-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
1. Gebiet
der Erfindung
-
Die
Erfindung betrifft einen Schrittmotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
-
2. Beschreibung des Standes
der Technik
-
In
letzter Zeit entstand aufgrund der verstärkten Leistung verschiedener
Vorrichtungen wie zum Beispiel Druckern, Faxgeräten und Floppy- (eingetragene
Marke) Diskantrieben ein Bedarf nach einem Schrittmotor mit einem
höheren
Drehmoment, einem niedrigeren Verzahnungsmoment und mit weniger
Vibrationen. Unter diesen Umständen
wurde ein Schrittmotor mit Dauermagnet, wie er in der veröffentlichten
japanischen Patentschrift Nr. Hei 10-127024 offenbart wurde, weitgehend
verwendet, um diesem Bedarf zu genügen.
-
1 ist
eine teilweise aufgerissene Ansicht eines herkömmlichen Schrittmotors mit
Dauermagnet. Wie in 1 zu sehen ist, umfasst der
Schrittmotor mit Dauermagnet im Allgemeinen eine Statoranordnung 6 bestehend
aus zwei Statoreinheiten 6A und 6B, eine Rotoranordnung 13,
eine aus einer Edelstahlplatte ausgestanzte Abdeckung 1 und
ein aus einer ölimprägnierten
Legierung bestehendes vorderes Lager 2. Die Statoreinheiten 6A und 6B umfassen
jeweils Statorjoche 3a und 3b, die jeweils aus einer
weichen magnetischen Stahlplatte ausgestanzt sind und mehrere Polzähne 10 aufweisen,
die auf deren inneren Umfang aufgebogen sind, und eine Spule 4,
die derart ausgebildet ist, dass ein Kupferdraht mit Polyurethanisolierung
um den in den Statorjochen 3a und 3b untergebrachten
Spulenkörper 5 gewickelt ist,
und sind Rücken
an Rücken
aneinander befestigt. Die Rotoranordnung 13 umfasst eine
Drehwelle 8, einen zylindrischen Magneten 9 für ein Magnetfeld
mit mehreren Magnetpolen auf seiner Umfangsfläche, wobei die Umfangsfläche den
Polzähnen 10 der
Statorjoche 3a, 3b gegenüber liegt, und eine Hülse 12 zur
Befestigung des zylindrischen Magneten 9 und der Drehwelle 8 aneinander
derart, dass die Drehwelle 8 in der Hülse 12 mit Presspassung
einsitzt und dass die Hülse 12,
auf die ein Klebstoff aufgebracht wurde, in den zylindrischen Magneten 9 eingesetzt ist.
Die derart aufgebaute Rotoranordnung 13 hat ihren Außenumfang
(des Magneten 9) für
eine vorbestimmte Anzahl an Magnetpolen magnetisiert und ist drehbar
innerhalb der Statoranordnung 6 derart angeordnet, dass
die Drehwelle 8 über
das vordere Lager 2 und ein hinteres Lager (in 1 nicht
dargestellt) gelagert ist und dass die Magnetpole unter Bildung
eines kleinen Spaltes den Polzähnen 10 gegenüber liegen.
-
Die
Statoreinheit 6A ist derart aufgebaut, dass die Polzähne 10 des
Statorjoches 3a mit den Polzähnen 10 des Statorjoches 3b in
gleichem Abstand zueinander mit einem Versatz um einen elektrischen
Winkel von 180 Grad (um einen halben Schritt) kämmen. Die Statoreinheit 6B hat
den gleichen Aufbau wie die Statoreinheit 6A. Die derart
aufgebauten Statoreinheiten 6A und 6B sind Rücken an
Rücken durch
Gießen
mit einem Polymer oder durch Plasmaschweißen derart miteinander verbunden,
dass deren jeweilige Polzähne 10 und
10 um einen elektrischen Winkel von 90 Grad voneinander wegbewegt werden,
wobei die Rotoranordnung 13 stets in die gleiche Richtung
zu drehen beginnt.
