DE2434452B2

DE2434452B2 - Verfahren zum antreiben eines schrittmotors fuer eine quarzuhr

Info

Publication number: DE2434452B2
Application number: DE19742434452
Authority: DE
Inventors: Masahito Suwa Nagano Yoshi (Japan)
Original assignee: Suwa Seikosha KK
Current assignee: Suwa Seikosha KK
Priority date: 1973-07-17
Filing date: 1974-07-17
Publication date: 1977-07-07
Also published as: GB1453902A; JPS5740759B2; JPS5027911A; MY8300202A; CH634194GA3; HK39580A; FR2238179B1; FR2238179A1; CH634194B; DE2434452A1; US3969642A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß dem Gattungsbegriff des Patentanspruches.

Bei dem durch die deutsche Patentanmeldung P 24 09 925.0 vorgeschlagenen Verfahren dieser Art wird die Beendigung eines Drehschrittes des Motors mittels einer Meßschaltung erfaßt und als Folge hiervon der Antriebsimpuls unterbrochen und der Motor kurzgeschlossen, um die Impedanz, solange kein Antrieb erfolgt, niedrig zu halten. Dieses Antriebsverfahren zeichnet sich gegenüber bekannten Antriebsverfahren durch einen geringen Stromverbrauch aus.

Bei bekannten Antriebsverfahren für Schrittmotoren einer Quarzuhr wird die Bewegung des Rotors gedämpft während Antriebsimpulse erzeugt werden, und es werden dann die Antriebsimpulse unterbrochen, um bei jedem Schritt des Rotors eine stabile Bewegung zu erhalten oder aber es wird die Bewegung des Rotors durch einen am Stator oder zwischen dem Rotor und dem Stator vorgesehenen ortsfesten Magneten gesteuert.

Bei dem erstgenannten Antriebsverfahren müssen Stromimpulse vorliegen, bis die Bewegung des Rotors auf ein vorgegebenes Maß gedämpft worden ist. Die Impulsbreite ist dadurch verhältnismäßig groß, und dies hat einen entsprechenden Stromverbrauch zur Folge. Bei dem zweiten Verfahren wird wegen der für die Steuerung der Bewegung des Rotors erforderlichen ortsfesten Magneten der Aufbau kompliziert. Außerdem wird der Drehwinkel des Rotors pro Impuls doppelt so groß als bei den anderen bekannten Antriebsverfahren, da die Magnetpole der ortsfesten Magneten vorgegeben sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die erwähnten Mängel der bekannten Antriebsverfahren zu eliminieren. Es soll ein Antriebsverfahren für einen Schrittmotor einer Quarzuhr angegeben werden, das bei geringem Stromverbrauch und einfachem Aufbau eine schnelle Einstellung der stabilen Lagen der einzelnen Schritte gewährleistet.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsimpuls jeweils innerhalb des für einen vollen Drehschritt benötigten Zeitabschnittes unterbrochen wird.

Die Erfindung wird durch ein Ausführungsbeispiel an Hand von drei Figuren näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Draufsicht auf ein Antriebssystem gemäß dieser Erfindung,

F i g. 2 die Form eines Stromimpulses durch die Wicklung eines bekannten Schrittmotors für eine Quarzuhr.

Fig.3 die Form eines Stromimpulses durch die Wicklung des Schrittmotors bei dem erfindungsgemäßen Antriebsverfahren.

Bei dem in F i g. 1 in einer Draufsicht dargestellten Antriebssystem eines Schrittmotors umfassen Statorteile 1 und 2 einen Rotor 3. Die Statorteile sind mit den beiden Enden eines Wicklungskerns 4 verbunden. In bekannter Weise werden die Antriebsimpulse über Anschlüsse 6 und 7 der Antriebsschaltung an die Wicklung 5 geliefert und hierdurch im Wicklungskern 4 ein magnetischer Fluß erzeugt, der durch die Statorteile

I und 2 in den Bereich des Rotors 3 geleitet wird. Der Rotor dreht sich aufgrund der gegenseitigen Einwirkung des magnetischen Feldes zwischen den Polen la und 2a der Statorteile und den Magnetpolen des Rotors.

Fig.2 stellt den Verlauf des Stromes durch die Erregerwicklung bei einem Antriebssystem dar, bei dem die Bewegung des Rotors während der Erzeugung der Antriebsimpulse gedämpft wird, um eine stabile Drehbewegung des Rotors Schritt für Schritt zu erhalten.

