DE2620860C2 - Schrittmotor für eine elektrische Uhr - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Schrittmotor für eine elektrische Uhr gemäß dem Oberbegriff des Patentan-Spruchs 1.

Derartige Schrittmotoren finden bei elektrischen Uhren Verweildung, um einen Zeiger intermittierend pro Einheitszeit zu bewegt/) (im folgenden schrittweise Bewegung oder Schrittbewegung genannt). Wird bei bekannten elektrischen Uhren z. B. der Sekundenzeiger schrittweise bewegt, so finden ein derartiger Schrittmotor, ein elektromagnetischer Solenoid usw. meist Verwendung. Jedoch weisen die verwendeten Schrittmotoren allgemein einen komplizierten Aufbau auf und darüber hinaus wird ein spezielles Signal, wie z. B. ein zweiphasiges Signal, als Eingangssignal verwendet, während der elektromagnetische Solenoid, obwohl seine Eingangssignale relativ einfacher Natur sind, eine derartig hohe Verlustleistung hat bzw. einen derartig hohen Stromverbrauch bewirkt, daß er als Antriebseinrichtung für eine batteriebetriebene elektrische Uhr äußerst nachteilig ist. Seitens der Anmelderin wurde bereits zur Vermeidung dieser Nachteile ein Schrittantrieb für elektrische Uhren vorgeschlagen, der in F i g. 1 "* der Zeichnung veranschaulicht ist. Bei dieser bereits vorgeschlagenen Anordnung führen ein erster Rotor und ein zweiter Rotor eine Drehung von 180° pro Einheitszeit aus und bewirken damit eine schrittweise Bewegung der Zeiger. Bei der Verwendung dieser Anordnung insbesondere für sehr kleine Uhren tritt jedoch die Schwierigkeit auf, daß bei Bewegung des Sekundenzeigers mit dem obengenannten Drehwinkel das Untersetzungsverhältnis der Zahnradanordnung z. B. 1 :30 wird, wodurch eine Vergrößerung des Sekundenrads oder eines Zwischenrads erforderlich wird oder sogar ein zusätzliches Untersetzungsgetrieberad benötigt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Schrittmotor bzw. einen Schrittantrieb für eine elektrische Uhr zu schaffen, der hinsichtlich seines Drehwinkels verbesser: und auch in elektrischen Uhren mit sehr geringen Abmessungen verwendbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst Im Patentanspruch 2 ist eine zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung angegeben.

Vorteilhafterweise ist es somit möglich, einen sehr geringe Abmessungen aufweisenden" und in der Herstellung sehr billigen Schrittmotor.zu bauen, bei dem ein Xntriebsrotor innerhalb eines in einer kernlosen bzw. eisenlosen Spule erzeugten Magnetfeldes angeordnet ist, dem zur Ablenkung seiner Magnetpole um einen bestimmten Winkel gegenüber der Richtung des von der Spule erzeugten Magnetfeldes ein Zusatzrotor entsprechend zugeordnet ist, dessen Magnetpolzahl ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Magnetpole des Antriebsrotors ist

Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Die

F i g. 1 und 2 zeigen einen von der Anmelderin bereits vorgeschlagenen Schrittmotor bzw. Schrittantrieb und dessen Anordnung in einer elektrischen Uhr. Die

Fig.3 und 4 zeigen eine Ausführungsform der Erfindung und ihre Anordnung in einer elektrischen Uhr.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 1 ist mit M eine kernlose oder eisenlose Feldspule bezeichnet, die auf einen Wicklungsrahmen 1 aufgewickelt ist und einen magnetischen Kraftfluß in der Hauptrichtung m des Magnetfeldes erzeugt, wenn sie von einem Erregerstrom durchflossen wird. Mit der Bezugszahl 2 ist ein erster Rotor und mit der Bezugszahl 4 ein zweiter Rotor bezeichnet, der aus einem magnetisierten Permanentmagneten mit zwei jeweils diametral gegenüberliegenden Polen N, S besteht, wobei der erste Rotor 2 drehbar auf einer Welle 3 in dem Hohlteil der kernlosen Feldspule M gelagert ist, während der zweite Rotor 4 drehbar mittels einer Welle 5 gelagert ist die als Drehzentrum eine Stellung einnimmt, welche um einen Winkel θ von der Hauptrichtung m des Magnetfeldes verschoben ist bzw. abweicht. Wird die kernlose Feldspule M nicht von einem Erregerstrom durchflossen, so nehmen der erste Rotor 2 und der zweite Rotor 4 die in Fig. l(a) dargestellte Ruhestellung ein, wobei entgegengesetzte Pole einander gegenüberliegen. Wird die kernlose Feldspule Mdann von einem Erregerstrom durchflossen, so wird ein magnetischer Kraftfluß in der Hauptrichtung m des Magnetfeldes der Feldspule M erzeugt. Durch die Wechselwirkung zwischen diesem magnetischen Krailfluß und dem von dem ersten Rotor 2 erzeugten magnetischen Kraftfluß erzeugt der erste Rotor 2 eine Drehkraft. Die Drehrichtung wird zu diesem Zeitpunkt von dem Winkel θ zwischen dem zweiten Rotor 4 und der Hauptrichtung m des Magnetfeldes bestimmt, und es tritt eine Drehkraft in Uhrzeigerrichtung auf, wie dies durch einen Pfeil in F i g. 1 bezeichnet ist. Wenn sich der erste Rotor 2 zu drehen beginnt, beginnt sich der zweite Rotor 4 aufgrund der magnetischen Kopplung mit dem ersten Rotor 2 in Gegenuhrzeigerrichtung zu drehen. Während die Drehkraft allmählich größer wird, entwickeln der erste Rotor 2 und der zweite Rotor 4 Trägheitskräfte, und wenn sie die in Fig. l(b) dargestellte Stellung durchlaufen, steigt die magnetische Anziehungskraft zwischen dem Nordpol des ersten Rotors 2 und dem Südpol des zweiten Rotors 4 an, bis die Stellung gemäß Fig. l(a) erreicht ist. Zu diesem Zeitpunkt ergibt sich eine Phasenverschiebung der gegenseitigen Positionen um 180", d. h., der Nordpol des ersten Rotors 2 Und der

