DE2427742A1 - Unipolar-schrittmotor, insbesondere fuer quarzuhren - Google Patents

Description

• Unipolar-Schrittmotor, insbesondere für Quarzuhren Die Erfindung betrifft einen Unipolar-Schrittmotor, insbesondere für Quarzuhren, mit einem permanentmagnetischen Rotor zwischen zwei Statorpolen und mit einem Hilfsmagneten, der zur Fixierung des Rotors in einer bestimmten Winkelstellung auf diesen einwirkt. Unipolar-Schrittmotore sind solche, die mit Stromimpulsen gleicher Polarität angetrieben werden. Das heißt, daß bei Jedem Stromimpuls das Magnetfeld im Luftspalt zwischen den Statorpolen und dem Rotor die gleiche Richtung hat. Jeder Stromimpuls macht also immer den gleichen Statorpol zum Nordpol und den gleichen Statorpol zum Südpol.
• AuÇ der franzdsischen. Zusatzpatentschrift 73 591 ist ein Unipolar-Schrittmotor genannter Art bekannt. der mit einem Rotor arbeitet, an dessen Umfang drei Polpaare verteilt sind. Dieser Schrittmotor arbeitet mit einem Hilfsmagneten, dessen Nordpol und dessen Südpol in der Ebene des die Statorpole bildenden Eisenkern liegt. Außerhalb des Hilfsmagnets baut sich ein von diesem hervorgerufener magnetischer Fluß vom Nordpol zum Südpol auf, der über den Luftspalt auf die Polpaare des Rotors einwirkt. Hierdurch wird nach Jedem Stromimpuls der Rotor in eine Stellung gebracht, aus der heraus der nächste Stromimpuls den Rotor zum nächsten Schritt antreiben kann. Die Tatsache, daß ein magnetischer Kreis vom einen Pol des Hilfsmagneten über den Rotor zum anderen Pol des Hilfsma;leten aufgebaut werden soll, hat zur Folg, daß der Eisenkern einen weiteren Luftspalt aufweisen muß, da ansonsten der magnetische Flut des Hilfsmagneten kurzgeschlossen wäre.
• Der weitere Luftspalt stellt einen wesentlichen Nachteil dar, da er den Wirkungsgrad der Stromimpulse stark verkleinert. Ein weiterer Nachteil der bekannten Anordnung ist darin zu sehen, daß der Hilfsmagnet bei der bekannten Anordnung zwangsläufig dem durch einen Stromimpuls hervorgerufenen Feld entgegengerichtet sein muß. Zusätzlich wirkt der Hilfsmagnet auf die Mehrzahl der Pole des Rotors ein. Dies ist jedenfalls dann ungünstig, wenn der Rotor für den nächsten Schritt in Bewegung gesetzt werden soll.
• Aufgabe der Erfindung ist es, einen Unipolar-Schrittmotor der obengenannten Art vorzuschlagen, der einen verbesserten Wirkungsgrad aufweist und dessen Aufbau gegenüber dem bekannten Motor vereinfacht ist.
• Erfindungßgemäß ist der Hilfsmagnet so angeordnet, daß sein einer Pol dem Umfang des Rotors wesentlich näher liegt als sein anderer Pol. Dies bedeutet, daß im wesentlichen nur noch ein Pol des Hilfsmagneten auf den Rotor einwirkt. Der andere Pol liegt außerhalb des magnetischen Kreises, in dem ein Stromimpuls zum Antrieb des Rotors zur Wirkung kommt. Es erübrigt sich deshalb, einen zusätzlichen Luftspalt im genannten magnetischen Kreis vorzusehen, der bei der bekannten Anordnung nötig ist.
• In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung liegt der dem Rotor naheliegende Pol des Hilfsmagneten im Bereich des Statorpols, der die gleiche Polarität hat wie dieser Pol des Hilfsmagnen, Vorzugsweise ist der dem Rotor naheliegende Pol des Hilfsmagneten in der Drehebene des Rotors, benachbart zu dessen Umfang iB einen Statorpol angeordnet.
• In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Hilfsmagnet ein Stabmagnet, dessen Längsachse parallel zur Drehachse des Rotors liegt und der den Eisenkern überragt.
• Das den Eisenkern überragende Ende des Stabmagneten läßt sich in einer Trägerplatte festlegen. Bevorzugt ist an dieser Trägerplatte auch der Eisenkern befestigt und der Rotor gelagert.
• Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Unipolar-Schrittmotor in Aufsicht und teilweise im Schnitt längs der Linie I-I nach Fig. 2 und Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II nach Fig. 1.
