DE2201376C3 - Elektromagnetischer Schrittschaltmotor für Uhrwerke - Google Patents

Description

40

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektromagnetischen Schrittschaltmotor für Uhrwerke mit einem scheibenförmigen Rotor, der in einem Kranz angeordnete Magnete von wechselnder Polarität trägt, deren Magnetfeld parallel zur Achse des Rotors gerichtet ist, und der zwischen zwei ringförmigen Statorplatten angeordnet ist, die je ebenfalls in einem Kranz angeordnete Pole tragen, an denen sich die Magnete des Rotors bei einem in den Polen auf Grund der Speisung des Motors mit Impulsen wechselnder Polarität gebildeten, periodisch wechselnden Magnetfeld schrittweise vorbeidrehen.

Ein derartiger elektromagnetischer Schrittschaltmotor ist beispielsweise aus der US-PS 35 31 709'bekannt, in der ein elektromagnetischer Umwandler erschlossen wird, der sich vor allem durch einen komplizierten Aufbau auszeichnet. So arbeitet der Umwandler mit einer Vielzahl von kleinen Elektromagneten, die eine ebenso große Anzahl von Spulen erfordern und somit eher Bauteile eines herkömmlichen Motorprinzips darstellen.

Außerdem ist der Umwandler entsprechend seinem Einsatzbereich mit einer Vielzahl von Rotormagneten und einer Anzahl von Statorplatten ausgerüstet, die eine aufwendige Bauweise bedingen, da die Rotormagnete außerdem noch einzeln zwischen zwei Platten mit Hilfe von Bolzen zu befestigen sind.

Es ist auch ein Schrittschaltmotor bekannt, der eine den Rotor darstellende Scheibe aufweist, die jeweils zwei in Nähe ihres äußeren Umfangs an einander genau gegenüberliegenden Stellen angeordnete C-förmige Magnete durchläuft (US-PS 29 94 023). Bei einem weiteren bekannten Schrittschaltmotor wird ebenfalls ein ab Scheibe ausgebildeter Rotor verwendet, der zwischen zwei ringförmigen Magnetspulen angeordnet ist (DT-PS 9 48 631). Dieser Aufbau der Schrittschahmoiore erfordert nachteilig die Verwendung von mindestens zwei Spülenwicklungen.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Motor für Uhrwerke zu schaffen, der sich vor allem durch einen unkomplizierten Aufbau und eine einfache Bauweise auszeichnet und der bei Impulsbetrieb sicher und zuverlässig arbeitet.

Diese Aufgabe wird bei einem elektromagnetischen Schrittschaltmotor der eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß die Statorplatten durch radiale, in axialer Richtung zumindest teilweise durchgehende Einschnitte in gleichmäßige Statorsegmente unterteilt sind, deren Anzahl gleich der Hälfte der Magnete des Rotors ist. und daß die Segmente auf ihrem dem Rotor zugewandten Stirnseiten zumindest teilweise in Umfangsrichtung auf die Einschnitte hin axial nach außen geneigte Schrägflächen aufweisen.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Verwendung von nur einem Spulenkörper mit nur einer Wicklung einerseits die Anzahl der erforderlichen Bauelemente verringen wird und andererseits den sonst notwendigen Platzbedarf erheblich eingeschränkt, was gerade bei der in der Uhrenindustrie geübten Kleinbauweise von großer Bedeutung ist. Darüber hinaus zeichnet sich der derart ausgebildete Schrittschaltmotor auch durch einen geringen baulichen Aufwand aus.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist vorteilhaft die den Rotor bildende Scheibe an ihrem Umfang gleichmäßig über diesen verteilte radiale Einschnitte auf, zwischen welchen die Magneten bildende Rotorkreissegmente stehengeblieben sind.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind zweckmäßig Schrägflächen jedes Statorsegmentes durch eine in der Mitte des Statorsegmentes liegende, senkrecht zur Achse des Motors verlaufende Fläche voneinander getrennt.

Weitere Einzelheiten der Erfindung sind im folgenden an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht eines Schrittschaltmotors nach der Erfindung,

F i g. 2 eine schematische Darstellung eines Schrittschaltmotors nach der Erfindung zur Erläuterung der Wirkungsweise,

Fig.3 eine schematische Darstellung eines Schrittschaltmotors nach F i g. 2 im abgewickelten Zustand bei positiver Impulsgabe,

F i g. 4 eine schematische Darstellung eines Schrittschaltmotor nach F i g. 3 in Ruhelage nach Abklingen des positiven Impulses,

F i g. 5 eine schematische Darstellung eines Schrittschaltmotors nach F i g. 3 beim Anfang der Bewegung nach Anlegen des negativen Impulses und

F i g. 6 eine schematische Darstellung eines Schrittschaltmotors nach F i g. 5 in Ruhelage nach Abklingen des negativen Impulses.

