DE2741310A1 - Polarisierter schrittmotor - Google Patents

Polarisierter schrittmotor

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DE2741310A1
DE2741310A1 DE19772741310 DE2741310A DE2741310A1 DE 2741310 A1 DE2741310 A1 DE 2741310A1 DE 19772741310 DE19772741310 DE 19772741310 DE 2741310 A DE2741310 A DE 2741310A DE 2741310 A1 DE2741310 A1 DE 2741310A1
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DE
Germany
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rotor
stepper motor
motor according
polarized electric
pulse
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Withdrawn
Application number
DE19772741310
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English (en)
Inventor
Erich Ing Grad Scheer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kieninger and Obergfell GmbH and Co
Original Assignee
Kieninger and Obergfell GmbH and Co
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • 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
    • H02K37/16Motors 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 having horseshoe armature cores
    • GPHYSICS
    • G04HOROLOGY
    • G04CELECTROMECHANICAL CLOCKS OR WATCHES
    • G04C13/00Driving mechanisms for clocks by master-clocks
    • G04C13/08Slave-clocks actuated intermittently
    • G04C13/10Slave-clocks actuated intermittently by electromechanical step advancing mechanisms
    • G04C13/11Slave-clocks actuated intermittently by electromechanical step advancing mechanisms with rotating armature
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02K37/22Damping units

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Description

  • Polarisierter Schrittmotor
  • Die Erfindung betrifft einen polarisierten Schrittmotor mit permanentmagnetischem, intermittierend in ein und derselben Drehrichtung fortschaltbarem Rotor und mit wenigstens einer Erregerspule bevorzugt zur Anwendung als elektromechanischer Wandler für elektronische Quarzuhrwerke mit einer elektronischen Impulsgeberschaltung, vorzugsweise quarzgesteuerter Frequenztcilerschaltung, durch welche die Erregerspule solchermaßen intermittierend bestrombar ist, daß der Rotor durch wechselnden Magnetfluß beaufschlagt wird.
  • Es ist Zweck der Erfindung, die Anwendung und Verbreitung derartiger Schrittmotoren, insbesondere in Verbindung mit elektronischen Quarzuhrwerken zu fördern.
  • Es ist bekannt, daß bei elektrischen Uhren, insbesondere elektronischen Quarzuhren, deren Zeigerwerk mit Stunden-, Minuten- und Sekundenzeiger durch einen intermittierend in ein und derselben Drehrichtung fortschaltbaren permanentmagnetischen Rotor eines elektromagnetischen Schrittschaltwerkes antreibbar ist, beim sekundlichen Fortschalten des Sekundenzeigers Flatter- oder Schwingbewegungen entstehen, welche das Bild der analogen Sekundenanzeige der Uhr, insbesondere Quarzuhr, nachteilig beeinträchtigen. Dies gilt ganz besonders für elektronische Quarzuhren, die ihrer Präzision wegen auf einer höheren Preisbasis angeboten werden, wodurch an das allgemeine Betriebsverhalten einer solchen Uhr vom Käufer oder Interessenten entsprechende Anforderungen gestellt werden.
  • Diese nachteiligen Flatter- oder Schwingbewegungen des Sekundenzeigers während seiner sekundlichen Fortschaltung resultieren einmal im wesentlichen aus dem Trägheitsmoment des Sekundenzeigers und dem des permanentmagnetischen Rotors und ferner aus der Rückstellkraft des permanenten oder elektrischen Magnetfeldes, welches auf den Rotor des elektromagnetischen Schrittschaltwerkes zurückwirkt. Das aus dem Sekundenzeiger und dem mit letzterem durch eine Ubersetzung verbundenen permanentmagnetischen Rotors gebildete Massenträgheitssystem und die Rückstellkraft des permanentnagnetischen und elektromagnetischen Feldes andererseits, firmen zu einer bestimmten mechanischen ligenschwingung des systemes, die sich in diesen störenden Flatter- oder Schwingbewegungen des Sekundenzeigers nachteilig für die Zeitanzeige einer, insbesondere elektronischen Quarzuhr auswirkt.
  • Die Schwingungsbewegungen, welche äußerlich an einem Flattern des Sekundenzeigers erkennbar sind, dauern solange an, bis die kinetische Energie des Systems durch die Schwingungsbewegungen aufgezehrt ist, ein Vorgang, der sich in einem gedämpften Abklingen der Schwing- oder Flatterbewegung bemerkbar macht. Diese Schwingungs- oder Flatterbewegungen sind der Natur nach um so stärker, je länger und je schwerer der Sekundenzeiger ausgebildet ist, steigt doch das Massenträgheitsmoment des Sekundenzeigers mit dem Radius desselben etwa quadratisch an. Bei größeren Zifferblattdurchmessern ist es deshalb oft schwierig, bei der sekundlichen Fortstellbewegung des Sekundenzeigers eine zufriedenstellende Zeitan-zeige zu erzielen bzw. zu gewährleisten.
