DE2343781B2 - Elektromagnetischer Miniatur-Schrittmotor - Google Patents

Description

einen sehr geringen Raumbedarf (beispielsweise *) X 6 χ 4 mm), einen mittleren Stromverbrauch von weniger als 4 Mikroampere bei 1,35 Volt, einen höheren Wirkungsgrad, eine große Einfachhe t auf Grund des einzigen beweglichen Teils, gängige Elemente, die in der Serienherstellung verwendbar jnd, eine geringe Empfindlichkeit gegenüber Herstellungstoleranzen und keine Notwendigkeit einer Einstellung auf. Weiterhin weist der Motor die Form eines Moduls auf, das dem Konstrukteur für den Entwurf des Uhrwerks jede Freiheit läßt und die für die Montage sowie für die Wartung nach dem Verkauf günstig ist. Der Motor verträgt die normalen Bedingungen des Trägers der Uhr, wie z. B. Temperaturänderungen, Stöße usw., und er ist sehr leise.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.

In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine seitliche teilweise geschnittene Ansicht einer Ausführungsform des Miniatur-Schrittmotors,

F i g. 2 eine teilweise geschnittene Unteransicht der Ausführungsform nach Fig. 1,

F i g. 3 eine Unteransicht des Stators,

Fig.4 eine lineare Abwicklung, die das Prinzip des Miniatur-Schrittmotors zeigt,

F i g. 5 eine Darstellung der auf den Rotor wirkenden Kräfte,

F i g. 6 eine abgeänderte Ausführungsform des Rotors.

Fig. 1 zeigt eine teilweise geschnittene Seitenansicht und F i g. 2 eine teilweise geschnittene Unteransicht des Motors. Der Stator des Motors ist aus folgenden Teilen aus weichmagnetischem Material (Eisen-Nickel-Legierung) gebildet, die den magnetischen Kreis bilden: ein erstes äußeres Teil 1 und ein zweites inneres Teil 2, das gezahnt ist und von dem ersten Teil durch einen Luftspalt 3 getrennt ist. Diese beiden Teile bilden die Oberseite zweier koplanarer (Oberflächen und sind miteinander durch nichtmagnetische Befestigungselemente 4 verbunden. Zwischen den beiden Teilen 1 und 2 wird dei magnetische Kreis durch eine Kappe 5 und einen Kern 6 geschlossen, die beide ferromagnetisch sind. Eine Spule 7 aus dünnem Draht umgibt den Kern. Die Spule wird durch eine isolierende Halterung 8 gehaltert, auf der die Anschlußklemmen 9 des Motors befestigt sind. In den Kern 6 ist ein Stift 10 eingetrieben, der als Drehlager für einen Rotor ditnt, der aus einer dünnen verzahnten Scheibe 11 besteht, die auf ein Kunststoffritzel 12 aufgedrückt ist, das seinerseits ein Drucklager 13 aufweist. Die Scheibe besteht aus einem ferromagnetischen Material mit hoher Koerzitivität wie z. B. aus einer Platin-Kobalt-Legierung oder aus Samarium-Kobalt. Die Scheibe ist homogen in Axialrichtung magnetisiert, und der Stator ist durch einen Deckel 14 ebenfalls aus ferromagnetischem Material vervollständigt, der den Rotor bedeckt und in bezug auf diesen örtliche Änderungen des magnetischen Widerstandes aufweist, die beispielsweise durch öffnungen 15 hervorgerufen werden, die unter gleichen Abständen auf einem Kreis angeordnet sind. Das Teil 1 weist weiterhin Befestigungslöcher 16 sowie einen äußeren Umriß 17 in Form eines Kreises auf.

