CH675810B5 - - Google Patents
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Abstract
Description
1 1
CH 675 81OG A3 CH 675 81OG A3
2 2
Description Description
La présente invention concerne un moteur pas à pas pour application horlogère, permettant de réaliser un moteur économique de bonnes performances. The present invention relates to a stepping motor for horological application, making it possible to produce an economical motor with good performance.
Les moteurs pas à pas actuels utilisés dans les montres à quartz à affichage analogique possèdent un rotor en SmCos, des pièces polaires statoriques et un noyau de bobine en matériau ferromagnétique à haute perméabilité et à faible champ coercitif (par exemple les alliages FeNi), une bobine de plusieurs milliers de spires étant enroulée autour du noyau de bobine. La figure 1 illustre un moteur de ce type. Dans ces moteurs, le rotor est soumis aux deux types de couples: le couple de positionnement Ca dû à l'interaction entre l'aimant et la structure réluctan-te statorique, le couple mutuel Cab dû à l'interaction entre le champ créé par le courant circulant dans la bobine et le champ de l'aimant. Ces 2 couples sont représentés à la figure 2. The current stepping motors used in quartz watches with analog display have a SmCos rotor, stator pole pieces and a coil core made of ferromagnetic material with high permeability and low coercive field (for example FeNi alloys), a coil of several thousand turns being wound around the coil core. Figure 1 illustrates an engine of this type. In these motors, the rotor is subjected to two types of couples: the positioning torque Ca due to the interaction between the magnet and the stator reluctant structure, the mutual torque Cab due to the interaction between the field created by the current flowing in the coil and the field of the magnet. These 2 couples are shown in Figure 2.
En l'absence du courant, le rotor se trouve à la position d'équilibre stable Si (a = 0). Lorsque l'on applique une impulsion de tension à la bobine du moteur, sous l'effet du courant circulant dans la bobine, le couple Cab apparaît et déplace le rotor dans la direction S2. L'impulsion de tension est généralement interrompue quand le rotor dépasse la position d'équilibre instable I, le reste du trajet jusqu'à S2 étant assuré par le couple Ca devenant positif et l'énergie cinétique emmagasinée dans le rotor. In the absence of current, the rotor is in the stable equilibrium position Si (a = 0). When a voltage pulse is applied to the motor coil, under the effect of the current flowing in the coil, the Cab torque appears and moves the rotor in the direction S2. The voltage pulse is generally interrupted when the rotor exceeds the unstable equilibrium position I, the rest of the path to S2 being provided by the torque Ca becoming positive and the kinetic energy stored in the rotor.
On voit que dans un tel moteur, la durée de l'impulsion d'alimentation dépend de l'amplitude du couple mutuel Cab. En effet, plus le couple Cab est grand, plus le temps nécessaire au rotor pour effectuer le trajet entre Si et I est faible. It can be seen that in such an engine, the duration of the supply pulse depends on the amplitude of the mutual torque Cab. In fact, the greater the Cab torque, the shorter the time required for the rotor to travel between Si and I.
L'amplitude du couple mutuel Cab dépend, d'une part, de l'intensité du champ créé par la bobine, donc l'intensité du courant et, d'autre part, de l'intensité du champ créé par l'aimant. Pour obtenir une faibie consommation de courant, on utilise dans ces moteurs des aimants à très haut produit d'énergie tels que les aimants en SmCos dont le produit d'énergie se situe aux environs de 170 kJ/m. L'aimant du rotor en SmCos constitue un élément cher par rapport au coût de fabrication du moteur. The amplitude of the mutual torque Cab depends, on the one hand, on the intensity of the field created by the coil, therefore the intensity of the current and, on the other hand, on the intensity of the field created by the magnet. To obtain a low current consumption, magnets with a very high energy product are used in these motors such as SmCos magnets whose energy product is around 170 kJ / m. The rotor magnet in SmCos is an expensive element compared to the manufacturing cost of the motor.
L'utilisation des aimants meilleur marché tels que les ferrites, dont le produit d'énergie est compris entre 4 et 28 kJ/m3 dans ces types de moteurs conduit malheureusement à des consommations de courant inacceptables pour la durée de vie de la pile. The use of cheaper magnets such as ferrites, whose energy product is between 4 and 28 kJ / m3 in these types of motors unfortunately leads to unacceptable current consumption for the life of the battery.