• Ein Eisenkern 1 bildet Statorpole 2 und 3. Der Eisenkern 1 ist teilweise von einer elektromagnetischen Spule 4 umschlossen. Diese wird von Stromimpulsen durchflossen, deren Richtung immer gleich ist. Der Statorpol 2 wird bei jedem Stromimpuls zu einem Nordpol; der Statorpol 3 antsprechend zu einem Südpol.
• Zwischen den Statorpolen ist ein Rotor 5 angeordnet.
• Zwischen dem Rotor 5 und dem Statorpol 2 i,t ein Luftspalt 6 und zwischen dem Rotor 5 und dem Statorpol ein Luftspalt 7 ausgebildet. Die Luftspalte 6 und 7 laufen in Fig. 1 aufgrund der gewünschten Drehrichtung im Uhrzeigersinn gesehen zu. Ein weiterer Luftspalt, insbesondere im Inneren der Spule 4, ist nicht vorgesehen.
• Der Statorpol 3 weist etwa im Bereich der Mitte des Luftspaltes 7 eine Ausnehmung 8 auf. In diese Ausnehmung ragt ein als tlilfsmagnet dienender permanentmagnetischer Stabmagnet 9 mit seinem Südpol 10. Der Nordpol 11 des Stabmagneten 9 ist in eine Ausnehmung 12 einer Trägerplatte 13 eingepreßt. Der Stabmagnet 9 liegt damit parallel zur Welle 14 des Rotors 5. Sein Südpol 10 liegt in der Drehebene des Rotors 5.
• Weiterhin ist an der Trägerplatte 13 an Zapfen 15, 16 und 17 der Eisenkern 1 festgelegt. Mit dem Rotor 5 ist ein Zahnrad 18 verbunden, das im Eingriff mit einem weiteren Zahnrad 19 steht.
• Der permanentmagnetische Rotor 5 ist in der Weise magnetisiert, daß an ihm drei Polpaare ausgebildet sind. Die Pole dieser Polpaare sind mit 20, 21 und 22, 23 sowie 24, 25 bezeichnet. Die Pole 20, 22, 24 sind Südpole; die anderen Pole 21, 23, 25 sind Nordpole.
• Eine Leiterplatte 26 schließlich dient zur axialen Sicherung der Welle 14 des Rotors.
• Im folgenden ist die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Unipolar-Schrittmotors beschrieben: Geht man davon aus, daß die Spule 4 nicht von einem Stromimpuls durchflossen ist, dann befindet sich der Stator 5 in der in Fig. 1 dargestellten Lage. Die beiden Statorpole 2 und 3 sind nicht erregt, und der Südpol 10 liegt dem Nordpol 21 gegenüber. In dieser Stellung ist der Rotor 5 durch das von ihm und dem Pol 10 des Stabmagneten 9 ausgehende Magnetfeld zwischen den Statorpolen 2 und 3 gehalten.
• Tritt nun ein Stromimpuls in der Spule 4 auf, dann wird der Statorpol 2 um Nordpol und der Statorpol 3 zum Südpol. Dies hat zur Folge, daß der Pol 22 zum Pol 2 und der Pol 23 zum Pol 3 gezogen wird. Hierdurch entsteht ein erster im Uhrzeigersinn wirkender Drehmomentanteil. Ein zweiter in der gleichen Richtung wirkender Drehmomentanteil entsteht dadurch, daß Pol 20 zur engsten Stelle des Luftspaltes 6 und Pol 21 zur engsten Stelle des Luftspaltes 7 gezogen wird.
• Die Summe der in dieser Richtung gerichteten Drehmomente überwiegt das an sich entgegengerichtete Drehmoment der Pole 24 und 25 und die Haltekraft des Pols 10.
• Sobald sich der Südpol 24 am Südpol 10 im Uhrzeigersinn vorbeibewegt hat, wird diese Bewegung dadurch unterstützt, daß der Südpol 10 den Südpol 24 abstößt und den Nordpol 23 anzieht. Inzwischen ist der Stromimpuls beendet. Es stellt sich eine gegenüber der Anfangslage um 1200 verdrehte Lage ein, in der der Nordpol 23 dem Südpol 10 gegeflilberliegt. In dieser Stellung bleibt der Rotor stehen, bis der nächste Stromimpuls auftritt.
• Die Frequenz der Stromimpulse ist beispielsweise von einem Schwingquarz abgeleitet. Die Bewegung des Rotors wird über die Zahnräder 18 und 19 auf die Zeitanzeigeeinrichtung einer Uhr übertragen.
• Die Tatsache, daß der Nordpol 11 des Stabmagneten 9 bei der beschriebenen Anordnung keinen bestimmenden Einfluß hat, ist von wesentlicher Bedeutung, da hierdurch sin den Wirkungsgrad vermindernder zusätzlicher Luftspalt vermieden iit und der zur magnetische: Fixierung des Rotors nach jeweils 1/3 Umdrehung erforderliche und durch die Wirkung des Stromimpulses zu überlagernde Magnetfluß im wesentlichen nur einen Pol des Rotors erfaßt, was ebenfalls eine Verbesserung des Wirkungsgrades des Schrittmotors bedeutet.