Der dargestellte Schrittschaltmotor nach F i g. 1 enthält einen Rotor 1, der aus einer dünnen Scheibe aus Platin-Kobalt, Ferrit oder einem beliebigen anderen

22 Ol

Werkstoff mit hoher Koerzitivkraft besteht. Diese Scheibe ist so ausgestanzt, daß sie an ihrem Umfang -adiale Einschnitte 2 aufweist, zwischen welchen Magneten la bildende Rotorkreissegmente stehengeblieben sind, wobei die Magneten von wechselnder Polaritat sind, deren Magnetfeld, wie durch die Pfeile 3 angedeutet, parallel zur Achse des Rotors gerichtet ist.

Der Rotor 1 dreht sich zwischen zwei ringförmigen Polstücken 4, die radiale Einschnitte 5 aufweisen zwischen welchen Unterteilungen bildende Statorsegmen- ι ο te 4a stehengeblieben sind, an welchen sich die Magneten beim Laufen des Rotors 1 vorbeibewegen.

Die dem Rotor 1 zugekehrte Stirnfläche 6, 7 jedes Statorsegments 4a weist zwei jeweils an die das Polstück 4 begrenzenden Einschnitte 5 angrenzende Schrägflächen 6 mit einander entgegengesetzter Neigung auf, die zwischen sich einen konvexen Flächenwinkel bilden. Diese Schrägflächen jedes Statorsegmentes 4a sind durch eine in einer zur Achse des Motors lotrechten Ebene liegende Fläche 7 voneinander getrennt.

Die Polstücke 4 sind an den Enden 8a eines aus einem Blechpaket gebildeten bügeiförmigen Joches 8 befestigt. Der Mittelabschnitt des Joches 8 ist von einer Spule 9 umgeben. _;.

Die Anzahl der Statorsegmeme jedes Polstückes 4 beträgt die Häifle der Anzahl der Magneten la des Rotors 1. Bei der dargestellten Ausführungsform gibt es drei Statorsegmente 4a und sechs Magneten \n. jedoch könnte dieses Verhältnis beispielsweise auch vier 3c zu acht betragen.

Im Ruhezustand hält sich der Rotor 1 durch die Einwirkung des Magnetfeldes seiner Magneten la in einer Stellung, in welcher sich die Magneten la den Schrägflächen 6 der Statorsegmente 4a gegenüber befinden. 3;

Wenn nun ein periodisch unterbrochenes Magnetfeld in dem Joch 8 gebildet wird, indem an die Anschlußklemmen der Spule verhältnismäßig kurze Impulse von wechselnder Polarität in der Größenordnung von lü bis 30 Millisekunden bei einer Frequenz in der Größen-Ordnung von 1 Hz angelegt werden, wird der Rotor bei jedem Impuls, und zwar auf Grund der Schrägflächen 6 der Statorsegmente 4a, einer Kraft ausgesetzt, die ihn um eine seiner Teilung, d. h. der Anzahl seiner Magneten la entsprechende Winkelstrecke drehen läßt. Der Rotor bleibt in eier nächsten stabilen Lage stehen, bis der nächste Impuls von der Polarität des vorhergehenden Impulses entgegengesetzter Polarität ihn erneut um einen Schritt weiterdreht.

Zur Erläuterung der Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Schrittschaltmotor wird auf die F i g. 2, 3, 4 und 5 Bezug genommen. Die F i g. 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Schrittschaltmotors nach der Erfindung, der durch die folgenden Elemente grundsätzlich gebildet wird: das Joch, die Statorsegmente, den Rotor und die Spule.

Die Draufsicht entlang einer gedachten Schnittlinie in Höhe des Rotors zeigt an Hand der schraffierten Zonen deutlich, wie gerade zwei Magnete des Rotors ein Statorsegment eines Polstücks bedecken. Weiter fto sind die radialen Einschnitte ganz genau in ihrer Ausformung zu erkennen.

Zum Prinzip der Wirkungsweise des Schrittschaitmotors:

Verstellung des Rotors.