  • Es ist bekannt, bei polarisierten Schrittmotoren der einleitend definierten Art zur Dämpfung der Schwingungsbe wegungen dem permanentmagnetischen Rotor eine Dämpfungsscheibe zuzuordnen, um das Ausschwingungsverhalten desselben einem vorliegender Aperiodizität entsprechendem Verhalten zu nähern.
  • So ist es bekannt z.B., bei polarisierten elektrischen Nebenuhren dem Rotor auf dessen Welle eine Scheibe zuzuordnen, welche durch eine Friktion mit dieser Welle gekoppelt ist.
  • Diese über eine Friktion bewirkte Nassenkopplung beeinträchtigt die Schwingungsbewegung des Rotors und verursacht eine rasche Aufzehrung der diesem durch das Statorfeld Ubermittelten kinetischen Energie. Durch diese bekannte Anordnung wird die Flatter- oder Schwingneigung des Zeigers einer Nebenuhr zwar wirksam vermindert, jedoch nicht beseitigt. Außerdem handelt es sich bei diesen bekannten Nebenuhren bzw. Nebenuhrwerken, deren flotorsystem durch die zugeordnete Dämpfungskupplung eine Stabilisierung erfährt, stets um größere Uhren bzw.
  • Uhrwerke, bei welchen Rotorsystem und Dämpfungsscheiben mit entsprechendem Durchmesser in Anwendung kommen können, wodurch die Dampfungswirkung entsprechend begünstigt ist, Außerdem wurdm diese Dämpfungssysteme hauptsächlich bei sogenannten Minutenspringern, also Uhrwerken mit Minuten-und Stundenzeigern, angewendet. Bei einer minütlichen Sprungbewegung eines Zeigers spielen störende Flatter- oder Schwingbewegungen eine weit geringere Rolle, da das Fortschalten des Zeigers nur selten beobachtet wird und dann auch relativ rasch abklingt.
  • Aus diesem Grunde sind auch die Ansprüche an die Effizienz einer derartigen Dämpfung und Stabilisierungseinrichtung entsprechend geringer, als dies bei Uhren mit Sekundenzeigern der Fall ist.
  • Anders liegen die Verhältnisse bei polarisierten Schrittmotoren für Nebenuhren bzw. Nebenuhrwerke mit Sekundenzeigern. Dort wird bei jeder erneuten Fortschaltung des Rotors, die ja sekundlich erfolgt, dem Zeiger- und flotorsystem erneut kinetische Energie zu,,eführt, welche im Magnetfeld und Uhrwerk bis zur Verabfolgung des nächsten Sekundenimpulses aufgezehrt wird, d.h. insbesondere bei längeren Sekundenzeigern gelangt dieser aus den Abklingschwingungen nicht mehr heraus, sondern befindet sich auch während der Fortschaltung in einer permanenten Flatter-oder Schwingbewegung.
  • Bei polarisierten Schrittmotoren zur Verwendung als elektromagnetischen Wandler bei elektronischen Uhren, insbesondere Quarzuhren, kommen überdies kleinere Rotordurchmesser in Anwendung, die durch zugeordnete Dämpfungsscheiben nur wenig wirksam beeinflußbar sind.
  • Dies resultiert aus dem im Vergleich zum wesentlich geringeren Trägheitsmoment des kleineren Rotors doch beachtlichen Rückstellmoment des permanentmagnetischen Feldes her, das auf den kleineren Rotor zurückwirkt.
  • Es ist auch bekannt, bei polarisierten Schrittmotoren, insbesondere der einleitend definierten Art, den Rotor durch hydraulische oder pneumatische Dämpfungseinrichtungen zu stabilisieren bzw. in seinem Ausgleichsverhalten der Aperiodizität zu nähern.
  • Derartige Einrichtungen sind jedoch nur wenig wirksam und bedürfen eines komplizierten und raumaufwendigen Aufbaues.
  • Bei elektronischen Quarzuhren sind diese tinrichtungen nur sehr bedingt und nur mit einem äußerst bescheidenen Erfolg realisierbar.