-
Da
in jüngster
Zeit die Vorrichtungen, in denen ein Schrittmotor mit Dauermagnet
eingebaut ist, noch kleinere Abmessungen aufweisen und noch flacher
sein sollen, besteht auch ein Bedarf an Schrittmotoren mit Dauermagnet
mit ebenfalls flacherer Bauweise. Die herkömmlichen Schrittmotoren mit Dauermagnet
bestehen jedoch aus zwei Statoreinheiten, die Rücken an Rücken miteinander verbunden
sind, so dass es extrem schwer, wenn nicht gar unmöglich ist,
ihre Profilabmessungen weiter zu verringern. Auch verwendet der
herkömmliche
Schrittmotor mit Dauermagnet vier einzelne Statorjoche, was unweigerlich
zu einer erhöhten
Anzahl an Bauteilen führt
und deren Justierung umständlich
gestaltet.
-
Ein
weiterer herkömmlicher
Schrittmotor mit Dauermagnet ist in der veröffentlichten japanischen Patentschrift
Nr. Hei 5-336729 offenbart; dieser weist einen doppelrotorigen Aufbau
auf, wobei die beiden Rotoren axial aufeinander gesetzt sind. Bei
diesem Motor tritt ein ähnliches
Problem wie das oben beschriebene auf.
-
Ein
weiterer Schrittmotor mit zwei Induktionsspulen und einem aus mehreren
Magnetpolen bestehenden Rotor ist bekannt (
FR 2 793 966 ). Das magnetische Statorjoch
dieses Motors besteht aus zwei parallelen Platten, die miteinander über Abstandshalter
verbunden sind, um welche die Spulen angeordnet sind. Zwei in diesen
Platten eingebrachte koaxiale Öffnungen
bilden einen zylindrischen Raum zur Aufnahme des Rotors.
-
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Schrittmotor
in Flachbauweise vorzusehen, der einfach aufgebaut ist und dessen
Abmessungen in axialer Richtung drastisch reduziert sind.
-
Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
-
1 zeigt
einen herkömmlichen
Schrittmotor mit Dauermagneten in einer teilweise aufgerissenen
Darstellung;
-
2 zeigt
einen Schrittmotor in Flachbauweise nach einer erfindungsgemäßen Ausführungsform
in einer perspektivischen Explosionsdarstellung;
-
3 zeigt
den Schrittmotor in Flachbauweise aus 2 im Querschnitt;
-
4A zeigt
eine untere Statorjochplatte eines Doppelstators des Schrittmotors
in Flachbauweise aus 1 in Draufsicht; und
-
4B zeigt
die untere Statorjochplatte eines Doppelstators aus 4A im
Querschnitt entlang der Linie A-A.
-
AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Bezugnehmend
auf 2 umfasst ein erfindungsgemäßer Schrittmotor in Flachbauweise
im Allgemeinen eine Statoranordnung 30 mit einer ersten und
einer zweiten Statoreinheit 30A und 30B, die so angeordnet
sind, dass sie waagerecht miteinander fluchten, und eine Rotoranordnung 50,
die drehbar innerhalb der Statoranordnung 30 angeordnet
ist.
-
Die
erste Statoreinheit 30A umfasst ein erstes oberes Statorjoch 31a,
ein unteres Statorjoch 34a und eine erste Spuleneinheit 40A,
die aus einem Spulenkörper 41a und
einer um den Spulenkörper 41a vorgesehenen
Wicklung 42a besteht, ist zwischen dem ersten oberen und
dem ersten unteren Statorjoch 31a und 34a angeordnet
und ist mit Anschlussstiften 43a1 und 43a2 versehen.
Das erste obere Statorjoch 31a ist aus einer weichen magnetischen
Stahlplatte ausgestanzt, umfasst an seinem halbkreisförmigen Innenumfang
mehrere Polzähne 32a1 bis 32an,
die gleichzeitig aus der weichen magnetischen Stahlplatte ausgestanzt
und nach innen (in 2 nach unten) aufgebogen sind,
und hat eine Bohrung 33a zum Eingriff mit einem oberen
Vorsprung 44a der ersten Spuleneinheit 40A. Das
erste untere Statorjoch 34a ist aus einer weichen magnetischen
Stahlplatte ausgestanzt, umfasst an seinem halbkreisförmigen Innenumfang
mehrere Polzähne 35a1 bis 35an,
die gleichzeitig aus der weichen magnetischen Stahlplatte ausgestanzt
und nach innen (in 2 nach oben) aufgebogen sind,
und hat eine Bohrung 36a zum Eingriff mit einem unteren
Vorsprung 44a (siehe 3) der ersten
Spuleneinheit 40A.
