DE2644328A1 - Magnetischer motor mit schrittweiser drehung in nur einem drehsinn - Google Patents

Magnetischer motor mit schrittweiser drehung in nur einem drehsinn

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DE2644328A1
DE2644328A1 DE19762644328 DE2644328A DE2644328A1 DE 2644328 A1 DE2644328 A1 DE 2644328A1 DE 19762644328 DE19762644328 DE 19762644328 DE 2644328 A DE2644328 A DE 2644328A DE 2644328 A1 DE2644328 A1 DE 2644328A1
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K37/00Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors
    • H02K37/10Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type
    • H02K37/12Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type with stationary armatures and rotating magnets
    • H02K37/14Motors with rotor rotating step by step and without interrupter or commutator driven by the rotor, e.g. stepping motors of permanent magnet type with stationary armatures and rotating magnets with magnets rotating within the armatures
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Description

  • Magnetischer Motor mit schrittweiser
  • Drehung in nur einem Drehsinn Die vorliegende Erfindung betrifft e nen elektromagnetischen Motor der Bauart mit schrittweisem Antrieb und Drehung in nur einem Drehsinn.
  • Die Erfindung betrifft insbesondere Kleinstmotoren für Uhrwerke mit Batterieantrieb und einem Gehäuse von geringer Dicke (weniger als 20 mmX in denen die elektrischen Impulse durch einen Oszillator bestimmt werden.
  • Bekannte Motoren von dieser Art, die dafür konstruiert sind, für jeden elektrischen Impuls eine Drehung aus zur führen, ordnen im allgemeinen mehrere magnetische Polpaare einer oder mehreren Spulen zu, wobei im Falle nur einer Spule relativ große ferromagnetische Bauteile hinzukommen.
  • Hauptaufgabe der Erfindung ist es, eine neue Art eines Kleinstmotors, der relativ preisgünstig und in der Lage ist, auf Nadeln bzw. Zeiger, Scheiben oder Trommeln eine Winkelbewegung entsprechend der Anzahl elektrischer Impulse zu übertragen, die von einem Quarz-gesteuerten Frequenzteiler geliefert werden, zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch einen elektromagnetischen Motor für schrittweise Bewegung in nur einem Drehsinn gelöst, der sich dadurch kennzeichnet, daß er eine feste Spule aufweist sowie einen im wesentlichen aus einem der Wirkung der von der Spule erzeugten Felder ausgesetzten und um eine unter einem Winkel zu deren Achse verlaufende Achse drehbaren Magneten bestehenden Rotor, weiter eine Einrichtung zum Speisen der Spule mit elektrischen Impulsen wechselnder Polarität und einen ferromagnetischen Index, der seitlich in Bezug auf die Gleichgewichtsstellung verlagert ist, welche der Magnet unter der Wirkung der von der Spule erzeugten Felder einnimmt.
  • Die Winkelabweichung der Achsen von Spule und Rotor gestattet die Auslenkung des Magneten unter der Wirkung eines von der Spule geschaffenen magnetischen Feldes, und diese Winkelabweichung beträgt vorzugsweise 900 als Winkel, für den das elektromagnetische Drehmoment maximal ist, wenn der Magnet auf der Rotorachse so montiert ist, daß die Verbindungslinie seiner Pole rechtwinklig zur Achse des Rotors liegt.
  • Die Erfindung ist nachstehend in mehreren Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigen: Fig. 1 schematisch einen Axialschnitt durch einen Motor nach der Erfindung; Fig. 2 Varianten des Motors der Fig. 1; und 3 Fig. 4 Varianten des Rotors; und und 5 Fig. 6 Die Arbeitsweise des Motors verdeutlichende bis 9 Darste1lungen.-Der Motor gemäß der Erfindung, wie er schematisch in Fig. 1-3 dargestellt ist, weist einen im wesentlichen von einer flachen zylindrischen Spule 3 mit der Achse A»B gebildeten Stator von beliebiger umhüllender Form (kreisförmig, oval, quadratisch usw.) auf sowie einen Rotor mit der Achse C-D, der sich im wesentlichen aus einer Spindel 1 mit einem Element zur Antriebsübertragung, beispielsweise einem Ritzel 4, am einen Ende der Spindel und einem Magneten 2 zusammensetzt, dessen Polachse N-S im wesentlichen lotrecht zur Achse C-D des Rotors liegt.
