DE2707684A1 - SINGLE-PHASE STEPPER MOTOR - Google Patents

SINGLE-PHASE STEPPER MOTOR

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DE2707684A1
DE2707684A1 DE19772707684 DE2707684A DE2707684A1 DE 2707684 A1 DE2707684 A1 DE 2707684A1 DE 19772707684 DE19772707684 DE 19772707684 DE 2707684 A DE2707684 A DE 2707684A DE 2707684 A1 DE2707684 A1 DE 2707684A1
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Jean-Francois Schwab
Roland Sudler
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Quarz Zeit AG
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Description

Quarz-Zeit AG λ 6000 Frankf urt/Mata η nn CQ / Quarz-Zeit AG λ 6000 Frankfurt / Mata η nn CQ / RrUfBtTBBp 1M / / U / O O HRrUfBtTBBp 1M / / U / O O H

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EinphasenschrittrnotorSingle-phase step rotor

Die Erfindung bezieht sich auf einen Einphasenschrittmotor, insbesondere für Uhren, mit einem mehrpoligen Rotor und einem Stator, der aus zuiei über ein die Erregerwicklung tragendes Brückenteil miteinander verbundenen Statorteilen besteht, von denen jedes an seinem freien Ende in eine zur Rotorpolzahl gleiche oder kleinere Anzahl von Statarpolen übergeht, die gegen den Rotorumfang gerichtet sind.The invention relates to a single-phase stepper motor, especially for clocks, with a multi-pole rotor and a Stator, which from zuiei via a carrying the excitation winding Bridge part consists of interconnected stator parts, each of which at its free end in one to the number of rotor poles equal or smaller number of Statarpolen passes over against the rotor circumference are directed.

Ea sind bereits Einphasenschrittmotore dieser Gattung bekannt, die einen mehrpoligen Dauermagnetrotor enthalten sowie einen Stator mit einer entsprechenden Anzahl ausgeprägter Statorpole, die gegen den Rotorumfang gerichtet sind (US-PS 3 256 453).Ea single-phase stepper motors of this type are already known, which contain a multi-pole permanent magnet rotor and a stator with a corresponding number of pronounced stator poles, which are directed against the rotor circumference (US Pat. No. 3,256,453).

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Einphasenschrittmotore hinsichtlich ihrer Fertigungseigenschaften, ihres Stromverbrauchs und ihres Bauvolumens zu verbessern.The object of the invention is to provide these single-phase stepper motors with regard to their manufacturing properties and their power consumption and to improve their construction volume.

Diese Aufgabe uiird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Rotor aus einem weichmagnetischen Material hoher Koerzitivkraft besteht und jeder Rotorpal zahnartig, einen Hauptpol und einen in Drehrichtung folgenden, daran angeformten Hilfspol umfassend ausgebildet ist und daß ein auf den Rotor wirkender dauermagnetiacher Kreis vorhanden ist, durch den die Ruhelage des Rotors bei erregungslosem Stator bestimmt ist.According to the invention, this object is achieved in that the rotor consists of a soft magnetic material of high coercive force and each rotorpal tooth-like, a main pole and a in the direction of rotation following, integrally formed thereon auxiliary pole is formed and that a permanent magnetizer acting on the rotor Circle is available through which the rest position of the rotor is determined when the stator is de-energized.

Durch diese Maßnahmen wird erreicht, daß auf die Verwendung eines Dauermagnetrotors, dessen Magnetisierung insbesondere bei einer hohen Polzahl und kleinem Durchmesser recht problematisch ist,Through these measures it is achieved that on the use of a permanent magnet rotor, the magnetization of which in particular with a high number of poles and small diameter is quite problematic,

