DE2410745A1 - STEPPER MOTOR - Google Patents
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- DE2410745A1 DE2410745A1 DE19742410745 DE2410745A DE2410745A1 DE 2410745 A1 DE2410745 A1 DE 2410745A1 DE 19742410745 DE19742410745 DE 19742410745 DE 2410745 A DE2410745 A DE 2410745A DE 2410745 A1 DE2410745 A1 DE 2410745A1
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- H02K37/00—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors
- H02K37/10—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type
- H02K37/12—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type with stationary armatures and rotating magnets
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- H02K37/16—Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures having horseshoe armature cores
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- G04C13/08—Slave-clocks actuated intermittently
- G04C13/10—Slave-clocks actuated intermittently by electromechanical step advancing mechanisms
- G04C13/11—Slave-clocks actuated intermittently by electromechanical step advancing mechanisms with rotating armature
Description
Die Erfindung "betrifft einen sehr kleinen Schrittschaltmotor, welcher als elektromechanisch er Wandler in Uhren mit Quarz-, kristallen sowie in anderen Uhren verwendbar ist.The invention "relates to a very small stepping motor, which as an electromechanical converter in clocks with quartz, crystals as well as in other clocks can be used.
Es ist bereits ein Motor dieser Art vorgeschlagen worden, welcher zwei Ständer bzw. Statoren und einen Rotor mit sechs Polen aufweist. Bei dieser Art Motor erzeugen jedoch nur zwei der sechs Magnetpole ein wirksames Drehmoment, und der Motor besitzt somit nicht genutzte Pole. Dies wiederum hat einen geringeren Wirkungsgrad des Motors zur Folge. Der Rotor dreht sich bei Anliegen eines Impulses um einen Winkel von 60 °, er neigt jedoch dazu, infolge seiner Massenträgheit sich um einen Wert zu drehen, welcher zwei Polen entspricht, d. h. um 120 °. Darüber hinaus ist eine spezielle Magnetisier-It has already been proposed a motor of this type, which two stator or stators and a rotor with six Poland has. In this type of motor, however, only two of the six magnetic poles generate effective torque, and the The motor therefore has unused poles. This in turn results in a lower efficiency of the motor. Of the When a pulse is applied, the rotor rotates through an angle of 60 °, but it tends to do so due to its inertia to rotate around a value corresponding to two poles, d. H. by 120 °. In addition, a special magnetizing
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einrichtung erforderlich, um "die sechs Pole des Rotors zu magnetisieren, und es ist sehr schwierig, sechs Pole mit der gleichen magnetischen Belegung zu magnetisieren.setup required to "cover the six poles of the rotor." magnetize, and it is very difficult to magnetize six poles with the same magnetic assignment.
Es ist noch ein weiterer Motor für Uhren vorgeschlagen worden, bei welchem ein Rotor aus einem Permanentmagneten unmittelbar in einem Solenoid angeordnet ist. Da jedoch bei einem Motor dieser Art unmittelbar ein in einem Hohlraum in dem Solenoid erzeugtes Magnetfeld verwendet wird, kann die magnetische ELußdichte bzw. Induktion unmöglich vergrößert werden, wodurch wiederum den? Wirkungsgrad verschlechtert wird.Still another motor for timepieces has been proposed in which a rotor made of a permanent magnet is disposed directly in a solenoid. However, since a magnetic field generated in a cavity in the solenoid is directly used in a motor of this type, the magnetic flux density or induction cannot possibly be increased, which in turn reduces the? Efficiency is deteriorated.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die vorerwähnten Nachteile zu beseitigen und einen Motor für Uhren zu schaffen, bei welchem bei einem geringen Stromverbrauch und einer niedrigen Spannung eine hohe Ausgangsleistung erhalten werden kann. Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst.The object of the invention is therefore to eliminate the aforementioned disadvantages and to create a motor for watches, in which a high output power is obtained with a low power consumption and a low voltage can. This object is achieved according to the invention by the features in the characterizing part of claim 1.