Die Wirkungsweise des Motors ist folgende: Wenn ein Strom die Erregerspule 7 durchläuft, entsteht eine magnetische Potentialdifferenz zwischen den Teilen 1 und 2 des magnetischen Kreises, wodurch ein Magnetfeld um die Luftspalte herum hervorgerufen wird. Dieses Magnetfeld übt seinerseits Kräfte auf die Zähne des Rotors aus, deren Resultierende ein Drehmoment ist. Wenn sieb der Rotor, ausgehend von einer Stellung in der das Drehmoment maximal

ίο ist, auf eine Stellung dreht, die gegenüber der Ausgangsstellung um ungefähr ein Viertel der Zahnteilung versetzt ist, wird das Drehmoment zu Null und kehrt sich dann um. Wenn der Strom zu diesem Zeitpunkt abgeschaltet wird, kann sich der Rotor um eine weitere viertel Schritt-Teilung unter der kombinierten Wirkung seiner kinetischen Energie und eines magnetostatischen Drehmomentes drehen. Dieses magnetostatische Drehmoment ist für alle rotierenden Schrittmotoren wesentlich. Es ist in Abhängigkeit von der Winkelstellung des Rotors von periodischer Art und bestimmt die stabilen Stellungen und die Fähigkeit des Rotors, bei Fehlen eines Erregungsstromes gegen Drehmomente auf Grund der Last und auf Grund von Stoßen Widerstand zu leisten. Die ebene Form des auf den Rotor gerichteten Stators und die gekrümmten Luftspalte führen zu einer Eigenschaft, die für einen Miniatur- oder Mikromotor mit geringem Leistungsverbrauch wesentlich ist: Das magnetostatische periodische Drehmoment, das der Rotor erzeugt, ist sehr gering, selbst wenn der Rotor eine hohe Magnetisierung aufweist. Es ist somit möglich, unabhängige Maßnahmen oder Mittel zu ergreifen, um das Drehmoment in seiner Amplitude und Phase einzustellen. Diese Mittel sind in diesem Fall in dem Deckel angeordnet, dessen regelmäßig angeordnete öffnungen eine periodische Änderung des magnetischen Widerstandes in den den Teilen 1 und 2 in bezug auf den Stator entgegengesetzten Teilen hervorrufen.

Die hohe Magnetisierung des Rotors führt zu einer hohen elektromagnetischen Kopplung und zu einem hohen Wirkungsgrad. Die Einstellung des magnetostatischen Drehmomentes, unabhängig von dem Vorgang der Kopplung ermöglicht die Wahl der Phase des Drehmomentes, die zu besseren Betriebsbedingungen insbesondere in bezug auf eine bevorzugte Drehrichtung führt und die Wahl der Amplitude des Drehmomentes derart ermöglicht, daß dieses an die speziellen Lastbedingungen angepaßt ist.

Eine konstante Axialkraft wirkt in gleicher Weise auf den Rotor in Richtung auf den Stator. Diese Kraft ist größer als das Gewicht des Rotors, so daß ein einfaches Drucklager zur Begrenzung der axialen Bewegung des Rotors unabhängig von seiner Lage ausreicht. Dies ist die Aufgabe des Stiftes 10. Die Axialkraft kann verringert und eingestellt werden, indem der Abstand zwischen dem Rotor und dem Deckel 14 verringert wird. Im Fall von starken Stoßen begrenzt das Drucklager 13 den axialen Weg des Rotors.

Als Beispiel werden im folgenden einige Zahlenwerte einer Ausführungsform des Motors angegeben:

Rotor:

Durchmesser 4,4 mm,
Dicke 0,2 mm,
Material der Scheibe: PtCo,
Masse der Scheibe 15 Milligramm.

Stator:

Bleche aus Ferronickel von 5O°/o,
Dicke 0,3 mm.

Wicklung:

Kupferlackdraht mit einem Durchmesser von 20 μΐη, Anzahl der Windungen 4300,
Widerstand 2500 Ohm.

Steuerimpulse:

bipolare Impulse,
Frequenz 1 Hz,
Spannung ± 1,2 Volt,
Dauer 10 Millisekunden.

Mittlerer Stromverbrauch: 4 Mikro-Ampere.
Anzahl der Schritte pro Umdrehung: 12.
Maximales magnetostatisches Drehmoment: 1 μΝπι. Maximales Antriebs-Drehmoment: 1,3 μΝηι.
Abmessungen des Motorgehäuses:

Höhe 4 mm,
Fläche 6X6 mm.