Claims (8)

1. Patentansprücl.s=

   (1.)Unipolar-Schrittmotor, insbesondere für Quarzuhren, mit einem permanentmagnetischen Rotor zwischen zwei Statorpolen und mit einem Hilfsmagneten, der zur Fixierung des Rotors in einer bestimmten Winkelstellung auf diesen einwirkt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Pol (10) des Hilfsmagneten (9) dem Umfang des Rotors (5) wesentlich näher liegt als der andere Pol (11) des Hilfsmagneten ('9').
2. 2. Unipolar-Schrittmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Rotor (5) naheliegende Pol (10) des Hilfsmagneten (9) im Bereich des Statorpols (3) liegt, der die gleiche Polarität hat wie dieser Iol (10) des Hilfsmagneten (9).
3. 3. Unipolar-Schrittmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Rotor (5) naheliegende Pol (10) des Hilfsmagneten (9) in der Drehebene des Rotors (5), benachbart zu dessen Umfang im einen Statorpol (3) angeordnet ist.
4. 4. Unipolar-Schrittmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der die Statorpole (2, 3) bildende Eisenkern (1) außerhalb des für den Rotor (5) vorgesehenen Luftspalts (6, 7) geschlossen ist,
5. 5. Unipolar-Schrittmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (5) derart magnetisiert ist, daß an seinem Umfang drei Polpaare (20, 21 bzw. 22, 23 bzw. 24, 25) verteilt sind und der dem Rotor (5) naheliegende Pol (10) des Hilfsmagneten (9) in einer Ausnehmung (8) eines Statorpols (3) etwa in dessen Mitte angeordnet ist.
6. 6. Unipolar-schrittmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsmagnet ein Stabmagnet (9) ist, dessen Längsachse parallel zur Drehachse (14) des Rotor (5) liegt und der den Eisenkern (1) überragt.
7. 7. Unipolar-Schrittmotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stabmagnet (9) mit seinem überragenden Ende (11) in einer Trägerplatte (13) festgelegt ist.
8. 8. Unipolar-Schrittmotor nach C\..spruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß an der den Stabmagneten (9) tragenden Trägerplatte (13) der Eisenkern (1) befestigt und der Rotor (5) gelagert ist.