Vorteilhafterweise ist bei einem Schrittschaltmotor gemäß der Erfindung ein Rotor mit zwei magnetisierten Polen und einem Paar Ständer bzw. Statoren verwendet, welche im wesentlichen den gesamten Umfangsbereich des Rotors umschließen.Advantageously, in a stepping motor according to the invention, a rotor with two magnetized poles and a pair of stator or stators are used which enclose substantially the entire circumferential area of the rotor.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im einzelnen erläutert. Es zeigen:Further details and advantages of the invention will become apparent from the following description with reference to FIG the attached drawings are explained in detail. Show it:
Fig. 1 den Aufbau eines kleinen Schrittschaltmotors gemäß der Erfindung;1 shows the structure of a small stepping motor according to the invention;
I1Xg. 2 eine Wellenform von an eine Spule angelegte Impulsen:I 1 Xg. 2 a waveform of pulses applied to a coil:
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lig. 3 die Beziehung zwischen einer Gleichgewichtslage eines Rotors und einem magnetischen Potential;lig. 3 the relationship between an equilibrium position of a Rotor and a magnetic potential;
Fig. 4 und 5 Gleichgewichtslagen eines Motors und Magnetbahnen, über welche ein Magnetfluß fließt}4 and 5 equilibrium positions of a motor and magnetic tracks, over which a magnetic flux flows}
lig. 6 in Abhängigkeit von einer Gleichgewichtslage eines Rotors eine Abänderung' eines magnetischen Potentials; undlig. 6 depending on an equilibrium position of a Rotor a variation of a magnetic potential; and
Fig. "7 eine Beziehung zwischen dem Durchmesser eines Rotors und dessen minimaler Steuerspannung."7 shows a relationship between the diameter of a rotor and its minimum control voltage.
In "Fig. 1 sind Statoren 2 und 3 in Gegenüberlage um einen Rotor 1 mit zwei Magnetpolen angeordnet· Diese Statoren sind an einem Joch 5» um welches eine Spule 4 gewickelt ist, mittels Schrauben 6 befestigt, wodurch ein Statorpaar geschaffen ist. Damit sich der Rotor 1 nur in einer Richtung dreht, ist mittels eines exzentrisch angeordneten Stiftes 7j mit welchem der lichte Abstand zwischen dem RotorIn "Fig. 1 stators 2 and 3 are opposed to one another Rotor 1 arranged with two magnetic poles · These stators are wound on a yoke 5 »around which a coil 4 is wound is fastened by means of screws 6, whereby a pair of stators is created. So that the rotor 1 is only in one Direction rotates is by means of an eccentrically arranged pin 7j with which the clear distance between the rotor
1 und den Statoren 2 und 3 einstellbar ist, zumindest eine zylindrische !"lache der Statoren 2 und 3 etwas exzentrisch bezüglich der Mitte des Rotors 1 angeordnet; der Rotor 1 ist in der Lage ausgeglichen und im Gleichgewicht, in welcher seine Magnetpole (N, S) auf eine Seite der Statoren 2 und hin schräg stehen bzw. geneigt sind.1 and the stators 2 and 3 is adjustable, at least one cylindrical! "laugh of stators 2 and 3 somewhat eccentrically arranged with respect to the center of the rotor 1; the rotor 1 is balanced in the position and in equilibrium in which its magnetic poles (N, S) are inclined or inclined on one side of the stators 2 and towards.