Dieser Motor hat Abmessungen und einen Leistungsverbrauch, die kompatibel mit einem runden Uhrwerk von 20 mm sind, das von einer Batterie mit 50 mAh gespeist wird. Wenn die Elektronik ein Mikroampere verbraucht, stellt der Gesamtverbrauch von 5 Mikroampere eine Lebensdauer der Zelle sicher, die ein Jahr überschreitet. Weiterhin ist der Preis des Motors aus folgenden Gründen niedrig: Gängige Materialien, mit der Ausnahme von Pt-Co, das in minimaler Menge benötigt wird. Die verschiedenen Teile sind leicht herzustellen: der Stator durch Stanzen, durch chemische Bearbeitung und durch Biegen, der Rotor durch Stanzen, wobei die Magnetisierung in einfacher Weise in einem homogenen Magnetfeld erfolgen kann. Dieser letztere Punkt ist hervorzuheben, weil ein mehrpoliger Rotor mit abwechselnder Magnetisierung Schwierigkeiten bei der Herstellung bei diesen Abmessungen und mit diesem Material mit sehr hohem Koerzitivfeld ergibt. Im Gegensatz hierzu verhält sich der verzahnte Rotor, der in homogener Weise magnetisierte Pole aufweist, die mit Leerzonen abwechseln, wie ein Rotor mit abwechselnden Polen und ist doch einfach zu magnetisieren. Die Wicklung oder Spule ist leicht herzustellen, weil sie eine einfache Form und einen Draht mit einem Durchmesser aufweist, der ausreicht, damit ach beim Wickeln keine Schwierigkeiten ergeben. Die Herstellungstoleranzen sind nicht kritisch. Leichte Ungteicftförmigkeiten in bezog auf die Abmessungen oder auf die Magnetisierung der Zähne des Rotors oder des Stators haben eine minimale Wirkung, weil die elektromagnetische Kupplung auf alle Zähne des Stators und des Rotors bei jedem Schritt erfolgt. Um das vom Stator herrührende magnetostatische Drehmoment weitgehend zu verringern, ist es wichtig, daß die Teile 1 and 2 in der gleichen Ebene liegen. Dieser Zustand wird automatisch durch das folgende Herstellungsverfahren sichergestellt:

Durch Bohren oder Stanzen der Löcher 4; Füllen dieser Löcher mit einem Epoxy-Harz: chemische Herstellung des Luftspaltes 3, der die Teile 1 und 2 trennt, wobei die Teile mechanisch durch das Harz verbunden bleiben. Die Toleranzen des Achsabstandes zwischen dem Ritzel des Motors und dem von diesem angetriebenen Zahnrad (im allgemeinen ist dies das Sekundenrad) werden in einfacher Weise

erreicht, weil der Motor durch den Umriß 17 ausgerichtet wird, der in einer kreisförmigen Ausfräsung der Plattine aufgenommen wird, die konzentrisch zur Achse ist. Das Teil 1 des Stators erfüllt somit sowohl eine magnetische Funktion als auch die Funktion der

xo Ausrichtung.

Die Montage des Motors ist einfach. Die Spule 7 wird durch Wickeln bei Wärme hergestellt und dann auf die Halterung 8 geklebt. Nach dem Anlöten der Drähte an die Klemmen 9 wird die Halterung auf die

is Kappe 5 geklebt, die mit dem Kern 6 und dem Stift 10 versehen ist. Die Kappe paßt in seitliche umgebogene Teile des Teils 1. Sobald der Rotor auf den Stift aufgesetzt wird, wird er durch magnetostatische Kräfte an seinem Platz gehalten. Die Befestigung des Deckels kann während der Montage des Motors in der Uhr nach dem Einsetzen des Sekundenrades erfolgen. Der Deckel wird durch die gleichen Schrauben befestigt wie das Gehäuse des Motors.