Le but de l'invention est de remédier à l'inconvénient précité en proposant une solution dans laquelle l'utilisation d'un aimant à faible produit d'énergie est possible. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, en se référant au dessin annexé dans lequel: The object of the invention is to remedy the aforementioned drawback by proposing a solution in which the use of a low energy product magnet is possible. The invention will be better understood on reading the description which follows, with reference to the appended drawing in which:
- la figure 1 représente un moteur pas à pas conventionnel; - Figure 1 shows a conventional stepper motor;
- la figure 2 représente les couples statiques dans le moteur représenté à la figure 1 : - Figure 2 shows the static torques in the motor shown in Figure 1:
- la figure 3 représente un premier exemple d'exécution du moteur selon l'invention; - Figure 3 shows a first embodiment of the engine according to the invention;
- la figure 4 représente un deuxième exemple d'exécution du moteur selon l'invention; - Figure 4 shows a second embodiment of the engine according to the invention;
- la figure 5 représente un troisième exemple d'exécution du moteur selon l'invention. - Figure 5 shows a third embodiment of the engine according to the invention.
La figure 3 représente un premier exemple d'exécution du moteur selon l'invention. Ce moteur comporte 2 pièces polaires statoriques 2a et 2b, le rotor 3, le noyau de bobine 4 et la bobine 5. Les pièces polaires statoriques 2a et 2b présentent une asymétrie par rapport à l'axe BB', afin de créer une position de démarrage favorable pour le rotor. Les pièces polaires 2a et 2b sont réalisées en un matériau ferromagnétique doux à faible champ coercitif, tandis que le noyau de bobine 4 est réalisé en un matériau magnétique semi-dur. Des mesures systématiques ont montré que pour les applications horlo-gères, lorsque le courant maximal délivré par le circuit intégré est de l'ordre de 1 mA, le champ coercitif optimal du matériau magnétique semi-dur est compris entre 150 et 450 A/m, selon la dimension du moteur. FIG. 3 represents a first example of execution of the engine according to the invention. This motor comprises 2 stator pole pieces 2a and 2b, the rotor 3, the coil core 4 and the coil 5. The stator pole pieces 2a and 2b have an asymmetry with respect to the axis BB ', in order to create a position of favorable start for the rotor. The pole pieces 2a and 2b are made of a soft ferromagnetic material with a low coercive field, while the coil core 4 is made of a semi-hard magnetic material. Systematic measurements have shown that for horological applications, when the maximum current delivered by the integrated circuit is of the order of 1 mA, the optimal coercive field of the semi-hard magnetic material is between 150 and 450 A / m , depending on the size of the engine.
L'utilisation d'un matériau semi-dur pour le noyau de bobine permet d'appliquer des impulsions de courte durée. En effet, la durée de l'impulsion dans ce cas est liée uniquement au temps nécessaire pour inverser le point de fonctionnement dans le cycle d'hystérésis constituant le noyau de bobine et non pas au mouvement du rotor. The use of a semi-hard material for the coil core allows short pulses to be applied. Indeed, the duration of the pulse in this case is related only to the time necessary to reverse the operating point in the hysteresis cycle constituting the coil core and not to the movement of the rotor.
Dans la demande de brevet français 7 234 667, dont les déposants sont DE VALROGER et LAVET, il est décrit à la page 21, ligne 34 -» page 24, 25 un moteur multipolaire pour les horloges de gros volume dont les pièces polaires 107 de la figure 23 sont réalisées en matériau magnétique semi-dur. In French patent application 7 234 667, the applicants of which are DE VALROGER and LAVET, it is described on page 21, line 34 - »page 24, 25 a multipolar motor for large volume clocks whose pole pieces 107 of Figure 23 are made of semi-hard magnetic material.
L'utilisation des pièces polaires en un matériau semi-dur à la place du noyau de bobine nécessite un courant plus grand pour inverser le point de fonctionnement dans le cycle d'hystérésis, comme le montre la figure 3. On constate que le flux créé par la bobine est composé d'un flux de fuite <î>o et du flux de champ principal oh. Le noyau de bobine est traversé par l'ensemble des 2 flux, tandis que les pièces polaires sont traversées seulement par ©h. De plus, la géométrie du moteur représenté à la figure 3 implique une section de noyau plus faible que celle des pièces polaires. Dans ces conditions, l'induction dans le noyau de bobine est beaucoup plus grande que celle dans les pièces polaires, permettant une inversion plus facile du point de vue fonctionnement. The use of pole pieces of semi-hard material in place of the coil core requires a larger current to reverse the operating point in the hysteresis cycle, as shown in Figure 3. We see that the flux created by the coil is composed of a leakage flow <î> o and the main field flow oh. The coil core is crossed by all 2 fluxes, while the pole pieces are crossed only by © h. In addition, the geometry of the motor shown in Figure 3 implies a smaller core section than that of the pole pieces. Under these conditions, the induction in the coil core is much greater than that in the pole pieces, allowing an easier reversal from the operating point of view.