In Hg. 2 ist eine Wellenform einer an die Spule 4 angelegten Steuerspannung dargestellt. Sie weist beispielsweise einen Impulszug aus positiven und negativen Impulsen auf, welche abwechselnd jeweils nacn einer Sekunde anliegen. Der Rotor 1 dreht sich dann um 180 °, da seine Magnetpole N und S bei Anliegen der Spannung eine magnetische Abstoßoder Anziehungskraft auf die Magnetpole If und S der StatorenIn Fig. 2, a waveform of a control voltage applied to the coil 4 is shown. For example, it has a pulse train of positive and negative pulses, which abut alternately NaCN e i ner second. The rotor 1 then rotates 180 ° because its magnetic poles N and S exert a magnetic repulsion or attraction force on the magnetic poles If and S of the stators when the voltage is applied
2 und 3 erzeugen. Der Rotor 1 dreht sich dann weiter entsprechend dem nächsten Impuls um 180 °, da die umgekehrten2 and 3 generate. The rotor 1 then continues to rotate accordingly the next pulse by 180 °, since the opposite
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Magnetpole H und S an den Statoren 2 und 3 erzeugt werden. Durch das wiederholte Anlegen der Impulse kann dann eine kontinuierliche Drehung des Rotors in einer Richtung erhalten werden.Magnetic poles H and S are generated on the stators 2 and 3. A continuous rotation of the rotor in one direction can then be obtained by the repeated application of the pulses will.
In ]fig. 3 ist in Jform einer graphischen Darstellung die Beziehung zwischen dem magnetischen Potential in dem durch den Rotor und die Statoren gebildeten, freien Raum und der Gleichgewichtslage des Rotors 1 dargestellt« Die Steuerspannung des Motors ist proportional dem Unterschied zwischen einem Maximalwert Pmax. und einem Minimalwert Pmin. eines magnetischen Potentials P, d. h. proportional Pmax.-Pmin.. Um den Motor mit einer niedrigen Spannung steuern und betreiben zu können, muß daher der Wert Pmax.-Pmin. so klein wie möglich sein bzw. auf ein Minimum herabgesetzt werden. Folglich ist ein weiteres Ziel der Erfindung die Schaffung eines Verfahrens zur Verwirklichung der vorbeschriebenen Bedingung.In] fig. 3 is, in graph form, FIG Relationship between the magnetic potential in the free space formed by the rotor and stators and the equilibrium position of the rotor 1 shown «The control voltage of the motor is proportional to the difference between a maximum value Pmax. and a minimum value Pmin. a magnetic potential P, d. H. proportional Pmax.-Pmin .. In order to be able to control and operate the motor with a low voltage, the value Pmax.-Pmin. be as small as possible or reduced to a minimum. Accordingly, is another object of the invention the creation of a method for realizing the above-described condition.
Gemäß der Erfindung sind Versuche mit den folgenden vier Verfahren gemacht worden, um den vorerwähnten Wert Pmax.-Pmin. so klein wie möglich zu machen bzw. auf ein Minimum herab zus et ζ en.According to the invention, attempts have been made with the following four methods to obtain the aforementioned Pmax.-Pmin. to make it as small as possible or reduce it to a minimum.
1) Wurde der Rotor 1 kleiner gemacht, um dadurch die magnetomotorische Kraft des Magneten zu vermindern;1) the rotor 1 has been made smaller to thereby decrease the magnetomotive force of the magnet;
2) der Spalt 8 zwischen den Statoren 2 und 3 wurde auf einen minimalen Wert herabgesetzt;2) the gap 8 between stators 2 and 3 has been reduced to a minimum value;
3) der lichte Abstand zwischen dem Rotor 1 und den Statoren 2 und 3 wurde vergrößert43) the clearance between rotor 1 and stators 2 and 3 has been increased4
4-) der Winkel OG an den spitz zulaufenden Enden der Statoren 2 und 3 wurde so gewählt, daß der optimale Wert des magnetischen Widerstandes in der Nähe der spitz zulaufenden Enden erhalten werden kann.4-) the angle OG at the pointed ends of the stators 2 and 3 was chosen so that the optimal value of the magnetic reluctance is close to the pointed tapered ends can be obtained.
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Die vorerwähnten Verfahren werden nunmehr im einzelnen beschrieben. The above-mentioned methods will now be described in detail.