-
Die
zweite Statoreinheit 30B umfasst ein zweites oberes Statorjoch 31b,
das einstückig
mit dem ersten oberen Statorjoch 31a ausgestanzt ist, um
so eine obere Doppelstator-Jochplatte 31 zu bilden, ein
unteres Statorjoch 34b, das einstückig mit dem ersten unteren
Statorjoch 31a ausgestanzt ist, um so eine untere Doppelstator-Jochplatte 34 zu
bilden, und eine zweite Spuleneinheit 40B, die aus einem
Spulenkörper 41b und
einer um den Spulenkörper 41b vorgesehenen
Wicklung 42b besteht, ist zwischen dem zweiten oberen und
dem zweiten unteren Statorjoch 31b und 34b angeordnet
und ist mit Anschlussstiften 43b1 und 43b2 versehen.
Das zweite obere Statorjoch 31b ist aus einer weichen magnetischen
Stahlplatte ausgestanzt, umfasst an seinem halbkreisförmigen Innenumfang
mehrere Polzähne 32b1 bis 32bn,
die gleichzeitig aus der weichen magnetischen Stahlplatte ausgestanzt
und nach innen (in 2 nach unten) aufgebogen sind,
und hat eine Bohrung 33b zum Eingriff mit einem oberen
Vorsprung 44b der zweiten Spuleneinheit 40B. Das zweite
untere Statorjoch 34b ist aus einer weichen magnetischen
Stahlplatte ausgestanzt, umfasst an seinem halbkreisförmigen Innenumfang
mehrere Polzähne 35b1 bis 35bn,
die gleichzeitig aus der weichen magnetischen Stahlplatte ausgestanzt
und nach innen (in 2 nach oben) aufgebogen sind, und
hat eine Bohrung 36b zum Eingriff mit einem unteren Vorsprung 44b (siehe 2)
der zweiten Spuleneinheit 40B.
-
Die
mehreren Polzähne 32a1 bis 32an des ersten
oberen Statorjoches 31a und die mehreren Polzähne 32b1 bis 32bn des
zweiten oberen Statorjoches 31b sind gleichzeitig ausgestanzt
und die mehreren Polzähne 35a1 bis 35an des
ersten unteren Statorjoches 34a und die mehreren Polzähne 35b1 bis 35bn des
zweiten unteren Statorjoches 34b sind gleichzeitig ausgestanzt.
-
Jedes
Statorjoch hat Polzähne,
die in einer der benötigten
Anzahl an Schritten pro Drehung eines Schrittmotors entsprechenden
Anzahl vorgesehen und die in gleichem Abstand zueinander angeordnet
sind. Die Polzähne 32a1 bis 32an des
ersten oberen Statorjoches 31a und die Polzähne 35a1 bis 35an des
ersten unteren Statorjoches 34a kämmen mit einem Versatz um einen
elektrischen Winkel von 180 Grad und die Polzähne 32b1 bis 32bn des
zweiten oberen Statorjoches 31b und die Polzähne 35b1 bis 35bn des
zweiten unteren Statorjoches 34b kämmen mit einem Versatz um einen
elektrischen Winkel von 180 Grad miteinander.
-
In
der oberen und in der unteren doppelstatorigen Jochplatte 31 und 34 der
derart aufgebauten ersten und zweiten Statoreinheit 30A und 30B sind jeweils
zwei aneinander angrenzende Polzähne,
die zwischen sich eines von zwei Schlitzen 37 bzw. 38 (wird
im Folgenden noch näher
erläutert)
begrenzen, um einen elektrischen Winkel von 90 bzw. 270 Grad zueinander
versetzt. Insbesondere ist in der aus dem ersten und dem zweiten
oberen Statorjoch 31a und 31b bestehenden oberen
doppelstatorigen Jochplatte 31 der Polzahn 32a1 um
einen elektrischen Winkel von 90 bzw. 270 Grad gegenüber dem
an diesen Polzahn 32a1 angrenzenden Polzahn 32b1 versetzt, wobei
die beiden Polzähne
zwischen sich einen Schlitz 37 einschließen, und
der Polzahn 32an ist um einen elektrischen Winkel von 90
bzw. 270 Grad gegenüber
dem an diesen Polzahn 32an angrenzenden Polzahn 32bn versetzt,
wobei die beiden Polzähne zwischen
sich den anderen Schlitz 37 einschließen, und in der aus dem ersten
und dem zweiten unteren Statorjoch 34a und 34b bestehenden
unteren doppelstatorigen Jochplatte 34 ist der Polzahn 35a1 um einen
elektrischen Winkel von 90 bzw. 270 Grad gegenüber dem an diesen Polzahn 35a1 angrenzenden Polzahn 35b1 versetzt,
wobei die beiden Polzähne zwischen
sich einen Schlitz 38 einschließen, und der Polzahn 35an ist
um einen elektrischen Winkel von 90 bzw. 270 Grad gegenüber dem
an diesen Polzahn 35an angrenzenden Polzahn 35bn versetzt,
wobei die beiden Polzähne
zwischen sich den anderen Schlitz 38 einschließen.
