DE3149943C2

DE3149943C2 - Zweiphasenschrittmotor

Info

Publication number: DE3149943C2
Application number: DE3149943A
Authority: DE
Inventors: Roland 6000 Frankfurt Sudler
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: Mannesmann VDO AG
Priority date: 1981-12-17
Filing date: 1981-12-17
Publication date: 1986-02-06
Also published as: US4455499A; DE3149943A1; FR2518844A1; CH656990A5

Abstract

Bei einem Zweiphasenschrittmotor mit einem Rotor mit einem scheibenartigen, axial magnetisierten Dauermagneten mit einer Anzahl von Polen konstanter Polteilung, einem eine Erregerwicklung tragenden ersten Statorteil mit parallel zur Stirnseite des Dauermagneten verlaufenden ersten Statorpolen und einem eine Erregerwicklung tragenden zweiten Statorteil mit parallel zur Stirnseite des Dauermagneten verlaufenden zweiten Statorpolen sind die beiden Statorteile zumindest im Bereich der Statorpole in einer einzigen Ebene angeordnet und in dieser Ebene miteinander über Zwischenstücke kleinen magnetischen Leitwerts verbunden. Die ersten und zweiten Statorpole sind jeweils in zwei magnetisch voneinander getrennte Gruppen unterteilt, von denen die eine Gruppe um eine Rotorpolteilung gegenüber der anderen Gruppe versetzt ist. Die beiden Gruppen der ersten Statorpole sind gegenüber den beiden Gruppen der zweiten Statorpole um eine halbe Rotorpolteilung gegeneinander versetzt. Auf der den Statorpolen abgewandten Stirnseite des Dauermagneten befindet sich eine Rückschlußscheibe für die in den Erregerwicklungen herrührenden Induktionsflüsse.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zweiphasenschrittmotor mit einem Rotor mit einem scheibenartigen, axial magnetisierten Dauermagneten mit einer Anzahl von Polen konstanter Polteilung, einem eine Erregerwicklung tragenden ersten Statorteil mit parallel zur Stirnseite des Dauermagneten verlaufenden ersten Statorpolen und einem eine Erregerwicklung tragenden zweiten Statorteil mit parallel zur Stirnpeite des Dauermagneten verlaufenden zweiten Statorpolen.

Es ist bereits ein Zweiphasenschrittmotor dieser Gattung bekannt (DE-AS 25 38 372), bei dem die Statorpole eines ersten eine Erregerwicidung tragenden Statorteils parallel zur einen Stirnseite des Dauermagneten und die Statorpole eines zweiten eine Erregerwicklung tragenden Statorteils parallel zur anderen Stirnseite des Dauermagneten angeordnet sind. Der Dauermagnet befindet sich also zwischen den beiden parallel zueinander verlaufenden Statorteilen, durch die nach außen die Rotorwelle ragt. Die beiden Statorteile sind über nicht magnetische Abstandsstücke, beispielsweise aus Messing, miteinander verbunden.

Dieser bekannte Zweiohasenschrittmotor hat wie auch andere bekannte Zwei- oder Mehrphasenschrittmotorea die einen radial magnetisierten Dauermagnetrotor und gegen den Umfang des Roiors gerichtete Statorpole enthalten, den Nachteil, daß sie ein verhältnismäßig großes Bauvolumen aufweisen und aufgrund der Vielzahl der Bauteile und des hochgenauen Zusammenbaus derselben einen fertigungsungünstigen Aufbau besitzen.
Es ist des weiteren ein Einphasenschrittmotor bekannt (DE-OS 27 07 252), bei dem die mehrere Statorpole aufweisenden Statorteile zumindest im Bereich des Rotors in einer ersten Ebene und der Rotor in einer dazu parallelen zweiten Ebene angeordnet sind. Anstelle von Hilfspolen am Stator kann ein dauermagnetischer Kreis vorgesehen werden, der aus mindestens einem Dauermagneten und einen": auf dessen dem Rotor abgewandten Seite angeordneten Rückschlußblech besteht, dessen freies Ende um mindestens den Winkel zweier benachbarter Rotorpole gegenüber dem Dauermagneten versetzt ist

Bei einem des weiteren bekannten elektromagnetischen Motor mit zwei Drehrichtungen (DE-OS 30 26 004) sind zur magnetischen Trennung der gegen den Umfang des Rotors gerichteten Polschuhe diese durch Zwischenbrücken mit einem kleinen magnetischen Leitwert verbunden.

