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Einphasenschrittmotor
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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 einen
mit dem Brückenteil verbundenen, in sich einteiligen Statorteil, das zwei die Hauptpole
bildende halbkreisförmige Polschube aufweist, deren Enden jeweils über ein bei Erregung
der Statorwicklung magnetisch sättigbare Zwischenstück eine kreisfürmige rVusnehmung
zur Aufnahme des Rotors bildend verbunden sind, und das im Bereich der Hauptpole
mit mindestens einem einen Hilspol bildenden, radial gegen den Rotor ragenden flnsatz
versehen ist, der gegenüber der Hauptflußrichtung versetzt ist.
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Es sind bei ts eine Vielzahl von Einphasenschrittmotoren hekannt,
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 Brückenteil 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 dcncn die Polschuhe
radial gegen den Rotor ragende ausgeprägte Haupt- und Hilfspole aufweisen, die sich
durch unterschiedlicht Höhe unterscheiden. Bei anderen bekannten Motoren sind die
beiden
Polschuhe jeweils mit einer ungefähr halbkreisf5rmigen, zur flotorachse konzentrischen
Ausnehmung versehen, die jeweils als Hauptpol dienen, wahrend der bzw. die Hilfspole
vom Stator räumlich getrennt angeordnet sind.
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Wieder andere Ausführungsformen (US-PS 3 256 453) besitzen Polschuhe
mit ungefahr halbkreisförmig2n, zur Rotorachse exzentrischen Ausnhemungen. Hierbei
werden die Haupt und Holfspole durch die unterschiedlichen Abstände der Ausnehmungen
vom Rotorumfang gebildet. Schließlich sind auch Motore (US-PS 3 433 987) mit auf
dem Stator angeordneten Hilfsmagneten und Motore (Uo-PS 3 375 384) mit auf den Stator
sitzenden Kurzschlußbringen bekannt.
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Allen diesen und anderen, ähnlich aufgebauten Einphasenschrittmotoren
sind die Nachteile gemeinsam1 daß bereits geringe, in der Fertigungstoleranz liegende
Lageänderungen der beiden Statorelemente zueinander nicht unbeträchtliche Erhöhungen
der Anlaufspannung und Verringerungen des Wirkungs grades nach sich ziehen. Dies
ist insbesondere bei zur Verwendung in elektronischen Batterieubren vorgesehenen
Einphasenschrittmotoren der Fall, bei denen zur Erzielung eines hohen WirkungsgradEs
und einer geringen Anlaufspannung die beiden Statorelemente mit den Polschuhen auf
einige hundertstel Millimeter genau zueinander ausgerichtet sein müssen.
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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 netallischer Uhrwerksplatinen anstelle von Kunststoffplatinen das Uhrwerk
nicht unwesentlich.
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Es ist des weiteren ein Qinphasenmotor 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 Anlaurspannung und den Wirkungsgrad unterhunden werden kann.
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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 ungünstig beeinflussende Gestaltung der Polschuhperipherie mit Ansätzen
oder Einschnitten zurückzuführen.
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Diese Nachteile der vorstehend beschriebenen Einphasenschrittrnotore
sollen durch die Erfindung beseitigt werden.
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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
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geringstem Energieverbrauch arbeitet. Zudem sollen die zu ergreifenden
Maßnehmen möglichst kostengünstig realisierbar sein.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Einphasenschrittmotor der eingangs
genannten Gattung erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens auf einer Stirnseite
des Statorteils ein Blech mit dem bzw. den über die Ausnehmungsperipherie gegen
den Rotor ragenden Ansätzen angebracht ist und daß der Dauermagnetrotor im Oereich
des hzw. der Ansatze das Statorteil überragt.
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Durch diese flaßnahmen wird ein Einphasenschrittmotor erhalten, der
einen weit über dem Durchschnitt liegenden Wirkungsgrad besitzt und eine äußerst
geringe Anlaufspannung henntigt. Dies beruht im wesentlichen darauf, daß die durch
die beiden miteinander verbundenen Polschuhe gebildete Anusnehmung im Statorteil
vollständig kreisförmig ausgebildet 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 hesteht
darin, daß geringfügige Exzenbrizitu'Gen zwischen Rotor und Statorteil im Gegensatz
zu einem gemaß dem älteren Vorschlag aufgebauten Motor mit einer nur nahezu konzentrischen
Öffnung im Statorteil keine ins Gewicht fallenden Änderungen der Anlaufspannung
nach sich ziehen. Zuden Icann die Lage des die Ansätze tragenden Blechs ohne Schwierigkeiten
an Versetzungen des Rotors in der Statorausnehmung angepaßt werden. Ein weiterer
besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen rotors besteht darin, daß sich die Maßnahmen
ohne ins Gewicht fallenden Aufwand realisieren lassen.