Fig.3 zeigt im Vergleich hierzu die Form eines Strominipulses durch die Wicklung bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem. Sowohl bei der Darstellung nach Fig.2 als auch bei der Darstellung nach Fig.3 entspricht der gestrichelt dargestellte Verlauf des Antriebsimpulses dem gewünschten Verlauf, und der tatsächliche Verlauf aufgrund der Überlagerung des durch die Bewegung des Rotors verursachten Induktionsstromes ist durch eine ausgezogene Linie dargestellt.

Gemäß F i g. 2 beginnt die Drehbewegung des Rotors an der Stelle 9, und die Drehung erreicht an der Stelle 10 den für einen Schritt erforderlichen Drehwinkel. Bei einem zweipoligen Rotor gemäß F i g. 1 beträgt dieser Drehwinkel 180°, bei einem sechspoligen Rotor 60° und bei einem achtpoligen Rotor 45°. Im allgemeinen ist der für einen Schritt erforderliche Drehwinkel gleich 360°/Anzahl der Pole des Rotors. Der Punkt 10 entspricht einer stabilen Lage des Rotors, nachdem in diesem Zeitpunkt der Antriebsimpuls unterbrochen worden ist. Der Rotor überschreitet jedoch diese Stelle, hält kurzzeitig an der Stelle 11 und beginnt unmittelbar danach, sich in umgekehrter Richtung zu drehen. Er überschreitet nochmals die stabile Ste'le 12, hält erneut an der Stelle 13 und beginnt dann sofort wieder in der normalen Richtung zu drehen. Der diese Bewegung wiederholende Rotor wird dann in seiner Bewegung gedämpft und kommt an der vorher erwähnten stabilen Stelle zum Stillstand. Mit anderen Worten wird der Rotor im Bereich zwischen den Punkten 9 und 10 der Fig.2 angetrieben und beschleunigt, zwischen den Punkten 10 und 11 abgebremst, zwischen den Punkten

II und 12 umgekehrt beschleunigt und zwischen den Punkten 12 und 13 abgebremst.

F i g. 3 stellt die Form eines Stromimpulses durch die Erregerwicklung des Schrittmotors bei dem erfindungsgemäßen Antriebsverfahren dar. Unter Bezugnahme hierauf wird nun der Bewegungsablauf des Rotors erläutert.

Ähnlich wie bei dem in Fig.2 dargestellten Verfahren wird der Rotor zwischen den Punkten 14 und 15 angetrieben und beschleunigt und hierdurch bis zum gewünschten Drehwinkel an der Stelle 15 gedreht. Wenn der Antriebsimpuls innerhalb des Zeitabschnittes, der für die Drehung des Rotors bis zu diesem gewünschten Drehwinkel erforderlich ist, unterbrochen wird, wirken die durch die nachfolgende Bewegung des

Rotors hervorgerufenen Induktionsströme, d. h. die Ströme in den Abschnitten 15-16-17-18 der Fig.3 bremsend auf die Bewegung des Rotors.

Selbstverständlich wirkt ein induzierter Strom stets bremsend auf die Drehbewegung des P.otors. Tritt der induzierte Strom jedoch innerhalb des Zeitabschnittes auf, in dem der Antriebsstromimpuls vorhanden ist, dann überlagert er sich lediglich dem Stromimpuls und ist nicht so groß, um die Richtung des durch die Wicklung fließenden Erregerstromes zu ändern. Wie ein Vergleich der Fig.2 und 3 zeigt, setzt sich bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem der gesamte Strom hinter der Stelle 15, nachdem also der Antriebsstromimpuls unterbrochen worden ist, aus induzierten Strömen zusammen, die in der Richtung wirken, die Bewegung des Rotors zum Stillstand zu bringen. Der induzierte Strom läßt sich ausdrücken durch

. _ J d0 di9
~R! ~άθ ' ~dT

wobei R = Spulenwiderstand

-γτ- — Änderung des magnetischen Flusses

Ti

= Winkelgeschwindigkeit des Rotors.

Je größer die Winkelgeschwindigkeit des Rotors ist, desto größer ist auch der bremsend wirkende Induktionsstrom. Ist die Bewegungsenergie des Rotors groß, dann wird auf ihn eine entsprechend große Bremskraft ausgeübt. Die Folge ist, daß im Hinblick auf eine stabile Schrittbewegung des Rotors die erfindungsgemäße Maßnahme sehr wirksam ist.