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verzichtet und stattdessen ein aus einem Blech ausstanzbarer Rotor benutzt werden kann. Neben den dadurch erzielbaren fertigungstechnischen Vorteilen besitzt ein solcher Rotor darüber hinaus ein wesentlich geringeres Trägheitsmoment, was eine Verringerung des Stromverbrauchs zur Folge hat. Dieser kann zudem noch durch die nunmehr mögliche unipolare Ansteuerung des Motors weiter verringert werden. Ein weiterer besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Einphasenschrittmotors besteht darin, daß seine Drehrichtung lediglich durch umgekipptes Einsetzen des Rotors in seine Lager geändert werden kann. Schließlich kann, und dies ist ein weiterer besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Motors, das Haltemoment allein und unabhängig von anderen Parametern des Motors durch Verändern der Feldstärke des dauermagnetischen Kreises geändert werden.dispensed with and instead one that can be punched out of sheet metal Rotor can be used. In addition to the manufacturing advantages that can be achieved in this way, such a device has Rotor also has a significantly lower moment of inertia, which results in a reduction in power consumption Has. This can also be further reduced by the unipolar control of the motor, which is now possible. A Another particular advantage of the single-phase stepper motor according to the invention is that its direction of rotation is only due to the tipped insertion of the rotor in its bearings can be changed. Finally, and this is another particular advantage of the motor according to the invention, the Holding torque alone and independently of other parameters of the motor by changing the field strength of the permanent magnetic Circle can be changed.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung besteht jeder Rotorpol aus einem rechteckfBrmigen Hauptpol und einem dreieckfBrmigen Hilfspol mit stetig auf den Hauptpolfußkreis abfallender Kante. Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, jeden Hauptpol auf seiner dem Hilfspol abgewandten Seite mit einer Ausnehmung zu versehen. Dies wirkt sich einerseits günstig auf das Drehmoment des Motors aus und andererseits verringert sich dadurch die Stromaufnahme des Motors. Aus den gleichen Gründen empfiehlt es sich, jede Hilfspolkante konvex abfallend auszubilden.According to one embodiment of the invention, each rotor pole consists of a rectangular main pole and a triangular one Auxiliary pole with an edge that continuously slopes down to the main pole foot circle. It has been found to be useful to open each main pole to provide its side facing away from the auxiliary pole with a recess. On the one hand, this has a favorable effect on the torque of the motor and on the other hand this reduces the current consumption of the motor. For the same reasons, it is advisable to to form each auxiliary pole edge sloping convexly.

Der dauermagnetische Kreis besteht gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aus 2n (n » 1, 2, 3,...,m) Dauermagneten von denen η mit ihrem Nordpol und die anderen mit ihrem Südpol dem Rotor zugewandt sind. Es hat sich gezeigt, daß im allgemeinen zwei Dauermagnete zum Aufbau des magnetischen Kreises genügen. Eine hinsichtlich ihrer Herstellungskosten noch günstigere Ausführungsform besteht darin, daß der dauermagnetische Kreis aus mindestens einem Dauermagneten und einem RQckschlußblech besteht, dessen freies. Ende um mindestens den Winkel zweier benachbarter Rotorpole gegen-According to one embodiment of the invention, the permanent magnetic circuit consists of 2n (n »1, 2, 3, ..., m) permanent magnets of which η with their north pole and the others with their south pole facing the rotor. It has been shown that in general two permanent magnets suffice to build up the magnetic circuit. There is an embodiment which is even more favorable with regard to its production costs in that the permanent magnetic circuit consists of at least one permanent magnet and a back plate, its free. End by at least the angle of two adjacent rotor poles

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° 270768A ° 270768A

Ober dem Dauermagnet versetzt ist. Zur Erzielung einer möglichst geringen BauhBhe des Motors hat es sich als zweckmäßig erwiesen, Dauermagneten aus einer Lanthanid-Ferromagneticum-Legierung zu verwenden. Derartige Legierungen haben ein be» sonders hohes Energieprodukt (BH) max., so daß Dauermagnete aus diesem Material sehr klein gehalten werden können.Above the permanent magnet is offset. To achieve the lowest possible overall height of the engine, it has proven to be useful Proven permanent magnets made from a lanthanide-ferromagneticum alloy to use. Such alloys have a particularly high energy product (BH) max., So that permanent magnets can be kept very small from this material.

