DE69633488T2

DE69633488T2 - Motoranordnung

Info

Publication number: DE69633488T2
Application number: DE69633488T
Authority: DE
Inventors: Sakae Hamakita-shi Fujitani; Yuzuru Hamana-gun Suzuki; Hiroki Iwata-gun Akaoka
Original assignee: Minebea Co Ltd
Current assignee: Minebea Co Ltd
Priority date: 1995-12-01
Filing date: 1996-11-29
Publication date: 2005-09-22
Anticipated expiration: 2016-11-30
Also published as: DE69633488D1; EP0777314A2; EP0777314A3; JPH09163710A; EP0777314B1; US5834866A; JP3364562B2

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
1. GEBIET DER ERFINDUNG
Die betreffende Erfindung betrifft die Konstruktion eines Zweiphasenmotors.
2. BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Herkömmlich wird ein Zweiphasenmotor mit radialem Spalt als Motor für den Lüfter einer elektrischen Einrichtung und dergleichen verwendet. Obwohl dieser Zweiphasenmotor mit radialem Spalt preisgünstig ist, da das Verhältnis der Anzahl seiner vorspringenden Statorpole zur Anzahl der Pole seines Rotormagneten 1 : 1 ist, existiert ein Drehmomenttotpunkt (eine Stellung, in der das Drehmoment 0 wird oder extrem abnimmt, obwohl der Motor erregt ist), der zur Notwendigkeit einer Konstruktionsmaßnahme führt. Selbst wenn jedoch eine solche Konstruktionsmaßnahme vorgenommen wird, kann eine ausreichende Wirkung nicht tatsächlich erreicht werden, und die Anwendung dieses Zweiphasenmotors mit radialem Spalt ist auf ein Gebiet beschränkt, in dem das Lastdrehmoment klein ist.
Ein Klauenpol-Schrittmotor, der im Allgemeinen als Zweiphasenmotor verwendet wird, passt zur neuen Digitaltechnologie, da er einen Schrittbetrieb gemäß den Eingangsimpulsen ausführt, wobei er häufig beim Positionieren und bei einem drehzahlkonstanten Betrieb verwendet wird. Dieser Klauenpol-Schrittmotor hat jedoch die in den folgenden Punkten (1) bis (3) beschriebenen Nachteile.

(1) Der Statorabschnitt eines Zweiphasen-Klauenpol-Schrittmotors wird durch das aneinander Stapeln von zwei Statorschalen, die eine Spule enthalten und dieselbe Konstruktion aufweisen, in der Axialrichtung herge stellt. Jede Statorschale wird durch das dreidimensionale Biegen einer flachen Blechtafel und das Ausbilden von Statorjochelementen auf ihrem Abschnitt, der dem Rotormagneten gegenüberliegt, erhalten. Um den Stator zusammenzubauen, müssen die beiden Statorschalen in der Axialrichtung entlang der Mittelachse aneinander gestapelt werden und müssen mit hoher Genauigkeit positioniert werden, sodass sie eine 90°-Phasenlage im elektrischen Winkel zueinander bilden.
(2) Bei dem Stator, der wie bei Punkt (1) beschrieben zusammengebaut ist, muss die Lagegenauigkeit des Rotormagneten und des Stators (der Schalen) in der Axialrichtung sichergestellt sein, sodass der Rotormagnet an den beiden Statorschalen magnetisch gleich wirkt.
(3) Beim Zusammenbau des Motors ist ein Präzisionspositionieren erforderlich, wie in den Punkten (1) und (2) beschrieben ist. Da jedoch ein preisgünstiges Radialgleitlager als Lager verwendet wird und das Spiel in der Axialrichtung nicht 0 ist, vibriert der Rotorabschnitt in der Axialrichtung zusammen mit der Erregung der Spulen (dies ist bei der Einphasenerregung besonders beachtenswert).

