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Beschreibung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen des Statorjoches
eines Kleinmotors, und insbesondere ein Verfahren zum Herstellen eines Statorjoches,
das eine Vielzahl von zahnartigen Magnetpolstücken, d.h. Polzähnen, aufweist, die
an der Umfangsfläche des Joches ausgebildet sind, beispielsweise eines Statorjoches
eines Innenläuferschrittmotors mit kleiner Leistung.
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Ein derartiger Innenläuferschrittmotor ist bekannt und wird im folgenden
anhand eines typischen Beispiels beschrieben.
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Wie es in Fig. 1 der zugehörigen Zeichnung dargestellt ist, wird der
Statorteil hauptsächlich von einem äußeren Joch 1, einem inneren Joch 2 und einer
dazwischen angeordneten Wicklung 3 gebildet. Zwei aus einem äußeren Joch 1, einem
inneren Joch 2 und der Wicklung 3 bestehende Baueinheiten werden zum Statorteil
zusammengesetzt. Das äußere Joch 1 weist eine Vielzahl von Polzähnen auf, die in
axialer Richtung von der inneren Umfangs fläche mit einer konstanten Teilung vorstehen.
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Das innere Joch 2 hat einen im wesentlichen dem äußeren Joch 1 ähnlichen
Aufbau. Das äußere Joch 1 und das innere Joch 2 mit der dazwischen angeordneten
Wicklung 3 werden so zusammrngesetzt, daß die Polzähne des äußeren und des inneren
Joches 1,2 versetzt zueinander angeordnet sind. Zwei Baueinheiten jeweils mit einem
inneren und einem äußeren Joch werden mit ihren inneren Jochen 2 so zusammengesetzt,
daß diese Rückseite an Rückseite und winkelversetzt so zueinander angeordnet sind,
daß die Polzähne der inneren Joche 2 unter einem
Winkel versetz-t
oder asymmetrisch angeordnet sind, der ein Viertel der Winkelteilung dieser Zähne
beträgt. Die inneren Joche 2 sind nämlich entgegengesetzt zueinander angeordnet,
wobei die Polzähne des einen inneren Joches um ein Viertel des Winkelabstandes der
Polzähne des anderen Joches versetzt sind.
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In dieser Anordnung ist ein Rotorteil aufgenommen, der mit Hilfe von
Lagern 4 drehbar angebracht ist. Der Rotorteil umfaßt eine Welle 5 und einen Ringpermanentmagneten
6 mit einer Vielzahl von magnetisierten Polen, der an der Welle 5 befestigt ist.
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Wenn ein elektrischer Strom in Form von Impulsen zugeftürt wird, führt
der Ro-tor periodische Drehungen schri-stseise über ein magnetomotorische Kraft
aus.
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Es werden bisher in der Praxis einige Verfahren zum Herstellen eines
Statorjoches angewandt, das eine Vielzahl von inneren Umfangspolzähnen aufweist.
Beispielsweise werden mehrere U-förmige Einschnitte radial in der Endfläche eines
becherförmigen Joches ausgebildet und wird der Teil zwischen den U-förmigen Einschnitten
nach innen gebogen, um eine Vielzahl von mag,netischen Polzähnen auszubilden. Die
Endfläche eines becherförmigen Joches kann auch so ausgestanzt werden, daß sie die
Form eine Zahnrades mit Innenverzahnung hat, woraufhin die Zahnteile nach innen
gebogen erden.
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Diese Verfahren liefern jedoch keine Polzähne, die eine ausreichend
große Länge, bezogen auf den Außendurchmesser des Motors, haben, so daß sie sich
nicht für die Herstellung eines Rotors mit großer Höhe und großem Drehmoment eignen.
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Da die Stirnflächen der magnetischen Polzäe eines Joches der Stirnfläche,
d. h. dem magnetischen Steg des anderen Joches, gegenüberliegen, tritt insbesondere
bei dem zuerst genannten Verfahren der magnetische Fluß in unzweckmäßiger Weise
zu diesem Teil aus, was das Drehmoment in unerwünscshter Weise herabsetzt.
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Bei dem zuerst genannten Verfahren bildet sich darüberhinaus
ein
magnetischer Weg zwischen den Polzähnen und dem Jochkörper über die nicht ausgestanzten
Teile, wobei es nicht möglich ist, den Abstand zwischen den Fußteilen der benachbarten
Magnetpole übermäßig herabzusetzen.