Die Miniaturisierung des Rotors 1 macht nicht nur eine Verringerung des Pegelunterschieds des magnetischen Potentials möglich, sondern ergibt auch vorteilhafte dynamische Kennwerte an dem Rotor selbst. Das Drehmoment To, welches an den kreisförmigen Rotor 1 in dem gleichförmigen Magnetfeld angelegt wird, ist gegeben durch die Gleichung:The miniaturization of the rotor 1 not only makes a decrease in the level difference of the magnetic potential possible, but also results in advantageous dynamic characteristics on the rotor itself. The torque To, which is applied to the circular rotor 1 in the uniform magnetic field is given by the equation:
To- = -4— MoBoDt sin β = KMo(HI)Dt sin 9 .... 1, 2/to To- = -4— MoBoDt sin β = KMo (HI) Dt sin 9 .... 1, 2 / to
wobei Mo die Intensität der Magnetisierung,'D der Durchmesser des Rotors, θ der Winkel zwischen dem magnetischen Dipol des Rotors und dem Magnetfeld, no die Permeabilität im Vakuum, Bo die magnetische ITußdichte bzw, Induktion, t die Dicke des Rotors, H die Windungszahl der Spule und I der durch die Spule fließende Strom ist.where Mo is the intensity of the magnetization, 'D is the diameter of the rotor, θ is the angle between the magnetic dipole of the rotor and the magnetic field, no is the permeability in vacuum, Bo is the magnetic flux density or induction, t is the thickness of the rotor, H the Number of turns of the coil and I is the current flowing through the coil.
Das Trägheitsmoment Io des Rotors ist dann durch äie Gleichung gegeben:The moment of inertia Io of the rotor is then given by the equation given:
/L 4 / L 4
wobei f die Dichte, D der Durchmesser und t die Dicke des Rotors ist.where f is the density, D is the diameter and t is the thickness of the rotor.
Demgemäß kann die Gleichung 1 auch folgendermaßen umgeformt werden:Accordingly, Equation 1 can also be transformed as follows:
To=KMoHI sineTo = KMoHI sine
wobei Vo das Volumen des Rotors ist. Aus der letzten Gleichung ist zu ersehen, daß das Drehmoment, welches durch daswhere Vo is the volume of the rotor. From the last equation it can be seen that the torque generated by the
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Magnetfeld an den Rotor angelegt wird, umgekehrt proportional der Quadratwurzel des Trägheitsmomentes des Rotors ist. Das I'rägheitsuoment dee JL-to rs ist proportional der vierten Potenz des Iiütoi'durchmeauer.:,, wenn das Volumen des Rotors als konotant angenommen /<lr-i. .Folglich kann unter der Annahme, daß dn.3 /oluinen de.u Hotors konstant ist, die S teuer spannung herabgesetzt und das Drehmoment vergrößert werden, wenn der Durchmesser des Rotors verkleinert wird. Als Ergebnis der Versuche und Untersuchungen mit der vorliegenden Erfindung wurde die in 21Ig. 7 dargestellte Beziehung zwischen dem Durchmesser des Rotors 1 und der minimalen Steuerspannung erhalten. Der Durchmesser des Rotors wurde gemäß der Erfindung auf einen Wert festgesetzt, welcher Meiner als. 2,5 mm ist, um eine Uhr mit einer ausreichenden, von einer Batterie gelieferten elektromotorischen Kraft bzw„ Spannung zu betreiben ο Die elektromotorische Kraft bzw. die Spannung der insbesondere bei Uhren verwendeten Batterie beträgt bei einer Silberbatterie 1,5Ϊ und bei einer Quecksilberbatterie 1,3 V0 Folglich sind zwei Batterien erforderlich, wenn der Durchmesser des Rotors größer als 2,5 mm wird. Überdies kann ein Rotor mit einem Durchmesser von 3»5 mm aufgrund der Daten in ]?ig. 7 geschaffen werden, wenn eine Lithiumbatterie verwendet wird, deren elektromotorische Kraft bzw. Spannung 2,5 V beträgt und welche inzwischen entwickelt ist.Magnetic field applied to the rotor is inversely proportional to the square root of the rotor's moment of inertia. The moment of inertia dee JL-to rs is proportional to the fourth power of the Iiutoi'durchmeauer: ,, if the volume of the rotor is assumed to be conotant / <lr-i. Consequently, assuming that dn.3 / oluinen de.u Hotors is constant, the expensive voltage can be reduced and the torque increased if the diameter of the rotor is reduced. As a result of the experiments and studies with the present invention, the in 2 1 Ig. 7 is obtained between the diameter of the rotor 1 and the minimum control voltage. The diameter of the rotor was set according to the invention to a value which is greater than or equal to. 2.5 mm is required to operate a watch with sufficient electromotive force or voltage supplied by a battery .3 V 0 Consequently, two batteries are required when the diameter of the rotor becomes larger than 2.5 mm. Furthermore, a rotor with a diameter of 3 »5 mm can, based on the data in]? Ig. 7 can be created when a lithium battery is used, the electromotive force or voltage of which is 2.5 V and which has been developed in the meantime.
