DE3641369C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schritt- oder Reversiermotor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Aus der CH-PS 4 26 012 ist ein Schritt- oder Reversiermotor mit zwei separat erregbaren verschieden bemessenen Statorteilen bekannt, wobei jeder Statorteil nur einseitig des Rotors Statorzähne aufweist. Der Rotor ist zwischen je zwei benachbarten Statorzähnen im wesentlichen in Umfangsrichtung durchflutet, wobei zur Erzielung optimaler Bedingungen die Magnetisierungsrichtung etwa der Durchflutung durch den Statorfluß entsprechen muß. Hieraus resultiert eine erhebliche radiale Dicke des Rotors, die innen und außen unabhängig voneinander sein muß. Als nachteilig ist an diesem vorbekannten Motor anzusehen, daß er nicht geeignet ist, besonders hohe Polzahlen und damit langsam laufende Motoren mit hohem Drehmoment und hoher Leistung zu erzielen. Aufgrund der großen Polabstände und der erforderlichen großen Dicke des Rotors ist zudem das Rotormaterial schlecht genutzt.

Aus der DE-OS 31 19 733 und der DE-OS 31 21 547 sind Motoren bekannt, bei denen mindestens drei Stator- und zugeordnete Rotorteile vorgesehen sind, bei welchen jeweils die Weicheisenzähne des einen Rotorteils in den Luftspalt zwischen je einem äußeren und einem inneren Statorzahn gezogen werden. Der Wirkungsgrad dieser Motoren ist sehr bescheiden, und um auch nur einigermaßen akzeptable Wirkungen zu erreichen, müssen die Teilschritte durch jeweiliges Hineinziehen der Weicheisenlappen eines Rotorteils zwischen die Statorzähne einen gewissen Weg ausführen. Dieses Motorenprinzip läßt sich mit höherer Polzahl nur bei einem Motor einer gewissen Größe realisieren. Hinzu kommt, daß dieses Motorenkonzept sich nicht für eine rationelle und kostengünstige Herstellung von Schritt- oder Reversiermotoren eignet.

Aus der DE-OS 28 20 308 ist ein Synchron-Elektromotor bekannt, der ebenso wie der Rotor gemäß der DE-OS 31 19 733 und der CH-PS 4 26 012 eine allgemein T-förmige Ausbildung aufweist.

Ein Schritt- oder Reversiermotor der eingangs genannten Gattung ist bereits in dem DE-GM 19 27 288 offenbart. Dieser vorbekannte Motor besitzt gemäß Fig. 2 einen glockenförmigen Läufer mit einem daran befestigten Kranz, der aus einzelnen Magneten oder aus einem Ringzylinder mit entsprechend aufmagnetisierten Polen besteht. Der Rotor ist somit mehrteilig und asymmetrisch aufgebaut und recht aufwendig in seiner Herstellung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Motor der eingangs genannten Gattung hinsichtlich einer einfachen Herstellung weiterzubilden. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Bevorzugte weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung wird in vorteilhafter Weise ein Schritt- oder Reversiermotor verfügbar gemacht, der eine besonders einfache Herstellung ermöglicht, wobei gleichzeitig in günstiger Weise verhältnismäßig wenig Material optimal ausgenutzt und bei einem gegebenen Durchmesser hohe Polzahlen erreicht werden können.

Die erfindungsgemäße Gestaltung ermöglicht wegen der geringen Dicke in einem wirtschaftlichen Rahmen den Einsatz von modernen magnetisierbaren teuren Materialien für den Rotor. Hinzu kommt, daß auch die Gestaltung der Polteilung außerordentlich gering sein kann, denn aufgrund des radialen Versatzes im Gegensatz gepolter Statorzähne weisen diese ohnehin genügend Abstand auf und können in Umfangsrichtung eng stehen. Mit dem erfindungsgemäßen Motor lassen sich hierdurch hohe Momente, hohe Polzahlen (niedrige Drehzahl) bei hoher spezifischer Leistung, eine gute Materialnutzung und demgemäß eine preisgünstige Herstellung erreichen, wobei die Magnetisierung des Rotors außerordentlich einfach ist.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt durch eine erste Ausbildungsform eines Schritt- oder Reversiermotors; und

Fig. 2 und 3 je einen halben Axialschnitt durch weitere 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 ausgeführte, 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. Jeder der 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.

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. 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 Preßsitz 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 (9)

1. Schritt- oder Reversiermotor nach dem Klauenpolprinzip mit einem zylinderförmigen radial magnetisierten dauermagnetischen Rotor und mit zwei gleich ausgebildeten und dimensionierten separat erregbaren Statorteilen, von welchen jeder am äußeren Umfang Polzähne von abwechselnder Polarität aufweist, wobei der Rotor zwischen radial äußere und innere Polzähne greift, wobei der Motor einen T-förmigen Rotor aufweist, wobei die radial versetzten Kränze von Polzähnen beidseitig und symmetrisch zum Rotor angeordnet sind, und wobei je ein radial durchmagnetisierter, dauermagnetischer zylindrischer Kragen des Rotors zwischen die radial versetzten Kränze von Polzähnen je eines Statorteils derart greift, daß die radial durchmagnetisierten dauermagnetischen Kragen vom Statorfluß radial durchflutet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der T-förmige Rotor aus einer zwischen den Statorteilen angeordneten Scheibe (14) und den an sie einteilig anschließenden Kragen (15) besteht.

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

3. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Statorteile mit in Umfangsrichtung versetzt angeordneten Polzähnen (5, 7) vorgesehen sind, und daß die dauermagnetischen Pole an den beiden Rotorkragen (15) ohne Versetzung in Umfangsrichtung axial ausgerichtet sind.

4. Motor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kragen (15) des Rotors aus magnetisierbarem Kunststoff mit radialer Anisotropie bestehen.

5. Motor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorteile (2, 3) in einer durch Rippen bzw. Nuten (10) eines Gehäusemantels (1) bestimmten Position orientiert sind.

6. Motor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, 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.

7. Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (16) aus Sintereisen zugleich als Lagerbüchsen ausgebildet sind.

8. Motor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Statorteil einen Polring (17) von C-förmigem Querschnitt aus Sintereisen und einen Polring (4, 5) von L-förmigem Querschnitt aus Weicheisen aufweist.

9. Motor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor zwischen einem äußeren, hülsenförmigen Teil (15) und einer Nabe (13) Speichen aufweist.