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Bei dem zuletzt genannten Verfahren hat die Form nach dem Ausstanzen
unvermeidlich einen großen Abstand zwischen den Fußteilen benachbarter magnetischer
Polzähne.
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Keines der bekannten Verfahren kann daher für eine große Anzahl von
Drehschritten bei einem gegebenen Außendurchmesser des Motors sorgen. Bei den herkömmlicher,
nach den bekannten Verfahren hergestellten Motoren sind darüberhinaus die magnetischen
Teile eben und plattenartig der zylindrischen Rotorfläche zugewandt, da die magnetischen
Polzähne von der Ebene des Steges des Joches vorsehen, so daß sich unvermeidlich
ein Verlust im magnetischen Weg ergibt.
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Durch die Erfindung soll ein Verfahren zum Herstellen eine Statorjoches
für einen Kleinmotor hoher Leistung oder Qualität mit einer Vielzahl von Polzähnen
geschaffen werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Statorjoches soll
sich insbesondere dazu eignen, Polzähne mit großer Länge für einen gegebenen llo-tordurchmesser
auszubilden, um ein höheres Drehmoment des Motors zu gewährleisten.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen eines Statorjochcs soll
weiterhin- eine größere Anzahl von Polzähnen zulassen, um eine höhere Anzalil von
Drehschritten für einen gegebenen Motordurvchmesser zu ermöglichen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren soll es schließlich erlauben, die magnetischen
Polzähne kreisförmi g um eine Rotorfläche herz; anzuordnen, um ein effektives Anlegen
des magnetischen
Feldes vom Stator an den Rotor sicherzustellen
und dadurch die oben beschriebenen Schwierigkeiten bei nach bekannten Verfahren
hergestellten Motoren zu beseitigen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren besteht darin, daß ein Zwischenrohling
gebildet wird, der einen äußeren zylindrischen Teil und einen mittleren zylindrischen
Teil aufweist, der in dieselbe Richtung wie der äußere zylindrische Teil vorsteht,
daß ein Schereffekt an der äußeren Uinfangsfläche des mittleren zylindrischen Teiles
hervorgerufen wird, um eine Vielzahl von Polzähnen auszuschneiden, die mit einer
konstanten Teilung angeordnet sind, und daß zur Ver-tiefung der Bereiche zwischen
den Fußteilen benachbarter Polzähne ein Ausstanzen erfolgt. Der Zwischenrohling
wird vorzugsweise dadurch hergestellt, daß ein dünnes plattenförmiges Element aus
einem magnetischen Material gebildet und gezogen wird, um den äußeren Umfangsteil
zu biegen und dadurch den äußeren zylindrischen Teil und cten mittleren zylindrischen
Teil auszubilden.
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Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Schnittansicht eines Kleinschrittmotors,
bei dem das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar ist, Fig. 2A bis 2F in Querschnittsansichten
ein Verfahren zur Herstellung eines Zwischenrohlings für das Joch, Fig. 3 ein Bcispiel
einer Vorrich-tung zur Ausbildung magnetischer Polzähne des Joches, wobei ein Schlagstempel,
der Zwischenrohling und eine Matrize darges-Lell-t sind,
Fig. 4
eine Draufsicht auf die Unterseite des in Fig. 3 dargestellten Schlagstempels, Fig.
5 eine vergrößerte Schnittansicht des Schlagstempels und der Matrize beim Abscheren
des Zwischenrohlings, Fig. 611, und 6B in perspektivischen Ansichten den Zwlschenrohling
nach dem Abscheren und nach dem Preßformen jeweils, Fig. 7 in einer Schnittansicht
ein Beispiel einer Preßformeinrichtung, die an einer Preßmaschine angebracht ist,
Fig. 8 eine perspektivische Ansicht einer abZewandelten Form der Preßmatrize, und
Fig. 9A und 9B Schnittansichten der unteren Preßformeinrichtung für die Ausbildung
des äußeren und inneren Joches jeweils.