Schließlich ist ein Einphasenschrittmotor bekannt (DE-OS 27 47 644), bei dem auf der den Statorpolflächen abgewandten Seite des Dauermagnetrotors sich eine Rückschlußscheibe befindet, die gemäß einer Ausführungsform gegen eine Relativverdrehung zum Dauermagnetrotor gesichert auf der Rotorwelle sitzt und gemäß einer anderen Ausführungsform fliegend auf der Rotorwelle gelagert ist.

Die Nachteile des eingangs beschriebenen Zweiphasenschrittmotors sollen durch die Erfindung überwunden werden. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Zweiphasenschrittmotor zu schaffen, der ein möglichst geringes Bauvolumen aufweist und leicht und billig herstellbar ist.

Ausgehend von einem Zweiphasenschrittmotor der eingangs beschriebenen Gattung wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die beiden Statorteile zumindest im Bereich der Statorpole in einer einzigen Ebene angeordnet und in dieser Ebene miteinander über einen kleinen magnetischen Leitwert aufweisende Zwischenstücke verbunden sind, daß ferner die ersten und zweiten Statorpole jeweils in zwei magnetisch voneinander getrennten Gruppen unterteilt sind, von denen die eine um eine Rotorpolteilung gegenüber der anderen versetzt ist, daß weiter die beiden Gruppen der ersten Statorpole gegenüber den beiden Gruppen der zweiten Statorpole um eine halbe Rotorpolteilung gegeneinander versetzt sind, und daß auf der den Statorpolen abgewandten Stirnseite des Dauermagneten eine Rückschlußscheibe für die von den Erregerwicklungen herrührenden Induktionsflüsse vorhanden ist.

Bei einem solchen Aufbau des Motors lassen sich die beiden Statorteile in einem einzigen Stanzschnitt aus einem ferromagnetischen Material herstellen, wobei beide Statorteile eine einstückige Einheit bilden, die lediglich noch mit den die beiden Erregerwicklungen tragenden Brückenteilen vervollständigt werden muß, um einen kompletten Stator zu erhalten. Zur Vervollständigung des gesamten Motors ist danach lediglich noch der Dauermagnetrotor in das Statorteil bzw. in den das Statorteil aufnehmenden Träger einzusetzen. Die konsequente Anordnung aller Statorpole auf einer Seite des

scheibenartigen Dauermagneten führt zu einem äußerst Dachen Motoraufbau, so daß die Realisierung von Zweiphasenschrittmotoren mit einer Höhe vor kleiner als 6 mm ohne weiteres möglich ist Damit eignet sich ein solcher Motor in ganz besonderem MaBe für Armbanduhren und andere Anzeigeinstrumente, deren Bauhöhe aus ästhetischen oder auch technischen Gründen klein gehalten werden muß. Ferner läßt sich bei einer solchen Konstruktion der Luftspalt zwischen den Siatorpo.en und dem dauermagnetischen Rotor auf ein äußerst geringes Maß herabsetzen, so daß der Wirkungsgrad und der Energieverbrauch eines solchen Motors wesentlich günstiger als bei den bekannten Motoren ist Zudem beeinflussen Exzentrizitäten des Rotors gegenüber dem Stator diese Werte um ein wesentliches weniger stärker als dies bei den bekannten Motoren der Fall ist. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Motors besteht darin, daß aufgrund der einstückigen Ausführung des gesamten Stators auch die Lagerkosten nicht unbeträchtlich reduziert werden können, was sich positiv auf die Herstellkosten auswirkt