Wegen der jüngsten Entwicklung bei der Technologie der Digitalschaltungen einschließlich der Mikrocomputer erregt außerdem die Machbarkeit der Anwendung dieses preisgünstigen Zweiphasen-Schrittmotors, z. B. bei einem FDD-Spindelmotor (Diskettenlaufwerk-Spindelmotor), der eine hohe Drehgenauigkeit erfordert, die Aufmerksamkeit. Um einen Zweiphasen-Schrittmotor tatsächlich bei einem FDD-Spindelmotor anzuwenden, sind leistungsstärkere Eigenschaften als beim gegenwärtigen Stand erforderlich, z. B. muss die so genannte magnetische Symmetrie zwischen beiden Phasen gut sein, muss das Hakmoment klein sein, darf der Rotorabschnitt während der Erregung nicht in der Axialrichtung vibrieren und dergleichen.
Um das Hakmoment zu vermindern, muss die Verteilung der magnetischen Flussdichte in dem Luftspalt eingestellt werden und muss die Form der Statorjochelemente der Schalenkonstruktion dementsprechend geändert werden. Soweit jedoch jede Statorschale durch das dreidimensionale Biegen einer flachen Blechtafel hergestellt wird, gibt es eine Konstruktionsbeschränkung bei der freien Änderung der Verteilung der magnetischen Flussdichte im Luftspalt. Da der Magnetkreis dreidimensional (nicht in einer Ebene) und folglich kompliziert ist, ist auch der magnetische Wirkungsgrad folglich schlecht. Was das Problem der Schwingung des Rotorabschnitts in der Axialrichtung während der Erregung betrifft, ist die gegenwärtige Konstruktion, bei der Phasen in der Axialrichtung gebildet werden, ein entscheidender Fehler.
Um die Miniaturisierung eines Motors durch das entsprechende Festlegen der Anzahl der Felddauermagnet-Polpaare und des Umfassungswinkels, der durch einen Ankerzahn um die Mitte der Umfangsfläche gebildet wird, zu ermöglichen, ist bekannt, vier Rillen mit gleichen Abständen an der Umfangsfläche eines Statorkerns vorzusehen und Zweiphasenwicklungen um vorspringende polartige Ankerzähne zu wickeln, die dadurch gebildet werden, um einen Anker (JP-A-01164252) zu bilden. Auf der Innenumfangsfläche eines Rotorenkerns sind eine Anzahl Dauermagnetstücke 2p mit gleichen Abständen angeordnet und magnetisiert, um ein solches Feldsystem zu bilden, dass benachbarte Magnetpole voneinander verschiedene Polaritäten aufweisen. Die Anzahl p der Dauermagnetpol-Paare soll eine ungerade Zahl von fünf oder mehr sein, und der Winkel t, der durch einen Ankerzahn um die Mitte der Umfangsfläche gebildet wird, wird auf t ≤ (π/p) festgelegt.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die betreffende Erfindung wurde in Anbetracht der oben erwähnten Probleme geschaffen, wobei ihre Aufgabe ist, einen Zweiphasenmotor bereitzustellen, der in einem Gebiet, in dem eine hohe Drehgenauigkeit erforderlich ist, wie etwa bei einem FDD-Spindelmotor, anwendbar ist, der niedrige Kosten erfordert und stabile Eigenschaften, frei von Schwankungen der magnetischen Symmetrie zwischen den beiden Phasen auf Grund des Zusammenbaus, aufrechterhalten kann.
In einem Klauenpol-Schrittmotor sind, wie oben beschrieben ist, Statorschalen mit derselben Konstruktion in einer Anzahl aneinander gestapelt, die der Anzahl der Phasen entspricht (zwei Statorschalen sind im Fall eines Zweiphasenmotors gestapelt), um sozusagen eine Konstruktion bereitzustellen, bei der die Phasen in der Axialrichtung gebildet werden. Bei dieser Konstruktion ist es schwierig, die magnetische Symmetrie zwischen den beiden Phasen aufrechtzuerhalten, wobei der Magnetkreis einschließlich der Statorjoche dreidimensional ausgebildet ist. Deshalb ergibt sich ein grundsätzliches Problem, selbst wenn der magnetische Wirkungsgrad verbessert wird.
