DE3641369A1 - Schritt- oder reversiermotor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Schritt- oder Rever­ siermotor mit zwei separat erregbaren Statorteilen, von wel­ chen jeder am äusseren Umfang Polzähne von abwechselnder Po­ larität aufweist und wobei ein ring- oder zylinderförmiger dauermagnetischer Rotor zwischen radial äussere und innere Polzähne greift. Ein derartiger Motor ist bekannt aus der CH-PS 4 26 012. Dieser bekannte Motor weist zwei grundsätzlich verschiedene und auch verschieden bemessene Statorteile auf, was eine relativ aufwendige Herstellung mit sich bringt. Im übrigen dürfte es recht schwierig sein, in allen Fällen glei­ che Charakteristiken, insbesondere Anlaufbedingungen zu er­ zielen, unbekümmert darum, welcher der Statorteile über einen Kondensator mit phasenverschobenem Strom gespeist wird.

Ziel vorliegender Erfindung ist es, durch eine vollkommene Symmetrie des Motors nicht nur eine Vereinfachung der Her­ stellung, sondern auch eine Verbesserung der Charakteristiken zu erzielen. Dieses Ziel wird gemäss dem Kennzeichen des An­ spruchs 1 oder des Anspruchs 8 erreicht. Die besonderen Merk­ male und Vorteile der erfindungsgemässen Lösung werden im folgenden anhand einiger in der Zeichnung dargestellten Aus­ führungsbeispiele näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Axialschnitt durch die erste Ausführungs­ form und

Fig. 2 bis 5 zeigen je einen halben Axialschnitt durch weite­ re Ausführungsformen.

Der in Fig. 1 dargestellte Schritt- oder Reversiermotor weist einen zylindrischen Gehäusemantel 1 aus magnetisch schlecht oder nicht leitendem Material, beispielsweise Aluminium oder Kunststoff auf. In diesen Mantel 1 sind identisch ausgeführ­ te, symmetrisch angeordnete Statorteile 2 und 3 mit Preßsitz eingeschoben. Jeder Statorteil weist eine äussere Scheibe 4 mit äusseren Polzähnen 5 und eine innere Scheibe 6 mit inne­ ren Polzähnen 7 auf. Je die beiden Scheiben 4 und 6 jedes Statorteils sind auf ein Rohr 8 aus Weicheisen fest aufge­ presst. Jedes Rohr 8 durchsetzt eine Spule 9, welche in an sich bekannter Weise mit Wechselstrom oder mit Stromimpulsen aus einer elektronischen Steuerschaltung gespeist werden kann. Die Speisung kann hierbei wahlweise über einen Konden­ sator oder aus der elektronischen Schaltung mit passender Phasenverschiebung erfolgen, um den Motor in der einen oder anderen Richtung anzutreiben. Entsprechend der elektrischen Phasenverschiebung sind die Polzähne der beiden Statorteile 2 und 3 im Mantel 1 in Umfangsrichtung versetzt angeordnet. Die äusseren Statorzähne 5 greifen hierbei in flache Nuten 10 ein, die an der Innenseite des Mantels 1 geprägt oder geformt sind. Damit sind die Statorteile ohne weitere Massnahme in der richtigen gegenseitigen Lage im Mantel 1 orientiert.

In die beiden Statorteile 2 und 3 ist je ein Lager 11 einge­ setzt, und die Rotorachse 12 ist in diesen Lagern gelagert. Sie trägt einen Rotor mit einer auf der Welle 12 befestigten Nabe 13 einer Scheibe 14 und zwei symmetrischen axialen Kra­ gen 15. Es ergibt sich damit ein Rotor mit T-förmigem Quer­ schnitt, dessen Kragen 15 zwischen die äusseren und inneren Polzähne 5 und 7 greifen und dort vom Statorfluss radial durchflutet werden. Der Rotor ist einteilig aus magnetisier­ barem Material, beispielsweise Kunststoff, ausgeführt und seine Kragen 15 weisen permanent-magnetisierte Pole auf. Das Material weist im Bereiche der Kragen 15 vorzugsweise radiale Anisotropie auf und die permanent-magnetischen Pole können radial durchmagnetisiert sein.

Es ergibt sich damit insgesamt nicht nur eine rationelle, einfache Herstellung, indem zwei identische Statorteile ver­ wendet und die Rotorkragen in einfacher Weise radial durch­ magnetisiert werden können, sondern es resultiert auch ein Motor mit besonders vorteilhaften Charakteristiken. Dank der radialen Durchflutung der Rotorkragen und des verhältnis­ mässig grossen Durchmessers derselben, ergeben sich hohe Drehmomente. Der grosse Durchmesser des wirksamen Rotorteils bzw. der Statorluftspalte erlaubt auch die Ausführung des Mo­ tors mit relativ hohen Polzahlen, beispielsweise bis zu hun­ dert Polen. Dabei können verhältnismässig geringe Material­ dicken ohne Einbusse an Drehmoment und Leistung verwendet werden.

Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform, in welcher entsprechende Teile gleich bezeichnet sind wie in Fig. 1. Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass anstelle der Rohre 8 aus Weicheisen Büchsen 16 aus Sintereisen vorgesehen sind, die zugleich als Lagerbüchsen für die Welle 12 ausgebildet sind. Die Scheiben 4 und 6 sind auf diese Büchsen 16 aufgepresst. Die Nabe 13′ des Rotors ist axial kürzer ausgebildet als die Nabe 13 nach Fig. 1.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform, in der wiederum entsprechende Teile gleich bezeichnet sind wie in Fig. 1. Der wesentliche Unterschied besteht darin, dass die Statorteile 2 und 3 je aus einem inneren Polring 17 aus Sintereisen mit C-förmigem Querschnitt und der äusseren Scheibe 4 bestehen. Die Scheiben 4 sind auf eine Schulter am äusseren Rand der inneren rohrförmigen Teile der Polringe 17 aufgepresst. Da­ durch, dass die Statoren nur noch aus je zwei Eisenteilen be­ stehen, wird eine gewisse Vereinfachung erzielt.

Fig. 4 zeigt eine wesentlich von den bisher beschriebenen ab­ weichende Ausführungsform. Das Gehäuse besteht aus einem tiefgezogenen Mantel 21, dessen Flansch 22 mit einer flachen Gehäusewand 23 verbunden ist. In der Gehäusewand 23 ist eine Lagerbüchse 24 befestigt, in welcher die Welle 12 gelagert ist. Auf der Welle 12 sitzt ein Rotor 25, der einteilig aus permanent-magnetisierbarem Material, beispielsweise auf Kunststoffbasis besteht, und der einen inneren axialen Kragen 26 sowie einen äusseren axialen Kragen 27 aufweist. Zwei Statorteile 28 und 29 sind direkt miteinander verbunden, und der äussere Statorteil 28 ist mit der Gehäusewand 23 ver­ bunden. Die beiden Statorteile ragen fliegend von der Gehäu­ sewand 23 in den Raum zwischen den axialen Flanschen 26 und 27 des Rotors. Die nicht näher bezeichneten Spulenkörper, Spulen und Polkränze der Statorteile 28 und 29 sind alle di­ rekt miteinander verbunden, beispielsweise verklebt, wobei die Polkränze über die Spulenkörper miteinander verbunden sind, derart, dass ein selbsttragendes Ganzes entsteht. Die Statorteile 28 und 29 weisen innen und aussen Kränze von ab­ wechslungsweise entgegengesetzt polarisierten Polzähnen auf, die je einem der Flansche 26 und 27 des Rotors gegenüberlie­ gen. Es resultiert auch in dieser Weise ein Motor einfacher Bauart, der rationell hergestellt werden kann und der ein be­ sonders hohes Drehmoment aufweist.

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform, deren Gehäuse demjenigen nach Fig. 4 entspricht und auch entsprechend bezeichnet ist. Auch bei dieser Ausführungsform ist die Lagerbüchse 24′ in der Gehäusewand 23 befestigt. In diesem Falle ist angenommen, dass die Statorteile 2 und 3 an den Gehäusestirnwänden be­ festigt seien. Die tiefgezogenen Polringe 4′ und 6′ jedes Statorteils weisen auch an der Innenseite Polzähne 5′ auf, die je einem inneren Kragen 15′ mit permanentmagnetischen Po­ len des Rotors gegenüberliegen. Die Polringe je eines Stator­ teils 2 bzw. 3 sind mittels der Spulenkörper in vorbestimmter gegenseitiger Lage miteinander verbunden. Der Rotor nach Fig. 5 weist eine Nabe 30 auf, die einteilig ausgeführt ist mit der Rotorscheibe 14. In diesem Falle ist der äussere perma­ nentmagnetisierte Teil des Rotors als Hülse ausgebildet, die mit der Scheibe 14 verbunden, beispielsweise verklebt ist.

