DE4213379A1 - Klauenpolmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Klauenpolmotor mit einem drehfest mit der Antriebswelle verbundenen, am Umfang mehrere Permanentmagnete tragenden oder mehrpolig magnetisierten Rotor und einem Stator mit einer wenigstens eine Erregerwicklung aufweisenden Spule, die sich zwischen zwei Polblechen befindet, deren gleichmäßig am Umfang verteilte Klauen zwischen die Magnetpole des Rotors und die Erregerspule greifen, wobei jeweils zwischen zwei Klauen des ersten Polblechs eine Klaue des zweiten Polblechs greift.

Ein Motor dieser Art ist bspw. durch die DE-OS 36 39 004 bekannt geworden. Es handelt sich dort um einen Kleinmotor, den man bspw. als Antriebsmotor für ein zeithaltendes Gerät oder als Schrittmotor verwenden kann. Auch für Schaltgetriebe in Maschinensteuerungen benötigt man derartige langsamlaufende Antriebsmotoren, die über Schaltnocken und Steuer- bzw. Arbeitskontakte die einzelnen Funktionen auslösen. Ein Anwendungsgebiet sind auch Haushaltsgeräte wie Waschmaschinen und Geschirrspüler. Man kann sie also überall dort einsetzen, wo Zeitsteuerungen im Bereich von Minuten, Stunden und Tagen erfolgen sollen und solche Zeitsteuerungen rein elektronisch schwer zu realisieren sind. Gegenüber Kollektormotoren haben sie den Vorteil einer langen Lebensdauer. Ihre Drehzahl kann stark variiert werden, so daß man Programmstufen langsam und schnell ablaufen lassen kann.

Die heute verwendeten Klauenpolmotoren haben einen praktisch sinusförmigen Magnetflußverlauf und sie sind für Gleichstromsysteme nicht geeignet.

Es liegt infolgedessen die Aufgabe vor, einen Klauenpolmotor der eingangs beschriebenen Art so weiterzubilden, daß über einen weiten Drehwinkel eine konstante EMK mit wechselndem Vorzeichen erreicht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß der Klauenpolmotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 dadurch gekennzeichnet ist, daß in Umfangsrichtung gesehen die vordere Kante und die hintere Kante jeder Klaue parallel zueinander verlaufen.

Selbstverständlich ist auch dieser Klauenpolmotor elektronisch kommutiert und mit den notwendigen Einrichtungen bspw. einem Hallgenerator o. dgl. ausgestattet. Sämtliche Klauen dieses Motors haben gleiche Abmessungen und quer zur Drehrichtung gesehen eine konstante Breite. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Klauen eine rechteckige Form auf und zwar in Richtung des eindringenden Magnetflusses. Dies ergibt in der angestrebten Weise eine konstante EMK mit wechselndem Vorzeichen über einen weiten Drehwinkel.

Im übrigen wird der Ausführung mit einem mehrpoligen Rotor der Vorteil vor einer Variante mit aufgesetzten Magneten gegeben, weil der mehrpolige Rotor preiswerter herzustellen und in aller Regel kleiner sowie leichter ist. Es sei hinzugefügt, daß sämtliche Klauen auf einem gedachten inneren kreiszylindrischen Mantel um den Rotor liegen. Dies ergibt sich auch aus der Zeichnung.

Die in Drehrichtung vordere und hintere Kante aller Klauen können bogenförmig verlaufen. Zweckmäßigerweise ist dann die vordere Kante konkav und die hintere Kante aller Klauen konvex gewölbt. Der vorstehend erwähnten rein rechteckigen Form wird aber der Vorzug gegeben.

Die Flanken der Polzonen entsprechen in weiterer Ausgestaltung der Erfindung den Flanken bzw. Längskanten der Klauen. Desweiteren ist es von besonderem Vorteil, daß, jeweils in Umfangsrichtung gemessen, die neutrale Zone zwischen den Polen höchstens gleich der Breite des Abstands zwischen benachbarten Klauen ist. Außerdem kennzeichnet sich eine bevorzugte Ausbildung der Erfindung dadurch, daß die Polzahl der gesamten Klauenzahl entspricht.