Das durch die betreffende Erfindung zu lösende Problem ist, das dem Motor inhärente Hakmoment kompensieren. Dieses Problem wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Da die oben genannte Anordnung verwendet wird (während die magnetische Symmetrie bei dem herkömmlichen Motor durch das Betrachten zweier Faktoren, d. h. der Axial- und der Umfangsrichtung, eingestellt werden muss), wird die Einstellung der magnetischen Symmetrie erleichtert, um den magnetischen Wirkungsgrad zu erhöhen, wobei das Auftreten von Schwingungen in der Axialrichtung verhindert werden kann.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung, die den Hauptteil eines Motors gemäß der betreffenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Schaltbild, das ein Beispiel für die Treiberschaltung des Motors gemäß der betreffenden Erfindung zeigt;
3A und 3B sind Schaubilder, die die in den ROMs 101a und 101b enthaltenen Inhalte zeigen;
4A ist eine Draufsicht, die die Anordnung des Motors gemäß der betreffenden Erfindung zeigt, und
4B ist eine vergrößerte Ansicht eines vorspringenden Statorpols;
5A und 5B sind grafische Darstellungen, die die Verbindung der Wicklungen der vorspringenden Statorpole zeigen;
6A und 6B sind grafische Darstellungen, die die Verbindung der Wicklungen der vorspringenden Statorpole zeigen; und
7 ist eine Ansicht in der Ebene, die die Anordnung des Motors gemäß der betreffenden Erfindung zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Die bevorzugte Ausführungsform der betreffenden Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. In dieser Ausführungsform wird die betreffende Erfindung auf einen flachen Außenrotor-Spindelmotor mit radialem Spalt angewendet.
1 ist eine perspektivische Explosionsdarstellung des Hauptteils eines Motors 105 dieser Ausführungsform und zeigt den Fall einer Motoranordnung, wobei eine Zahl N vorspringender Statorpole 4a 12 ist und eine Zahl M der Pole eines Rotormagneten 9 18 ist, wobei mit anderen Worten das Verhältnis von N zu M N/M = 12/18 = 2/3 ist, d. h., M/N = 2/(2n – 1) (n = 2).
Wie aus 1 hervorgeht, sind bei dem Motor 105 eine Statoreinheit 4 und eine Treiberschaltungsplatte 5 an einem durch das Schneiden von Aluminium gebildeten Gehäuse 1 befestigt. Auch Befestigungslöcher 6 für das Anbringen des fertig gestellten Motors 105 sind in dem Gehäuse 1 ausgebildet. Auf einer Fläche der Treiberschaltungsplatte 5 ist eine Isolierschicht ausgebildet, wobei eine (nicht gezeigte) Leiterplatte auf der Fläche der Isolierschicht ausgebildet ist, wobei folglich eine (später zu beschreibende) Treiberschaltung für eine Spannung mit zweiphasiger sinusförmiger Wellenform gebildet wird, die notwendig ist, um den Motor 105 anzutreiben. Da der Motor 105 ein Synchronmotor ist, sind die Rotorstellung erfassende Hallelemente zum Verändern über die Erregerphase und ein FG (Frequenzgenerator) zum Erfassen der Drehzahl des Rotors überhaupt nicht notwendig.
Zwölf vorspringender Statorpole 4a sind in der Statoreinheit 4 radial ausgebildet. Diese Statoreinheit 4 wird durch das Stapeln und Befestigen mehrerer elektromagnetischer Stahlbleche, die durch Druckstanzen erhalten werden, in der Richtung der Drehachse, das Isolieren der 12 Abschnitte vorspringender Statorpole 4a und das Wickeln von Drähten auf diesen Abschnitten erzielt.