Im folgenden wird nunmehr die Wirkung des Spaltes 8 zwischen den Statoren 2 und 3 erläutert. (Im folgenden wird der Einfachheit halber nur noch von de» Spalt 8 gesprochen). Der Wert Bnax.-Pmin. nimmt allmählich zu, wenn der Spalt 8 von null an nach und nach vergrößert wird. Infolgedessen ist es erstrebenswert und vorteilhaft, den Spalt 8 so klein wie möglich zu halten, um den Motor mit niedriger Spannung steuern und antreiben zu können. Eine bestimmte Spaltgröße ist jedoch erforderlich, da das Drehmoment, welches auf den Rotor durchThe effect of the gap 8 between the stators 2 and 3 will now be explained below. (The following is simplicity only spoken of gap 8 for the sake of it.). The value Bnax.-Pmin. gradually increases as the gap 8 of zero is gradually increased. As a result, it is desirable and advantageous to make the gap 8 as small as possible to control and drive the motor with low voltage. However, there is a certain gap size required because the torque which is applied to the rotor
ORIGINAL INSPECTEDORIGINAL INSPECTED
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das Magnetfeld ausgeübt wird, hauptsächlich von dem magnetischen !Fluß abhängt, der in der Nähe des Spaltes 8 erzeugt wird. Bei dem Motor gemäß der Erfindung, haben die Versuche und Untersuchungen gezeigt, daß eine angemessene Abmessung des Spaltesthe magnetic field is exerted depends mainly on the magnetic flux generated in the vicinity of the gap 8. at the motor according to the invention, the tests and investigations have shown that an adequate dimension of the gap
8 für einen Rotor 1 mit einem Durchmesser von 2 mm etwa 0,1 mm ist.8 for a rotor 1 with a diameter of 2 mm approximately 0.1 mm.
Als nächstes wird der Einfluß des lichten Abstandes 9 zwischen dem Rotor und den Statoren erläutert, d. h. der dazwischen festgelegte, freie Raum 9» wenn die zylindrischen Flächen der Statoren konzentrisch bezüglich des Rotors 1 angeordnet sind. (Im folgenden wird der Einfachheit halber von lichtem Abstand bzw. lichtem Zwischenraum 9 gesprochen).Next, the influence of the clearance 9 between the rotor and the stators will be explained, i. H. the one in between defined, free space 9 »if the cylindrical surfaces of the stators are arranged concentrically with respect to the rotor 1. (In the following, for the sake of simplicity, the term clear spacing or clear intermediate space 9 is used).
