DE2559635B2 - 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 einem einen Hilfspol bildenden, radial gegen den Rotor ragenden Ansatz versehen ist, der gegenüber der Hauptflußrichtung versetzt ist.

Ein derartiger Einphasenschrittmotor ist in der DE-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 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 (DE-AS 23 11 445), bei denen die Polschuhe radial gegen den Rotor ragende ausgeprägte Haupt- und Hilfspole aufweisen, die sich durch unterschiedliche Höhe unterscheiden. Bei anderen bekannten Motoren sind die beiden Polschuhe jeweils s mit einer ungefähr halbkreisförmigen, zur Rotorachse konzentrischen Ausnehmung versehen, die jeweils als Hauptpol dienen, während der bzw. die Hilfspole vom Stator räumlich getrennt angeordnet sind. Wieder andere Ausführungsformen (DE-OS 23 08 053 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 zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrades und einer geringen Anlaufspannung die beiden Statorelemente mit den Polschuhen auf einige hundertstel Millimeter genau zueinander ausge richtet 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 Kunststoffplatinen das Uhrwerk nicht unwesentlich:

Es ist des weiteren 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 Wirkungs grad 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,

so 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. 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, d. h. 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 Einphasen schrittmotor der eingangs genannten Gattung erfin dungsgemäß 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 Bereich des bzw. der Ansätze 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 Ausneh mung 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 besteht darin, daß geringfügige Exzentrizitäten zwisehen Rotor und Statorteil im Gegensatz zu einem gemäß dem älteren Vorschlag aufgebauten Motor mit einer nur nahezu konzentrischen öffnung im Statorteil keine ins Gewicht fallenden Änderungen der Anlaufspannung nach sich ziehen. Zudem kann die Lage des 2U die Ansätze tragenden Blechs ohne Schwierigkeiten an Versetzungen des Rotors in der Statorausnehmung angepaßt werden. Ein weiterer besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Motors besteht darin, daß sich die Maßnahmen ohne ins Gewicht fallenden Aufwand realisieren lassen.

Da bei einem einzigen als Hilfspol dienenden Ansatz und einem üblicherweise verwendeten mehrpoligen Dauermagnetrotor Drehmomentschwankungen von Schaltschritt zu Schaltschritt auftreten können, 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 ³⁶⁰Am Winkelgrade gegenüber der Hauptflußrichtung zu versetzen und weitere Paare von J5 Ansätzen um ³⁶⁰Zm Winkelgrade zueinander jeweils zu dem ersten Paar oder zueinander zu versetzen. Auf diese Weise lassen sich Drehmomentschwankungen sicher beseitigen.

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.

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 F ig. 1 entlang der Linie 11-II.

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 über ein Brückenteil 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 Kunststoff, 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 sich einteiliges Statorteil 2, das aus dem gleichen Material wie das Brückenteil 7 besteht

Die zwischen den beiden Zwischenstücken 10 und 11 befindlichen halbkreisförmigen und zur Rotorachse 12 konzentrische Ausnehmung 13 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 einem Blech 14 sitzende Ansätze 15, 16, 17 und 18 realisiert, die über die Ausnehmungskante radial gegen den Rotor 1 ragen. Die zwei radial einander gegenüberliegenden Ansätze 15 und 16 sind um ³⁶⁰Am Winkelgrade, also bei dem vorliegenden sechspoligen Dauermagnetrotor um 15 Winkelgrade gegenüber der Hauptflußrichtung A versetzt während die beiden anderen, radial einander gegenüberliegenden Ansätze 17 und 18 gegenüber den beiden anderen Ansätzen 15 und 16 um 60 Winkelgrade versetzt sind.

Wie aus F i g. 2 ersichtlich, überragt der Dauermagnetrotor 1 im Bereich der Ansätze 15,16,17 und 18 das Statorteil. Seine Länge ist in vorliegendem Fall größer als die wirksame Höhe des Statorteils.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. 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 einem einen Hilfspol bildenden, radial gegen den Rotor ragenden Ansatz versehen ist, der gegenüber der Hauptflußrichtung versetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens auf einer Stirnseite des Statorteils (2) ein Blech .(14) mit dem bzw. den über die Ausnehmungsperipherie gegen den Rotor ragenden Ansätzen (15, 16,17,18) angebracht ist und daß der Dauermagnetrotor (1) im Bereich des bzw. der Ansätze (15,16,17, 18) das Statorteil (2) überragt

2. Einphasenschrittmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem m-poligen Rotor fm=2, 4, 6 ... n) die Ansätze (15, 16, 17, 18) jeweils paarweise einander diametral gegenüberliegen und ein erstes Paar Ansätze (15,16) gegenüber der Hauptflußrichtung (A) um ³⁶⁰Am Winkelgrade versetzt ist und daß weitere Paare von Ansätzen (17, 18) um ³⁶⁰/_m Winkelgrade jeweils zu dem ersten Paar oder zueinander versetzt sind.

3. Einphasenschrittmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Statorteil (2) und das Brückenteil (7) aus einem weichmagnetischen Material geringer Koerzitivkraft besteht.