F i g. 3 zeigt eine Hauptansicht des Stators vor der Montage des Rotors. Man erkennt, wie in den F i g. 1 und 2 das äußere Teil 1 und das innere verzahnte Teil 2 des Stators, die durch den Luftspalt getrennt sind, der zwölf radiale Segmente 3 aufweist, die unter gleichen Winkelabständen angeordnet sind. In der Mitte des Teils 2 erkennt man das Ende des Kerns 6 und den Stift 10, der als Drehlager für den Rotor dient. Die Teile 1 und 2 des Rotors sind mechanisch durch nichtmagnetische Teile 4 verbunden.

Das Prinzip der elektromechanischen Kopplung in dem Motor ist in F i g. 4 dargestellt, die eine lineare Abwicklung des Motors nach den F i g. 1 und 2 darstellt. Die entsprechenden Teile sind in den drei Figuren in gleicher Weise beziffert. Bei dieser linearen Geometrie sind die benachbarten Zähne des Stators oder des Rotors durch einen Abstand ρ getrennt, während die Mitte eines Pols des Teils 1 von der Mitte eines Pols des Teils 2 durch einen Abstand ρ 2 getrennt ist. Dieser gleiche Abstand trennt zwei massive Zonen des Deckels und kennzeichnet den Abstand, der von dem Rotor bei jedem Impuls durchlaufen wird.

In F i g. 4 weist der Rotor eine derartige Stellung auf, daß seine Zähne auf die Zähne des inneren Teils 2 des Stators ausgerichtet sind. In dieser Stellung wird der maximale Fluß <?>„,„ in dem Kern 6 der Spule 7 induziert. Wenn der Rotor sich um ρ 4 verdreht, verringert sich der Fluß auf die Hälfte. Wenn er siel) um p/2 gegenüber der dargestellten Stellung verdreht. Hegen die Zähne des Rotors den Zähnen

SS des äußeres Ten's 1 des Stators gegenüber, und der Fluß schließt sieb unter fast vollständiger Umgehung des Kerns. Der Ffaß m dem Kern nimmt seinen minimalen Wert Φααα^Ο an. Man kann einen elektromechanischen Kopplungsfaktor a durch das Verhält- nis des Drehmomentes C_F von elecei Ursprung und des Stromes i definieren, was gleichwertig zurr Verhältnis der induzierten Spannung U₁ zar Winkel geschwindigkeit Q ist:

« = C_rli = VJQ.

Wenn die Änderung des Flusses mit dem Winkel < ungefähr sinusförmig ist, so ist der Kopngakto

in gleicher Weise eine sinusförmige Funktion des eines Ausgangsdrehmomentes durch die Nulldurch-Winkels Θ, dessen Amplitude gleich: gänge von C_n, gegeben, an denen die Ableitung ne-

_ gativ ist. Einer dieser Nulldurchgänge wird als Win-

*mux — ^ui maxi" kelursprung 0 = 0 genommen. Das Drehmoment

N d <P/dt)_mux : (d θ/d/) (2) 5 elektrischen Ursprungs, das durch einen Strom durch

N (d ΦΙάΙθ)_ηαχ die Spule hervorgerufen wird, ist in gleicher Weise

_Λ _ o,5 η N Φ ^e'^ne ^^ast sinusförmige periodische Funktion des Win

kels Θ, jedoch mit der Periode p, und ihre Phase ist

wobei N die Anzahl der Windungen der Spule, η die durch die relative Stellung der Zähne des Stators in Anzahl der Zähne des Rotors ist. Die Zahnteilungp 10 bezug auf die Öffnungen des Deckels bestimmt. In nach F i g. 4 ist auf die Anzahl der Zähne η und auf der F i g. 5 ist der Spezialfall dargestellt, für den die den mittleren Radius r des Rotors durch: Nulldurchgänge von C_e den Maxima von C_M ent