Es sind verschiedenste weitere Varianten möglich. Beispiels­ weise kann die Scheibe 14 des Rotors nicht voll, sondern mit Ausnehmungen, also mit Speichen ausgeführt werden. Es wäre gegebenenfalls denkbar, die Anzahl dieser Speichen in eine bestimmte Beziehung zur Polzahl des Motors zu bringen und bei Ausführung aus permanent-magnetisierbarem Material entspre­ chend zu magnetisieren, und damit bei entsprechender in Pole aufgeteilter Ausführung der Scheiben 6, der Polringe der Sta­ toren ein zusätzliches Drehmoment auf die Scheibe 14 des Ro­ tors zu erzielen. Anstelle der Verbindung der beiden Polringe je eines Statorteils durch ineinandergreifende Zahnungen ge­ mäss Fig. 5 könnten diese inneren rohrförmigen Flansche auch unterschiedlichen Durchmesser aufweisen und überlappend in­ einandergreifen. Es ist auch eine Kombination der Ausführung nach Fig. 4 mit irgendeiner der übrigen Ausführungen denkbar in dem Sinne, dass die Statorteile aussen Kragen 15 des Ro­ tors umfassen und eine radiale Durchflutung dieser Rotorkra­ gen bewirken und dass gemäss Fig. 4 die Statorteile auch in­ nen Polzähne aufweisen. Es ist auch möglich, auf eine Verset­ zung der Polzähne der beiden Statorteile in Umfangsrichtung entsprechend der elektrischen Phasenverschiebung zu verzich­ ten und statt dessen die permanent-magnetischen Pole an den beiden Kragen 15 des Rotors entsprechend in Umfangsrichtung zu versetzen. Das könnte besonders dort eine Vereinfachung bringen, wo die äusseren Statorzähne 5 in den Nuten 10 des Gehäusemantels 1 orientiert sind. Falls die Statorteile mit in Umfangsrichtung gegeneinander versetzten Polzähnen ange­ ordnet werden, kann auf die Orientierungsnuten 10 im Gehäuse­ mantel verzichtet werden und die Statorteile müssten rei­ bungsschlüssig, z. B. mit Pressitz im Gehäusemantel gehalten sein. Die Anschlusslitzen für die Spulen 9 sind in den Figu­ ren der Einfachheit halber nicht dargestellt. Sie können über Schlitze im Stator und Gehäusevertiefungen durchgeführt sein. Eventuelle Speichen des Rotors können auch S-förmig ausgebil­ det sein, um Spannungen aufzunehmen bzw. zu vermeiden.

Claims (12)

1. Schritt- oder Reversiermotor mit zwei separat erregbaren Statorteilen, von welchen jeder am äusseren Umfang Polzähne von abwechselnder Polarität aufweist und wobei ein ring- oder zylinderförmiger dauermagnetischer Rotor zwischen radial äus­ sere und innere Polzähne greift, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor symmetrisch mit T-förmigem Rotor (13-15) oder mit glockenförmigem Rotor (25) ausgebildet ist, dessen radial magnetisierten dauermagnetischen Kragen (15; 26, 27) zwischen radial versetzte Polzähne (5, 7) der beidseitig des Rotors an­ geordneten gleichartigen Statorteile (2, 3) greifen, derart, dass jeder Kragen (15; 26, 27) des Rotors sich in einem radial wirksamen Polfeld befindet.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (3-15) einteilig aus magnetisierbarem Material mit T-förmigem Querschnitt ausgeführt ist.

3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Statorteile (2, 3) axial ausgerichtet, ohne Verset­ zung ihrer Polzähne (5, 7) in Umfangsrichtung angeordnet sind und dass die dauermagnetischen Pole an den beiden Rotorkragen (15) in Umfangsrichtung versetzt sind.

4. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Statorteile mit in Umfangsrichtung versetzt angeordneten Polzähnen (5, 7) vorgesehen sind, und dass die dauermagneti­ schen Pole an den beiden Rotorkragen (15) ohne Versetzung in Umfangsrichtung axial ausgerichtet sind.

5. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Kragen (15) des Rotors aus magnetisier­ barem Kunststoff mit radialer Anisotropie bestehen.

6. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, dass die Statorteile (2, 3) in einer durch Rippen bzw. Nuten (10) eines Gehäusemantels (1) bestimmten Position orientiert sind.

7. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, dass jeder Statorteil (2, 3) beidseitig der Spule (9) je eine Scheibe (4, 6) mit einem Kranz von Polzähnen (5, 7) aufweist, wobei jede Scheibe mit dem einen Ende eines die Spule durchsetzenden Rohres (8 bzw. 16) aus Weicheisen oder Sintereisen verbunden ist.

8. Motor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre (16) aus Sintereisen zugleich als Lagerbüchsen ausge­ bildet sind.

9. Motor, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 8, da­ durch gekennzeichnet, dass der Rotor (15, 25) mindestens einen radial äusseren (15, 27) und einen radial inneren Kragen (15, 26) aufweist, wobei der Stator bzw. je ein Statorteil (2, 3; 28, 29) zwischen zwei Kragen des Rotors liegt.

10. Motor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass äus­ sere Kragen (15) des Rotors zwischen radial äussere (5) und innere Polzähne (7) greifen, während innere Kragen (15′) des Rotors innerhalb von inneren Polzähnen (5′) liegen, wobei Polkränze (4′, 6′) der Statorteile (2, 3) mittels ihrer Spulen (9) bzw. Spulenkörper verbunden sind.

11. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, dass jeder Statorteil einen Polring (17) von C-för­ migem Querschnitt aus Sintereisen und einen polring (4, 5) von L-förmigem Querschnitt aus Weicheisen aufweist.

12. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, dass der Rotor zwischen einem äusseren, hülsenför­ migen Teil (15) und einer Nabe (13) Speichen aufweist.