DE2932490A1

DE2932490A1 - Schrittmotor und verfahren zu seiner herstellung

Info

Publication number: DE2932490A1
Application number: DE19792932490
Authority: DE
Inventors: Leonard L Rosenfeld; Christiaan F Staargaard
Original assignee: Exxon Research and Engineering Co
Current assignee: Olivetti Realty NV
Priority date: 1978-09-25
Filing date: 1979-08-10
Publication date: 1980-04-03
Also published as: CA1129471A; FR2437098A1; IT7925937A0; JPS5546867A; DE2932490C2; BE878933A; AU5108179A; IT1123293B; NL7907136A; GB2034532B; FR2437098B1; BR7906038A; GB2034532A

Description

PATENT A IS VV Ä L T E 2332490 DR. KARL TH. HEGEL . DIPL.-ING. KLAUS DICKEL

GROSSE BERGSTRASSE 223 2000 HAMBURG 50 JULIUS-KREIS-STRASSE 33 8000 MÜNCHEN 60

POSTFACH 500662 TELEFON (0 40) 391>2 95 TELEFON (0 89) 88 52 10

Telegramm-Adresse: DeoHnerpatent München

llir Zeichen: Unser Zeichen: 8000 München, den

H 3CO2

Exxon Research And Engineering Company
i--C. Box 55
Linden, N. J. 07036
V. 3t. A.

Schrittmotor und Verfahren zu seiner Herstellung

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."Ig schrei bunr :

Die E r f I nd ι, γ· ·λ betrifft ei non ochr 11 trnotor mit variabler i;elu'-:tan;.; sowie ein Verfahret! zu seiner Hers tel J unq.

Schrittmotoren mit variabler neluktana zeichnen sich durch eine Vielzahl von i-öle 1 .ementen aus, denen Wicklungen zugeordnet sind, sowie einen zusätzlichen magnetischen Auibai;, der mit den iolelementen zusammenwirkt, um die Magnetflußwege zu schließen, entsprechend einer selektiven Erregung der 'wicklungen. Die Polelemente umfassen LoIi lachen mit magnetischen Unterbrechungen hierin, die mit ähnlichen magnetischen Unterbrechungen in dem zusätzlichen magnetischen Aufbau zusammenarbeiten, um es zu ermöglichen, daß die Pole und der zusätzliche magnetische Aufbau in einzelnen Schritten zueinander verschiebbar sind, entsprechend der selektiven Erregung der Wicklungen.

Einige Schrittmotoren mit variabler Heluktanz besitzen einen Polaufbau, der es erforderlich macht, daß die Wicklungen um die Irolelemente gelegt werden, während der magnetische Aufbau sich an seinem Platz befindet. Das Umwickeln derartiger PoI-elemente,im besonderen für den Fall eines Hotationsschrittrnotores, kann sehr teuer sein, da es schwierig ist, ein solches Wickeln zu automatisieren, wobei die Motoren dementsprechend in einem starken Maße von Hand gefertigt werden müssen.

Der Erfindung liegt dementsprechend in Kenntnis dieses Standes

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ORIGINAL INSPECTED

zu osn'?::sr, und der. ochri Lt" :v;. ;r ί jv;is das Vnrrährer; z;u ?2in ί j r? ι 3 tei iu;ic se· äus.:,.i,-.e3 te 1 C3n , νί-,^: die rcrcicun- v.^ser:tijc'r: p1 r; L uC^'i'P.r du ■ ch''e.i dh'~ -~ ^T_-,'n---.'^: ^^₁ -cu^wvri ^:ir d ^*' c'ί ^ " λ ' -■ .^'^ s ~-^: -^v,^* j-.aße ä'.j tons 11S I are:: lki^c. JiL'^.".. 5 jlien ■.' * e H^rs nsl I uncs;'. ")3 ; betrichc lieh vsrrvlr.risrt v/^r.-le." .

G^lCvsf v.ird ■:!;.-?: so nu; aabe ^κ-έΐ.: <e: iZri: iri^urr -iurcr. :I.!.·^ "I--. cJen /-.;■; s;" ri'chsn 5r.-:;enebener. i.or":r.ale. 3^bei Ist -en;',: der er ι :.r.;'Iu.'ic oin Tg"*. L ^;ie? rolsu:baues, j;': v/5' chfin i'io ,.ic'·; luracf:

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Γ-jach Γ^ι-~ιι ^r f i r.dun:: kL'r.r.en ri i e l.icduncen "iuf o^uier: v.;r?erortirt Sfiin ur.-'i auf die t ο ο!·ξγ·3Γ. te vor d?" -..!.sbiv jrcür.c ;ui :*esch ü b e η v;e r d e r..