sprechen und in dem die Amplitude von C_e doppelt

ρ = 2 π/η (3) so groß ist wie die Amplitude von C_M. Ein erster

bezogen. 15 positiver Stromimpuls ruft ein Drehmoment C_e , her-

Zur Erzielung eines guten Wirkungsgrades des vor. Die Überlagerung der Drehmomente C_e und C_M Motors ist man daran interessiert, einen hohen Kopp- ergibt die resultierende Funktion C₁, die gültig ist, lungsfaktor pro Windung zu erzielen, und zwar ver- solange der Strom angelegt ist. Wenn ausgehend von bunden mit einem Rotor mit geringer Trägheit. Ohne der stabilen Stellung ö = 0 ein Strom angelegt wird, daß auf die Einzelheiten der Berechnung eingegangen 20 so ist das resultierende Drehmoment C₁ positiv und wird, kann ausgesagt werden, daß dieses Kopplungs- treibt den Rotor an. Dieses Drehmoment bleibt posiprinzip in dieser Hinsicht sehr günstig ist. Der Aus- ti ν bis zum Winkel θ = Θ_η für den es zu Null wird, druck (2) zeigt, daß a._muK mit der Anzahl der Zähne Es ist jedoch nicht zweckmäßig, den Strom so lange anwächst, weil Φ_π1βΑ konstant ist, wenn die Anzahl aufrechtzuerhalten, und zwar auf Grund des Energiegering ist. Im Gegensatz hierzu wird, wenn die An- 25 Verbrauchs. Es wird eine Impulsdauer derart gewählt, zahl groß ist, der seitliche Fluß der Zähne bedeutend daß der Rotor sicher seine neue stabile Stellung er- und verringert Φ,_ηαχ. Der Fluß *„_tI ist gegeben reicht. Dies ist in jedem Fall möglich, wenn der durch: Strom zu dem Zeitpunkt abgeschaltet wird, zu dem

Φ . = knvL MbIdIe (4) ^θ """ P^l&r '^st' ^we'' ^as DrehmomentC_n, von θ = p/4

^maX - L- L· 1/ / 3° b'^{s w} ~⁼ P/2 einen zusätzlichen Antrieb des Rotors

m„x - * μ, Μ ive, sicherstellt.

wobei μ₀Μ die Magnetisierung der Zähne des Rotors Im dynamischen Zustand kann man die kinetische

(freie Induktion) ist, b, d und e die in F i g. 3 darge- Energie des Rotors ausnutzen, damit dieser einen stellten Abmessungen sind, / die Länge der Zähne Bereich überschreitet, in dem C_n, negativ ist, wodurch senkrecht zu der Figur ist, k ein Zahlenfaktor ist, der 35 die Dauer des angelegten Impulses C_e , weiter verdie Verteilung der Flußlinien in der Luft und damit ringert werden kann. Andererseits kann diese kinedie geometrischen Verhältnisse berücksichtigt. Die tische Energie dazu führen, daß der Rotor seine neue zweite Gleichung zeigt, wie sich das Gesamtvolumen Gleichgewichtsstellung überschreitet. Um zu vermeils der Zähne auswirkt (aktives Volumen). den, daß er sich um einen Schritt weiter vorwärts

Die folgenden Zahlenwerte entsprechen dem 4° bewegt oder lange Zeit um diese neue Stellung herbeschriebenen Motor: b = 0,6 mm, / = 1 mm, umschwingt, können folgende Mittel verwendet wer- d = 0,2 mm, e — 1 mm, η = 6, V_d = 0,72 mm³, den: Dämpfung durch magnetische Verluste oder //₀M = 0,45 Vs/m², k = 1,1, Φ_ηιαχ = 0,37 Mikro- durch Foucault-Ströme in dem Stator; Anlegen eines volt-Sekunden, *_mox = 4,7 - 10-* Vs/rad. kurzen Bremsimpulses, während der Rotor eine

Fig.4 zeigt in gleicher Weise die Anordnung des 45 Stellung aufweist, die zwischen θ — θ,, und θ = p/2 Deckels, dessen abwechselnden massiven Teile 14 liegt; Einführung eines Mechanismus, der den Rück- und ausgenommenen Teile 15 die Erzeugung der sta- lauf des Rotors verhindert (Klinkenrad),
bilen Stellungen des Rotors bewirken. Diese stabilen Wenn der folgende Impuls eine zum vorhergehen-