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Wie es in den Fig 2t bis 2F dargestellt ist, wird zunächst ein flaches
Blech im ersten Verfahrensschritt hergestellt, das durch gestrichelte Linien in
Fig. 2A dargestellt ist und etwa 1,0 mm stark ist und einen Durchmesser von etwa
62 mm hat. Das flache Blech besteht aus einem Material mit einer hohen rnagnQ-tischen
Permeabilität, beispielsweise aus magnetisch weichem Eisen. D2 eses Blech wird anschließend
gezogen, um ein schalenförmiges konkaves Element zu bilden, das in Fig. 2A dargestellt
ist und einen Durchmesser von etwa 48 mm und eine Höhe von etwa 13 mm hat. Der schalenförmige
Rohling wird weiter napf-oder becherförmig gezogen, wie es in Fig. 2B dargestellt
ist,
so daß er einen maximalen Durchmesser von etwa 46 mm und eine
maximale Tiefe von etwa 21 mm hat. Wie es in den Fig. 2C, 2D und 2E dargestellt
ist, wird danach ein Zug nach und nach angelegt, um den mittleren Teil des Bodens
in zylindrischer Form nach oben zu formen. Nach einer Endbearbeitung des äußeren
Umfangsrandes wird die mittlere Stirnfläche in der in Fig. 2F dargestellten Weise
ausgestanzt, woraufhin des vorstehende 1tfnde des inneren zylindrischen Teils leicht
auseinandergebogen wird. Diese Arbeitsvorgänge erfolgen üblicherweise und in der
oben beschriebenen Form, so daß sie nicht näher erläutert werden.
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Wie es in den Fig. 3,4 und 5 dargestellt ist, wird der in dicser Weise
hergestellte Zwischenrohling 10 zwischen einem Schlagstempel 11 und einer Matrize
12 weiterverarbeitet, die in der in Fig. 3 dargestellten Weise zusammenarbeiten,
so daß eine Vielzahl von magnetischen Polzähnen am inneren Umfangsteil des Rohlings
10 ausgebildet wird. Der Schlagstempel 11 besteht aus einem langgestreckten stabförmigen
Element mit einem Querschnitt in Form einer fünfblättrigen Blüte, so daß langgestreckte
Rillen 17 zwischen benachbarten Blütonblättern ausgebildet sind, und ist am unteren
Endteil mit einer Schlagkante 13 versehen, die unter rechtem Winkel bezüglich der
Achse des Schlagstempels ausgebildet ist. Der Teil unterhalb der Schlagkante 13
weist einen geringeren Durchmesser auf und ist am unteren Ende mit einer Schneidkante
14 versehen, die unter einem spitzen Winkel Q von vorzugsweise etwa 30 o, bezogen
auf die Achse des Schlagstempels 11, verläuft. Das untere Ende des Schlagstempels
11 bildet einen Führungszapfen 15, der einen kleineren Durchmesser aufweist, so
daß er init den Rillen 17 fluchtet, wobei der Durchmesser des Teils 15 zum Durchmesser
des Innenzylinders des Zwischenrohlings 10 paßt. Die Schneidkante ilr hat eine Stc5rke,
die etwas größer als die Stärke des Innenzylinders ist, und eine höhe, die etwas
größer als die des Innenzylinders is-t. Die Matrize 12 weist eine
Bohrung
18 auf, in der der Schlagstempel 11 mit dem Querschnitt in Form einer fünfblättrigen
Blüte dicht aufgenommen wird, und ist mit fünf Vorsprüngen19 versehen, die den fünf
Rillen 17 entsprechen. Jeder Vorsprung 19 weist eine Schulter 16 zur Aufnahrae des
inneren zylindrischen Teils des Zwischenrohlings 10 auf.
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Die Matrize 12 und der Schlagstempel 11 sind an einer üblichen Schlagformpresse
befestigt, um die vorbestimmten magnetischen Polzähne zu formen. Wie es am besten
in Fig. 5 dargestellt ist, wird der Schlagstempel 11 von der Oberseite des Zwischeniohlings
10 abgesenkt, der auf die Matrize 12 gepaßt ist. Folglich wird der Führungszapfen
15 in den inneren zylindrischen Teil des Zwischenrohlings 10 eingeführt. Wenn der
Schlagstempel 11 fortschreitend weitergetrieben ird, werden alle anderen Teile als
die fünf Polzähnne abgeschnitten und über die Schneidkante 1 entfernt, wie es in
Fig. 6A dargestellt ist.
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Danach kommt die Schlagkante 13 mit der Endfläche des Zwischenrohlinge
10 in Kontakt, um ein Ausstanzen zu bewirken. Das hat zur Folge, daß der Teil des
Rohlings zwischen benachbarten Polzähnen vertieft und verbreitert wird, wie es in
Fig. 6B dargestellt ist.
