DE2631997A1 - Stepping motor stator with two pole shanks - has even number of pairs of stator pole pieces and rotor with odd number of permanent magnet pairs - Google Patents

Stepping motor stator with two pole shanks - has even number of pairs of stator pole pieces and rotor with odd number of permanent magnet pairs

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DE2631997A1 DE19762631997 DE2631997A DE2631997A1 DE 2631997 A1 DE2631997 A1 DE 2631997A1 DE 19762631997 DE19762631997 DE 19762631997 DE 2631997 A DE2631997 A DE 2631997A DE 2631997 A1 DE2631997 A1 DE 2631997A1
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Abstract

Stator poles are excited by a stator winding, and each pole has at least two pole pieces, and rotor has uniformly distributed magnet poles. The motor is driven bipolarly and is controlled by a quartz crystal. Two pole pieces (10, 10) opposite each other are wider than the other two pieces (9, 11) and the number of the rotor (6) permanent magnet poles (15-20) is greater b at least two than the number of stator (2, 31) pole pieces (9-12). The number of rotor pole pairs is odd, and the number of stator pole pairs is even.

Description

S c h r i t t m o t o r, S c h r i t t m o t o r,

insbesondere für quarzgesteuerte Uhrwerke Die Erfindung bezieht sich auf einen Schrittmotor mit einem Ständer, der zwei durch eine Ständerspule erregte Polschenkel aufweist, die je mindestens zwei Polzacken enthalten, deSsen Läufer am Umfang gleichmäßigrteilte Dauermagnetpole aufweist, wobei der Motor bipolar angetrieben und quarzgesteuert ist. in particular for quartz-controlled clockworks The invention relates to on a stepper motor with a stator that energized two through a stator coil Has pole legs which each contain at least two pole prongs, the rotor has evenly divided permanent magnet poles on the circumference, the motor being driven in a bipolar manner and is crystal controlled.

Bei einem bekannten Schrittmotor dieser Art sind die Polschuhe des läufers in Drehrichtung verjüngt ausgebildet, um den Anlauf in eine bestimmte Drehrichtung sicher zu stellen. Zu diesem Zweck sind die Polschenkel mit Hilfspolzacken versehen, die den freien'Läuferpolen zugeordnet, zu diesen jedoch in Drehsinn verschoben' sind.In a known stepper motor of this type, the pole pieces are runner is tapered in the direction of rotation to allow the run-up in a certain direction of rotation to make sure. For this purpose the pole legs are provided with auxiliary poles, assigned to the free 'rotor poles, but shifted in the direction of rotation' are.

Dadurch soll eine Bremswirkung in der Weise erzIelt werden, daß die Schwingungen des Schrittmotors vermindert werden. Das zeigt aber den schweren Nachteil, daß der elektrisch-mechanische Wirkungsgrad vermindert und die Fertigung erheblich kompliziert ist(DT-AS 1 124 139).This is to create a braking effect in such a way that the Vibrations of the stepper motor are reduced. But that shows the serious disadvantage that the electrical-mechanical efficiency is reduced and the production is considerable complicated (DT-AS 1 124 139).

Es ist weiter bei einem Schrittmotor dieser Art bekannt, eine bestimmte Drehrichtung des Läufers durch eine geringfügige exzentrische Lage der Ständerpole zur Läuferachse zu erreichen. Auch hierbei ergibt sich der Nachteil der schwierigen Fertigung, weil die exzentrische Lage der Steuerpole sehr genau eingehalten werden muß (DT-GM 7 022 958).It is also known for a stepper motor of this type, a specific one Direction of rotation of the rotor due to a slightly eccentric position of the stator poles to reach the rotor axis. Here, too, there is the disadvantage of the difficult Manufacturing, because the eccentric position of the control poles is adhered to very precisely must (DT-GM 7 022 958).

Es ist auch schon bekannt, die Drehrichtung eines Schrittmotors durch die Annäherung eines Polansatzes an den nächsten Pol des Rotors zu bestimmen, wobei der Luftspalt zwischen dem Polansatz und dem Anker größer ist als der Luftspalt unter dem Pol selbst, damit die Endstellung des Ankers unter einem Pol eindeutig fixiert ist. Aber auch eine derartige Ausbildung ist für die Massenfertigung aufwendig(DT-PS 856 278).It is also already known to control the direction of rotation of a stepper motor to determine the approach of a pole approach to the next pole of the rotor, whereby the air gap between the pole attachment and the armature is larger than the air gap under the pole itself, so that the end position of the armature under a pole is clear is fixed. But even such a training is expensive for mass production (DT-PS 856 278).