Eine zu starke Vergrößerung des lichten Abstandes 9 führt zu einer Verschlechterung des Nutzeffektes, da das auf den RotorToo great an increase in the clear distance 9 leads to a deterioration in the efficiency, since this affects the rotor
1 ausgeübte Drehmoment in Abhängigkeit von dem in der Nähe des Spaltes 8 erzeugten, magnetischen Flusses abnimmt, und da die in der Spule 4 erzeugte gegenelektromotorische Kraft bzw. die · Gegen-EMK verringert wird. Demgemäß haben die Versuche bestätigt, daß die angemessene Abmessung-des lichten Abstandes1 torque exerted as a function of that in the vicinity of the Gap 8 generated, magnetic flux decreases, and since the counter electromotive force generated in the coil 4 or the · Back EMF is reduced. Accordingly, the experiments have confirmed that the appropriate dimension - the clearance
9 das 1,0 bis 1,5-fache des vorerwähnten Spaltes 8 ist.9 is 1.0 to 1.5 times the aforementioned gap 8.
Nunmehr wird der Einfluß des Winkels 06 an den spitz zulaufenden Enden der Statoren 2 und 3 erläutert. (Im folgenden wird der Einfachheit halber immer von Endwinkel CXi gesprochen). Wenn der Rotor 1 in die Statoren 2 und 3 eingesetzt ist, wobei der lichte Abstand 9 zwischen ihnen so gewählt ist, daß er gleich ist, gibt es zwei Lagen, in welchen der Rotor 1 im Gleichgewicht ist. Der Rotor 1 ist in der Lage im Gleichgewicht, in welcher seine S- und N-PoIe gegenüber den StatorenThe influence of the angle 06 on the tapered ends of the stators 2 and 3 will now be explained. (In the following the For the sake of simplicity, always referred to as the end angle CXi). When the rotor 1 is inserted into the stators 2 and 3, where the clear distance 9 between them is chosen so that it is the same, there are two positions in which the rotor 1 in the Balance is. The rotor 1 is in a position in equilibrium, in which its S and N poles with respect to the stators
2 und 3 so angeordnet siri4, wie in Fig. 4 dargestellt» ist. Der Rotor 1 befindet sich aber auch in einer anderen Lage im Gleichgewicht, in welcher seine S- und N-PoIe gegenüber dem Spalt 8 angeordnet sind, wie in Fig. 5 dargestellt ist.2 and 3 are arranged as shown in FIG. The rotor 1 is also in equilibrium in another position, in which its S and N poles are opposite the gap 8 are arranged, as shown in FIG.
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Oder kurz gesagt, die Gleichgewiclitslage des Rotors ist in Abhängigkeit von dem Endwinkel & verschieden. Im einzelnen ausgeführt heißt das, der Rotor 1 ist im Gleichgewicht, wie in Fig. 4- dargestellt ist, wenn der Endwinkel 00 klein ist, während der Rotor 1 im Gleichgewicht ist, wie in Fig. 5 dargestellt ist, wenn der Endwinkel 06 groß ist. Der magnetische Fluß bzw. der Induktionsfluß in jeder der beiden vorbeschriebenen Lagen ist in Fig. 4- bzw. in Fig. 5 durch Pfeilmarkierungen dargestellt.Or in short, the equilibrium position of the rotor is different depending on the end angle &. In detail This means that the rotor 1 is in equilibrium, as shown in Fig. 4-, when the end angle 00 is small, while the rotor 1 is in equilibrium, as shown in Fig. 5, when the end angle 06 is large. The magnetic flux or the induction flux in each of the the two layers described above is shown in FIG. 4 and in FIG. 5, respectively represented by arrow marks.