Südpol des zweiten Rotors 4 ziehen sich gegenseitig an. Wird der kernlosen Erregerspule Af nunmehr ein Erregerstrom in umgekehrter Richtung zugeführt, so führt jeder ,Rotor eine entgegengesetzt gerichtete Drehung aus. Auf diese Weise wird durch abwechselndes Anlegen positiver und negativer Erregerströme an die Feldspule M pro Einheitszeit eine schrittweise Drehung der Antriebseinrichtung um 180° erzielt.

Eine elektrische Uhr, bei der eine derartige Antriebseinrichtung Verwendung findet, ist in'Fig.2 dargestellt Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet. In F i g. 2 bezeichnet die Bezugszahl 6 ein an dem zweiten Rotor 4 befestigtes erstes Antriebszahnrad, während die.. Bezugszahl 7 ein Zwischenzahnrad bezeichnet, das mit dem ersten Antriebszahnrad 6 in Eingriff steht Die Bezugszahl 8 bezeichnet eine Welle, die Bezugszahl 9 ein zweites, an dem ZwiBchenzahnrad 7 angebrachtes Antriebsrad, die Bezugszahl 10 ein Sekundenrad; die Bezugszahl 11 eine Sekundenzeigerwelle und die Bezugszahl 13 einen Sekundenzeiger. Die Bezugszahl 12 bezeichnet ein an dem Sekundenrad befestigtes drittes Antriebsrad. Die Zwischenzahnräder und Antriebsräder für den'Minutenzeiger und den Stundenzeiger sind in dec Figur weggelassen.

Wenn sich nun, wie bereits beschrieben, der zweite Rotor 4 um 180° pro Sekunde zusammen mit der Drehung des ersten Rotors 2 dreht, hat der Sekundenzeiger 13 einfr Bev/egung um 6° pro Sekunde auszuführen, so daß dfls Untersetzungsverhältnis vom ersten Antriebsrad 6 b)^s zum Sekundenzeiger auf 1 :30 eingestellt werden muß- Im Falle der Anordnung gemäß Fig.3 wird dieses Übersetzungsverhältnis erhalten, indem die Untersetzung des ersten Antriebsrads 6 zum Zwischenrad mit 1 :5 gifwählt und die Untersetzung des zweiten Antriebsrades 9 zum Sekundenrad 10 mit 1 :6 gewählt werden. Es war daher unvermeidlich, das das Sekundenrad sehr groß wurde und insbesondere beim Bau einer elektrischen Uhr mit sehr geringen Abmessungen die KCinstrukcionsmöglichkeiten stark einschränkte.