Zur Steuerung des Schrittmotors werden der erwähnten Ständerspule bekannteraßen die Ausgangs impulse wechselnder Polarität einer elektronischen Schaltung mit einem Quarz-Element zugeführt.The stator coil mentioned above is used to control the stepper motor knowneraßen the output pulses of alternating polarity of an electronic circuit fed with a quartz element.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Schrittmotor der eingangserwähnten Art so zu verbessern, daß eine einfache Formgebung mit einem guten elekirischmechanischen Wirkungsgrad verbunden ist.The invention is based on the object of the stepper motor of the aforementioned Kind of improving that a simple shape with a good one electrical-mechanical efficiency is connected.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß zwei im wesentlichen einander gegenüberliegende Polzacken des Ständers in Umfangsrichtung breiter ausgebildet sind als die übrigen Polzacken und daß die Zahl der Dauermagnetpole des Läufers um mindestens zwei größer ist als die Gesamtzahl der Polzacken des Ständers, wobei die Zahl der Polpaare des Läufers ungerade und die des Ständers gerade ist.This object is achieved in that two are essentially one another opposite pole prongs of the stator formed wider in the circumferential direction are than the remaining pole points and that the number of permanent magnetic poles of the rotor is at least two greater than the total number of pole prongs of the stator, wherein the number of pole pairs of the rotor is odd and that of the stator is even.

Die Ständerpolform ist dadurch stark vereinfacht, sodaß sich der Schrittmotor gut zur Massenfertigung eignet.The stator pole shape is greatly simplified, so that the stepper motor well suited for mass production.

Außerdem wird ein maximales Drehmoment erzielt, und es sich auch der Drehrichtunganlauf des Läufers gewährleistet. Das hohe Drehmoment ist hierbei durch die symmetrische Anordnung des Ständers zum Läufer gewährleistet, und auch die Montage ist für die Massenfertigung vereinfach.In addition, maximum torque is achieved, and so is the Direction of rotation start-up of the rotor guaranteed. The high torque is through here the symmetrical arrangement of the stator to the rotor ensures, as well as the assembly is simplified for mass production.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Umfangs-Breiten der breiteren Polzacken die eineinhalb bis zweifache Breite der übrigen Pol zacken aufweisen. Diese Dimensionierung hat sich als optimal zur Lösung der erwähnten Aufgabe erwiesen.In a further embodiment of the invention it is provided that the circumferential widths the wider pole prongs one and a half to two times the width of the remaining pole prongs exhibit. This dimensioning has proven to be optimal to the solution proved the task mentioned.

Der Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, das Schaltgeräusch des Läufers zur nächstfolgenden Getriebewelle zu dämpfen. Die Erfindung geht hierbei von der Erkenntnis aus, daß die Dämpfung durch Reduzierung der Spitzenspannung möglich ist.The invention is based on the further object of the switching noise of the rotor to the next following gear shaft. The invention goes here from the knowledge that damping is possible by reducing the peak voltage is.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Schrittmotor mit einer Stromquelle, einer elektronischen Schaltung, einem Quarz und einer Ständerspule sehen, daß zur Ständerspule antiparallel zwei Stabilisierungsdioden geschaltet sind.To solve this problem, a stepper motor with a power source, an electronic circuit, a quartz and a stator coil see that for Stator coil two stabilizing diodes are connected in antiparallel.

Hierbei ist die Durchbruchsspannung dieser Dioden vorzugsweise sovgewähltf daß die Spannungsspitzen der Antriebsimpulse wechselnder Polarität im oberen Batteriespannungsbereich durch die Stabilisierungsdioden kurz geschlossen werden.The breakdown voltage of these diodes is preferably chosen as follows that the voltage peaks of the drive pulses of alternating polarity in the upper battery voltage range be short-circuited by the stabilizing diodes.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nunfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels unter Hinweis auf die Zeichnung. In dieser zeigen: Fig.1 eine schematische Seitenansicht auf den Erfindungsgegenstand; Fig.2 eine Schaltung nach der Erfindung und Fig.3 ein Diagramm mit dem Spannungsverlauf gemäß der Schaltung nach Fig.2.Further advantages and details of the invention emerge from the the following description of an embodiment with reference to the drawing. In this show: Fig.1 is a schematic side view of the Subject matter of the invention; FIG. 2 shows a circuit according to the invention and FIG. 3 shows a diagram with the voltage curve according to the circuit according to FIG.