Genieß einer cev:rsucten r.us: ührunesfern: der Errindisna u-.faßc de; andere Teil des rolaufbaues tolilSchsn, die au: die L-oIeierr.erice aufceklebt v;e^defi, Die Folilüchen v/erden aus einem einstüc^:-:icen Teil voraef er ei v_: t und nachfolgend auf den Teil des t-olaurbaues aufgeklebt, der die ;<icdlunqen träqu i-iach de::: Kleoevornann wird das einstöckige Teil in die einzelner! getrennten i-cl- i lachen aufgeschnitten, die den jev;eiligen _t olelementen zugeordnet sind, i-iagnetische Unterbrechungen werden in der. einstückigen Teil herausgebildet, bevor der Auf k le'oevoryar.n erfolgt ist.

Gema'ß der bevorzugten Ausi ührungsi orrr; v^ird ein Tsil des > olaur-

O 3 C C 1 , · c f ι 2 "

ORIGINAL INSPECTED

— b -

baus hergestellt, ind.eri man die Fo] elemente aus einem Rohling iiis ''U einer liefe ausschleiit, so daß ein Verbindungssegment .'.wischen der, i olelemen ten stehen bleibt. Andererseits kennen ie iclelemente getrennt mit den, oder auch ohne die PoIi Lachen hergestellt werden, worauf sie auf ein Verbindungselement aufgeklebt werden. Uenn die 1-olelemen te ohne die PoIf lachen hergestellt werden, kennen diese Poll lachen ebenfalls auf die t-olelemente aufgeklebt werden.

weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung verschiedener MusiUhrungsbejspiele unter Bezugnahme auf die beigefügter Zeichnungen deutlich. Dabei bildet gemäß einer beschriebenen rtusiührungsform der Polaufbau den Stator eines Rotationsschrittrnotores rr.it einem axialen Luftspalt. Die Wicklungen sind um die Polelemente umgelegt, so daß die Achsen der VJicklungen sich in einer Richtung parallel zur Achse des Motors erstrecken. Die Polelemente besitzen eine im wesentlichen gleichmäßige Querschnittsflüche. Es zeigt im einzelnen:

ii<]. 1 eine perspektivische Ansicht eines Rohlings,

der zur Herstellung eines Teils des Polaufbaues gemäß der Erfindung verwendet wird,

t-ig. la eine vergrößerte Darstellung eines Teils des in Fig. 1 gezeigten Rohlings.

Fig. 2 eine perspektivische, teilweise schematische

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ORtGINAL INSPECTED

ärläuterunq der Horstellunc der iolelemente aus dem in Fig. 1 dsrgestel1 ton uohlino,

eine perspektivische misicht einer vcrcei orrter. '..'icklung, die auf ein eerr.äß dei:· in lic. 2 dargestellten Schritt herces Lei 1 ten : Dlelenent aufgeschoben wird,

Jig. 4 eine perspektivische Darstellung eines Rohlings, aus v.-elchem die FcIflachen hergestellt werden,

rig. 5 eine perspektivische Ansicht des Rohlings gemäß lic. 4, nachdem die magnetischen Unterbrechungen oder Zähne der L-elf lachen hergestellt sind,

in. 6 eine perspektivische Darstellung des Ringes gemäß Mg. 5 nach dem Aufkleben auf den Polaufbau gernäß rig. 3,

ig. 7 eine perspektivische Darstellung des Aufbaues gemäß I-ig. 6, nachdem der hing aufgeschnitten ist, um somit die einzelnen I öl flachen zu bilden,

I-ig. 3 die Draufsicht auf die Foil lachen gemäß Fig. 7, i-iq. 9 eine Seitenansicht des Folaufbaues gemäß Fig. S,

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ORIGINAL INSPECTED

Fig. 10 einen Schnitt durch den Polaufbau gemäß

Fig. 8 entlang der Schnittlinie 10-10, zusammen mit einem /lis'U y 1 ich*»η Magnetaufbau, einschließlich eines Rotors und eines inaktiven Statorteils,

Fig. 11 eine perspektivische Darstellung eines alternativen Verfahrens zur Herstellung des Polaufbaues gemäß den Fig. 1 bis 10 und

Fig. 12 eine perspektivische Darstellung eines weiteren

alternativen Verfahrens zur Herstellung des Polaufbaues gemäß den Fig. 1 bis 10.

