DE2451363C3 - Miniaturmotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Miniaturmotor für Zeitgeber mit einem aus einem zylindrischen Ringjoch mit hoher Permeabilität und niedriger Remanenz und einem darin gehalterten Wicklungskörper bestehenden Stator und einem in einer zentralen zylindrischen öffnung des Wicklungskörpers angeordneten, aus einem diametral magnetisierten Permanentmagneten bestehenden Rotor, der auf seiner Rotorwelle befestigt ist, ferner mit Aussparungen im Stator zum Einlegen der Statorwicklung sowie mit Einrichtungen zur Schaffung einer definierten Ruhestellung des Rotors, welche in einem Winkel λ zur Normalen des von den Wicklungen erzeugten Feldes befestigt sind.

Ein solcher Miniaturmotor ist in der CH-PS 5 10 293 beschrieben.

Als Einrichtung zur Schaffung einer definierten Ruhestellung des Rotors dienen dabei Madenschrauben. Die Verwendung solcher Madenschrauben bringt erhebliche Nachteile mit sich, da einerseits die Fertigung mit verhältnismäßig großem Aufwand verbunden ist und andererseits auch die Justierung eines mit solchen Madenschrauben ausgestatteten Miniaturmotors recht aufwendig ist. Eine solche justierung ist nämlich mit der Gefahr verbunden, daß die Madenschrauben möglichst weit eingeschraubt werden, um eine möglichst gute Wirkung zu erreichen, so daß dadurch die Gefahr einer Beschädigung des Rotors besteht. Mit Hilfe solcher punktförmiger Vormagnetisierungseinrichtungen läßt sich auch das Magnetfeld nur verhältnimäßig wenig beeinflussen, so daß insgesamt nur eine geringe Wirkung erreichbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Miniaturmotor der eingangs näher erläuterten Art zu schaffen, der ohne Feinjustierung die mechanischen Kräfte aufzunehmen vermag, ohne dabei seine Start-Stop-Position nennenswert beeinträchtigen zu lassen.

Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor, daß die Einrichtungen aus zumindest einem Weicheisenstift bestehen, der parallel zur Drehachse des Rotors an der Innenseite des Ringjochs befestigt ist.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Miniaturmotors ist vorgesehen, daß zwei Weicheisenstifte einander diametral gegenüber an der Innenseite des Ringjochs befestigt sind.

Gemäß der Erfindung ist der wesentliche Vorteil s erreichbar, daß durch den über im wesentlichen die gesamte Höhe des zylindrischen Ringjoches verlaufenden Weicheisenstift eine sehr starke Vormagnetisierung erreichbar ist, das heißt, eine linienförmige Polwirkung anstelle einer bei den bekannten Einrichtungen nur

ίο punktförmig auftretenden Polwirkung. Weiterhin wird gemäß der Erfindung der gerätetechnische Aufwand sehr gering, und die Fertigung kann ohne jegliche Justierarbeit ausgeführt werden.

Weiterhin läßt sich der erfindungsgemäße Miniaturmotor in eine gedruckte Schaltung oder in andere Bauelemente einer Uhr einstecken, ohne daß ein nennenswerter Montageaufwand erforderlich wäre oder daß gesonderte elektrische Verbindungen hergestellt werden müßten.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Miniaturmotors wird nachfolgend anhand der Zeichnung beschrieben; in dieser zeigt

F i g. 1 eine vergrößerte perspektivische Teilansicht eines Motors;

F i g. 2 eine Ansicht in Richtung der Pfeile 2-2 in der F i g. 1 und

F i g. 3 eine Ansicht in Richtung der Pfeile 3-3 in der Fig. 2.
Gemäß der Zeichnung enthält ein Motur 10 einen Stator 11 und einen Rotor 19. Der Stator enthält ein Ringjoch 13, einen Wicklungskörper 14, Wicklungen 15 und 16 sowie Lager 17 und 18. Der Rotor 19 kann die Form einer Scheibe haben. Eine Welle 21 ist in der Mitte des Rotors 19 mit einem Klebstoff, beispielsweise einem Epoxymaterial, befestigt. Der Rotor 19 kann aus einer Magnetlegierung mit hoher Permeabilität wie beispielsweise Samariumkobalt hergestellt und so magnetisiert sein, daß an den gegenüberliegenden Enden eines Durchmessers jeweils ein Nordpol wie bei 12 und ein Südpol vorhanden sind. In einigen Fällen kann sich die Verwendung eines gewöhnlichen Stangenmagneten anstelle einer Scheibe empfehlen.

Der Wicklungskörper 14 besteht aus einem Stück. Das Material kann jedes synthetische Material mit ausreichender Maßhaltigkeit und Festigkeit sein. Das Material muß nichtmagnetisch sein und kann in geeigneten Fällen beispielsweise auch Messing oder Aluminium sein, wobei diese Metalle dann allerdings zur Erzeugung einer isolierenden Oberfläche eloxiert werden müßten, um die Gefahr von Kurzschlüssen der auf dem Wicklungskörper angeordneten Wicklungen zu vermeiden.

