DE2159640C3 - Mehrphasiger elektrischer Schrittmotor - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft einen mehrphasigen elektrischen Schrittmotor mit einem auf einer Welle befestigten Rotor, der eine Anzahl gleichmäßig beabstandeter Rotorzähne aufweist, und mit mehreren in Umfangsrichtung des Rotors in gleichem Abstand voneinander angeordneten, je einer Phase zugeordneten Teilstatoren, bestehend aus jeweils einem Paar von je eine Erregerwicklung tragenden U-förmigen Statorkernen, von denen die Enden der äußeren Schenkel jedes Paares außerhalb der Rotorzähne einander angepaßt sind und den den Luftspalt bildenden Abstand zwischen den mit Statorzähnen versehenen Stirnflächen der inneren Schenkel jedes Paares bestimmen.

Ein derartiger mehrphasiger elektrischer Schrittmotor ist in der DT-OS 21 05 737 bereits vorgeschlagen worden. Beim vorgeschlagenen Schrittmotor sind die Statorkerne aus massivem magnetischem Material hergestellt, was infolge der dadurch auftretenden Verluste zu einem niedrigen Wirkungsgrad führt. Die Befestigung der Statorkerne beim vorgeschlagenen Schrittmotor führt außerdem zu Justierungsproblemen, da die Statorkerne insbesondere an ihren mit Statorzähnen versehenen Stirnflächen vor dem Einbau in ein Gehäuseteil des Schrittmotors endgültig bearbeitet werden müssen.

Aus der DT-OS 18 17 369 ist ein elektromagnetischer Schrittgeber bekannt, der insbesondere als Antrieb tür Kleinwerke dienen soll. Der bekannte Schrittgeber enthält als Rotor eine Isolierscheibe mit am Umfang radial eingesetzten Metallteilen und über den Umfang verteilten Elektromagneten als Statorelemente bzw. Teilstatoren. Der Kern jedes Elektromagneten ist als Ringkern mit einem Spalt ausgebildet, durch den die Metallteilchen des Rotors, die als Rotorzähne angesehen werden können, hindurchbewegt werden. In den den Luftspalt begrenzenden Stirnflächen der Ringkerne sind keine Zähne vorgesehen, und sie an dieser Stelle herauszuarbeiten, ist bei vertretbarem Aufwand auch nicht möglich.

Aus der FR-PS 15 02 811 ist ein Reluktanzmotor mit aus U-förmigen Lamellen gebildeten Statorkernen bekanr.i. Die Statorkerne haben die Form halbierter Schnittbandkerne, wobei jeweils die einen Hälften mit ihren Schenkeln aneinandergrenzend und unter Bildung eines Luftspalts, die anderen Hälften gegenüberliegend ebenfalls mit ihren Schenkeln aneinandergrenzend in Kreisform angeordnet sind. Die Erregerspulen sind jeweils auf zwei aneinander angrenzenden Schenkeln benachbarter Statorkerne angeordnet. Die beiden Stirnflächen beider Schenkel jedes Statorkerns sind dem Luftspalt zugewandt, in dem sich der Rotor bewegt. Die Stirnflächen der Statorkerne sind plan ausgebildet. Die bekannte Anordnung der Slatorkerne hat einen sehr großen Streufluß zur Folge, wodurch der Wirkungsgrad erheblich beeinträchtigt wird.

Aus der OE-PS 2 55 553 ist ein auf Asynchronbetrieb umschaitbarer Schrittmotor bekannt, der in axialer Richtung unter Bildung eines Luftspalts gegenüberliegende Statorpole mit Statorzähnen und einem zwischen diesem befindlichen Rotor mit Rotorzähnen aufweist. Die Statorpole dieses bekannten Schrittmotors sind jedoch nicht U-förmig ausgebildet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Schrittmotor der eingangs genannten Art so auszugestalten, daß er eine einfache und billige Herstellbarkeit mit einer hohen Ausgangsleitung bzw. einem hohen Wirkungsgrad vereint.