Die Treiberschaltungsplatte 5 und die Statoreinheit 4 sind mit drei Statorbefestigungsschrauben 7 an dem Gehäuse 1 befestigt.
Eine Rotoreinheit 2 wird durch das Ankleben eines Rotormagneten 9, der magnetisiert ist und in der Radialrichtung 18 Pole aufweist, an der Innenumfangsfläche eines ferromagnetischen Rotorjochs 8 erhalten. Die Rotoreinheit 2 und eine Welle 11, die einen Spannkopf 12 haben, sind durch das Befestigen einer Rotorbefestigungsschraube 10 an der Welle 11 aneinander befestigt und sind zwei durch Kugellager 3, die in zwei Rillen des Gehäuses 1 eingefügt sind, drehbar gelagert.
Der Motor gemäß der betreffenden Erfindung ist nicht auf einen Außenrotormotor beschränkt, sondern die betreffende Erfindung kann entsprechend auch auf einen Innenrotormotor angewendet werden.
Die Motortreiberschaltung dieser Ausführungsform wird zusammen mit ihrer Funktionsweise anhand der 2 sowie der 3A und 3B beschrieben.
2, zeigt ein Beispiel für eine Treiberschaltung, die durch das Verwenden der Mikroschritttechnik den Zweiphasenmotor der betreffenden Erfindung mit einer konstanten Geschwindigkeit dreht. Wie aus 2 hervorgeht, zählt ein AUFWÄRTS-ABWÄRTS-Zähler 100 die Taktsignale CLK einer vorgegebenen Geschwindigkeit (Frequenz), um die den ROMs 101a und 101b zuzuführenden Adressensignale zu erzeugen. Die ROMs 101a und 101b geben in Reaktion auf das Eingangsadressensignal einen Ausgangswert aus.
Die in den ROMs 101a bzw. 101b enthaltenen Inhalte sind jeweils in den 3A und 3B gezeigt. 3A zeigt den von dem ROM 101a in Reaktion auf das Eingangsadressensignal auszugebenden Inhalt und 3B zeigt den von dem ROM 101b in Reaktion auf das Eingangsadressensignal auszugebenden Inhalt. Wie in den 3A und 3B gezeigt ist, speichern die ROMz 101a und 101b Informationen über Sinuswellen bzw. Informationen über Kosinuswellen. Die in den ROMs 101a und 101b zu speichernden Inhalte sind nicht strikt auf die Informationen über Sinuswellen bzw. die Informationen über Kosinuswellen beschränkt. Stattdessen können vorteilhafter die durch das Überlagern von Komponenten, die das dem Motor bei den sinusförmigen Wellen und den Kosinuswellen inhärente Hakmoment kompensieren, erhaltenen Informationen gespeichert werden, um die Drehgenauigkeit zu verbessern.
In 2 bezeichnen die Bezugszeichen 102a bzw. 102b D/A-Umsetzer zum Erzeugen von Analogspannungen gemäß den Ausgaben der ROMs 101a und 101b. Die Leistungsverstärker 103a und 103b verstärken die Leistung der von den D/A-Umsetzern 102a und 102b ausgegebenen schwachen Analogsignale und erregen mit ihren Ausgaben die Motorspulen 104a und 104b. In 2 bezeichnet das Bezugszeichen 105 einen Zweiphasenmotor der betreffenden Erfindung. Bei dem Motor 105 zeigt eine Motorspule 104a eine A-Phasenwicklung (über die Anschlüsse A–A'), wobei eine Motorspule 104b eine B-Phasenwicklung (über die Anschlüsse B–B') zeigt (die Details der A- und B-Phasenwicklung werden später beschrieben).