Eine weitere Verringerung des Stromverbrauchs des Motors kann dadurch erreicht werden, daß ein Rotor mit einer möglichst hohen Anzahl von Haupt- und Hilfspolen veruendet wird. Je höher nämlich die Zahl der Rotorpole ist, desto kleiner let der Drehwinkel bei jedem Schritt und desto geringer kann der Energieinhalt der Ansteuerimpulse sein. Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, den Rotor 6Q-polig und den Stator mit einer geringeren Anzahl von Polen auszubilden. Ein so aufgebauter Motor hat darüber hinaus den Vorteil, daß, da der Rotor mit einem Sekundenschritt umläuft, die Rotorwelle unmittelbar als Sekundenwelle veruendet werden kann.A further reduction in the power consumption of the motor can be achieved in that a rotor with a high as possible Number of main and auxiliary poles is used. The higher namely the number of rotor poles, the smaller the angle of rotation at each step and the lower the energy content of the control pulses can be. It has proven to be particularly advantageous proved to design the rotor with 6Q poles and the stator with a smaller number of poles. An engine built in this way has about it In addition, the advantage that, since the rotor rotates with a second step, the rotor shaft directly as a second shaft can be used.

Die Erfindung sei anhand der Zeichnung, die in zum Teil schematischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel enthält, näher erlSutert. Es zeigenThe invention is based on the drawing, which is in part schematic Representation contains an embodiment, explained in more detail. Show it

Figur 1 eine Aufsicht auf einen Einphasenschrittmotor mit einem 6-poligen Rotor und einem 6-poligen Stator undFigure 1 is a plan view of a single-phase stepper motor with a 6-pole rotor and a 6-pole Stator and

Figur 2 eine Aufsicht auf einen 6-poligen Rotor anderer Formgebung,Figure 2 is a plan view of a 6-pole rotor of a different shape,

jeweils in wesentlich vergrößerter Darstellung.each in a significantly enlarged view.

Der Einphasenschrittmotor besteht aus einem 6-poligen Rotor 1 und einem Stator 2, der zwei Statorteile 3 und k sowie eine diese beiden verbindendes Brückenteil 5 mit der Erregerspule 6 umfaßt.The single-phase stepper motor consists of a 6-pole rotor 1 and a stator 2, which comprises two stator parts 3 and k as well as a bridge part 5 connecting these two with the excitation coil 6.

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Jedes Statorteil 3 bzui. k trägt an seinem dem Rotor 1 benachbarten Ende drei ausgeprägte Pole 7, die gegen den Rotorumfang gerichtet sind. Die Statorteile 3 und U sind ebenso wie das Brückenteil 5 durch Ausstanzen aus einem aiech aus einem lueichmagnetischen Material hoher Koerzitivkraft, beispielsweise aus einem Hyperm-766-Blech, hergestellt.Each stator 3 bzui. At its end adjacent to the rotor 1, k has three salient poles 7 which are directed towards the rotor circumference. The stator parts 3 and U , like the bridge part 5, are produced by punching out of a material made of a magnetically high coercive force, for example a Hyperm-766 sheet metal.

Zwischen den beiden Statorteilen 3 und k befindet sich der dauermagnetische Kreis β, der zwei Dauermagnete 9 und 10 aus einer Lanthanid-Ferromagneticum-Legierung umfaßt, die zueinander um 1BO lilinkelgrade versetzt sind. Der Dauermagnet 9 ist dabei mit seinem Nordpol und der Dauermagnet 10 mit seinem Südpol dem Rotor 1 zugewandt.Between the two stator parts 3 and k is the permanent magnetic circuit β, which comprises two permanent magnets 9 and 10 made of a lanthanide-ferromagnetic alloy, which are offset from one another by 1BO angular degrees. The permanent magnet 9 faces the rotor 1 with its north pole and the permanent magnet 10 faces the rotor 1 with its south pole.

Der Rotor 1, der ebenfalls aus einem Blech ueichmagnetischen Materials mit hoher Koerzitivkraft ausgestanzt ist, besteht aus sechs Hauptpolen 11 und einer gleichen Anzahl von Hilfspolen 12, die sich in Drehrichtung an den Hauptpol anschließen. Jeder Hilfspol 12 ist mit einer konvex abfallenden Kante 13 ausgebildet. Auf seiner dem Hilfspol 12 abgeuandten Seite ist jeder Hauptpol 11 mit einer halbkreisförmigen Ausnehmung 14 versehen. Der Rotor 1 sitzt auf einer Idelle 15, die in zwei nicht dargestellten Lagern gelagert ist.The rotor 1, which is also made of a sheet metal ueichmagnetischen Material with high coercive force is punched out, consists of six main poles 11 and an equal number of auxiliary poles 12, which connect to the main pole in the direction of rotation. Each auxiliary pole 12 is formed with a convexly sloping edge 13. on its side facing away from the auxiliary pole 12 is each main pole 11 with a semicircular recess 14 is provided. The rotor 1 sits on an idle 15, which is mounted in two bearings, not shown is.