Gemäß Fig. 1 sitzt die Ständerspule 1 des elektromagnetischen Schrittmotors auf einem nicht bezeichneten Eisenkern, der mit den Polschenkeln 2 und 3 verbunden ist. Die Polschenkel umschließen den Läufer 4 in bekannter Weise. Der Läufer weist einen axial magnetisierten Dauermagnetkern 6 und die beiden Polbleche 7 und 8 auf. Jedes dieser Polbleche hat drei Polzacken mit den Polen N1,N2, und N3, die mit den Polschuhen 16,18 und 20 versehen sind. Die Südpole S1,S2,S3 sind mit den Polschuhen 15,17,19)verschen.According to FIG. 1, the stator coil 1 of the electromagnetic stepper motor is seated on an unmarked iron core, which is connected to the pole legs 2 and 3 is. The pole legs enclose the rotor 4 in a known manner. The runner points an axially magnetized permanent magnet core 6 and the two pole plates 7 and 8. Each of these pole plates has three pole points with the poles N1, N2, and N3, which are connected to the Pole pieces 16, 18 and 20 are provided. The south poles S1, S2, S3 are with the pole pieces 15, 17, 19).

Die erwähnten Lauferpolschubeköunen auch als sechs läuLerpolzacken 15-20 bezeichnet werden, denen vier Standerpolzacken 9 - 12 gegenüberliegen. Der rechte Polschenkel 2 zeigt die beiden Standerpolzacken 9 und 10, während der linke Polschenkel 3 die Ständerpolzacken 11 und 12 aufweisi.Dabei ist die Breite dieser Polzacken in Umfangsrichtung unterschiedlich. Die beiden einander gegenüberliegenden Polzacken 10 und 12 der Polschenkel 2 und 3 sind wesentlich breiter als die beiden anderen Polzacken 9 und 11 1wie aus der Zeichnung deutlich entnommen werden kann. Vorzugsweise sind die einandergegenüberliegenden breiten Polzacken 10 und 12 ungefähr eineinhalbfach bis zweifach so breitwie die beiden anderen Polzacken 9 und 11.The mentioned Lauferpolschubeköunen also as six LäuLerpolzappen 15-20 are designated, which four stander pole prongs 9-12 are opposite. Of the right pole leg 2 shows the two stander pole prongs 9 and 10, while the left pole leg 3 has the stator pole prongs 11 and 12 the width of these pole points in the circumferential direction is different. The two of each other opposite pole prongs 10 and 12 of the pole legs 2 and 3 are much wider than the other two pole prongs 9 and 11 1 as can be clearly seen from the drawing can be. Preferably the opposing wide pole prongs are 10 and 12 about one and a half times to two times as wide as the other two pole points 9 and 11.

Wenn man nun annimmt, daß in der gezeichneten Stellung auf die Spule 1 ein Impuls gegeben wird, sodaß der Polschenkel 2 einen Nordpol und der Poichenkel 3 einen Südpol bildet, so ergibt sich folgendes: Alle gleichnamigen Pole bzw.Polzacken, das sind in diesem Falle vier Pole, stoßen sich ab, während die beiden in bekannter Weise räumlich etwas versetzten ungleichnamigen Pole sich anziehen. Diese beiden ungleichnamigen Polzacken, in der Zeichnung rechts beim Polschenkel 2 die Polzacken 17 und 10 und links beim Polschenkel 3 die Polzacken 20 und 12 unterstützen die Wirkung der gleichnamigen Pole in tangentss aler Richtung und bestimmen daher die Drehrichtung des Läufers, die nur in Richtung des Pfeiles 21 möglich ist.If one now assumes that the bobbin is in the position shown 1 an impulse is given, so that the pole leg 2 has a north pole and the Poichenkel 3 forms a south pole, the following results: All poles or poles with the same name, in this case four poles repel each other, while the two are more familiar Wise spatially slightly offset unlike poles attract each other. These two unlike pole prongs, in the drawing on the right at pole leg 2 the pole prongs 17 and 10 and on the left at the pole leg 3, the pole prongs 20 and 12 support the Effect of the poles of the same name in tangential direction and therefore determine the Direction of rotation of the rotor, which is only possible in the direction of arrow 21.