Da die Motorspulen 104a und 104b Zweiphasenwicklungen bilden, werden die Zweiphasenwicklungen, wenn symmetrische Zweiphasen-Wechselspannungen wie in den 3A und 3B gezeigt dort angelegt werden, erregt, um ein Drehfeld in dem Luftspalt zu erzeugen, wie oben beschrieben ist. Der Rotormagnet 9 erhält synchron mit diesem Drehfeld eine anziehende (abstoßende) Kraft, sodass er sich mit einer konstanten synchronen Drehzahl weiterdreht.
Unter Verwendung der 4A und 4B, 5A und 5B sowie 6A und 6B wird eine Beschreibung der Zweiphasenwicklungen als das kennzeichnende Merkmal der betreffenden Erfindung gegeben. 4A ist eine Draufsicht, die die Anordnung des in 1 gezeigten Motors 105 zeigt, um die Lagebeziehung zwischen dem vorspringenden Statorpol 4a und dem Rotormagneten 9 zu zeigen. Der entsprechenden in 1 gezeigten 12 vorspringenden Statorpole 4a sind in 4A als A₁ bis A₆ und B₁ bis B₆ bezeichnet. 4b ist eine vergrößerte Ansicht des vorspringenden Statorpols A₁. Wie in 4B gezeigt ist, ist eine Wicklung 4b konzentriert auf den vorspringenden Statorpol A₁ gewickelt, wobei ein vorspringendes Polelement 4c an dem distalen Ende des vorspringenden Statorpols A₁ vorgesehen ist. Diese Anordnung gilt für die verbleibenden vorspringenden Statorpole. Bei den entsprechenden vorspringenden Statorpolen bezeichnet jedes Bezugszeichen a₁ bis a₆ und b₁ bis b₆ den Wicklungsbandanfang der entsprechenden Wicklung 4b und jedes Bezugszeichen a₁' bis a₆' und b₁' bis b₆' bezeichnet das Wicklungsbandende der entsprechenden Wicklung 4b.
Die vorspringenden Statorpole A₁ bis A₆ und B₁ bis B₆ sind in der Reihenfolge A1 -> B1 -> A2 -> B2 -> A3 -> B3 -> A4 -> B4 -> A5 -> B5 -> A6 -> B6 in der Umfangsrichtung der Statoreinheit 4 angeordnet. In 4A sind die Wicklungen in derselben Richtung auf die jeweiligen vorspringenden Statorpole gewickelt. In diesem Fall müssen die Wicklungen beim Ausführen der elektrischen Verbindung derart verbunden sein, dass die Polaritäten gewechselt werden, wie später beschrieben wird.
Die (Phasen)-Lagebeziehung zwischen dem Rotormagneten 9 und den jeweiligen vorspringenden Statorpolen wird mit Bezug auf 4A beschrieben. Die Mitten der jeweiligen vorspringenden Pole der Gruppe A vorspringender Statorpole (A₁ bis A₆) befinden sich in Stellungen, die den Mitten der Magnetpole der Rotormagneten 9 gegenüberliegen, wobei die vorspringenden Statorpole A₁, A₃ und A₅ und die vorspringenden Statorpole A₂, A₄ und A₆ dem Nordpol bzw. dem Südpol gegenüber liegen. Folglich haben die vorspringenden Statorpole A₁, A₃ und A₅ und die vorspringenden Statorpole A₂, A₄ und A₆ einander entgegengesetzte Phasen und müssen so ausgebildet sein, dass sie die entgegengesetzten Phasen mittels der elektrischen Verbindung oder der Wicklungsrichtungen der Wicklungen 4b bekommen (in dieser Ausführungsform sind sie so ausgebildet, dass sie die entgegengesetzten Phasen mittels der elektrischen Verbindung bekommen, siehe 5A und 5B sowie 6A und 6B).