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Da bei einem einzigen als Hilfspol dienenden Ansatz und einem üblicherweise
verwendeten mehrpoligen Dauermagnetrotor Drehmomentschwankunnen von Schaltschritt
zu Schaltschritt auf"reten kennen, empfiehlt es sich, bei einem m-poligen Rotor
(m = 2,4,6,8 n) jeweils paarweise einander diametral gegenüberliegende Ansätze anzuordnen
und ein erstes Paar von Ansätzen um 360/4m Winkelgrade gegenüber der Hauptflußrichtung
zu versetzen und weitere Paare von Ansätzen um 3G0/m Winkelgrade zueinander Jeweils
zu dem ersten Paar oder zueinander zu versetzen. Auf diese Weise lassen sich Drehmomentschwankungen
sicher beseitigen.
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Eine weitere Verringerung der benütigten 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 konnten mit den unter dem Handelenamen HYPERM
bekannten Materialien Hyperm 766, Hyperm 800, Hyperm 900 und Hyperm Max. und mit
unter dem Handelsmamen MUMETALL bekannten Materialien erzielt werden. Die meisten
dieser Materialien sind kalt verformbar, so daß das Statorteil und das Orückenteil
ausgestanzt werden können.
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Eine noch günstigere Anlaufspannung und einen noch besseren Wirkungsgrad
laßt sich bei einem aus thermoplastischem Kunststoff bestehenden Spulenkürper ür
die Statorwicklung schließlich dadurch erzielen, daß der Spulenkürper unmittelbar
auf das Brückenteil aufgespritzt ist. Gei einen so aufgebrachten Spulenkürper kannen
nämlich die an den Brückenteillängsseiten anliegenden Spulenkürperteile äußerst
dünn ausgebildet werden, so daß zwischen der ersten Windungslage und dem Brückenteil
nur ein geringer Luftspalt vorhanden ist. Dies wirkt sich positiv auf Anlaufspannung
und Motorwirkungsgrad aus.
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Die Erfindung sei anhand der Zeichnung, die in zurn Teil schematischer
Darstellung ein Ausfürungsbeispiel enthalt, nher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine
Aufsicht auf einen Einphasenschrittmotor und Figur 2 einen Schnitt durch den Einphasenschrittmotor
gemäß Figur 1 entlang der Linie II-II.
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Der Einphasenschrittmotor umfaßt einen sechspoligen Dauermagnetrotor
1 und ein Statorteil 2 mit zwei L-förmigen Statorelementen 3 und 4, von denen jedes
an einem Ende einen Polschuh 5 bzw. 6 aufweist und deren polschuhfreie Enden Ober
ein BrückEnteil 7 miteinander verbunden sind. Ruf dem Brückenteil 7, das mittels
zweier Schrauben und Muttern an den Statorelementen 3 und 4 befestigt ist, sitzt
die Statorwicklung 0, die aus einem Spulenkürper 9 aus Kunststoff, der unmittelbar
auf den Brückcnteil aufgespritzt ist, und einer Vielzahl von Drahtwindungen besteht.
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Die beiden Polschuhe 5 und G sind an ihren einander gegenüberliegenden
Enden jeweils Ober ein Zwischenstück 10 bzw. 11 verbunden, deren Querschnitt so
gew.hl-G ist, daß hei Erregung der Statorwicklung die Zwischenstücke magnetisch
gesüttigt 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 dem unter dem Mandelenamen Hyperm
766 bekannten Material besteht. Da die Dicke der einzelnen Statorkomponenten wenige
Millimeter betrOgt G - im allgemeinen wird eine Dicke von 2 Hillimetern gewählt
-, lassen sich des Statorteil und das Brückenteil ohne Schwierigkeiten aus Hyperm-766-Blechen
ausstanzen.
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Die zwischen den beiden Zwischenstücken 10 und 11 befindlichen halbkreisförmigen
und zur Rotorschac 12 konzentrische Ausnehmung 13 in den Polschuhen 5 und 6 bilden
die Hauptpole des Stators. Die für einen Selbstanlauf des Motors erfinderlichen
Hilfspole des Stators sind durch vier an einem Blech 14 sitzende Pnsätze 15, 15,
17 und 10 realisiert, die über die Ausnehmungskante
radial gegen
den Rotor 1 ragen. Die zwei radial einander gegenüberliegenden Ansätze 15 und 16
sind um 360/4m Winkelgrade, also bei dem vorliegenden sechspoligen Dauermagnetrotor
um 15 Winkelgrade gegenüber der Hauptflußrichtung ,r versetzt, während die beiden
anderen, radial einander gegenüberliegenden Ansätze 17 und 18 gegenüber den beiden
anderen Ansätzen 15 und 15 um 60 Winkelgrade versetzt sind.
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Wie aus Figure 2 ersichtlich, überragt der Dauermagnetrotor 1 im Bereich
der Ansatze 15, 16, 17 und 18 das Statorteil. Seine Länge ist in vorliegendem Fall
als die wirksame Höhe des Statorteils.
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L e e r s e i t e