-
Das
erste und das zweite obere Statorjoch 31a und 31b sind
einstückig
in der oberen doppelstatorigen Jochplatte 31 ausgestanzt,
wobei die beiden oben erwähnten
Schlitze 37 direkt in der Mitte zwischen dem ersten und
dem zweiten oberen Statorjoch 31a und 31b gebildet
sind, wobei der magnetische Fluss zwischen den beiden dadurch derart
minimiert wird, dass sie aufeinander keine magnetische Wirkung ausüben, und
das erste und das zweite untere Statorjoch 34a und 34b sind
einstückig
in der unteren doppelstatorigen Jochplatte 34 ausgestanzt, wobei
die beiden oben erwähnten
Schlitze 38 direkt in der Mitte zwischen dem ersten und
dem zweiten unteren Statorjoch 34a und 34b gebildet
sind, wobei der magnetische Fluss zwischen den beiden dadurch derart
minimiert wird, dass sie aufeinander keine magnetische Wirkung ausüben. Die
obere und die untere doppelstatorige Jochplatte 31 und 34 sind
aus einer weichen magnetischen Stahlplatte, zum Beispiel aus einer
Siliziumstahlplatte, aus SECC-Stahl (einer galvanisierten Stahlplatte)
und aus SUY (elektromagnetisches Weicheisen), gebildet.
-
Die
Rotoranordnung 50 umfasst einen zylindrischen Magneten 51,
der aus Ferritmagnet, Seltenerdmagnet und so weiter besteht und
in regelmäßigen Abständen magnetisiert
ist, eine Drehwelle 55 aus nicht-magnetischem Edelstahl
und eine Hülse 52 aus
Aluminium und ist derart aufgebaut, dass der zylindrische Magnet 51 an
der Hülse 52 angeklebt
ist, in der die Drehwelle 55 mit Presspassung einsitzt. Die
Rotoranordnung 50 ist unter Bildung eines kleinen Spaltes
zwischen dem zylindrischen Magneten 51 und den Polzähnen der
Statoranordnung 30 drehbar innerhalb der Statoranordnung 30 angeordnet, und
beginnt mittels der ersten und der zweiten Statoreinheit 30A und 30B stets
in die gleiche Richtung zu drehen.
-
Bezugnehmend
auf 3 umfasst die erste Spuleneinheit 40A einen
zylindrischen Stift 45a aus Metall, weist sie den oben
erwähnten
oberen und unteren Vorsprung 44a, 44a auf, der
an ihren jeweiligen Enden ausgebildet ist, und hat sie die oben
erwähnte Wicklung 42a darum
gewickelt, und die zweite Spuleneinheit 40B umfasst einen
zylindrischen Stift 45b aus Metall, weist den oben erwähnten oberen
und unteren Vorsprung 44b, 44b auf, der an ihren
jeweiligen Enden ausgebildet ist, und hat die oben erwähnte Wicklung 42b darum
gewickelt.
-
Die
obere doppelstatorige Jochplatte 31 und die untere doppelstatorige
Jochplatte 34 werden derart zusammengesetzt, dass die Bohrungen 33a und 33b (siehe 2)
der oberen doppelstatorigen Jochplatte 31 jeweils in die
oberen zylindrischen Vorsprünge 44a und 44b der
zylindrischen Stifte 45a und 45b eingreifen, und
die Bohrungen 36a und 36b (siehe 2)
der unteren doppelstatorigen Jochplatte 34 greifen jeweils
in die unteren zylindrischen Vorsprünge 44a und 44b der
zylindrischen Stifte 45a und 45b ein.