Wenn der magnetische Widerstand der magnetischen Bahn 10 in Fig. 4- mit RA und der magnetische Widerstand der magnetischen Bahn 11 in Fig. 5 mit RB angegeben wird, dann ist in Fig. 4· der Wert RB größer als der Wert RA, während in Fig. 5 der Wert RB kleiner ist als der Wert RA. Der magnetische Widerstand RB in der magnetischen Bahn 11 hängt von dem Endwinkel Qb ab. Mit anderen Worten, je kleiner der Endwinkel 06 wird, um so größer wird der Wert RBj oder umgekehrt, je größer der Endwinkel (Xf wird, um so kleiner wird der Wert RB. Auf diese Weise wird die Gleichgewichtslage des Rotors 1 entsprechend der relativen Größenbeziehung zwischen dem magnetischen Widerstand RB und dem magnetischen Widerstand RA in der magnetischen Bahn einschließlich der Steuerspule bestimmt. Oder kurz gesagt, der Rotor 1 befindet sich im Gleichgewicht, wenn seine Magnetpole den mittleren Bereichen der Statoren gegenüberliegen, wobei dann RB größer ist als RA, während sich der Rotor 1 im Gleichgewicht befindet, wenn seine Magnetpole dem Spalt gegenüberliegen, wobei dann RB kleiner als RA ist. Sie Beziehung zwischen dem magnetischen Potential und der Gleichgewichtslage des Rotors ist in Fig. 6 für jeden der beiden vorbeschriebenen Gleichgewichtslagen des Rotors dargestellt· In Fig. 6 gibt die ausgezogene Kurve 12 die Beziehung wieder, wenn RA kleiner ist als RB, während die gestrichelte Kurve 13 die Beziehung wiedergibt, wenn RA größer ist als RB. Die Kurven 12 und 13 werden flacher, wenn RAIf the magnetic resistance of the magnetic track 10 in Fig. 4 is indicated by RA and the magnetic reluctance of the magnetic track 11 in Fig. 5 is indicated by RB, then in Fig. 4 the value RB is greater than the value RA, while in 5 the value RB is smaller than the value RA. The magnetic resistance RB in the magnetic path 11 depends on the end angle Qb . In other words, the smaller the end angle 06 , the larger the value RBj or vice versa, the larger the end angle (Xf, the smaller the value RB between the magnetic reluctance RB and the magnetic reluctance RA in the magnetic path including the control coil is determined the rotor 1 is in equilibrium when its magnetic poles are opposite the gap, in which case RB is smaller than RA. The relationship between the magnetic potential and the equilibrium position of the rotor is shown in FIG 6, the solid curve 12 shows the relationship when RA is smaller than RB, while the dashed curve 13 shows the relationship when RA is greater than RB. Curves 12 and 13 become flatter when RA
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gleich RB istο In diesem Fall wird dann der magnetische Potentialunterschied null und der Rotor kann mit einer sehr kleinen Spannung gesteuert und betrieben werdeno In diesem Fall neigt der Rotor jedoch dazu, sich leicht in der entgegengesetzten Richtung zu drehen, wenn irgendeine Belastung von außen an ihn angelegt wird. Folglich muß der Wert der magnetischen Potentialdifferenz entsprechend festgelegt werden. Hierbei hat sich bestätigt, daß der angemessene Wert der magnetischen Potentialdifferenζ durch Indern des Endwinkels OG erhalten werden kann, indem der magnetische Widerstand nahe der (Stator^Enden geändert wird. Andererseits ändert sich der Wert dieses magnetischen Widerstandes in Abhängigkeit von der Dicke des Stators« Bei einem Rotor und Statoren, die etwa halb so dick wie der Rotor sind, befindet sich der Rotor, wie in Fig. 5 dargestellt, bei einem Endwinkel 00 von etwa 60 im Gleichgewicht, und die magnetische Potentialdifferenz hat den kleinsten Wert bei einem Endwinkel Oi von etwa 50 . In der praktischen Ausführung ist der Stator 2 jedoch etwas bezüglich des Rotors 1 verschoben und die Lage der Magnetpole an dem Rotor ist um etwa JO ° geneigt, wie in Fig. 1 dargestellt ist, um . die Drehrichtung des Rotors zu bestimmen und festzulegen«is equal to RB o In this case the magnetic potential difference becomes zero and the rotor can be controlled and operated with a very small voltage o In this case, however, the rotor tends to turn slightly in the opposite direction if any external load is applied it is put on. Consequently, the value of the magnetic potential difference must be determined accordingly. It has been confirmed