Cette caractéristique, qui n'a pas une très grande importance dans les moteurs pour horloges à grand volume disposant de volumes et de sources d'énergie élevés, devient capitale pour les pièces d'horlogerie de faibles dimensions dans lesquelles on ne dispose pas toujours du champ nécessaire pour inverser le point de fonctionnement dans le cycle d'hystérésis du matériau magnétique semi-dur. This characteristic, which is not very important in motors for high-volume clocks with high volumes and energy sources, becomes essential for small timepieces in which there is not always the field necessary to reverse the operating point in the hysteresis cycle of the semi-hard magnetic material.
Grâce à l'emplacement particulier de ce matériau magnétique semi-dur au niveau du noyau de bobine et au choix de ce matériau avec un champ coercitif compris entre 150 et 450 A/m, on peut envisager l'utilisation du moteur selon l'invention dans les Thanks to the particular location of this semi-hard magnetic material at the level of the coil core and the choice of this material with a coercive field between 150 and 450 A / m, it is possible to envisage the use of the motor according to the invention in the
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pièces d'horlogerie de faibles dimensions telles que les montres-bracelets. small timepieces such as wristwatches.
La figure 4 représente un deuxième exemple d'exécution du moteur selon l'invention, dans laquelle les 2 pièces polaires 6a et 6b sont reliées 5 entre elles par les zones saturables et la position de démarrage favorable du rotor est créée par les alvéoles 7a et 7b. FIG. 4 represents a second exemplary embodiment of the motor according to the invention, in which the 2 pole pieces 6a and 6b are connected together by the saturable zones and the favorable starting position of the rotor is created by the cells 7a and 7b.
La figure 5 représente un troisième exemple d'exécution du moteur selon l'invention, dans 10 laquelle le noyau de bobine et une des 2 pièces polaires forment une pièce unique en matériau magnétique semi-dur. Pour des raisons mentionnées précédemment, le processus d'inversion du point de fonctionnement dans le cycle d'hystérésis se passe 15 essentiellement au niveau du noyau de bobine, la pièce polaire formant une pièce unique avec le noyau de bobine servant principalement à canaliser le flux jusqu'au niveau du rotor. FIG. 5 shows a third embodiment of the motor according to the invention, in which the coil core and one of the 2 pole pieces form a single piece of semi-hard magnetic material. For reasons mentioned above, the process of reversing the operating point in the hysteresis cycle takes place essentially at the level of the coil core, the pole piece forming a single piece with the coil core mainly serving to channel the flow. up to the rotor level.
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Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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CH354887A CH675810GA3 (en) | 1989-07-13 | 1989-07-13 | Stepping motor for clock mechanism - has rotor and stator of specified ferromagnetic properties, with semi-hard material used for coil core |
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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CH354887A CH675810GA3 (en) | 1989-07-13 | 1989-07-13 | Stepping motor for clock mechanism - has rotor and stator of specified ferromagnetic properties, with semi-hard material used for coil core |
Publications (2)
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CH675810GA3 CH675810GA3 (en) | 1990-11-15 |
CH675810B5 true CH675810B5 (en) | 1991-05-15 |
Family
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Family Applications (1)
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CH354887A CH675810GA3 (en) | 1989-07-13 | 1989-07-13 | Stepping motor for clock mechanism - has rotor and stator of specified ferromagnetic properties, with semi-hard material used for coil core |
Country Status (1)
Country | Link |
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CH (1) | CH675810GA3 (en) |
Family Cites Families (2)
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FR2201575B1 (en) * | 1972-09-29 | 1980-02-15 | Valroger Pierre De | |
EP0085648B1 (en) * | 1982-01-28 | 1985-10-09 | Asulab S.A. | Stepping motor with two directions of rotation, in particular for electronic time pieces, and motor unit comprising the same |
-
1989
- 1989-07-13 CH CH354887A patent/CH675810GA3/en unknown
Also Published As
Publication number | Publication date |
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CH675810GA3 (en) | 1990-11-15 |
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