Stellungen entsprechen fast denen, in denen die den Impuls entgegengesetzte Polarität aufweist, so Zähne des Rotors auf die massiven Teile 14 zentriert 50 hat das elektrisch erzeugte Drehmoment eine Ändesind. Es ist aus F i g. 4 zu erkennen, daß die massiven rung mit dem Winkel, die durch die Kurve C_{e 2} dar-Teile gegenüber den Zähnen des Stators um einen gestellt ist. Die Überlagerung dieses Drehmomentes Wert 5 versetzt sind. Eine Versetzung von 5 - p/4 er- und des magnetostatische« Drehmomentes C_M ergibt gibt stabile Stellungen, die mit dem Maximum des eine (nicht dargestellte) Kurve, die geaau den glei-Kopphmgsfaktors zusammenfallen, dies ist jedoch 55 chen Verlauf wie C₁ hat, die jedoch um einen Winkel Bacht erstrebenswert, weil der Rotor ohne Festlegung versetzt ist, der pil entspricht. Der Rotor wird den in beiden Richtungen rotieren kann. Eine Verset- gleichen Bedingungen unterworfen und bewegt sich zungS, die zwischen p/12 und p/6 liegt, erteilt dem erneut um einen Schritt vorwärts, der p/2 entspricht. Motor eine bevorzugte Drehrichtung. Die geometri- Um die Richtungseigenschaften des Motors siefaer-

schen Proportionen des Deckels werden so gewählt, 60 zustellen, kann man die Wirkung eines zweiten I«ndaß das gewünschte magnetostatische Drehmoment pulses mit gleicher Polarität wie der ersten unter-C_n erzielt wird. suchen. Man erzielt erneut ein resultierendes Dreh-

F i g. 5 ist ein Diagramm, das in Abhängigkeit von moment, das durch die Kurve C₁ dargesteift ist, dtesdem Winkel θ die verschiedenen Drehmomente zeigt, mal befindet sich der Rotor jedoch in der Ausgangsdie auf den Motor wirke». Das Drehmoment von 65 Stellung, die dem Winkel θ = p/2 entspricht. Dem magnetischem Ursprünge,, ist eine angenähert sinus- Rotor wird ein rückläufiges Drehmoment erteilt, förmige Funktion des Winkels Θ, dessen Periode p/2 dieses Drehmoment verringert ach jedoch sehr ist. Die stabilen Stellungen des Rotors sind bei Fehlen schnell, sobald der Rotor rüws läuft und wird

für einen Winkel Θ, zu Null, der wiederum sehr nahe an der Ausgangsstellung liegt, Selbst wenn der Strom sehr lange angelegt wird, dreht sich der Rotor nicht um einen wesentlichen Winkel rückwärts und kehrt in die gleiche stabile Stellung nach dem Verschwinden des Stromes zurück.

Zusammenfassend kann gesagt werden, daß die relative Stellung und die Amplituden der magnetostatischen oder elektrischen Drehmomente dem Motor die folgenden Eigenschaften erteilen:

1. Richtige Betriebsweise mit Hilfe von Impulsen mit abwechselnder Polarität (bipolare Impulse).

2. Einseitig gerichtete Bewegung (rückläufige Bewegung ausgeschlossen).

3. Wenn der Motor eine falsche Ausgangsposition aufweist, bleibt er während des ersten Impulses unbeweglich und bewegt sich ausgehend von dem zweiten Impuls in richtiger Weise vorwärts.