Weiter bewirken die beiden ungleichnamigen Pole eine starke beschleunigung der Trägheitsmasse des Rotors zu Beginn der Antriebsimpulse. Dadurch wird ein hohes Nutzdrehmoment und damit ein hoher elektrisch-mechanischer Wirkungsgrad erreicht.Furthermore, the two unlike poles cause a strong acceleration the inertial mass of the rotor at the beginning of the drive pulses. This makes a high Usable torque and thus a high electrical-mechanical efficiency is achieved.

Die Zahl der Magnetpole ist nicht auf die dargestellte Ausführungsform beschränkt. Vielmehr ist nur Bedingung, daß die Zahl der Dauermagnetpole des Läufers 6 um mindestens zwei größer ist als die Gesamtzahl der Polzacken 9 bis 12 des Ständers, wobei die Zahl der Polpaare des läufers ungerade und die des Ständers gerade-ist.Im vorliegenden Falle enthält der Läufer drei Polpaare, während der Ständer zwei Polpaare mit zwei breiten und zwei kurzen Polzacken aufweist. Deshalb können bei weiteren Ausführungsformen auch 5,7,9,11 usw. Polpaare des Läufers vorgesehen sein, während der Ständer dann immer zwei etwa einander gegenüberliegende breite Polzacken 10 und 12 sowie eine gerade Anzahl von kurzen Polzacken 2,4,6,8,10,12 usw.The number of magnetic poles is not limited to the illustrated embodiment limited. Rather, the only condition is that the number of permanent magnet poles of the rotor 6 is at least two greater than the total number of pole points 9 to 12 of the stator, where the number of pole pairs of the rotor is odd and that of the stator is even In the present case, the rotor contains three pairs of poles, while the stator has two pairs of poles with two broad and two short pole prongs. Therefore, with further Embodiments also 5,7,9,11 etc. pole pairs of the rotor can be provided while the stator then always has two broad pole prongs 10 that are approximately opposite one another and 12 as well as an even number of short pole points 2,4,6,8,10,12 etc.

aufweisen kann. Die Wirkung ist dann immer dieselbe, wie sie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig.1 beschrieben wurde.may have. The effect is then always the same as with him Embodiment according to Figure 1 has been described.

Fig.2 zeigt die erfindungsgemäße Schaltung, wobei Stromquelle, elektronische Schaltung und Quarzelement mit 23, die Ständerspule mit 1 und ein zur Impulsdauer-: begrenzung vorhandener Kondensator mit 22 bezeichnet sind. Hier sind gemäß der Erfindung die Stabilisierungsdioden 13 und 14 antiparallel zur Stä-nderspule 1 geschaltet. Durch diese Dioden werden die Spannungs-bzw.Fig.2 shows the circuit according to the invention, with current source, electronic Circuit and quartz element with 23, the stator coil with 1 and a pulse duration: Limitation of existing capacitor are denoted by 22. Here are according to the invention the stabilizing diodes 13 and 14 are connected anti-parallel to the stator coil 1. By these diodes the voltage or.

Stromspitzen der bipolaren Antriebsimpulse im Spannungsbereich der Batterie, etwa von 1,65 V - 1,40 V abgesctritten,Auf diese Weise wird für diesen Spannungsbereich eine Dämpfung des Schrittschaltungsgeräusches erreicht, was z.B. bei Weckern von Bedeutung sein kann.Current peaks of the bipolar drive pulses in the voltage range of the Battery, roughly from 1.65 V - 1.40 V, is used in this way for this Voltage range achieves an attenuation of the stepping noise, which e.g. can be important for alarm clocks.

In Fig. 3 ist die Stromspannung U bzw. die Stromstärke I in Abhängigkeit von der Zeit t bei bipolar angetriebenen quarzgesteuerten Schrittmotoren aufgetragen.In Fig. 3, the voltage U or the current I is a function plotted from the time t in the case of bipolar driven quartz-controlled stepper motors.