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Anschließend wird der Rohling 10 mechanisch eiterbearbeitet, werden
beispielsweise Vorsprünge für das Widerstandsschweißen zwischen den Jochen oder
zwischen dem Joch und einem Flansch 7 (Fig. 1) ausgebildet, wird ein nicht dargestelltes
Anordrlungs-oder Ausrichtungsloch ausgebildet, werden die Polzähne korrigiert usw.
Um Verarbeiftin.sspannungen zu beseitigen, die nach diesen Arbeitsvorgängen im Werkstück
bleiben können, erfolgt vorzugsweise ein Spannungsfreiglühen imVakuum bei beispielsweise
800-900°C für 3 Stunden.
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Gemäß der Erfindung erfolgt die Ausbildung der magnetischen Polzähne
im Prinzip mittels des Schlagstempels 11 und der Matrize
12. Fig.
7 zeigt einen in der Praxis verwendbaren Matrizenaufbau. Eine Schlagplatte 20 ist
um den oberen Teil des Schlagstempels 11 gepaßt. Die Schlagplatte 20 und der Schlagt
stempel 11 sind in Drehrichtung über einen Keil 21 aneinander und über einen Bolzen
23 an einer Gegenplatte 22 befestigt.
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Ein oberer Abstreifer 24 ist am unteren Teil des Schlagstempels 11
befestigt und wird durch einen Haltebolzen 25 gehalten, der gleitend verschiebbar
in die Schlagplatte 20 eingepaßt ist, so daß der Abstreifer 24 nicht von der Schlagplatte
20 abfällt.
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Der obere Abstreifer 24 wird von der Schlagplatte 20 durch eine Federe
27 weggedrückt, die um eine Federführung 26 gepaßt ist, so daß der obere Abstreifer
24 in einer durch den Haltebolzen 25 begrenzten Lage, d. h. in einer derartigen
Lage gehalten wird, in der die untere Endfläche des oberen Abstreifers 24 mit der
Verbindungsfläche zwischen dem Schalgstompel 11 und dem Führungszapfen 15 fluchtet.
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Eine untere Matrizeneinrichtung umfaßt einen unteren Abstreifer 28
um die Patrize 12, einen Haltebolzen 29 zum Halten des unteren Abstreifers 28 und
eine Hebescheibe 30 für den Haltebolzen 29.
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Wenn die obere Formeinrichtung auf den auf die Matrize 12 gepaßten
Zwischenrohlings 10 abgesenkt wird, kommt der obere Abstreifer 24 mit der oberen
Außenfläche des Zwischenrohlings 10 in Kontakt und drückt der Abstreifer 24 den
Rohling 10 nach unten, um dadurch den unteren Abstreifer 28, den Haltebolzen 29
und die Hebescheibe 30 abzusenken, so daß der Zwi schenrohling 1G fest auf die Matrize
12 in der in Fig. 7 dagestellten Weise gepaßt ist. Wenn anschließend die obere Formeinric1itung
weiter abgesenkt wird, hält der obere Abstreifer 24 den Zwischenrohling 10 fest
und wird der Schlagstempel 11 abgesenkt, um den inneren zylindrischen Teil in axialer
Richtung
in der in Fig. 6A dargestellten Weise auszuschneiden.
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Dieses Schneiden erfolgt über die schräg verlaufende Scherkante 14
des Schlagstempels 11. Wenn anschließend die obere Formeinrichtung weiter abgesenkt
wird, werden die Teile des Zwischenrohlings 10 zwischen benachbarten Polzähnen auf
eine größere Tiefe und Breite ausgestanzt, um ein fertiges Joch zu bilden, wie es
in Fig. 6B dargestellt ist. Die relative Lage der Formwerkzeuge in dieser Phase
des Verfahrens ist durch unterbrochene Linien in Fig. 7 dargestellt. Wenn anschließend
die obere Formeinrichtung angehoben wird und die IIebescheibe nach oben bewegt wird,
wird der untere Abstreif er 28 etwas nach oben bewegt, damit das Joch mit einer
Vielzahl von Polzähnen aus der Matrizeneinrich-tung herausgenommen werden kann.