Eine besonders bevorzugte Variante der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß von den Magneten bzw. den Magnetpolen des Rotors aus die Kommutierung der Wicklung z. B. über Hall-IC steuerbar ist. Dadurch ist der Aufwand beim Herstellen dieses Klauenpolmotors besonders gering.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Hierbei stellen dar

Fig. 1 einen abgebrochenen Radialschnitt durch einen Klauenpolmotor einer ersten Ausführungsform vorliegender Erfindung,

Fig. 2 eine abgebrochene Abwicklung des Stators in Pfeilrichtung A gesehen,

Fig. 3 eine abgebrochene Abwicklung des Stators in Pfeilrichtung B gesehen, und

Fig. 4 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Der elektronisch kommutierte Klauenpolmotor besteht im wesentlichen aus dem Rotor 1 und dem Stator 2 sowie einer zugehörigen, nicht näher gezeigten, weil an sich bekannten Elektronik. Hierzu gehört auch ein Drehmelder bzw. Sensor, welcher die jeweilige Stellung des Rotors an die Elektronik meldet. Weil die Spule oder Spulen feststehen, müssen sie elektronisch umgeschaltet werden. Die hierfür notwendigen Signale stammen vom Rotor; sie steuern die Schalter an.

Der Stator ist mit wenigstens einer Spule 3 versehen. Es kann sich dabei sowohl um eine als auch zwei Wicklungen handeln. Diese befindet bzw. befinden sich gemäß Fig. 1 zwischen zwei Polblechen 4 und 5. Beide können aus ebenen Blechen ausgestanzt und in die aus der Zeichnung ersichtliche Form gebogen sein. Bevorzugterweise handelt es sich um einen U-Querschnitt. Aus den Fig. 2 und 4 ergibt sich allerdings, daß der dem Rotor 1 zugewandte U-Schenkel keine durchgehende Wand bildet, sondern aufgrund von Ausstanzungen 6 des ersten Polblechs 4 bzw. Ausstanzungen 7 des zweiten Polblechs 5 entstanden sind. Sämtliche Klauen 8 und 9 liegen auf einem gemeinsamen, gedachten, konzentrischen Kreiszylinder um den Rotor 1. Dieser besteht (Fig. 1) aus einer Magnetscheibe 10, die gemäß Fig. 3 in Umfangsrichtung magnetisiert ist. Zwischen den in Umfangsrichtung angeordneten Nord- und Südpolen besteht jeweils eine neutrale Zone 11, deren Breite gemäß Fig. 3 vorzugsweise dem Umfangsabstand 12 benachbarter Klauen 8 und 9 entspricht. Damit ist dann zwangsläufig auch die Breite jeder Klaue 8, 9 in Umfangsrichtung gesehen gleich der Breite eines Mord- oder Südpols.

Gemäß Fig. 1 kann der äußere U-Schenkel 13 des ersten Polblechs 4 den äußeren U-Schenkel 14 des zweiten Polblechs 5 übergreifen oder umgekehrt. Dadurch entsteht ein geschlossener Käfig für die Spule oder Spulen 3. Dieser ist lediglich über die Zwischenräume 12 zwischen benachbarten Klauen 8 und 9 gegen die Magnetscheibe 10 hin offen. Im übrigen ist die Magnetscheibe 10 drehfest auf der Motor-Antriebswelle 15 oder einem damit ausgestatteten Träger gehalten. Man erkennt aus Fig. 1, daß die Abmessungen dieses kreisscheibenförmigen Motors besonders klein sind. Die Breite der Magnetscheibe 10 - in Achsrichtung gemessen - entspricht vorzugsweise genau der Breite des aus den beiden Polblechen gebildeten Käfigs.