Entsprechend befinden sich die Mitten der jeweiligen vorspringenden Pole der Gruppe B vorspringender Statorpole (B₁ bis B₆) in Stellungen, in denen sie den Wechselpunkten (Nullpunkten) der Magnetpole des Rotormagneten 9 gegenüberliegen, wobei die vorspringenden Statorpole B₁, B₃ und B₅ und die vorspringenden Statorpole B₂, B₄ und B₆ den Wechselpunkten von den Südpolen zu den Nordpolen bzw. von den Nordpolen zu den Südpolen gegenüberliegen. Folglich haben die vorspringenden Statorpole B₁, B₃ und B₅ sowie die vorspringenden Statorpole B₂, B₄ und B₆ einander entgegengesetzte Pole und müssen so ausgebildet sein, dass sie die entgegengesetzten Phasen mittels der elektrischen Verbindung oder der Wicklungsrichtungen der Wicklungen 4b bekommen.
Die 5A und 5B zeigen der Verbindung der Wicklungen der Gruppe A vorspringender Statorpole über die in 2 gezeigten Anschlüsse A–A', und 6A und 6B zeigen der Verbindung der Wicklungen der Gruppe B vorspringender Statorpole über die in 2 gezeigten Anschlüsse B–B'. 5A und 5B zeigen den Fall der Reihenschaltung und 6A und 6B zeigen den Fall der Parallelschaltung.
Die Gruppe A vorspringender Statorpole und die Gruppe B vorspringender Statorpole bilden eine 270°-Phasenlage (–90°-Phasenlage) im elektrischen Winkel zueinander und sind um 90° phasenverschoben voneinander angeordnet. Wie in den 5A und 5B oder den 6A und 6B gezeigt ist, sind die jeweiligen Wicklungen der Gruppe A vorspringender Statorpole daher über die Anschlüsse A–A' verbunden und bilden eine A-Phasenwicklung und die jeweiligen Wicklungen der Gruppe B vorspringender Statorpole sind über die Anschlüsse B–B' verbunden und bilden eine B-Phasenwicklung, sodass die Wicklungen der jeweiligen vorspringenden Pole als Ganzes Zweiphasenwicklungen bilden. Zu dieser Zeit muss die Anzahl der Windungen der Wicklungen der jeweiligen vorspringenden Statorpole, beim Berücksichtigen der Symmetrie zwischen den Phasen, gleich sein.
Die Wicklungsbandanfänge (a₁ bis a₆ und b₁ bis b₆) und die Wicklungsbandenden (a₁' bis a₆' und b₁' bis b₆') von den Wicklungen der jeweiligen vorspringenden Pole sind so verbunden, dass die Richtungen des Stroms zwischen den vorspringenden Statorpolen A₁, A₃ und A₅ und den vorspringenden Statorpolen A₂, A₄ und A₆ (oder zwischen den vorspringenden Statorpolen B₁, B₃ und B₅ und den vorspringenden Statorpolen B₂, B₄ und B₆) einander entgegengesetzt sind. (Wie oben beschrieben ist, kann die Verbindung durch das Wechseln der Wicklungsrichtungen hergestellt werden, sodass die Richtungen des Stroms einander entgegengesetzt werden.) Im Ergebnis können die Polaritäten der jeweiligen vorspringenden Pole, wenn der Strom den Wicklungen zugeführt wird, geändert werden.
Das Verhältnis zwischen der Zahl N (12 in dieser Ausführungsform) vorspringender Statorpole und der Zahl M (18 in dieser Ausführungsform) der Pole des Rotormagneten des Motors gemäß der betreffenden Erfindung wird beschrieben.
In dieser Ausführungsform besteht ein Verhältnis N : M = 2 : 3. Wenn N und M gerade Zahlen sind und N : M = 2 : 2n – 1 ist (n ist eine natürliche Zahl), wird die oben beschriebene Phasenlage zwischen den vorspringenden Statorpolen und dem Rotormagneten im Allgemeinen aufrechterhalten. Deshalb genügt es, wenn Zweiphasenwicklungen durch das elektrische Verbinden der Wicklungen der jeweiligen vorspringenden Statorpole auf diese Weise gebildet werden.