  • Zur Vereinfachung der Darstellung sind die Lager für den Rotor in Fig. 1, 2 und 3 nicht gezeichnet.
  • Der Rotor ist so gelagert, daß der Magnet 2 sich in der Bohrung der Spule 3 befindet und daß die Achse der Pole N-S des Magneten eine zur Ebene der Spule geneigte Ebene bestreicht, wobei die Leistung des Motors umso besser ist, je mehr die Drehachse CD des Rotors sich der Mittelebene der Spule 3 nähert, welche senkrecht zu deren Achse A-B liegt, und mit optimaler Leistung, wenn die Achse C-D des Rotors senkrecht zur Achse A-B der Spule liegt, wie in den Varianten der Fig. 2 und 3 dargestellt ist.
  • Bei der Ausführung gemäß Fig. 2 ist die Spule 3' in zwei übereinstimmende Teile unterteilt, die symmetrisch beiderseits des Rotors angeordnet sind, dessen Magneten 2 sie umgeben, wobei dessen Polachse eine Ebene bestreicht, welche die gemeinsame Achse der beiden Teile der Spule 3' enthält.
  • In Fig. 3 ist die Rotorachse senkrecht zur Achse der Spule 3", welche den zugehörigen Magneten 2 teilweise umgibt.
  • Ber Magnet 2 hat nur ein Paar von Polen N-S; es ist von Interesse, daß er ein maximales Volumen im Inneren der Spule einnimmt, also ein Rotationslltpsaidim Falle der Fig.1 und eine Kugel im Falle der Fig. 2 und 3, aber aus Gründen der Konstruktion von Magneten hoher Koerzitivkraft, dr9 nicht allzu kostspielig sind, liefert ein Magnet das beste Drehmoment, der entweder die Form eines Paralleiepipeds hat, dessen Dimensionen den Proportionen 8x8x6 entsprechen mit magnetischen Ladungen an den quadratischen Flächen, oder ein Magnet in Scheibenform, dessen Dimensionen im wesentlichen proportional sind zu einem Durchmesser 8 mit Scheibenhöhe 6 und magnetischen Ladungen an den kreisförmigen Flächen.
  • Es ist nicht Sache der vorliegenden Erfindung, die Konstruktion des Rotors zu bestimmen, aber zum Verbessern des elektromagnetischen Drehmoments können zwei ferromagnetische Polschuhe 5 dem Magneten 2 zugefügt werden, die gemäß Fig.4 Schalen von kalottenförmiger Gestalt oder gemäß Figur 5 Kugelabschnitte sein können, welche die Pole N und S bedecken, wobei das Ganze zum Beispiel in Kunststoff gemäß einer bekannten Uberzugstechnik eingehüllt sein kann.
  • In Fig. 6 bis 9 ist das System schematisch dargestellt, derart, daß die Rotorachse in der Mittelebene der Spule liegen soll, senkrecht zu deren Achse und zur Zeichenebene, wobei der Punkt 0 die Projektion dieser Achse darstellt. Der erfindungsgemäße Motor weist einen ferromagnetischen Index 6 von irgendeiner Form aus Eisen oder aus Stahl (Fig. 6 bis 9) auf, der in der Axialebene der Spule senkrecht zur Drehachse des Magneten (Zeichenebene) angeordnet und im gewünschten Drehsinn des Rotors in Bezug auf die durch die in 0 zusammenlaufenden Achsen des Rotors.und der Spule bestimmte Ebene verlagert ist, wobei der Index 6 in einer Richtung O-I liegt, die im Uhrzeigersinn um einen Winkel o; von weniger als 900 von der Lage der Achse A-B abweicht.
  • Weiter sind (nicht gezeigte) übliche Mittel zum Erzeugen von Impulsen vorgesehen, die dazu dienen, die Spule 3 mit elektrischen Impulsen wechselnder Polarität zu erregen, derart, daß die Richtung des elektromagnetischen von der Spule erzeugten Feldes sich bei jeder Bewegung der Spule umkehrt. Die Arbeitsweise des Motors nach der Erfindung ist folgende (Fig.6bis 9).
