DE3229647C2

DE3229647C2 -

Info

Publication number: DE3229647C2
Application number: DE19823229647
Authority: DE
Inventors: Geb. Jagla Gabriele Dr.-Ing. 6100 Darmstadt De Pfeiffer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1982-08-09
Filing date: 1982-08-09
Publication date: 1991-07-18
Also published as: DE3229647A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen permanentmagnetisch erregten Gleichpol-Schrittmotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solcher Schrittmotor ist aus der DE-AS 14 88 654 bekannt und besteht nach Fig. 1 aus dem Stahlgehäuse 1, dem Statorblechpaket 2, der Stator wicklung 3, mindestens zwei meist geblechten (US-PS 39 56 650) Teil rotoren 4, mindestens einem axial magnetisierten Permanentmagneten 5 und einer unmagnetischen Welle 6. Die Teilrotoren besitzen auf ihrem Umfang axial verlaufende Nuten und Zähne mit einer gleichmäßigen Nut teilung, die genau oder ungefähr gleich der Stator-Feinnutteilung ist. Die Rotornutung ist so ausgeführt, daß die Zähne jeweils eines Teil rotors mit den Nuten des anderen fluchten (s. Ausschnittvergrößerung E in Fig. 1).

Durch Anordnung mehrerer Teilrotorpaare auf einer Welle nach Fig. 2 läßt sich das verfügbare Motordrehmoment erhöhen, ohne daß der Motor außendurchmesser vergrößert wird (US-PS 39 56 650).

Bei Schrittmotoren gibt es durch die jeweiligen Parameterkombinationen bestimmte Drehzahlbereiche, in denen störende dynamische Instabilitäten auftreten. Ein Dauerbetrieb in diesen Drehzahlbereichen ist nicht mög lich, allenfalls können sie bei Hochlauf- und Bremsvorgängen rasch durchlaufen werden.

Aufgabe der Erfindung ist eine Verbesserung des Betriebsverhaltens von permanentmagnetisch erregten Gleichpol-Schrittmotoren. Es sollen Pende lungen als Ursache der dynamischen Instabilitäten unterdrückt werden, so daß ein Dauerbetrieb im gesamten Drehzahlbereich vom Stillstand bis zur Höchstdrehzahl möglich wird.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale im Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung erläutert. Nach Fig. 3 wird der Teilrotor 4 mit einer Dämpferwicklung 7 versehen, wie sie im Grundsatz von der Wechselpol-Synchronmaschine bekannt ist. Da jedoch beim Gleichpol-Schrittmotor magnetische Drehfelder prinzip bedingt vorhanden sein müssen, die auch im stationären Betrieb relativ zum Rotor umlaufen, muß die Dämpferwicklung so ausgeführt werden, daß sie von diesen Drehfeldern nicht induziert wird und trotzdem die un erwünschten Pendelungen wirksam bedämpft. Unzweckmäßig ist eine elek trisch gut leitende Plattierung der gesamten Rotoroberfläche oder ein Käfig aus elektrisch leitenden Stäben, die alle gemeinsam durch End scheiben oder durch Endringe an den Stirnflächen verbunden sind. Diese in der DE-OS 21 36 531 vorgeschlagenen Maßnahmen würden nämlich die für das Prinzip des Gleichpol-Schrittmotors unverzichtbar notwendige Induktionswelle mit einer Polteilung gleich der Ständerpolteilung un zulässig stark bedämpfen, zumindest aber untragbar hohe Wirbelstrom verluste hervorrufen.

Denn im Gegensatz zur Wechselpol-Synchronmaschi ne läuft die Induktionswelle mit Ständerpolteilung beim Gleichpol- Schrittmotor auch im stationären Betrieb mit hoher Relativgeschwindig keit zum Rotor um (Pfeiffer, G.: Anwendung der Theorie der Oberwellen drehfelder auf permanentmagnetische Schrittmotoren mit kleinem Schritt winkel, Archiv für Elektrotechnik 58 (1976), S. 161-166).

Deshalb erhält erfindungsmäßig die Dämpferwicklung des Gleichpol- Schrittmotors die Polpaarzahl N_R gleich der Anzahl der Rotornuten und eine Polteilung gleich der halben Rotornutteilung. In dieser Dämpfer wicklung werden von der im Schrittmotor stets stark ausgeprägten, mit der Rotordrehzahl umlaufenden N_R-polpaarigen Induktionswelle nur bei Pendelungen des Rotors Dämpferströme induziert, die ein den Pendelungen entgegenwirkendes Drehmoment bilden. Die Verkettung einer solchen Dämpferwicklung mit Induktionswellen anderer Polpaarzahl kann nur ver mieden werden, wenn sie als isolierte Schleifen- oder Wellenwicklung und nicht als Käfig ausgeführt wird.

Nach "Die Wicklungen elektrischer Maschinen, Bd. 3, Wechselstrom- Sonderwicklungen" von H. Sequenz, Seite 5 ff (Springer-Verlag Wien 1954) sind nur Induktionswellen mit Polpaarzahlen

p=(2 G+1)R_R

G=0; 1; 2; . . .

in der Lage, eine ungesehnte Wicklung der Polpaarzahl N_R zu induzieren. Eingehende Untersuchungen haben gezeigt, daß Induktionswellen mit Pol paarzahlen p=(2 G+1)N_R im stationären Betrieb nie mit einer anderen als der Rotordrehzahl umlaufen und folglich dann in der Dämpferwicklung auch keine Ströme induzieren können, die zu ständigen Verlusten führen müßten. Dadurch unterscheidet sich die hier vorgeschlagene Dämpferwick lung vorteilhaft von Flüssigkeitsdämpfungen wie sie z. B. in DE-AS 14 88 654 beschrieben sind.