Aus dem Vorangehenden folgt, dass es eine unendliche Anzahl von Kombinationen der Zahl N vorspringender Statorpole und der Zahl M der Pole des Rotormagneten gibt, wobei aber natürlich eine optimale Kombination existiert. Dies wird mit Bezug auf 7 beschrieben.
7 ist mit A4 identisch, mit der Ausnahme, dass die Abstandswinkel θ, θ_S, und θ_P hinzugefügt sind. θ ist der durch einen vorspringenden Statorpol eingenommene Mittelpunktswinkel, der in dieser Ausführungsform 360°/12 = 30° ist. θ_P ist der durch einen Pol des Rotormagneten eingenommene Mittelpunktswinkel, der in dieser Ausführungsform 360°/18 = 20° ist. θ_S ist der durch das vorspringende Polelement 4c (siehe 4B) eingenommene Mittelpunktswinkel am distalen Ende eines vorspringenden Statorpols, der in dieser Ausführungsform θ_S = 14° ist. Da die Wicklung im Schlitz (in der Rille) des vorspringenden Statorpols untergebracht ist, ist natürlich θ > θ_S.
Die optimale Kombination ist eine Kombination in der: θS ≈ θP bleibt, weil ein durch einen Nordpol des Rotormagneten erzeugter Magnetfluss das vorspringende Polelement am distalen Ende des vorspringenden Statorpols effizient durch den Luftspalt erreichen muss. Mit anderen Worten muss ein Magnetkreis, der den magnetischen Streufluss des Rotormagneten minimiert, so ausgebildet sein, dass folglich ein Motor mit einem guten magnetischen Wirkungsgrad bereitgestellt wird.
Ungeeignete Beispiele sind wie folgt: Wenn n = 1, θ_S° (= 14°) << θ_P (= 60°) ist, dann tritt im vorspringenden Statorpol eine unerwünschte Magnetflusssättigung auf.
Wenn umgekehrt n = 5 ist oder ein großes n festgelegt ist, θ_P = 6.7 und θ_S (14°) >> θ_P (6.7) ist, dann liegen sich 14/6,7 = 2 (Teile) der Pole des Rotormagneten, d. h. ein Paar von Nordpol und Südpol, in dem Mittelpunktswinkel θ_S = 14°, der durch einen vorspringenden Statorpol eingenommen wird, gleichzeitig gegenüber, wobei der Nordpol und der Südpol des Rotormagneten durch das vorspringende Statorpolelement magnetisch kurzgeschlossen sind, was den magnetischen Wirkungsgrad stark verschlechtert. Auf diese Weise ist es nicht vorteilhaft, wenn n einen zu kleinen Wert oder einen zu großen Wert annimmt. Es ist vorteilhaft, wenn n = 2 oder n = 3 ist. Das heißt, das bevorzugte Verhältnis ist N : M = 2 : 3 oder 2 : 5.
Wie oben beschrieben worden ist, wird der Stator im Motor gemäß der betreffenden Erfindung durch das Schichten von Statorjochen gebildet, die ausschließlich durch ebenes Druckstanzen erhalten werden, und in einer Ebene werden zwei Phasen gebildet. Im Ergebnis werden die folgenden Wirkungen erreicht:

(1) Die magnetische Symmetrie zwischen beiden Phasen, die die Rotordrehung begleiten, ist gut, wobei in der Axialrichtung keine mit der Erregung verbundenen Schwingungen auftreten.
(2) Magnetfeldschwankungen zwischen beiden Phasen treten konstruktiv bedingt nicht auf, wobei im Ergebnis die Drehmomentschwankung klein ist, was zu einer hohen Drehgenauigkeit führt.