that the appropriate value of the magnetic potential difference can be obtained by changing the end angle OG by changing the magnetic resistance near the (stator ^ ends. On the other hand, the value of this magnetic resistance changes depending on the thickness of the stator In the case of a rotor and stators which are about half the thickness of the rotor, the rotor is in equilibrium, as shown in FIG. 5, at an end angle 00 of about 60, and the magnetic potential difference has the smallest value at an end angle Oi of about 50. In the practical embodiment, however, the stator 2 is slightly displaced with respect to the rotor 1 and the position of the magnetic poles on the rotor is inclined by about JO °, as shown in FIG and determine «
Wie leicht die Statoreinstellung durchführbar ist, hängt folglich von der Beziehung zwischen dem Verstellwinkel des Stators und der Winkelverschiebung bzw. -Versetzung des Rotors ab« Oder kurz gesagt, bei einem Endwinkel (X* von etwa 45 ° ist der Rotor bei einem kleinen Verstellwinkel des Stators im Winkel stark versetzte Im Vergleich zu dem Stator, dessen Endwinkel ty kleiner als 45 ° ist, ist die Einstellung des vorbeschriebenen Stators sehr schwierig. Ferner ist bekannt, daß sich die Leistung des Motors stark in Abhängigkeit von der Gleichgewichtslage des Rotors ändert. Die Tatsache, wie leicht die Statoreinstellung durchführbar ist, hat daher einen EinflußHow easy it is to adjust the stator depends on the relationship between the adjustment angle of the stator and the angular displacement or displacement of the rotor The stator is very difficult to adjust in comparison with the stator, the end angle ty of which is less than 45 ° How easy it is to adjust the stator therefore has an impact
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auf die Leistung sowie den Preis des Motors.on the performance as well as the price of the engine.
Der Endwinkel OCf wurde dan er im Hinblick- auf die Versuchsund Untersuchungsergebnisse in einem Winkelbereich von 10 ° "bis 45 ° festgelegt. Darüber hinaus haben die Versuche gezeigt, daß der angemessenste Endwinkel (/, etwa bei 25 ° liegtοThe end angle OCf was then set in an angle range from 10 ° "to 45 ° with regard to the test and investigation results. In addition, the tests have shown that the most appropriate end angle (/, is around 25 ° o
Mit der Erfindung ist somit ein sehr kleiner Schrittschaltmotor geschaffen, dessen Rotordurchmesser 2,5 mm beträgt und der in einer Uhr mit Quarzkristall verwendbar ist. Der Schrittschaltmotor gemäß der Erfindung weist hierbei folgende Vorteile auf: die Leistungsaufnahme des Schrittschaltmotors beträgt etwa 5 bis 7 uw", wenn er schrittweise jede Sekunde angesteuert bzw. angetrieben wird, so daß die Uhr mit Quarzkristall mit einer Batterie ein Jahr lang betrieben werden kann. Das Ausgangsdrehmoment des Motors beträgt dann mehr als 4 Dyn cm (4,08 mgcm), wodurch ein Drehmoment garantiert ist, das etwa fünfmal so groß ist, wie das Drehmoment,. das zum Antrieb des gesamten Aufzugsrades in-der Uhr erforderlich ist· Darüber hinaus kann eine hohe Zuverlässigkeit erhalten werden, da die Unregelmäßigkeit des Drehwinkels des Rotors durch die Verwendung des zweipoligen Schrittschal tmotors gemäß der Erfindung herabgesetzt ist. With the invention, a very small stepping motor is thus created, the rotor diameter of which is 2.5 mm and which can be used in a watch with quartz crystal. The stepping motor according to the invention has the following advantages: the power consumption of the stepping motor is about 5 to 7 u w "when it is controlled or driven step by step every second, so that the quartz crystal clock can be operated with a battery for one year The output torque of the motor is then more than 4 dynes cm (4.08 mgcm), which guarantees a torque that is about five times the torque required to drive the entire winding wheel in the watch. In addition, since the irregularity of the rotation angle of the rotor is reduced by using the two-pole stepping motor according to the invention, high reliability can be obtained.
Patentansprüche:Patent claims:
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Claims (3)
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