Im erregten Zustand des Stators 2 befinden sich die Hauptpole 11 des Rotors 1 gegenüber den Statorpolen 7, möbel jeweils zusei Hilfspole 12 in den Bereich der beiden Dauermagnete 9 und 10 des dauermagnetischen Kreises β ragen. Dieser Erregungszustand ist in Figur 1 dargestellt. Sobald der Erregerstrom durch die Erregerspule 6 abnimmt und zu Null wird, werden die beiden Hauptpale 11, deren Hilfspole 12 im Bereich der Dauermagnete 9 und 10 liegen, durch das dauermagnetische Feld in eine Stellung gezogen, in der sie genau gegenüber dem Nord- bzut. dem Südpol der beiden Magnete liegen, der magnetische Kreis also seinen geringsten magnetischenIn the energized state of the stator 2, the main poles 11 of the rotor 1 are opposite the stator poles 7, each of the auxiliary poles 12 protrude into the area of the two permanent magnets 9 and 10 of the permanent magnetic circuit β. This state of excitation is shown in FIG. As soon as the excitation current through the excitation coil 6 decreases and becomes zero, the two main pals 11, the auxiliary poles 12 of which are in the area of the permanent magnets 9 and 10, are pulled by the permanent magnetic field into a position in which they are exactly opposite the north bzut. the south pole of the two magnets, so the magnetic circuit is its smallest magnetic

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Understand besitzt. In dieser Stellung ragen die Hilfspole in den Bereich der Statorpale 7, so daß, wenn die Erregung Mieder wirksam wird, die Hauptpole durch die Hilfspole uiieder in eine Stellung gedreht werden, in der sie den Statorpolen gegenüberliegen.Understand owns. The auxiliary poles protrude in this position in the area of the stator 7 so that when the excitation Bodice is effective, the main poles through the auxiliary poles are rotated to a position in which they face the stator poles.

Der in Figur 2 dargestellte Rotor 11 unterscheidet sich van dem zuvor beschriebenen dadurch, daß die rechteckfSrmigen Hauptpale 11* keine Ausnehmung aufueise'n und die sich an die Hauptpole anschließenden Hilfspole 12' eine linear abfallende Kante 1Q1 besitzen.The rotor 1 1 shown in Figure 2 differs from the previously described van characterized in that the rechteckfSrmigen Hauptpale 11 * aufueise'n no recess and the adjoining the main pole auxiliary poles 12 'have a linear falling edge 1Q. 1

Zur Verdeutlichung der natürlichen GrBBe eines derartigen Motors, der für eine Betriebsspannung van kleiner oder gleich 1,5 Volt ausgelegt ist, seien folgende realisierbaren Maße angegeben: LSnge ungefähr 9 mm, Breite ungefghr 7 mm und Höhe ungefghr 2,2 mm.To illustrate the natural size of such an engine, which is designed for an operating voltage of less than or equal to 1.5 volts, the following realizable dimensions are given: Length about 9 mm, width about 7 mm and height about 2.2 mm.