Erfindungsgemäß wirU ein Schrittantrieb vorgeschlagen, bei dem, obwohl sich der erste Rotor um 180° dreht, der zweite Rotor lediglich eine Drehung ausführt, die einem ganzzahligen Bruchteil seines Drehwinkels -H entspricht, anders ausgedrückt, der Drehwinkel wird zwischen dem ersten Rotor und dem zweiten Rotor transformiert. Da das grundsätzliche Arbeitsprinzip ähnlich der Anordnung gemäß F i g. 1 ist, soll die diesbezügliche Beschreibung hier nur kurz erfolgen. In >" den Fig. 1—4 sind gleiche Teile mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet Bei der Anordnung gemäß Fig.3 weist der erste Rotor 2 zwei Magnetpole auf, die sich ähnlich wie bei üblichen Rotoren diametral gegenüberliegen, während andererseits der zweite Rotor 4' vier Magnetpole aufweist, wie in der Figur veranschaulicht ist. Die Wirkungsweise ist folgendermaßen: Fig.3(a) veranschaulicht einen Fall, bei dem die- kernlose Feldspule M nicht erregt ist und unterschiedliche Magnetpols einander gegenüberliegen. Wird ein Erregerstrom zugeführt, so wird ein magnetischer Kraftfluß in der Feldspule Min der Hauptrichtung m des Magnetfeldes erzeugt, und aufgrund der Wechselwirkung mit dem magnetischen Kraftfluß des ersten Rotors 2 beginnt sich dererste Rotor 2 in einer von dem Winkel θ bestimmten Weise in Uhrzeigerrichtung zu drehen. Darauf dreht sich der zweite Rotor 4' aufgrund der magnetischen Kopplung mit dem ersten Rotor 2 bzw. der magnetischen Anziehungskräfte in Gegenuhrzeigerrichtung, und bei Durchlaufen der in Fig.3(b) veranschaulichten Stellung ziehen sich der Nordpol des ersten Rotors 2 und der Südpol des zweiten Rotors 4' gegenseitig an, wodurch sich ein Stillstand in der durch Fig.3(a) veranschaulichten Stellung ergibt Genauer gesagt, führt der erste Rotor 2 eine schrittweise Drehung um 180° pro Zeiteinheit entsprechend dem angelegten, abwechselnd positiven und negativen Erregerstrom aus, während der zwuie Rotor 4' einer Drehung von lediglich 90° unterworfen w j-d.

In Fig.4 ist eine elektrische Uhr schematisch veranschaulicht, bei der der erfindungsgemäße Schrittantrieb Verwendung findet In diesem Falle ist das Unterseczungsverhältnis der Zahnradanordnung bis zum zweiten Rotor 4' ausreichend, wenn es die Hälfte der Anordnung gemäß Fig.2 beträgt, d.h., wenn das Untersetzungsverhältnis 1 :15 ist In allgemeiner Darstellung veranschaulicht die Anordnung gemäß F i g. 4, daß die Größe des Sekundenrades nunmehr auf die Hälfte der Größe des Sekundenrades gemäß der Anordnung nach Fig.2 reduziert ist und somit der Bau einer elektrischen Uhr mit wesentlich geringeren Abmessungen ermöglicht wird. Da außerdem im Falle der Anordnung gemäß Fig.4 der Umfangsabschnitt zwischen den Magnetpolen des ersten Rotors 2 gleich demjenigen zwischen den Magnetpolen des zweiten Rotors 4' ist, ist es möglich, einen Schlupf der beiden Rotoren auszuschließen, so daß die Drehbewegung stoßfreier und gleichmäßiger verlaufen kann.

Bei der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung wurde angenommen, daß der erste Rotor zweipolig und der zweite Rotor vierpolig ist, jedoch kann, wenn eine größere Winkelreduzierung erforderlich ist, die Anzahl der Magnetpole des zweiten Rotors entsprechend den Erfordernissen erhöht werden. Darüber hinaus kann auch der erste Rotor anstelle der hier angenommenen zweipoligen Ausführung z. B. vier Pole oder sechs Pole aufweisen. Außerdem ist es auch möglich, daß anstelli der hier angenommenen Scheibenform der Rotoren die Magnetpole der Rotoren hervortretend oder in Form von Vorsprüngen ausgeführt Sind, und daß im Falle eines zweipoligen Rotors, wie etwa dem ersten Rotor der Anordnung gemäß Fig.3, ein Stabmagnet anstelle eines platten- oder scheibenförmigen Magneten Verwendung findet.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Schrittmotor für eine elektrische Uhr, mit einem ersten, mehrere Magnetpole aufweisenden Rotor, der innerhalb eines von einer kernlosen Feldspule erzeugten Magnetfeldes drehbar angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter, mehrere Magnetpole aufweisender Rotor (4') unter einem geeigneten Winkel zur Hauptrichtung (m)des von der kernlosen Feldspule (M) erzeugten Magnetfeldes drehbar angeordnet ist und sich aufgrund der magnetischen Kopplung entsprechend dem ersten Rotor (2) bewegt, und daß bei Drehung des ersten Rotors (2) um einen bestimmten Winkel aufgrund der Erregung der Feldspule (M) ein Drehwinkel des zweiten Rotors (4') erhalten wird, der dem Verhältnis der Anzahl der Magnetpole des ersten Rotors (2) zu der Anzahl der Magnetpole des zweiten Rotors (4') entspricht

2. Schriitnotor nach Anspruch 1, dadurch gekenn- ^⁰ zeichne^ QaS die Bogenlänge zwischen entsprechenden Magnetpolen des ersten Rotors (2) gleich der Bogenlänge zwischen entsprechenden Magnetpolen des zweiten Rotors (4') ist

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