  • Ohne Erregung der Spule und damit ohne elektromagnetisches Feld stellt sich die Verbindungslinie der Pole N-S des Magneten 2 in Richtung auf den ferromagnetischen Index 6 ein, welcher vollkommen indifferent einen dieser beiden Pole anzieht. Angenommen der Magnet nimmt ursprünglich die in Fig.6 gezeigte Ruhestellung mit dem Nordpol gegen den Index 6 ausgerichtet ein und ein in die Spule geschickter elektrischer Impuls sei von einer Polarität, daß innerhalb ihrer Bohrung die Kraftlinien des elektromagnetischen Feldes von A nach B gerichtet sind; dann wird der Magnet 2 im Uhrzeigersinn um einen Winkel # - α derart ausgelenkt, daß die seine Pole verbindende Linie sich auf die Feldrichtung einstellt, wobei der Nordpol gegen B (Fig.7) gerichtet ist.
  • Wenn der Impuls aufhört, verschwindet das elektromagnetische Feld und der Index 6 zieht denjenigen Pol des Magneten an, der ihm an nächsten liegt, im vorliegend gewählten Beispiel, also den Südpol. Der Magnet schwenkt erneut um einen spitzen Winkel a , stets im Uhrzeigersinn, derart, daß die seine Pole N-S Verbindende Linie auf den Index 6 ausgerichtet ist, und zwar mit dem Südpol zu diesem Index hin (Fig. 8).
  • Da der folgende elektrische Impuls entgegengesetzte Polarität hat wie der vorhergehende, kehrtsich die Richtung des von der Spule erzeugten elektromagnetischen Feldes um,und in der Bohrung bzw. dem Innenraum der Spule verlaufen die Kraftlinien von B nach A und ziehen den Nordpol N des Magneten gegen A; der Magnet schwenkt um einen Winkel # - α -wiederum im Uhrzeigersinn derart, daß die Verbindungslinie seiner Pole längs B-A (Fig. 9) verläuft. Wenn der zweite elektrische Impuls aufhört-, verschwindet das elektromagnetische Feld,und der Nordpol, der dem Index 6 am nächsten liegt, wird von diesem angezogen, wodurch der Magnet sich erneut um einen spitzen Winkel oG im Uhrzeigersinn dreht, derart, daß seine Pollinie N-S in Richtung O-I auf den Inde;x ausgerichtet ist mit dem Nordpol zu diesem hin gelegen (Fig. 6).
  • Der Magnet 2 ebenso wie die Spindel 1 und das Ritzel 4, die ihm zugeordnet sind, machen so unter der Wirkung der durch zwei aufeinanderfolgende Impulse wechselnder Polarität von der Spule erzeugten Felder eine vollständige Umdrehung, wobei die Aufgabe des index 6 vor allem darin besteht, eine Voreinstellung des Magneten 2 vor jeder Erregung der Spule zu bewirken. Ohne diesen Index wäre der Magnet bei jeder Umkehr des elektromagnetischen Feldes in einer unstabilen Gleichgewichtslage und in Gefahr, indifferent im einen oder anderen Drehsinn zu schwenken, aber dank des ferromagnetischen Index, der den Magneten stets nach der gleichen Seite auslenkt, ist gewährleistet, daß der Rotor sich stets im gleichen Sinne dreht. Es ist somit festzustellen, daß für jede Erregung der Spule, infolge zum Beispiel, eines kurzen elektrischen Impulses von einem Quarz-gesteuerten Frequenzteiler, der Rotor 3 eine halbe Umdrehung ausführt, wobei diese Drehung stets im gleichen Drehsinn, teils durch die elektromagnetische Wirkung der Spule und teils durch die Anziehungskraft des Index gewährleistet ist, welch letzterer den kleinsten Drehwinkel (kleiner als 900) des Rotors bewirkt.
  • Natürlich ist die Erfindung nicht auf die vorstehend beschtebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern umfaßt auch abweichende Ausführungsformen.
  • Bei den beschriebenen Beispielen erfolgt die Antriebsübertragung über ein Ritzel 5, das jedoch beispielsweise auch durch eine endlose Schraube, einen Mitnehmerzapfen oder ein anderes äquivalentes Mittel ersetzt sein könnte.
  • Die Erfindung kann mit Vorteil in allen denjenigen Fällen angewendet werden, wo von elektrischen Impulsen ausgehend, der Anzahl dieser Impulse proportionale Verlagerungen ausgeführt werden sollen. Die Anwendung der Erfindung ist für das Gebiet der Uhrenfabrikation von besonderem Interesse und hierbei wieder in erster Linie für Quarzuhren wegen der geringen Trägheit und der. Funktionsfähigkeit in allen Stellungen, die einem elektromagnetischen Motor nach der Erfindung eigen sind.
  • Leerseite