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LeerseifeEmpty soap

Claims (1)

-A--A- PatentansprücheClaims 1. JEinphasenschrittmotor, insbesondere fur Uhren, mit einem ^—' mehrpoligen Rotor und einem Stator, der aus zuei über ein die Erregerwicklung tragendes BrQckenteil miteinander verbundenen Statorteilen besteht, von denen jedes an seinem freien Ende in eine zur Rotorpolzahl gleiche oder kleinere Anzahl von Statorpolen übergeht, die gegen den Rotorumfang gerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (1, 1') aus einem ueichmagnetischen Material hoher Koerzitivkraft besteht und jeder Rotorpol zahnartig, einen Hauptpol (11, 11*) und einen in Drehrichtung folgenden, daran angeformten Hilfspol (12, 12') umfassend ausgebildet ist und daß ein auf den Rotor (1, 1') wirkender dauermagnetischer Kreis (B) vorhanden ist, durch den die Ruhelage des Rotors (1, 1') bei erregungslosem Stator (2) bestimmt 1st.1. JEinphasenschrittmotor, particularly for watches, with a ^ - 'multi-pole rotor and a stator, the interconnected from zuei supporting an excitation coil BrQckenteil stator consists, each of which like at its free end in a the rotor poles or lesser number of stator poles passes, which are directed against the rotor circumference, characterized in that the rotor (1, 1 ') consists of a non-magnetic material of high coercive force and each rotor pole tooth-like, a main pole (11, 11 *) and an auxiliary pole following in the direction of rotation, molded thereon (12, 12 ') is designed comprehensively and that a permanent magnetic circuit (B) acting on the rotor (1, 1') is present, through which the rest position of the rotor (1, 1 ') is determined when the stator (2) is de-energized . 2. Einphasenschrittmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Rotorpol aus einem rechteckförmigen Haupt- . pol (11, 11») und einem dreieckförmigen Hilfspol (12, 12") mit stetig auf den HauptpolfuBkreis abfallender Kante (13, 13·) besteht.2. Single-phase stepper motor according to claim 1, characterized in that each rotor pole consists of a rectangular main. pole (11, 11 ») and a triangular auxiliary pole (12, 12") with an edge (13, 13 ·) that continuously slopes down to the main pole circle. 3. Einphasenschrittmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Hauptpol (11) auf seiner dem Hilfspol (12) abgeidandten Seite eine Ausnehmung (1<t) aufweist.3. Single-phase stepper motor according to claim 2, characterized in that each main pole (11) has a recess (1 <t) on its side remote from the auxiliary pole (12). U. Einphasenschrittmotor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß jede Hilfspolkante (13) konvex abfallend ausgebildet ist. U. single-phase stepper motor according to claim 2 or 3, characterized in that each auxiliary pole edge (13) is formed sloping convexly. 809834/0422809834/0422 - T- - T- 77076847707684 5. Einphasenschrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der dauennagnetische Kreis (β) aus 2 η (η » 1, 2, 3, ..., ra) Dauermagneten (9, 10) besteht, von denen η mit ihrem Nordpol und die anderen mit ihrem Sudpol dem Rotor (1, 11) zugewandt sind.5. Single-phase stepper motor according to one of claims 1 to 4, characterized in that the permanent magnetic circuit (β) consists of 2 η (η »1, 2, 3, ..., ra) permanent magnets (9, 10), of which η with their north pole and the others with their south pole facing the rotor (1, 1 1 ). 6. Einphasenschrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis h, dadurch gekennzeichnet, daB der dauermagnetische Kreis (8) aus mindestens einem Dauermagneten (9; 10) und einem Rückschlußblech besteht, dessen freies Ende um mindestens den ülinkel zweier benachbarter Rotorpole (11, 11') gegenüber dem Dauermagnet (9; 10) versetzt ist.6. Single-phase stepper motor according to one of claims 1 to h, characterized in that the permanent magnetic circuit (8) consists of at least one permanent magnet (9; 10) and a return plate, the free end of which by at least the angle of two adjacent rotor poles (11, 11 ') ) is offset from the permanent magnet (9; 10). 7. Einphasenschrittmotor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der bzw. die Dauermagnete (9, 10) aus einer Lanthanid-Ferromagneticum-Legierung besteht.7. Single-phase stepper motor according to claim 5 or 6, characterized in that the permanent magnet or magnets (9, 10) consists of a lanthanide-ferromagnetic alloy. 8. Einphasenschrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (1, 11) 60-polig und der Stator (2) mit einer geringeren Polzahl ausgebildet ist.8. Single-phase stepper motor according to one of claims 1 to 7, characterized in that the rotor (1, 1 1 ) is 60-pole and the stator (2) is designed with a smaller number of poles. 809834/0422809834/0422
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