Eine nach Fig. 3 ausgeführte Dämpferwicklung erfordert eine Ausneh mung im Rotorzahn für eine Spulenseite und die Befestigung der anderen Spulenseite mittels Isolierstoffmasse 8. Die axial verlaufenden Lei terstücke können über nur einen Teilrotor oder mehrere Teilrotoren oder über die gesamte Rotorlänge durchlaufen.

Herstellungstechnische Schwierigkeiten dieser Ausführung lassen sich vermeiden, wenn die Zähne mit Ausnehmung und eingelegtem Dämpferleiter nach Fig. 4a oder 4b durch axial verlaufende, magnetisch und elektrisch gut leitfähige, massive Stäbe 9 ersetzt werden. Durch elektrisch leit fähige Verbindungen 10 der jeweils entgegengesetzten Stabenden entsteht wiederum eine Wellenwicklung. Die Stäbe werden vorteilhaft durch eine dünne, elektrisch nicht leitfähige Schicht (z. B. Kleber) vom Rotor körper 4 isoliert.

Die Motorlänge läßt sich bei mehr als einem Teilrotorpaar ohne Dreh momentverlust dadurch verringern, daß statt der Polaritätsfolge N/S-N/S-N/S-N/S usw. der Permanentmagnete die Polaritätsfolge N/S-S/N-N/S-S/N usw. bei entsprechend geändertem Rotornutungs versatz gewählt wird (Fig. 5). Dann können die eisenfreien Räume zwi schen den Teilrotorpaaren ohne Nachteil entfallen, weil keine magne tische Spannung zwischen den angrenzenden Stirnflächen existiert. Der Stator kann entsprechend verkürzt werden. Außerdem werden die den Lagern benachbarten Teilrotoren jetzt magnetisch nicht mehr stärker be lastet als die innenliegenden, weil der Streufluß über die eisenfreien Zwischenräume verschwindet. Dies führt zu einer Senkung der gesamten Ummagnetisierungsverluste.

Diese verbesserte Anordnung mit gegensinniger Polaritätsfolge ist an gegeben in: Pfeiffer, G.: Anwendung der Theorie der Ober wellendrehfelder auf permanentmagnetische Schrittmotoren mit kleinem Schrittwinkel, Archiv für Elektrotechnik 58, H. 3, S. 162, Bild 1c; sowie in der DE-OS 26 53 387 A1 (Ansprüche 11 und 12) und in der Patentschrift DD 1 55 747 (Anspruch 1).

Die Polaritätsfolge nach Fig. 5 ermöglicht eine erhebliche Vereinfachung der Dämpferanordnungen nach Fig. 4a und 4b. Bei dieser Polaritätsfolge können nämlich die Dämpferstäbe 9 über die im Vergleich zu den End- Teilrotoren mit doppelter Länge ausgeführten Teilrotoren zwischen den Permanentmagneten unterbrechungslos durchgeführt werden. Somit wird die Anzahl der Verbindungsstellen an den Stabenden vermindert.

Claims

1. Permanentmagnetisch erregter Gleichpol-Schrittmotor mit einem Rotor mit mindestens zwei Teilrotoren, die auf ihrem Umfang axial ver laufende Nuten und Zähne aufweisen, und mit einer Kurzschlußströme erzeugenden Dämpferanordnung auf der Rotoroberfläche, dadurch ge kennzeichnet, daß sich als Dämpferanordnung an der Rotoroberfläche eine isolierte, kurzgeschlossene Dämpferwicklung (7) mit einer Pol teilung befindet, die einer halben Rotornutteilung gleich ist, und deren Spulen sämtlich oder wenigstens über den einer doppelten Pol teilung der Statorwicklung (3) entsprechenden Umfangsbereich in Reihe geschaltet sind.

2. Permanentmagnetisch erregter Gleichpol-Schrittmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpferwicklung (7) als Schleifen wicklung oder vorzugsweise als Wellenwicklung ausgeführt ist.

3. Permanentmagnetisch erregter Gleichpol-Schrittmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils eine Spulenseite in einer Ausnehmung im Rotorzahn und die zweite Spulenseite in einer Nut liegt.

4. Permanentmagnetisch erregter Gleichpol-Schrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne durch axial verlaufende, magnetisch und elektrisch gut leitfähige, massive Stäbe (9) gebildet sind, deren Enden durch elektrisch leitfähiges, unmagnetisches Material (10) zu einer Wellenwicklung verbunden sind.

5. Permanentmagnetisch erregter Gleichpol-Schrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei zwei Teilrotoren (Fig. 1) oder bei mehreren Teilrotoren (Fig. 2 oder 5) die Spulen seiten der Dämpferwicklung (7) über ein oder mehrere oder alle Teil rotoren durchlaufend sind (Fig. 3).

6. Permanentmagnetisch erregter Gleichpol-Schrittmotor nach einem der Ansprüche 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei mehreren Teil rotorpaaren mit einer axialen Polaritätsfolge S/N-N/S-S/N-N/S usw. oder N/S-S/N-N/S usw. (Fig. 5) die axial verlaufenden, elektrisch und magnetisch gut leitenden Stäbe (9) ebenso wie die elektrisch gut leitfähigen, aber unmagnetischen Verbindungen (10) über den innenliegenden Teilrotoren durchlaufend sind (Fig. 4a, 4b).