelagert sind. Im Inneren jedes Stators nimmt ein Ringraum 28 eine magnetisierende Spule 29 auf.

Wie am besten aus Fig» 2 hervorgeht, sind die Statorpole jeder Statorhälfte im Zentrum des Stators ringförmig angeordnet. Die Polflächen 30 der Statorpole sind Teile eines Ringes und liegen jeweils in einer gemeinsamen Radialebene. Die mit den Statorpolen zusammenwirkenden Rotorzähne 32, deren FoIflachen mit 31 bezeichnet sind, haben im wesentlichen dieselbe Form und Größe wie die FoIflachen 30 der Statorpole. Abweichend von·deren Kontur hat jedoch jeder Rotorzahn schräge Seitenflächen, die mit den Stirnflächen schräge Kanten 33» 34-(s.Fig. 3) bilden. Auf diese Weise wird erfindungsgemäß wiederum erreicht, daß sich die drehmomentwirksame Überschneidungslinie der Polflächen eines Statorpoles und eines Rotorzahnes verlängert, wenn sich der Rotorzahn zur Deckungsstellung hin über den Statorpol bewegt, während andererseits die Überschneidungslinie kürzer wird, wenn sich der Rotorzahn aus der vollen Deckung mit dem Statorpol entfernt. Fig. 3 zeigt

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den Roter 25 ir it Bezug auf die Statorhälfte 19 in einer Stellur.£, in welcher die schräge Kante 33 des Rotorzahnes 32 während der 3ewegung des Rotorzahnes zur vollen Deckungsstellung mit den Statorpol hin eine radial verlaufende Begrenzungskante der Polfläche 30 des Statorpoles schneidet.

Bei einer bevorzugten Ausführung sind die Rotoren 24-, 25» 26 ge~äß Fig. 4- untereinander im Drehwinkel jeweils um ein Drittel der Zahnteilung versetzt. Die Statorpole aller drei Statoren 18, 19; 19, 20 und 20, 21 haben Jedoch dieselbe Lage am Umfang. Wie aus Fig. 2 hervorgeht hat jeder Rotor neun Zähne, so daß bei drei Rotoren 3x9=27 Haltepositionen für jede vollständige Umdrehung der Rotorwelle 27 erhalten werden. Um die Zahl der Hälfcepositionen noch weiter zu vergrößern, kann den Kanten 33» 3* jedes Rotorzahnes solch eine Neigung gegeben werden, daß die am Umfaag gemessene Länge der Rotorzähne jeweils einem Sechstel der Zahnteilung entspricht. Wenn dann gleichzeitig zwei Statoren magnetisiert werden, ergibt sich eine Drehmomentcharakteristik, deren Form und Stärke der Drehmomentcharakteristik bei Magnetisierung eines einzelnen Stators entspricht. Somit werden zusätzliche Haltepositionen, sog. Halbschritte, erreicht, die genau in der Kitte zwischen den Polen der betreffenden Statoren liegen·- Auf diese Weise wird die Gesamt^zahl der Haltepositionen oder Schritte auf 2x27=5* vergrößert. Am Beispiel der in Fig. 4 dargestellten Ausführung wäre in diesem Fall die Reihenfolge der Kagnetisierung der drei Statoren wie folgt: 18, 19; 18, 19 + 19, 20; 19, 20; 19, 20 + 20, 21; 20, 21; 20, 21 + 18, 19; usw.

Patentansprüche

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Claims (8)

1. PATENTANSPRÜCHE

   Μ. ! Schrittmotor mit wenigstens einem Stator mit kreisförmig '"— angeordneten, gleichmäßig über den Umfang verteilten Polen und einem eine entsprechende Anzahl Zähne aufweisenden, drehfest mit einer Welle verbundenen Rotor, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorpole (11, 22) und/oder die Rotorzähne (13, 32) derart gestaltet sind, daß sich die quer zur Bewegungsrichtung gemessene Länge der von einem Rotorzahn (13» 32) überdeckten Polfläche (30) eines Statorpoles (11, 22) während einer Bewegungsphase, in der sich beide der vollen Deckung nähern, zunehmend vergrößert.
2. 2. Schrittmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß sich die Länge der überdeckten Polfläche (30) während einer Bewegungsphase, in der sich ein Statorpol (11, 22) und an Rotorzahn (13, 32) von einander aus der Stellung vollständiger Deckung entfernen, zunehmend verkürzt.
3. 3. Schrittmotor nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine im wesentlichen lineare Verlängerung und Verkürzung der Länge der überdeckten Polfläche (30) zwischen einem Minimum an der mit Bezug auf die Drehrichtung vorderen bzw. hinteren Kante des Rotorzahnes (13» 32) und einem Maximum in einem Bereich zu beiden Seiten einer die Polfläche (31) halbierenden radialen Linie.
4. 4. Schrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch, gekennzeichnet, daß der magnetische Fluß zwischen den Statorpolen (11) und Rotorzähnen (13) in radialer Richtung verläuft und die den

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   Polflächen gegenüberliegenden Flächen der Rotorzähne (13) die Form eines Rechteckes mit beidseitig spiegelbildlich daran ansetzenden Trapezen haben.
5. 5. Schrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Fluß zwischen Statorpolen (22) und Rotorzähnen (32) in axialer Richtung verläuft, die Polfläche (30) ,jedes Statorpoles (22) Teil einer Ringstirnfläche ist und die axial gegenüberliegende Polfläche (31) der Rotorzähne (32) im radial inneren Bereich mit der Kontur der Statorpole (22) übereinstimmt, aber im radial äußeren Bereich durch nach außen konvergierende Forder- und Hinterkanten (33» 34) begrenzt ist, deren Verlängerungen sich auf einer die Polfläche (31) halbierenden radialen Linie schneiden.
6. 6. Schrittmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß längs der Rotorwelle drei Paare von Statoren (18, 19, 20, 21) und Rotoren (24, 25, 26) angeordnet sind, wobei die Rotoren um jeweils ein Drittel der Zahnteilung in Drehrichtung versetzt sind und die Punkte, auf welche die Forder-und Hinterkanten (33, 3^·) gerichtet sind, so liegen, daß sich bei gleichzeitiger Magnetisierung von zwei Statoren im wesentlichen dieselbe Drehmomenteharakteristik ergibt wie bei getrennter Magnetisierung nur eines Stators.
7. 7. Schrittmotor nach Anspruch 6,dadurch gekenn zeichnet , daß die Länge der radial äußeren Begrenzungskante der Polflächs (31) der Rotorzähne (32) auf dem Radius der äußeren Begrenzungskante der Stator— pole (22) liegt und ein sechstel der Zahnteilung beträgt·

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8. 8. Schrittmotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet , daß im Falle von drei Paaren von Statoren und Rotoren der erste Botor (24) in vorbestimmter Drehrichtung mit einem ersten Stator (19) und die nachfolgenden Rotoren (25, 26) mit einem zweiten bzw. dritten Stator (20 bzw. 21) zusammenwirken, wobei die Statoren in der Aufeinanderfolge "erster Stator (19), erster und zweiter Stator(i9» 20), zweiter Stator (2C), zweiter und dritter Stator (20, 21), dritter Stator (21), dritter und erster Stator (21, 19), erster Stator (19) usw." magnetisierbar sind·

   FF 125 HG/3.7.1975

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