-
Zusammen
mit dem ersten oberen und dem ersten unteren Statorjoch 31a und 34a bildet
der zylindrische Stift 45a einen Teil einer geschlossenen Magnet strecke
und der zylindrische Stift 45b bildet zusammen mit dem
zweiten oberen und dem zweiten unteren Statorjoch 31b und 34b einen
Teil einer geschlossenen Magnetstrecke.
-
Die
in 2 gezeigten Polzähne 32a1 bis 32an, 32b1 bis 32bn, 35a1 bis 35an und 35b1 bis 35bn sind
in 3 mit 32a, 32b (nicht dargestellt), 35a (nicht
dargestellt) und 35b dargestellt.
-
Der
durch den Spalt gebildete Raum zwischen den in Eingriff stehenden
Polzähnen
ist mit Harz gefüllt,
so dass ein Harzbereich 63 gebildet wird, der zur Verstärkung dient.
Dabei wird gleichzeitig eine Harzplatte 62 gebildet. An
der Harzplatte 62 ist ein Lager 54 befestigt und
die Drehwelle 55 der Rotoranordnung 50 ist durch
das Lager 54 hindurch geführt.
-
Weiterhin
ist eine Platte 61, die aus einer nicht-magnetischen Stahlplatte
ausgestanzt ist und ein daran angebrachtes Lager 53 aufweist,
durch Schweißen,
Leimen, Bördeln
und dgl. an der unteren doppelstatorigen Jochplatte 34 befestigt.
Die Rotoranordnung 50 ist drehbar in den Lagern 53 und 54 gelagert.
-
Bezugnehmend
auf 4A sind das erste und das zweite untere Statorjoch 34a und 34b gleichzeitig
einstückig
in der unteren doppelstatorigen Jochplatte 34 ausgestanzt,
so dass das erste untere Statorjoch 34a entlang seines
halbkreisförmigen
Innenumfangs in gleichmäßigen Abständen P mehrere Polzähne 35a1 bis 35an aufweist
und das zweite untere Statorjoch 34b weist die mehreren
Polzähne 35b1 bis 35bn entlang
seines halbkreisförmigen
Innenumfangs in denselben gleichmäßigen Abständen P auf.
-
Wie
eingangs mit Bezug auf 2 abgehandelt, sind zwei aneinander
angrenzende Polzähne, die
zwischen sich den Schlitz 38 einschließen, um einen elektrischen
Winkel von entweder 90 oder 270 Grad zueinander versetzt. Ferner
sind die Polzähne 35a1 bis 35an des
ersten unteren Statorjoches 34a und zwischen jeweils zwei
aneinander grenzenden Polzähne
der Polzähne 35b1 bis 35bn des
zweiten unteren Statorjoches 34b gebildete offene Räume Sb um
eine gestrichelte durch die Mitten der beiden Schlitze 38 hindurch
führende
Bezugslinie Y symmetrisch zueinander angeordnet. Entsprechend sind
die Polzähne 35b1 bis 35bn des
zweiten unteren Statorjoches 34b und zwischen jeweils zwei
aneinander grenzenden Polzähne
der Polzähne 35a1 bis 35an des
ersten unteren Statorjoches 34a gebildete offene Räume Sa symmetrisch
zueinander um die Bezugslinie Y angeordnet. Insbesondere sind ein
Polzahn 35ai des ersten unteren Stators 34a und
ein am zweiten unteren Stator 34b befindlicher, durch einen
Pfeil R gekennzeichneter offener Raum Sb um die Bezugslinie Y symmetrisch
angeordnet.
-
Sind
die Polzähne
wie oben beschrieben angeordnet, so sind die Polzähne einer
unteren doppelstatorigen Jochplatte 34 um einen elektrischen
Winkel von 180 Grad gegenüber
dem Polzahn einer anderen unteren doppelstatorigen Jochplatte 34,
die um die Bezugslinie Y verkehrt angeordnet ist, versetzt. So kann
die untere doppelstatorige Jochplatte 34 gemeinsam mit
der in 2 gezeigten oberen doppelstatorigen Jochplatte 31 verwendet
werden.
-
In
diesem Zusammenhang kann die Bezugslinie Y alternativ derart definiert
sein, dass sie durch die Mitten der Bohrungen 36a und 36b geführt wird.
-
Die
Platte 61 ist in der oben abgehandelten Ausführungsform
an der Unterseite des Schrittmotors in Flachbauweise angebracht,
kann aber alternativ hierzu auch an dessen Oberseite angebracht
sein.