Diese Aufgabe wird bei einem mehrphasigen elektrischen Schrittmotor der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die U-förmigen Statorkerne lamelliert ausgeführt sind und jeweils die einander gegenüberliegenden Statorkerne eines Paares an zwei getrennten Gehäuseteilen befestigt sind und daß die Erregerwicklungen auf den inneren Schenkeln der Statorkerne angeordnet sind.

Vorteilhafte Weiterbildungen dieser Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Durch diese Merkmale wird eine besonders einfache Fertigung von Schrittmotoren hoher Ausgangsleistung und mit einem hohen Wirkungsgrad ermöglicht. Die aus U-förmigen Lamellen gebildeten Statorkerne sind bekanntlich als Schnittbandkerne äußerst einfach herzustellen. Das durch eine Verwendung derartiger Statorkerne bei einem Schrittmotor gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruches 1 bestehende Problem der exakten Herstellung und gegenseitigen Anordnung der Statorzähne ist auf einfache Weise dadurch gelöst, daß abweichend von der bereits vorgeschlagenen Form die Erregerwicklung auf den inneren Schenkeln der Statorkerne angebracht ist und die Statorkerne selbst an ge trennten Gehäuseteilen befestigt sind. Hierdurch lasser sich die an den betreffenden Gehäuseteilen befestigter Statorkerne in ihrer Gesamtheit bearbeiten, d. h., e« können an den inneren Stirnflächen der Statorkern« mittels einer im Winkel verstellbaren Fräsvorrichtung die Statorzähne exakt in der vorgeschriebenen Winkel teilung und radialen Ausrichtung ohne nachträgliche! Justieren der Statorkerne gebildet werden, und es kön nen danach die Stirnflächen der Statorkerne in ihrei

Gesamtheit so maßgeschliffen werden, daft durch Aufeinandersetzen der äußeren Schenkel der jeweiligen Statorkernpaare gegebenenfalls unter Zwischenfügen eines magnetischen Abstandhalters der Abstand zwischen den Stirnflächen der inneren Schenke! eines Paares exakt bestimmt ist.

Die Erfindung wird durch ein Ausführungsbeispiel an Hand von drei Figuren näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Längsansicht eines erfindungsgemäßen elektrischen Schrittmotors in einer auf der Anordnung eines bekannten elektrischen Schrittmotors beruhenden Anordnung,

F i g. 2 eine Schnittansicht längs der Linie 2-2 in F i g. 1 und

Fig.3 in perspektivischer Ansicht ein erfindunesge- '5 mäßes Statorkernpaar.

Wie in den F i g. 1 und 2 dargestellt, ist eine Rotorwelle 8 eines Rotors 4 mittels koaxia! in den Gehäuseteilen 16 und 17 befestigten Kugellagern 18 an den axial gegenüberliegenden Enden drehbar gelagert. Der Rotor 4 besitzt eine Anzahl radial vorstehender Rotorzähne 6, die untereinander gleichen Winkelabstand besitzen, d. h., die Rotorzähne 6 sind in der gleichen Teilung angeordnet.

Wie deutlich aus F i g. 1 hervorgeht, liegen sich zwei U-förmige geometrisch und elektrisch paarweise zusammengefaßte Teilstatoren Ua, I It, die erfindungbgemäß geschichtete Statorkerne 13a, 13b enthalten, außerhalb der Rotorzähne 6 des Rotors 4 einander gegenüber. Eine Vielzahl von Teilstatorpaaren Ila, 11 feist mittels eines Klebers 19. z. B. eines Kunstharzklebers, so in den Gehäuseteilen 16 und 17 eingebaut und befestigt, daß sie in bezug auf die Achse des Rotors 4 radial liegen und zwischen aufeinanderfolgenden Paaren um den Rotor 4 herum gleichzeitig eine vorgegebene Wmkelbeziehung besteht, so daß die Teilstatoren ais Statoranordnung mit einer Anzahl verschiedener elektrischer Phasen wirken, die in der Lage sind, auf den Rotor 4, unabhängig von elektrischen Eingangr'mpulsen, eine schrittförmige Antriebskraft auszuüben.