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Eine Jochanordnung besteht primär aus einem äußeren Joch und einer
inneren Joch, das in das äußere Joch gepaßt ist. Die Matrize 12 weist daher eine
derartige Form auf, daß in der In Fig. 8 dargestellten Weise der Durchmesser des
oberen Teils 12a um einen Betrag verkleinert ist, der der Stärke des Jochmaterials
entspricht. Die Höhe des Teils 12a mit verringertem Durchmesser ist kleiner als
die Höhe des zu formenden äußeren Joches.
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Wie es in den Fig. 9 und 9B dargestellt ist, eist der Zwischenrohling
1 Oa für das äußere Joch einen Außenumfang auf, der uir einen Betrag größer als
der des Zwischenrohlings 10b für das innere Joch ist, der der Stärke des Jochnaterials
entspricllt. Die Bildung der magnetischen Polzähne des äußeren Joches erfolgt in
der in Fig. 9A dargestellten Weise dadurch, daß der Zwischenrohling 10a auf die
Matrize 12 gepaßt wird.
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Dabei bleibt ein Zwischenraum 32 zwischen dem Außenumfang des oberen
Teils 12a der Matrize 12 und dem Zwischenrohling 1Oa.
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Aus Fig. 9B ist ersichtlich, daß die Bildung der Polzähne des inneren
Joches nach dem Aufsetzen eines Paßstückes 31 erfolgt.
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Da der Zwischenrohling 10b des inneren Joches einen kleineren
Durchmesser
hat, ergibt sich kein Zwischenraum zwischen dem Rohling 10a und dem oberen Außenumfang
der Matrize 12 und ist die Höhe des Außenumfangs gleichfalls klein. Die obere Formeinrichtung
kann identisch sowohl für das innere als das äußere Joch ohne Paßstück verwandt
werden. Es ist daher möglich, die magnetischen Polzähne des äußeren und des inneren
Joches mit denselben Formeinrichtungen zu bilden, obwohl-das Paß stück 31 an der
Matrizeneinrichtung zur Bildung des inneren Joches angebracht werden muß. Das äußere
und das innere Joch, die in dieser Weise gebildet werden, werden so zusammengesetzt,
daß ihre zahnartigen Polstücke versetzt sind.
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Wie es oben beschrieben wurde, wird erfindungsgemäß eine Vielzahl
von zahnartigen magnetischen Polstücken durch ein Abscheren nach dem Formen des
Rohlings 10 in zylindrische Form gebildet, statt die Polstücke durch Schneiden und
Ilochziehe-n zu formen. Es is-t daher möglich, eine ausreichend große Länge der
magnetischen Pol zähne des Stators für einen gegebenen Außendurchmesser des Motors
zu erhalten, was wiederum eine effektivere Ausnutzung der magnetischen Felder des
Stators und des Rotors erlaubt, so daß sich ein höheres Ausgangsdrehmoment des Motors
ergibt. Darüberhinaus ist es möglich, die Anzahl der Arbeitsschritte des Motors,
d.h. die Anzahl der magnetischen Polzähne, zu vergrößern. Das erfindungsgemä.ße
Verfahren macht es möglich, die Endflächen der magnetischen Pol zähne längs der
äußeren Umfangsfläche des Rotors bogenförmig auszubilden. Es sei daran erinnert,
daß bei den bekannte Verfahren die magnetischen Polzähne nur eine gerade oder ebene
Form haben können. Das magnetische Feld, das vom Stator erzeugt wird, liegt daher
wirksamer am Rotor, was ein höheres Ausgangsdrehmoment ergibt und zu einer Einsparung
an elektrischer Energie führt. Der Verlust im magnetischen Weg des Motors ist nähmlich
verringert, während der effektive wechselwirkende magneti sche Fluß erhöht ist.
was ein höheres Ausgangsdrehmoment als bei einem herkömmlichen Rotor für einen gegebenen
elektrischen
Versorgungsstrom sicherstellt.
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Erfindungsgemäß werden darüberhinaus die ausgesparten Teile zwischen
benachbarten Polzahnen ausgestanzt, um diese Bereiche zu vertiefen, so daß kein
magnetischer Polzahn eines Joches einem magnetischen Teil des anderen Joches gegenüberliegt.
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Folglich ist der magnetische Streufluß in axialer Richtung, verglichen
mit dern herkömmlichen Aufbau, kleiner, so daß das magnetische Feld vom Rotor wirksamer
ausgenutzt wird und ein höheres Motorausgangsdrehmoment erzielt wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren bietet daher insofern Vorteile, als
die Arbeit des Notors als Ganzes merklich verbessert werden kann.