Das Lager 17 enthält ein Hülsenteil 58 und einen radialen Flansch 38 mit großem Durchmesser, der sich an einem Ende im rechten Winkel zum Hülsenteil befindet. Am anderen Ende sitzt ein kleinerer Flansch 59, der in seiner Mitte die eigentliche Lagerfläche für die Aufnahme eines Endes der Welle 21 besitzt. In ähnlicher Weise enthält das Lager 18 einen radialen Flansch 39 großen Durchmessers, der sich rechtwinklig zu einem Hülsenteil 60 erstreckt. Am anderen Ende sitzt ein zweiter Flansch 61 mit kleinerem Durchmesser, in dessen Mitte innen die eigentliche Lagerfläche zur Halterung des anderen Endes der Welle 21 vorhanden

h5 ist. Dadurch, daß die Flansche 59 und 61 der Lager an den jeweiligen Enden der Hülsenteile 58 und 60 angeordnet sind, sind cie Lagerflächen für die Welle 21 weit auseinander, so ciaß die Welle 21 in exakter und

sehr stabiler Weise getragen wird. Die Lager 17 und 18 können aus jedem geeigneten harten, nichtmagnetischen und maßhaltigen Material hergestellt sein. Besonders gut hat sich die Legierung Beryllium—Kupfer bewährt Bei Herstellung der Flansche 59 und 61 der Lager aus Beryllium— Kupfer kann auf ein«; Schmierung verzichtet werden.

Beim Zusammenbau des Motors wird zunächst der Rotor 19 mit der Welle 21 zusammengefügt Danach werden der Rotor und die Welle im Hohlraum 22 des Wicklungskörpers 14 angeordnet Anschließend werden die Flansche 59 und 61 der Lager 17 bzw. 18 au! die entsprechenden Enden der Welle 21 aufgesetzt, wobei die Flansche 38 und 39 mit großem Durchmesser mit ihrem äußeren Umfang in die jeweiligen Kreisnuten an den Enden des Hohlraums 22 kommen. In dieser Position werden Wulste 62 aus synthetischem Material, das das gleiche wie das des Wicklungskörpers selbst sein kann, über den äußeren Rändern der Flansche 38 und 39 gebildet; dies kann durch Anwendung eines erhitzten Werkzeuges geschehen. Die Wulste 62 werden in Verbindung mit den Oberflächen der zum Innern der Segmentteile 41 und 42 gebildeten Nuten hergestellt, wie man aus F i g. 1 erkennt Die Flansche 38 und 39 werden auf diese Weise fest mit dem Wicklungskörper 14 verbunden und bilden mit diesem einen relativ festen Aufbau, der die Welle 21 fest und genau in der richtigen Stellung hält

Nachdem der Wicklungskörper 14, der Rotor 19 und die Welle 21 zusammen mit den Lagern 17 und 18 zusammengefügt wurden, werden die Wicklungen 15 und 16 in die entsprechenden Nuten gewickelt. Insgesamt 46,8 m Draht für ungefähr 2200 Windungen bei jeder Wicklung 15 und 16 werden mit normaler Spannung gewickelt; der Widerstand der Wicklungen kann bei 5,6 Kiloohm liegen. Die Spannung des Wicklungsdrahtes hat zur Folge, daß die Innenflächen des zylindrischen Hohlraums 22 in festem Eingriff mit den äußeren Kanten der Flansche 38 und 39 der Lager steht wodurch ein fester Aufbau erzielt wird. Die Wicklungen sind außerhalb der Flansche 38 und 39 angeordnet und tragen daher zu einem erheblichen Teil zur Festigkeit der Einheit bei. Aus der Fig.2 in Verbindung mit F i g. 1 ist zu ersehen, daß die Wicklungen 15 und 16 durch eine Drahtführung 63 verbunden und die Enden 64 und 65 mit den Wicklungsanschlüssen 52 und 53 über die Nuten 66, 67 mit den Vorsrüngen 49,51 verbunden sind.

Die Kreisnuten, die das Ende des zylindrischen Hohlraums 22 abschließen, sind von den Innenflächen oder Böden der Wicklungsnuten nach innen gerichtet. Demgemäß ist die innerste Schicht der Wicklungen 15 und 16 etwas von den Oberflächen der Flansche 38 und 39 der Lager entfernt, wodurch die Möglichkeit von Kurzschlüssen ausgeschaltet wird.