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Rückschlußscheibe und der Dauermagnet gegen eine Relativverdrehung gesichert miteinander verbunden. Eine solche Ausführungsform wird insbesondere dann realisiert werden, wenn keine besonderen Maßnahmen zur Schrittdämpfung des Motors vorgesehen werden müssen, sei es aufgrund der Verwendung hochkoerzitiver Magnete, sei es, daß ein Oberschwingen des Rotors nach jedem Schritt zugelassen werden kann. Die eine Relatiwerdrehung verhindernde Befestigung der Rückschlußscheibe und des Dauermagneten miteinander kann in vorteilhafter Weise dadurch erfolgen, daß die Rückschlußscheibe auf die Rotorwelle aufgepreßt ist und der Dauermagnet auf die Rückschlußscheibe aufgeklebt wird. Dies bringt den Vorteil mit sich, daß der Dauermagnet, der im allgemeinen aus einem Material besteht, aus dem hochgenaue Teile nur schwierig herszustellen sind, mit verhältnismäßig großen Toleranzen gefertigt werden kann und die genaue Zentrierung dieses Teils auf der Rückschlußscheibe während des Erhärtungsprozesses des Klebers vorgenommen werden kann.

Wird dagegen ein Schrittmotor gewünscht, bei dem merkliche Uberschwingungen des Rotors nach jedem Rotorschritt sicher ausgeschlossen sein sollen, so empfiehlt es sich, die Rückschlußscheibe fliegend auf der Rotorwelle zu lagern. Hierbei wird die Rückschlußscheibe zusätzlich als Trägheitsmasse benutzt, die mit dem Rotor magnetisch gekuppelt ist Diese Kupplung wirkt derart, daß am Ende jedes Rotorschritts die Rückschlußseite weiterdreht während der Rotor zurückzudrehen beginnt Die durch die magnetische Kupplung entstehende Reibung zwischen den beiden Teilen führt zu einer Abbremsung der Drehbewegung der Teile und damit zu der gewünschten Dämpfung.

Die Erfindung sei anhand der Zeichnung, die in zum Teil schematicher Darstellung ein Ausführungsbeispiel enthält, näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine teilgeschnittene Aufsicht auf einen Zweiphasenschrittmotor,

F i g. 2 eine Aufsicht auf das einstückige Statorteil des Zweiphasenschrittmotors gemäß F i g. 1,

F i g. 3 einen Schritt durch den Zweiphasenschrittmotor gemäß der F ig. 1 entlang der Linie HI-HI.

Der Zweiphasenschrittmotcr umfaßt einen Rotor 1 sowie einen Stator 2 mit zwei Erregerspulen 3 und 4, die jeweils auf einem Brückenteil 5 bzw. 6 sitzen, das an seinen aus den Erregerwicklungen 3 und 4 ragenden Enden mit dem Statorteil verschweißt isi.

Der Rotor 1 weist eine Welle 7 auf, auf der eine Dauermagnetscheibe 8 sitzt, die axial magnetisiert ist und in Umfangsrichtung 32 Polpaare aufweist Durch die axiale Magnetisierung steht also einem Nordpol auf der einen Stirnseite des Rotors ein Südpol auf der anderen Stirnseite des Rotors gegenüber. Auf der dem Stator 2 abgewandten Stirnseite der Daaermagnetscheibe 8 befindet sich eine Rückschlußseite 9, die fliegend auf der Welle 7 gelagert ist so daß sie sich relativ zu der Dauermagnetscheibe 8 verdrehen kann. Als Material für den Dauermagneten kann vorzugsgerichtetes Barium-Ferrit verwendet werden, das unter dem Handelsnamen Xorrox 330 vertrieben wird, oder eine Samarium- Kobalt-Legierung, die beispielsweise unter dem Handelsnamen Vacomax 145 erhältlich ist

Die Welle 7 des Rotors ist an einem oder beiden Enden in einem Lager 10 gelagert, wobei dieses Lager auch in der Statorebene angeordnet sein kann, was insbesondere dann der Fall ist, wenn eine besonders geringe Bauhöhe für den Motor erreicht werden soll.