Der in Fig. 1 dargestellte Ring 10 stellt einen Rohling dar zur Herstellung eines Teils für einen Statorpolaufbau für einen Schrittmotor mit variabler Reluktanz. Der ringförmige Rohling 10 besteht aus magnetischem Material hoher Permeabilität, wie beispielsweise Eisen, in der Form von vielen Einzelschichten 12, die in Form einer Spule gewickelt sein können, wie dies in Fig. la gezeigt ist.

Gemäß Fig. 2 wird der ringförmige Rohling 10 mit Hilfe eines Schleifrades 14 geschliffen, um somit die Polelemente 16 vorzuformen. Die Polelemente 16 werden aus dem Ring 10 nur bis zu einer solchen Tiefe ausgeschliffen, so daß ein zusammenhängendes, ringförmiges Halteelement 18 bestehen bleibt.

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Entsprechend der Erfindung können nun,wie in Fig. 3 dargestellt ist, auf den gemäii Fig. 2 hergestellten Polaufbau die Wicklungen des variablen Schrittmotores aufgebracht werden. Wie in Fig. 3 gezeigt, ist eine dieser 'wicklungen 2C auf einer Spule 22 vorgefertigt, die eine Öffnung 24 trägt, so daß sie auf das Pclelement 16 aufgeschoben v/erden kann. Diesbezüglich is c herauszustellen, daß die Folelemente 16 im wesentlichen eine gleichmäßige Querschnittsfläche besitzen, daß die Polelemente 15 frei durch die öffnungen 24 hindurchgreifen können und im wesentlichen mit der Flüche dieser Öffnungen übereinstimmen. Mach der Beschreibung der Herstellung eines Teils des. statorpolaufbaus unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 soll nun die Fertigung der Polflächen des Statoraufbaues unter Bezugnahme auf die Fig. 4 und 5 beschrieben werden.

Wie die Fig. 4 zeigt, ist ein kontinuierlicher Rohling oder Ring 26 vorgesehen. Dieser Ring besteht ebenfalls aus einem magnetischen Material hoher Permeabilität und trägt einzelne magnetische Unterbrechungen in der Form von Zähnen 28, die gemäß Fig. 5 ausgebildet sind. Die in Fig. 5 gezeigten Zahne 28 befinden sich auf vier verschiedenen Polflächenpositionen. Die genaue Anordnung der Zähne 28 entsprechend dem Aufbau des Motors können leicht ausgebildet v/erden, indem man zur Herstellung der Zähne 28 ein Prägeverfahren oder ein elektrochemisches Ätzverfahren einsetzt.

Gemäß der Erfindung wird der Ring 26 mit den Zähnen 28 dann auf ein Ende der Polelemente aufgeklebt, wie dies in Fig. 6 gezeigt

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ist, wobei sich die Wicklungen 20 bereits auf den Polelementen befinden, entsprechend dem Verfahrensschritt, wie er in Fig. 3 gezeigt ist. Es ist wichtig, daß man die Zähne 28 an den entsprechenden Stellen der verschiedenen Polpositionen in bezug auf die Polelemente mit den aufgebrachten Wicklungen anordnet, entsprechend dem Aufbau des Schrittmotors. Bei dem Klebemittel kann es sich um ein Epoxyharz oder ein anderes Mittel handeln, das eine hinreichende Bindefestigkeit gewährleistet, ohne daß hierdurch der Magnetfluß wesentlich beeinflußt wird.

Nachdem der Ring 26 auf die Polelemente aufgeklebt ist, werden die einzelnen Polflächen 30 aus dem Ring hergestellt, indem man diesen an vier verschiedenen Stellen durchtrennt, und zwar zwischen den Polelementen und den Wicklungen 20. Dieses Durchtrennen des Ringes 26 kann durch einen SchleifVorgang ersielt werden.

Zur Beschreibung des Statorpolaufbaues gemäß den Fig. 1 bis 8 in einem Schrittmotor mit variabler Reluktanz soll nun Bezug auf die Fig. 8 bis 10 genommen werden. Wie die F¹Ig. 8 und 9 zeigen, (ohne den Rotor oder den ianktiven Statorteil) besitzt der Motor eine Hülse 32 mit einem Flansch 34, der an dem Segment 18 des Polaufbaus befestigt ist. Die Fig. 10 zeigt, daß die Hülse 32 eine Lagerfläche 36 trägt, die eine Welle aufzunehmen vermag, welche einen Rotor 38 in dem Stator/ Statorluftspalt 40 zwischen den Polflächen 30 und einem inaktiven Statorteil 42,der ähnliche Polflächen 44 besitzt, hält.

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Hinsichtlich der Einzelheiten des tatsächlichen Schrittmotoraufbaues wird auf die deutsche Patentanmeldung P 28 26 915,0 vom 20. Juni 1978, sowie die deutsche Patentanmeldung P 26 26 940.1 vom 20. Juni 1978 verwiesen, auf die hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird.