Die Anordnung aus Rotor, Wicklungskörper und Wicklungen wird von dem Ringjoch 13 umgeben. Das Ringjoch hat die Form einer Hülse oder eines Ringes mit einer Axialausdehnung gleich oder etwas größer als der Länge des Wicklungskörpers 14. An der Innenwand des Ringjochs sind zwei diametral gegenüberliegende Weicheisenstifte 45 und 46 unter einem Winkel tx. zur Normalen des von den Wicklungen erzeugten Feldes befestigt; sie bilden einen Pfad geringen magnetischen Widerstandes zum Stoppen des- Rotors an einer bestimmten Stelle. Die Stifte 45 und 46 können auf jede geeignete Weise am Ringjoch 13 befestigt werden, beispielsweise durch Schweißen.

Der Innendurchmesser des Ringjochs 13 ist nur etwas größer als der Durchmesser des Wicklungskörpers 14, so daß das Ringjoch in einer sehr engen Passung über dem Wicklungskörper sitzt Das Ringjoch wird in der

to beschriebenen Weise positioniert und durch Anwendung eines flexiblen Klebstoffes befestigt so daß sich keine mechanische Spannung oder Verdrehung ergibt

Zum Betrieb des Motors werden positive und negative Impulse an die Wicklungen 15 und 16 gelegt.

Sie erzeugen ein magnetisches Feld in Richtung der Linie 73 in der F i g. 2. Jeder angelegte Spannungsimpuls bewirkt daß sich der Rotor um einen Schritt von 180° wekerdreht und dadurch in eine Lage (den Polen gegenüber) unter einem Winkel λ zur Normalen der Feldrichtung (Pfeil 73) kommt An diesem Punkt bleibt der Rotor stehen. Der nächste angelegte Impuls bewirkt wiederum einen Schritt von einer halben Umdrehung, so daß der Rotor erneut an den Polen zur Ruhe kommt. Der Winkel « kann in der Größenordnung von 30° liegen, wodurch sichergestellt wird, daß der Rotor immer in derselben Richtung anläuft

Die Lage der Stifte 45 und 46 am Ringjoch hält sie vom Rotor ausreichend entfernt, so daß das Startmoment, nachdem der Rotor zur Ruhe gekommen ist, nicht übermäßig groß ist Auf diese Weise kann Batterieleistung gespart werden. Das Ringjoch 13 sollte aus einem Material mit hoher Permeabilität und niedriger Remanenz bestehen.
Da die Innenflächen oder Böden der Wicklungsnuten in einem Winkel angeordnet sind, kann der Rotor 19 einen um ungeführ 20% größeren Durchmesser besitzen, als es bei Konstruktionen möglich ist, bei denen die Wicklungsform bei vergleichbarem Durchmesser parallele Seiten besitzt. Auf diese Weise werden ein höheres Drehmoment und bei gleicher elektrischer Eingangsleistung eine höhere Ausgangsleistung erzielt.

Die Methode, die beiden Flansche des Lagers an einer Stelle dadurch zu fixieren, daß ein Wulst aus plastischem oder synthetischem Material mittels Heißpressens über ihnen erzeugt wird, liefert eine robuste Befestigung und eine Positionierung mit genauem Endspiel ohne jede Möglichkeit, sich zu lockern oder einer ungenauen Ausrichtung. Die Lager und der Rahmen werden zu einem festen Stück. Die Lagerflächen selbst sind integraler Teil der gesamten Lageranordnung und so weit wie möglich auseinander, um eine genaue Ausrichtung und eine Verminderung der Radialbewegung am Ritzelende zu erzielen. Wie ersichtlich, wirkt jedes Lager radial und axial, wodurch die Notwendigkeit zusätzlicher axialer Lager vermieden wird. Der Flansch 59 erstreckt sich über die Ebene der Grundfläche des Motors hinaus, wie aus der F i g. 3 zu ersehen ist. Sein Außendurchmesser ist hinsichtlich seiner Konzentrizität und seiner Größentoleranzen sehr

ω genau gehalten. Dadurch ergibt sich eine Nabe, mit der der Motor durch einfaches Einsetzen dieser Nabe in ein geeignet im Uhrwerk angeordnetes Loch genau fixiert werden kann.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Miniaturmotor für Zeitgeber mit einem aus einem zylindrischen Ringjoch mit hoher Permeabilität und niedriger Remanenz und einem darin gehalterten Wicklungskörper bestehenden Stator und einem in einer zentralen zylindrischen öffnung des Wicklungskörpers angeordneten, aus einem diametral magnetisieren Permanentmagneten bestehenden Rotor, der auf seiner Rotorwelle befestigt ist, ferner mit Aussparungen im Stator zum Einlegen der Statorwicklung sowie mit Einrichtungen zur Schaffung einer definierten Ruhestellung des Rotors, welche in einem Winkelα zur Normalen des von den Wicklungen erzeugten Feldes befestigt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen aus zumindest einem Weicheisenstift (45 oder 46) bestehen, der parallel zur Drehachse des Rotors (19) an der Innenseite des Ringjochs (13) befestigt ist

2. Miniaturmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß zwei Weicheisenstifte (45 oder 46) einander diametral gegenüber an der Innenseite des Ringjochs (13) befestigt sind.