Der Stator des Zweiphasenschrittmotors besteht wie insbesondere aus F i g. 2 ersichtlich ist, aus einem ersten Statorteil 11 und einem zweiten Statorteil 12, die über zwei Zwischenstücke 13 und 14 miteinander verbunden sind. Die Zwischenstücke 13 und 14 haben aufgrund ihrer geringen Querschnittsabmessung einen sehr kleinen magnetischen Leitwert, so daß der von den Erregerwicklungen 3 und 4 jeweils erzeugte Induktionsfluß im Statorteil 11 bzw. 12 verbleibt und nicht bzw. nur in einem vernachlässigbaren Umfang in den benachbarten Statorteil übertritt

jeder der beiden Statorteile 11 und 12 ist mit ausgeprägten Statorpolen 15 bzw. 16 versehen, die fingerför mig radial gegen die Welle 7 gerichtet sind. Die Statorpole 15 sind gegenüber den Statorpolen 16 jeweils um eine halbe Rotorpolteilung versetzt Ferner sind die Statorpole 15 in zwei Gruppen 17 und 18 unterteilt die durch ein Zwischenstück 19 miteinander verbunden sind. Der Querschnitt des Zwischenstücks 19 ist so bemessen, daß bei bestromter Erregerwicklung 3 der von dieser erzeugte Induktionsfluß das Zwischenstück 19 magnetisch sättigt so daß der Induktionsfluß von der Gruppe 17 der Statorpole 15 über die Rückschlußscheibe 9 zu der Gruppe 18 der Statorpole 15 fließt und sich nicht unmittelbar über das Statorteil 11 schließen kann. Die Gruppe 17 der Statorpole 15 ist gegenüber der Gruppe 18 der Statorpole 15 um eine volle Rotorpolteilung versetzt In gleicher Weise ist auch der Statorteil 12 aufgebaut Er umfaßt zwei Gruppen 20 und 21 von Rotorpolen 16, die über ein magnetisch sättigbares Zwischenstück 22 miteinander verbunden sind.

Der Stator 2 ist aus einem weichmagnetischen Material einstückig ausgestanzt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zweiphasenschrittmotor mit einem Rotor mit einem scheibenartigen, axial magnetisierten Dauermagneten mit einer Anzahl von Polen konstanter Polteilung, einem eine Erregerwicklung tragenden ersten Statorteil mit parallel zur Stirnseite des Dauermagneten verlaufenden ersten Statorpolen und einem eine Erregerwicklung tragenden zweiten Statorteil mit parallel zur Stirnseite des Dauermagneten verlaufenden zweiten Statorpolen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Statorteile (11,12) zumindest im Bereich der Statorpole (15,16) in einer einzigen Ebene angeordnet und in dieser Ebene miteinander über einen kleinen magnetischen Leitwert aufweisende Zwischenbi äcke (13, 14) verbunden sind, daß die ersten und zweiten Statorpole (15, 16) jeweils in zwei magnetisch voneinander getrennte Gruppe (17, 18; 20, 21) unterteilt sind, von denen die eine um eine Rotorpolteilung gegenüber der anderen versetzt ist, daß die beiden Gruppen (17, 18) der ersten Statorpole (15) gegenüber den beiden Gruppen (20, 21) der zweiten Statorpole (16) um eine halbe Rotorpolteilung gegeneinander versetzt sind und daß auf der den Statorpolen (15,16) abgewandten Stirnseite des Dauermagneten (8) eine Rückschlußscheibe (9) für die von den Erregerwicklungen (3,4) herrührenden induktionsflüsse vorhanden ist.

2. Zweiphasenschrittmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschlußscheibe (9) und der Dauermagnet (8) gegen eine Relativverdrehung gesichert miteinander verbunden sind.

3. Zweiphasenschrittmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschlußscheibe (9) auf die Rotorwelle (7) aufgepreßt ist und der Dauermagnet (8) auf die Rückschlußscheibe (9) aufgeklebt ist

4. Zweiphasenschrittmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschlußscheibe (9) fliegend auf der Rotorwelle (7) gelagert ist