Wenn ein positiver Impuls an die Spule angelegt wird, nehmen die Statorsegmente der Polstücke die in F 1 g. 3 gezeigte Polarität an, wobei der besseren Anschauung wegen der Schrittschaltmotor im aufgewikkelten Zustand gezeigt ist. Die besondere Gestaltung der Statorsegmente wirkt sich nun dahingehend aus, daß der mit (A) gekennzeichnete Magnet des Rotors vom Rand des engen Bereichs des Luftspaltes zwischen den Polen der Statorsegmente aus seiner stabilen Lage hinweggedrückt wird, während der mit (B) gekennzeichnete Magnet des Rotors in diesen Bereich des Luftspaltes hineingezogen wird. Für die anderen Polpaare der Statorsegmente gilt dieses Phänomen identisch.

Wenn also die Energiequelle dem Motor den ersten Impuls einer Folge von Impulsen abwechselnder Polarität hinlänglich kurzer Dauer liefert, dann wird der Rotor beim Empfang des ersten Impulses demgemäß aus seiner stabilen Lage heraus bis zu seiner maximal erreichbaren Geschwindigkeit beschleunigt; d. h., wenn sich der Magnet direkt unter dem Statorsegment befindet. Sodann tritt eine Phase der Bremsung oder negativer Beschleunigung bei noch nicht ganz abgeklungenem Impuls ein, an dessen Ende sich der Rotor wieder in einer neuen stabilen Lage befindet.

Bei einem an der Spule anliegenden negativen Impuls erhält man die in F i g. 5 gezeigte Darstellung, in der sich der Rotor auf die oben beschriebene gleiche Weise um einen Schritt weiterdreht; d. h., der mit (B) gekennzeichnete Magnet des Rotors wird aus seiner eingenommenen stabilen Lage vom Rand des engen Bereichs des Luftspaltes zwischen den Polen der Statorsegmente hinweggedrückt, während der mit (A) gekennzeichnete Magnet des Rotors in diesen Bereich des Luftspaltes hineingezogen wird. Für die anderen Polpaare der Statorsegmente gilt dasselbe.

Ruhelage des Rotors.

Der Rotor wird von sechs Magneten abwechselnder Polarität gebildet, deren Feldvektoren parallel zur Achse des Rotors gerichtet sind. Die stabile Lage oder Ruhelage nach Abklingen des positiven Impulses ist in Fig.4 dargestellt. Aus der Darstellung ist deutlich zu erkennen, daß sich der Rotor in einer Stellung befindet, in der sich die durch zwei aufeinanderfolgende Magneten gegebenen Feldlinien bei einem minimalen magnetischen Widerstand schließen können; d. h., die Magneten des Rotors befinden sich gegenüber den Schrägflächen der Statorsegmente. Der Magnet (B) müßte eigentlich infolge der Polaritätsverhältnisse zunächst genau unter den Polen der Statorplatten stehenbleiben. Die noch vorhandene kinetische Energie bewirkt jedoch offensichtlich ein Übergleiten in den in F i g. 4 dargestellten Zustand, bei der gleichmäßige Reduktanzverhältnisse bei aufeinanderfolgenden Magneten vorliegen.

Die Ruhelage nach Abklingen des negativen Impulses ist in F i g. 6 dargestellt, d. h., die Magneten des Rotors befinden sich wieder gegenüber den Schrägflächen der Statorsegmente.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektromagnetischer Schrittschaltmotor für Uhrwerke mit einem scheibenförmigen Rotor, der in einem Kranz angeordnete Magnete von wechselnder Polarität trägt, deren Magnetfeld parallel zur Achse des Rotors gerichtet ist, und der zwischen zwei ringförmigen Statorplatten angeordnet ist, die je ebenfalls in einem Kranz angeordnete Pole tragen, an denen sich die Magnete des Rotors bei einem in den Polen auf Grund der Speisung des Motors mit Impulsen wechselnder Polarität gebildeten, periodisch wechselnden Magnetfeld schrittweise vorbeidrehen, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorplatten durch radiale, in axialer Richtung zumindest teilweise durchgehende Einschnitte (5) in gleichmäßige Statorsegmente (4a) unterteilt sind, deren Anzahl gleich der Hälfte der Magnete des Rotors (1) ist, und daß die Segmente (4a) auf ihren dem Rotor (1) zugewandten Stirnseiten zumindest teilweise in Umfangsrichtung auf die Einschnitte (5) hin axial nach außen geneigte Schrägflächen (6) aufweisen.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die den Rotor (!) bildende Scheibe an ihrem Umfang gleichmäßig über diesen verteilte radiale Einschnitte (2) aufweist, zwischen weichen die Magneten (la) bildende Rotorkreissegmente stehengeblieben sind.

3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schrägflächen (6) jedes Statorsegmentes (4a) durch eine in der Mitte des Statorsegmentes liegende, senkrecht zur Achse des Motors verlaufende Fläche (7) voneinander getrennt sind.