10

F i g. 6 zeigt eine abgeänderte Ausführungsform des Rotors, die aus zwei gezahnten Scheiben 20 und und 21 besteht. Jede dieser Scheiben weist die gleiche Anzahl von Zähnen auf wie der Rotor nach F i g. 2, und die Scheiben sind in Axialrichtung homogen magnetisiert. Diese Scheiben weisen Zähne mit der gleichen Dicke wie in F i g. 1 sowie einen dünneren mittleren Teil auf. Zwei dieser Scheiben sind durch Umkehrung der einen gegenüber der anderen derart

ίο befestigt, daß ihre Zähne ineinander verschachtelt sind und daß die Richtungen 22 und 23 der Magnetisierung gegenseitig entgegengesetzt sind. Auf diese Weise wird ein zusammengesetzter Rotor mit abwechselnden Polen erzielt. Der Kopplungsfaktor wird verdoppelt, und der Wirkungsgrad wird gegenüber dem Motor mit dem einfachen Rotor nach den F i g. 1 und 2 verbessert. Diese Verbesserung wird offensichtlich durch zusätzliche Herstellungsvorgänge bezahlt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

1 2 Verwendung eines Quarzoszillators werden elektro- Patentansprüche: nische Einrichtungen verwendet, die die hohe Schwingfrequenz des Quarzes teilen, um Impulse mit

1. Elektromagnetischer Miniatur-Schrittmotor niedriger Frequenz zu erzeugen, die die Anzeigevormit rotierender Bewegung für Zeitmeßgeräte mit 5 richtung speisen. Abgesehen von einigen Prototypen, einem Rotor in Form von zumindest einer Scheibe die eine elektronische Anzeige aufweisen, verwenden mit magnetisierten Teilen und mit einem Stator die meisten zur Zeit hergestellten quarzgesteuerten aus weichmagnetischem Material, der zwei zuein- Uhren eine Zeigeranzeige, wobei die Zeiger durch ander koplanare und ineinander verschachtelte einen sehr kleinen Miniaturmotor angetrieben werden. Teile umfaßt, die voneinander durch einen ge- ίο Die kleinen Abmessungen des Uhrwerks erfordern krümmten Luftspalt getrennt sind, dadurch einerseits einen sehr geringen Raumbedarf des Mogekennzeichnet, daß der Rotor (11) eben tors und andererseits einen mittleren Stromverbrauch, ist und zumindest ein Rad mit η Zähnen umfaßt, der sehr niedrig ist und der den Betrieb an einer die in Axialrichtung in der gleichen Richtung Miniaturbatterie ermöglicht, die zumindest eine Lemagnetisiert sind, und daß der Luftspalt des Sta- 15 bensdauer von einem Jahr aufweisen muß. Bei diesen tors (1, 2) 2 η radiale, von gleichen Winkern ge- Forderungen besteht die Gefahr, daß sich ein Motor trennte, dem gezahnten Teil des Rotors (11) ge- ergibt, dessen mechanisches Drehmoment so gering genüberstehende Segmente aufweist. ist, daß seme Wirkungsweise nur wenig sicher ist und

2. Schrittmotor nach Anspruch I, dadurch ge- daß er nicht in der Lage ist, einen Datumsmechaniskennzeichnet, daß er Einrichtungen (14, 15) zur ao mus anzutreiben. Um diese Gefahr zu vermeiden, Festlegung von 2 η stabilen Winkelstellungen auf- muß der Miniaturmotor somit einen hohen Wirkungsweise grad aufweisen, um ein mechanisches Drehmoment

3. Schrittmotor nach Anspruch 2, dadurch ge- zu liefern, das mit dem von größeren Motoren verkennzeichnet, daß die Mittel zur Bestimmung der gleichbar ist und dies bei einem möglichst geringen 2 η stabilen Winkelstellungen aus einer zusatz- 35 Energieverbrauch. Der Motor muß unter den norlichen Platte (14) aus weichmagnetischem Mate- malen Bedingungen des Benutzers oder Trägers rial bestehen, die mit dem Stator (1, 2) verbunden funktionieren und damit gegen Stöße, Temperaturist und parallel zu dessen Ebene verläuft, und daß unterschiede, magnetische Felder usw. widerstandsdiese Platte (14) für Jen Rotor periodische An- fähig sein, ohne daß die Gefahr einer fehlerhaften demngen des magnetischen Widerstandes ergibt, 30 Betriebsweise besteht. Der niedrige Preis erfordert die die 2 η stabilen Stellungen definieren. ein einfaches Prinzip, eine verringerte Anzahl der