(3) Da der Magnetkreis auf einer Ebene gebildet werden kann, kann ein hoher magnetischer Wirkungsgrad erreicht werden.
(4) Während der herkömmliche Zweiphasen-Klauenpolmotor während der Hochgeschwindigkeitsdrehung einen hohen Eisenverlust hat, kann der Motor gemäß der betreffenden Erfindung den Eisenverlust stark vermindern, da er ein Lamellenjoch verwendet.
(5) Die Änderungen bei den Motoren sind klein, sodass ein Präzisionsmotor mit einer stabilen Qualität preisgünstig hergestellt werden kann.

Claims

Ein Zweiphasen-Synchronmotor (105), enthaltend 1.1 einen ferromagnetischen Stator (4), der N vorspringende Statorpole (4a) aufweist, 1.2 und einen Rotormagnet (2, 9) mit M Polen, 1.3 wobei N und M so gewählt werden, dass sie beide gerade Zahlen sind, sodass sie im Verhältnis N : M = 2 : 2n – 1 (n ist eine natürliche Zahl) stehen, 1.3.1 wobei die N vorspringenden Statorpole (4a) in erste und zweite vorspringende Polgruppen (A1 bis A6 bzw. B1 bis B6) von N/2 vorspringenden Statorpolen unterteilt sind, um die Wicklungen (a₁a₁'–a₆a₆' bzw. b₁b₁'–b₆b₆') gewunden sind, 1.3.2 wobei die vorspringenden Statorpole (A1–A6, B1–B6), die zu den ersten und zweiten Polgruppen gehören, alternierend in einer Umfangsrichtung des Stators (4) angeordnet sind, 1.3.3 wobei die Phasen der Wicklungen (a₁a₁'–a₆a₆' bzw. b₁b₁'–b₆b₆') der vorspringenden Statorpole (A1–A6, B1–B6), die zu den ersten (A1–A6) und zweiten (B1–B6) vorspringenden Polgruppen gehören, aufeinanderfolgend einander gegenüber in einer Umfangsrichtung in Einheiten von Gruppen liegen, 1.3.4 wobei die Wicklungen (a₁a₁'–a₆a₆' und b₁b₁'–b₆b₆') der vorspringenden Statorpole (A1–A6, B1–B6), die zu den ersten und zweiten aufeinanderfolgenden Polgruppen gehören, in einer Umfangsrichtung aufeinanderfolgend elektrisch verbunden sind, um erste und zweite Phasen zu bilden, 1.3.5 eine erste Treiberschaltung (101a, 102a, 103a), welche Wicklungen (a₁a₁'–a₆a₆') der ersten vorspringenden Polgruppe (A1–A6) mit einer Spannung von sinusförmiger Wellenform anregt, 1.3.6 eine zweite Treiberschaltung (101b, 102b, 103b), welche Wicklungen (b₁b₁'–b₆b₆') der zweiten vorsprin genden Polgruppe (B1–B6) mit einer Spannung von cosinusförmiger Wellenform anregt, dadurch gekennzeichnet, dass 1.3.7 die erste Treiberschaltung (101a, 102a, 103a) einen Speicher (101a) zum Speichern der Spannung mit sinusförmiger Wellenform mit überlagerten Kompensationskomponenten umfasst, und dass die zweite Treiberschaltung (101b, 102b, 103b) einen Speicher (101b) zum Speichern der Spannung mit cosinusförmiger Wellenform mit überlagerten Kompensationskomponenten umfasst, um das dem Motor inhärente Hakmoment zu kompensieren.
Zweiphasen-Synchronmotor nach Anspruch 1, bei welchem ein Verhältnis der Zahl N der vorspringenden Statorpole (A1–A6; B1–B6), mit denen die Statoreinheit (4) versehen ist, zu der Zahl M der Rotormagnetpole (8, 9) festgelegt ist auf N : M = 2 : 3 oder N : M = 2 : 5.