Bei der Ausführungsform gemäß den Fig. 1 bis 8 wurden die Polelemente aus einem ringförmigen, geschichteten Element geschliffen, und die Polflächen wurden auf die so hergestellten Polelemente geklebt. In Fig. 11 sind die Polelemente 16a einstückig mit den PoIflachen 30a ausgebildet, die Zähne 28a an einem Ende besitzen, während das andere Ende der Polelemente 16a an ein ringförmiges Haltesegment 18a geklebt ist. Gemäß Fig. 12 sind die Polelemente 16b mit den Polflächen 30b wie auch mit dem ringförmigen Haltelement 18b an beiden Enden verklebt.

Wie sich aus den Fig. 11 und 12 ergibt, sind die Polflächen 30a und 30b individuell und getrennt hergestellt und bilden keinen kontinuierlichen Ring, wie dies in Fig. 6 gezeigt ist. Es leuchtet jedoch ein, daß auch die Polflächen 30a und 30b aus einem kontinuierlichen Ring hergestellt werden können wobei man sie trennt, nachdem die Klebung vollendet ist.

Die Erfindung wurde zwar im Zusammenhang mit einem Polaufbau für den Stator eines Rotationsschrittmotares beschrieben, wobei jedoch einleuchtet, daß das Verfahren wie auch der durch das Verfahren hergestellte Gegenstand auf einen Polaufbau ge-

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richtet sein kann, der den beweglichen Teil eines Schrittmotors und/oder den Motor eines Linearschri ttmotnres anstatt eines Rotationschrittmotores bildet. Mit anderen Worten, richtet sich die Erfindung auf den beweglichen oder stationären Polaufbau von Linear- oder Rotationsschrittmotoren.

Verschiedene Schrittmotoren unterschiedlichen Aufbaues,auf welche die Prinzipien gemäß der vorliegenden Erfindung anwendbar sind, werden in einem Buch beschrieben, mit dem Titel "Theory and Applications of Step Motors" von Benjamin C. Kuo, Vvest Publishing Co., 1974. Auch auf dieses Buch wird hiermit ausdrücklich Bezug genommen, hinsichtlich der Beschreibung von Schrittmotoren und deren Betrieb.

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0 3 0 G 1 -₊ / 0 6 0 2

, -vs-

Leerseite

Claims

Ansprüche:

1. _;Scnri ttnotor r::it einzelnen, nebeneinander liegenden Polen, gekennzeichnet durch

ein gemeinsames magnetisches Hai tee I erne nt (18) für die eir.z-ain e η r ο 1 e 1 e m e η te (16 ) ₃

an dem Hal teleernent (18) befestigte roieiemente (16),
um die Polelemente (16) gelegte Wicklungen (20) sowie

eine Anzahl von Folflachen (30) mit magnetischen Unterbrechungen (23), wobei

das Haiteleement (13), die magnetischen Polelemente (16) und die FoIf !eichen (30} eine Hehr sah I von :^v,agnetf lußwegen bilden und in mindestens einem der Magnetfiußwege ein Klebebinder in dem Polaufbau angeordnet ist,

2. Schrittmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich in jedem der Magnetflußwege ein Klebebinder befindet.

3. Schrittmotor nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor ein Rotationsschrittmotor ist, und
der irolaufbau dessen Stator bildet, während der Motor außerdem einen weiteren Statorteil (42) besitzt, dessen magnetische Unterbrechungen den Pol flächen (30) gegenüberliegen und mit

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diesen einen Luftspalt bilden.

4. Verfahren zur Herstellung des Motors nach den Ansprüchen

1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Teil des Polaufbaues einschließlich der Wicklungen, die um das Polelement gelegt sind, auf dem Polaufbau herstellt, worauf man einen weiteren Teil des Polaufbaues auf diesen Teil des Polaufbaues aufklebt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Polelemente an einem Ende mit dem anderen Teil verklebt.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man den einen Teil herstellt, indem man die Wicklungen vorfertigt und anschließend die vorgefertigten Wicklungen über die Polelemente streift.

7. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man die Polelemente herstellt, indem man sie aus einem als Ring ausgebildeten Rohling herausschleift, worauf man die Polflächen auf die Polelemente aufklebt.

8. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß man zunächst die Wicklungen auf die Polelemente aufbringt, bevor die Polelemente auf ein Stützelement aufgeklebt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Polelemente mit dem anderen Teil verklebt werden, bevor sie auf ein Halteteil aufgeklebt werden.

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