4. Schrittmotor nach Anspruch 1, dadurch ge- Teile, insbesondere der beweglichen Teile, leicht erkennzeichnet, daß die beiden koplanaren Teile füllbare Toleranzen, gängige Materialien sowie eine (1, 2) des Stators aneinander durch nichtmagne- Herstellung und Montage in Serie ohne zeitaufwentische Verbindungselemente (4) festgehalten wer- 35 dige Einstellvorgänge.

den, die sie in der gleichen Ebene halten. Bei einem bekannten Miniaturmotor der eingangs

5. Schrittmotor nach Anspruch 1, dadurch ge- genannten Art (Literaturstelle »Uhren und Schmuck«, kennzeichnet, daß der Stator (1, 2) aui den Rotor Band 6, 1969, Heft 9, S. 286 bis 288, und Heft 11, (11) eine Axialkraft ausübt, die größer als das S. 350 bis 352) besteht der mehrpolige Rotor aus Gewicht des Rotors (11) ist, und daß der Rotor 40 einer kompakten Scheibe, auf der Pole örtlich besieh um einen festen Zapfen (10) dreht, der an grenzt aufgebracht sind. Diese Anbringung örtlich dem Stator (1, 2) befestigt ist und gleichzeitig als begrenzter Pole ist relativ schwierig und aufwendig. Axiallager dient. Weiterhin weist der Stator dieses bekannten Motors

6. Schrittmotor nach einem der vorhergehenden einen Luftspalt pro Pol des Rotors auf, so daß sich Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sta- 45 ein sehr großes magnetostatisches Moment ergibt, das tor (1, 2) eine äußere Oberfläche (17) aufweist, nur mit großem Energieverbrauch bei Verwendung die seine Zentrierung sicherstellt, und daß diese des Motors als Schrittmotor überwunden werden Oberfläche (17) koaxial zum Zapfen (10) ist, die kann. Entsprechend weist dieser Motor bei Verwenals Drehlager des Rotors (11) dient. dung als Schrittmotor einen sehr schlechten Wir-

7. Schrittmotor nach Anspruch 1, dadurch ge- 50 kungsgrad auf und findet daher hauptsächlich als kennzeichnet, daß der Rotor zwei verzahnte Synchronmotor Verwendung. Ein weiterer Nachteil Räder (20, 21) umfaßt, die in Bezug aufeinander dieses bekannten Motors besteht in seinem kompliin Axialrichtung in entgegengesetzten Richtungen zierten Aufbau, der eine sehr kleine Größe fast unmagnetisiert sind, und deren Zähne ineinander möglich macht.

verschachtelt sind. 55 Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen

elektromagnetischen Miniatur-Schrittmotor der ein-

gangs genannten Art zu schaffen, der bei einfachem

Aufbau die für die Verwendung in Kleinuhren, wie

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektromagne- Armbanduhren u.dgl. gestellten Forderungen hintischen Miniatur-Schrittmotor mit rotierender Bewe- 60 sichtlich Raumbedarf und Stromverbrauch erfüllt,
gung für Zeitmeßgeräte mit einem Rotor in Form von Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch ge-

zumindest einer Scheibe mit magnetisierten Teilen löst, daß der Rotor eben ist und zumindest ein Rad und mit einem Stator aus weichmagnetischem Mate- mit n Zähnen umfaßt, die in Axialrichtung in der rial, der zwei zueinander koplanare und ineinander gleichen Richtung magnetisiert sind und daß der verschachtelte Teile umfaßt, die voneinander durch 65 Luftspalt des Stators 2 η radiale von gleichen Wineinen gekrümmten Luftspalt getrennt sind. kein getrennte, dem gezahnten Teil des Rotors gegen-

Elektronische Armbanduhren mit einem Quarz- überstehende Segmente aufweist.
Oszillator weisen eine sehr hohe Genauigkeit auf. Bei Der erfindungsgerr.äß ausgebildete Motor weist