Die U-förmigen Teilstatoren 11.?, 11b besitzen eine Vielzahl von Statorzähnen 14a, 146 in der gleichen Teilung wie die Rot jrzähne 6. Die Zähne sind an der inneren Stirnfläche jedes der Teilstatoren gebildet.

Aus F i g. 2 geht deutlich hervor, daß jeder Statorkern 13a bzw. 13b an der inneren Stirnfläche so bearbeitet ist, daß die erwähnten Statorzähne 14a bzw. 14b gebildet werden, die den Rotorzähnen 6 in ?.::ialer Richtung gegenüberliegen.

Die um die erfindungsgemäß geschichteten Statorkerne 13a, 13b jedes Teilstatorpaares 11a, 11b gewikkelten Erregerwicklungen 12a, 12b sind entweder so in Reihe oder parallel geschallet, daß jedes Paar die gleiche elektrische Phase besitzt. Die paarweise /usaminengefaßten Erregerwicklungen 12a, 12b erzeugen den in F i g. 1 dargestellten Magnetfluß Φ, welcher durch das Innere der paarweise zusammengefaßten geschichteten Statorkerne 13a, 13b und die Rotorzähne 6 fließt, wenn die Erregerwicklungen durch einen entsprechenden Eingangsiinpulsstrom erregt werden. <>°

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist zwischen jedes Paar U-förmig geschichteter Statorkerne 13a, 13b ein Abstandhalter 15 fest eingefügt, um die gegenüberliegenden Stirnflächen der Kerne auf einem vorgegebenen Abstand zu halten.

Der Abstandhalter 15 ist aus magnetischem Material, z. B. Dynamoblech, hergestellt, so daß dem hindurchfließenden Magnetfluß kein großer Widerstand entgegengesetzt wird.

Irr. fofgenden werden die durch das Vorhandensein des Abstandhalters bedingten Vorteile im einzelnen beschrieben.

Im allgemeinen werden die zwischen den Rotorzähnen 6 und den Statorzähnen 14a, 14b zur freien Drehung des Rotors 4 benötigten Luftspalte 20 so klein wie möglich gehalten (sie haben gewöhnlich eine Breite von 0,005 mm), um die zwischen den Rotorzähnen 6 und den Statorzähnen 14a, 14b wirkende magnetische Anziehungskraft groß zu hallen, wenn die Teilstatoren 11a, lib erregt werden. Demgemäß werden beim Zusammenbau eines elektrischen Schrittmotors die in F i g. 1 dargestellten Stirnflächen A und B der in den entsprechenden Gehäuseteilen 16 und 17 eingebauten Statorkerne 13a, 13b gewöhnlich mit einer Schleifmaschine bearbeitet, um eine glatte Oberfläche zu erhalten. Dann wird der Motor endgültig so zusammengebaut, daß die beiden Stirnflächen A und B senkrecht zur Achse der Rotorwelle 8 sowie parallel zueinander liegen, um die erwähnten Luftspalte 20 zu bestimmen.

Der Berrbeitungsprozeß mittels einer Schleifmaschine ist als üblicher Prozeß zum Entgraten nach dem Fräsvorgang, der zur Bildung der Stalorzähne 14j, 14b äii der inneren Stirnfläche des Statorkernes 13a bzw. 13b dient, erforderlich.

Die Anordnung des erfindungsgemäßen elektrischen Schrittmotors, bei welcher die Abstandhalter 15 zwischen die entsprechenden Tcilsiatorpaare eingefügt sind, soll nicht nur der Aufrechterhaltung der erwähnten senkrechten und parallelen Lage dienen, sondern auch der Bestimmung von kleinen genauen Luftspalten 20. Somit kann die zwischen den Statorzähnen 14a. 14b und den Rotorzähnen 6 über die Luftspalte 20 wirkende Anziehungskraft maximal ausgebildet werden und damit durch die Rotorwelle 8 des elektrischen Schrittmotors eine maximale Ausgangsleistung geliefert werden. Weiterhin wird durch die Möglichkeit, die senk rechte und parallele Lage aufrechtzuerhalten, die unerwünschte Belastung und Reibung an den Kugellagern 18 während der Umdrehung des Rotors 14 verringert und damit die Lebensdauer der Kugellager 18 erhöht.