Bei dem durch Fig.2 dargestellten Antriebsverfahren wird die Bewegung des Rotors während der Zeitabschnitte, während die Antriebsimpulse vorliegen, gedämpft, und es werden die beiden Enden der Wicklung kurzgeschlossen, solange keine Antriebsimpulse erzeugt werden. Der Kurzschluß bewirkt in diesem Fall jedoch praktisch kein Bremsmoment mehr, da die induzierten Ströme zu klein sind. Es ist deshalb erforderlich, die Antriebsimpulse jeweils innerhalb des Zeitabschnittes zu unterbrechen, der für die Drehung des Rotors um den vorgesehenen Drehschritt erforderlich ist, und die beiden Enden der Wicklung kurzzuschließen, um eine möglichst große Stromstärke für den induzierten Strom zum Bremsen des Rotors zur Verfügung zu haben.

Es wird nun auf die obere Grenze der impulsbreite eingegangen, die bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wesentlich ist. Hierbei wird Bezug genommen auf den Zeitabschnitt, der für die Drehung des Rotors um den erforderlichen Drehwinkel, d. h. um den Drehwinkel für einen Schritt nötig ist.

Wie aus Fig.2 entnommen werden kann, wirkt der Stromimpuls zwischen den Punkten 10 und 11 ebenfalls bremsend auf den Rotor. Der induzierte Strom kann für

ίο eine stabile Arbeitsweise des Rotors nur dann wirksam ausgenutzt werden, wenn der Stromimpuls vor der Stelle 11 unterbrochen wird, d. h. vor der Stelle, an der der Rotor den erforderlichen Drehwinkel überschreitet und mit der Rückwärtsdrehung beginnt. Die obere Grenze der Impulsbreite bei dem erfindungsgemäßen Antriebsverfahren ist somit durch die Zeit bestimmt, die benötigt wird bis zum Beginn der Drehung des Rotors in entgegengesetzter Richtung. Die untere Grenze der Impulsbreite ist durch die Zeit bestimmt, die benötigt wird, um den Magnetpol des Rotors in den Bereich der Luftspalte zwischen den Statorteilen 1 und 2 zu bringen. Soweit es die Impulsbreite betrifft, weist das erfindungsgemäße Antriebssystem eine gewisse Ähnlichkeit auf zu dem eingangs an zweiter Stelle genannten System, bei dem im Bereich des Stators oder zwischen dem Stator und dem Rotor ortsfeste Magneten verwendet werden. Die Wirkung der ortsfesten Magneten während der Dämpfung der Bewegung des Rotors besteht jedoch nur darin, die Dämpfung des Rotors zu stabilisieren. Bei dem erfindungsgemäßen Antriebsverfahren läßt sich der Drehwinkel des Rotors für einen Antriebsimpuls halb so groß machen wie bei dem Antriebsverfahren unter Verwendung von ortsfesten Magneten. Außerdem ist wegen der kleineren Anzahl der benötigten Teile der Aufbau vereinfacht, so duü sich das erfindungsgemäße Verfahren wesentlich besser für den Betrieb einer Quarzuhr mittels eines Schrittmotors als das bekannte Verfahren eignet. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren stehen die Bewegung des Rotors und die Impulsbreite in einem sehr engen Verhältnis zueinander. Es bedarf keines besonderen Hinweises, daß dieses Verhältnis noch durch weitere Faktoren, wie die Trägheit des Rotors, die Induktion des Rotors, die magneto-motorische Kraft der Erregerwicklung und den Spalt zwischen den Statorteilen und dem Rotor etc. bestimmt wird. Beträgt z. B. die magneto-motorische Kraft der Wicklung 3 bis 7 Ampere-Windungen, die Induktion des Rotors 1600 Gauss oder weniger, die Trägheit des Rotors 60 mg/mm oder weniger und ist die durchschnittliche Spaltbreite zwischen den Statorteilen und dem Rotor 50/100 mm oder weniger, dann liegt die geeignetste Impulsbreite im Bereich zwischen 3 und 12 ms.

Hierzu 2 Blatt Zeichiiiins>en

Claims

Patentanspruch:

Verfahren zum Antreiben eines Schrittmotors für eine Quarzuhr, bei dem einer Erregerwicklung des s Schrittmotors Antriebsimpulse zugeführt und hierdurch eine schrittweise Bewegung des Magnetpole aufweisenden Rotors des Schrittmotors erzielbar ist, ferner die Enden der Erregerwicklung kur?.geschlossen werden solange kein Antriebsimpuls vorliegt, ι ο dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsimpuls jeweils innerhalb des für einen vollen Drehschnitt benötigten Zeitabschnittes unterbrochen wird.

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