Es sind vier Impulskurven dargestellt. Die Kurven A,B.C sind bei herkömmlicher Schaltung ohne die Stabilisierungsdioden nach Fig.2 aufgenommen.Und zwarAfür UB=1,1V,Kurve B für UB = - 1,4 V, Kurve C für UB = 1,65 V. Die mit unterbrochenen Linien dargestellte Kurve D zeigt demgegenüber eine Antriebsimpulskurve mit den erfindungsgemaß antiparallel zur Ständerspule bei = = 1,65X geschalteten Stabilisierungsdioden.Four pulse curves are shown. The curves A, B.C are for conventional Circuit without the stabilizing diodes according to Fig. 2 added. A for UB = 1.1V, curve B for UB = - 1.4 V, curve C for UB = 1.65 V. The ones with interrupted In contrast, curve D shown in lines shows a drive pulse curve with the according to the invention anti-parallel to the stator coil with stabilizing diodes connected = = 1.65X.

Die quergezeichnete Linie E und ! geben die Knickspannungen der Stabilisierungsdioden an.The cross-drawn line E and! give the buckling voltages of the stabilizing diodes at.

Wie man sieht, ist bei der Kurve D durch den erfindungsgemäßen Einbau der Stabilisierungsdioden die Impulsspitze abgeschnitten. Dadurch wird weniger Antriebsenergie im oberen Batteriespannungsbereich auf den Schrittmotor übertragen. Durch diese Maßnahme wird eine Minderung des Schrittschaltgeräusches erreicht. Es handelt sich hierbei um praktische Versuchsergebnisse, die unter sonst völlig gleichen Bedingungen durchgeführt worden sind.As can be seen, curve D is due to the installation according to the invention of the stabilizing diodes cut off the pulse peak. This results in less drive energy transferred to the stepper motor in the upper battery voltage range. Through this Measure a reduction of the step switching noise is achieved. It is about here about practical test results, which under otherwise completely identical conditions have been carried out.

Claims (3)

P a t e n t a n s p r ü c h e W Schrittmotor mit einem Ständer, der zwei durch eine Ständerspule erregte Polschenkel aufweist, die je mindestens zwei Polzacken enthalten, dessen Läufer am Umfang gleichmäßig verteilte Dauermagnetpole aufweist, wobei der Motor bipolar angetrieben und quarzgesteuert ist, dadurch gekennzeichnet, daß zwei im wesentlichen einander gegenüberigende Polzacken (10,12) des Ständers (2,3) in Umfangsrichtung breiter ausgebildet sind als die übrigen Polzacken (9,11),und daß die Zahl der Dauermagnetpole (15-20) des Läufers (6) um mindestens zwei größer ist als die Gesamtzahl der Polzacken (9-12) des Ständers (2,3), wobei die Zahl der Polpaare des Läufers ungerade und die des Ständers gerade ist. P a t e n t a n s p r ü c h e W Stepper motor with a stand that has two pole legs excited by a stator coil, each of which has at least two Contain pole spikes, the rotor of which has permanent magnet poles evenly distributed around the circumference having, wherein the motor is bipolarly driven and quartz-controlled, characterized in that that two essentially opposite pole prongs (10,12) of the stator (2,3) are formed wider in the circumferential direction than the remaining pole prongs (9,11), and that the number of permanent magnet poles (15-20) of the rotor (6) is at least two greater is called the total number of pole points (9-12) of the stator (2,3), where the number of The pole pairs of the rotor are odd and that of the stator is even. 2. Schrittmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umfangs-Breiten der breiteren Polzacken (10,12) die eineinhalb bis zweifache Breite der übrigen Polzacken (9,11) aufweisen. 2. Stepping motor according to claim 1, characterized in that the The circumferential widths of the wider pole points (10, 12) are one and a half to two times the width the remaining pole prongs (9, 11). 3. Schrittmotor, insbesondere nach Anspruch 1, mit einer Stromquelle, einer elektronischen Schaltung, einem Quarz und einer Ständerspule, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ständerspule (1) anffparallel zwei Stabilisierungs dioden (13,14) geschaltet sind. 3. stepper motor, in particular according to claim 1, with a power source, an electronic circuit, a quartz and a stator coil, characterized in that, that two stabilization diodes (13,14) connected to the stator coil (1) in parallel are.
DE19762631997 1976-07-16 1976-07-16 Stepping motor stator with two pole shanks - has even number of pairs of stator pole pieces and rotor with odd number of permanent magnet pairs Withdrawn DE2631997A1 (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4311934A (en) * 1979-03-23 1982-01-19 Gebruder Junghans Gmbh Off set stator laminations for small rotary transducers

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