Während die Klauen 8 und 9 des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 bis 3 eine rechteckige Form aufweisen und infolgedessen auch die Magnetpole rechteckig sind, haben die Klauen 16 und 17 des Ausführungsbeispiels der Fig. 4 eine gebogene Form. Dabei ist aber die Klauenbreite 18 bzw. 19 der Klauen 16 bzw. 17 in Längsrichtung also zum freien Klauenende hin gemessen über die gesamte Klauenlänge ebenfalls konstant. Außerdem sind beide Klauen gleich breit. Wenn die Klaue eine von einer Rechteckform abweichende Gestalt aufweist, wie dies in Fig. 4 der Fall ist, so müssen die Magnetpole genau dieselbe Form haben. Das bedeutet, daß im Falle der Fig. 4 die Magnetscheibe mit Polen versehen ist, deren die neutrale Zone festlegende Enden bogenförmige verlaufen, wie dies auch bei den Längskanten 20 und 21 aller Klauen der Fall ist. Hinsichtlich neutraler Zone 11 und Umfangsabstand 12 gilt bezüglich der Fig. 4 das beim ersten Ausführungsbeispiel Gesagte sinngemäß.

Geht man von einer Drehrichtung 22 des Rotors 1 aus, so verlaufen die vordere Kante 20 und die hintere Kante 21 des Ausführungsbeispiels der Fig. 1 bis 3 nicht nur parallel zueinander, sondern auch senkrecht zu dieser Drehrichtung. Im Gegensatz dazu verlaufen die zueinander parallelen Kanten 20 und 21 in Fig. 4 bogenförmig, wobei eine Tangente an jedes innere Bogenende senkrecht zur Drehrichtung 22 verlaufen kann. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die vordere Kante 20 konkav und die hintere Kante 21 konvex gewölbt. Die Flanken der Polzonen, welche den Kanten der Klauen entsprechen, sind in Fig. 3 mit 23 und 24 bezeichnet. Die Wicklung oder Wicklungen der Spule 3 befinden sich gemäß Fig. 1 vorzugsweise auf einem isolierenden, im Querschnitt U-förmigen Träger 25.

Claims (8)

1. Klauenpolmotor mit einem drehfest mit der Antriebswelle (15) verbundenen, am Umfang mehrere Permanentmagnete tragenden oder mehrpolig magnetisierten Rotor (1) und einem Stator (2) mit einer wenigstens eine Erregerwicklung aufweisenden Spule (3), die sich zwischen zwei Polblechen (4,5) befindet, deren gleichmäßig am Umfang verteilte Klauen (8, 91; 16, 17) zwischen die Magnetpole des Rotors (1) und die Erregerspule (3) greifen, wobei jeweils zwischen zwei Klauen (8 bzw. 16) des ersten Polblechs (4) eine Klaue (9 bzw. 17) des zweiten Polblechs (5) greift, dadurch gekennzeichnet, daß in Umfangsrichtung (22) gesehen die vordere Kante (20) und die hintere Kante (21) jeder Klaue (8, 9; 16, 17) parallel zueinander verlaufen.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Klauen (8, 9) eine rechteckige Form aufweisen.

3. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in Drehrichtung vordere (20) und hintere Kante (21) aller Klauen (8, 9; 16, 17) bogenförmig verlaufen.

4. Motor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vordere Kante (20) konkav und die hintere Kante (21) aller Klauen (16, 17) konvex gewölbt ist.

5. Motor nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Flanken (23, 24) der Polzonen den Flanken bzw. Längskanten (20, 21) der Klauen (8, 9; 16, 17) entsprechen.

6. Motor nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils in Umfangsrichtung (22) gemessen die neutrale Zone (11) zwischen den Polen höchstens gleich der Breite des Abstands (12) zwischen benachbarten Klauen (8, 9; 16, 17) ist.

7. Motor nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Polzahl der gesamten Klauenzahl entspricht.

8. Motor nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von den Magneten bzw. den Magnetpolen des Rotors (1) aus die Kommutierung der Wicklung z. B. über Hall-IC steuerbar ist.