Claims (8)

  1. Ansprüche 1. Elektromagnetischer Motor für schrittweisen Antrieb in in nur einem Drehsinn, d a d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t, daß er eine feste Spule (3) aufweist sowie einen im wesentlichen aus einem der 5 Wirkung der von der Spule (3) erzeugten Felder ausgesetzten und um eine unter einem Winkel zu deren Achse (A-B) verlaufende Achse (C-D) drehbaren Magneten (2-) bestehenden Rotor (1), weiter eine Einrichtung zum Speisen der Spule (3) mit elektrischen Impulsen wechselnder Polarität und einen ferromagnetischen Index (6), der seitlich in Bezug auf die Gleichgewichtsstellung verlagert ist, welche der Magnet (2) unter der Wirkung der von der Spule (3) erzeugten Felder einnimmt.
  2. 2. Motor' nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Spule (3) eine umhüllende Gestalt hat und den Magneten (2) umgibt, der drehbar in ihrer Bohrung gelagert ist.
  3. 3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t, daß die Drehachse des Rotors (1) rechtwinklig zur Achse der Spule (3) liegt.
  4. 4. Motor nach Anspruch 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Spule (3') aus zwei übereinstimmenden Teilen zusammengesetzt ist, die symmetrisch beiderseits des Rotors (1) angeordnet sind und den Magneten (2) umhilllen.
  5. 5. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Pole des Magneten durch ferromagnetische Polschuhe bedeckt sind.
  6. 6. Motor nach Anspruch 5, d a d u r c h g-e k e n n z e i c h n e t, daß die ferromagnetischen Polschuhe (5) Schalen in Gestalt von Kugelkalotten sind (Fig.4).
  7. 7. Motor nach Anspruch 5, d a d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t, daß die Polschuhe (5') Kugelabschnitte sind.
    (Fig. 5).
  8. 8. Motor nach; einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß er Teil eines Quarzuhrwerks ist.
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FR2461393A1 (fr) * 1979-07-11 1981-01-30 Lpa Les Produits Associes Moteur electrique a rotor oscillant

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2461393A1 (fr) * 1979-07-11 1981-01-30 Lpa Les Produits Associes Moteur electrique a rotor oscillant
WO1981000331A1 (en) * 1979-07-11 1981-02-05 Lpa Les Produits Associes Small a.c.motor with permanent magnet rotor having a reciprocating motion

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