Vorzugsweise werden die Abstandhalter 15 schichtförmig aus Dynamoblech oder ähnlichem Material ausgebildet, um die Eisenverluste zu verringern. Der Abstandhalter kann jedoch auch plattenförmig ausgebildet sein, wenn er relativ dünn ist.

In F i g. 3 ist der U-förmige, geschichtete Aufbau der Statorkernpaare 13a und 13b gemäß der vorliegenden Erfindung gesondert dargestellt.

Wie aus F i g. 3 hervorgeht, werden zwei U-förmige, geschichtete Statorkerne 13a und 13b durch Schneiden einer Bandrolle aus magnetischem Material, z. B. eines anisotropen Siliziumbleches, einer vorgegebenen Rreiie längs eines Durchmessers der Rolle erhalten. Die Rolle ist selbstverständlich mittels eines geeigneten Klebstoffes, z. B. eines snythetischen Klebers, im Bereich zwischen den Schichten zusammengeklebt und elektromagnetisch isoliert.

Da die Verwendung von Statorkernen 13a, 13b mit geschichtetem Aufbau die Eisenverluste im Vergleich zu bekannten Statorkernen aus Vollmaterial verringert, liefert der erfindungsgemäße elektrische Schrittmotor eine größere Ausgangsleistung.

Da ferner die Statorzähne 14a, 14b einfach lediglich durch Bearbeiten einer Stirnfläche der Statorkerne 13a, 13b gebildet werden können, kann die für die Herstellung des Schrittmotors erforderliche Zeit erheblich ver-

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ringen werden, was, verglichen mit dem bekannten Verfahren, bei dem nicht nur die Statorzähne, sondern auch der Volleisen-Statorkern selbst aus einem einzigen Stück magnetischen Materials durch einen Fertigungsprozeß erhalten wird, zweifelsohne niedrigere Kosten mit sich bringt.

Da ferner beim Herstellungsprozeß des erfindung; gemäßen Statorkerns der Materialabfall, vergliche zum bekannten Herstellungsprozeß, verringeri: win wird auch aus diesem Grund eine Verringerung dt Herstellungskosten erzielt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Mehrphasiger elektrischer Schrittmotor mit einem auf einer Welle befestigten Rotor, der eine Anzahl gleichmäßig beabstandeter Rotorzähne aufweist, und mit mehreren in Umfangsrichtung des Rotors in gleichem Abstand voneinander angeordneten, je einer Phase zugeordneten Teilstatoren, bestehend aus jeweils einem Paar von je eine Erregerwicklur.g tragenden U-förmigen Statorkernen, von denen die Enden der äußeren Schenkel jedes Paares außerhalb der Rotorzähne einander angepaßt sind und den den Luftspalt bildenden Abstand zwischen den mit Statorzähnen versehenen Stirnflächen der inneren Schenke) jedes Paares bestimmen, d a durch gekennzeichnet, daß die U-förmigen Statorkerne (13a, 13Zj) lamelliert ausgeführt sind und jeweils die einander gegenüberliegenden Statorkerne eines Paares an zwei getrennten Gehäuseteilen (16, 17) befestigt sind und daß d^;e Erregerwicklungen (12a, 126) auf den inneren Schenkeln der Statorkerne angeordnet sind.

2. Schrittmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Schenkel jedes U-förmigen Statorkemes (13a, 13b) gleiche Länge haben und zwischen die Enden der äußeren Schenkel Abstandhalter (15) aus magnetischem Material gefügt sind.

3. Schrittmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ein Paar bildenden, einander gegenüberliegenden Statorkerne (13a, 136) als Schnittbandkerne ausgeführt sind.