  • Es ist andererseits bekannt, bei Zeitdienstanlagen den halbminütlich oder minütlich mit jeweils wechselnder Polarität den Impulsschleifen zugeführten Antriebsimpuls solange zu verabfolgen, bis die an die Schleifen angeschlossenen Nebenuhren mit Sicherheit ihre Forts-tellung beendet haben. Diese, einen gewissen Zeitraum, z.B.
  • 1 sec oder 1,5 sec andauernde Impulsgabe ist vielfach sogar zwingend erforderlich, da anderenfalls bei zeitlich zu kurz verabfolgten Impulsen ein Uberschleudern des Rotors auftreten kann. Der länger andauernde Impuls hat natürlich auch einen gewissen Stabilisierungseffekt zur Folge, der darin besteht, daß durch den auch bei bereits weitergeschaltetem Rotor noch andauerndem rmtriebsimpu].s mittels des durch diesen erzeugten Statorfeldes eine Rückwirkung auf den permanentma;netischen Rotor erfolgt, welcher eine Verstärkung des Rückstellmomentes des letzteren im llagnetfeld zur Folge hat.
  • Dadurch wird zwar die Flatter- oder Schwingfrequenz der Zeiger beim Fortschreiten erhöht, die Amplitude der Schwingbewegungen jedoch verringert.
  • In der Tat läßt sich auf diese Weise eine gewisse Stabilisierung erreichen.
  • Bei kl einen und leichteren Zeigern, so, wie diese bei den polarisierten Schrittschaltwerken der einleitend genannten Art in Anwendung kommen, hingegen, sind diese Einfliisse jedoch kaum merkbar.
  • Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, bei einem polarisierten Schrittmotor der einleitend definierten Art eine sichere Fortschaltung des Sekundenzeigers ohne störende oder die Fortbewegung nachteilig beeinflussende Schwingbewegungen zu gewährleisten.
  • Die 1 Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß nach Verabfolgung einer dem permanentmagnetischen Rotor um eine Schrittelung weiterführenden elektromagnetischen Antriebsimpulses und bei Erreichen cter dadurch eingenommenen neuen Schrittstellung,cter Rotor durch mindestens einen weiteren, die Verharrung des letzteren in der neu erreichten Schrittstellung begünstigenden Impuls zusätzlich beaufschlagbar ist. Eine zweckmäßige Ausgestaltung dieses Erfinsungsgedankens kann darin bestehen, daß zur Verabfolgung des weiteren elektromagnetischen Impulses die Erregerspule durch mindestens einen weiteren Stromimpuls zusätzlich nochmals kurzzeitig erregbar ist.
  • Eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit der Erfindung besteht darin, daß dem mindestens einen weiteren, den Rotor (1) im Sinne der Erzieleung einer Verharrung desselben beaufschlagenden Impuls wenigstens noch ein dritter, in seiner Intensität jedoch schwächerer Impuls nachgeordnet ist.
  • Durch die Anordnung der Erfindung wird die beim vorhergehenden Schritt impuls dem Rotor und Zeigersystem vermittelte kinetische Energie gezielt abgebaut, d. h. der Rotor wird durch einen gegenkoppelnden Regeleffekt degenerativ s-tabilisiert und dadurch sofort zum Ausschwingen geführt. Die der eigentlichen Fortstellbewegung nachfolgenden Schwing- oder Flatterbewegungen des Rotors und des zeigers sind stark gedämpft und verleihen dem mechanisch-elektrischen System aperiodische Eingenschaften, d.h. eine Schwing- oder Flatterneiing ist praktisch unterbunden.
  • In den Fig. der beigegebenen Zeichnungen ist die Erfindung im einzelnen abgebildet.
  • Es stellen dar: Fig. 1 einen polarisierten Schrittmotor nach dem Stand der Technik; eine 2 eine Einzelheit des Polsystemes des polarisierten Schrittmotors nach dem Stand der Technik: Eine Fig. 3 Schaltungsanordnung des polarisierten chrittmotors nach dem stand der Technik; Fig. 4 eine Ausführungsforrn des polarisierten ,chrittmotors nach der Erfindung; Fig. 5 eine Schaltungsanordnung des polarisierten Schrittmotors nach der Irrfindung; Fig. 6 ein Impulsdiagramm des polarisierten Schrittmotors nach der Erfindung; Fig. 7 eine weitere Ausführungsform des polarisierten Schrittmotors nach der Erfindung; Fig. 8 eine Schaltungsanordnung des polarisierten Schrittmotors nach der Fig. 7.
  • In der Fig. 1 ist ein polarisierter Schrittmotor nach dem Stande der Technik dargestellt.
  • Ein zylindrischer, aus permanentmagnetischem Werkstoff gefertigter Rotor 1 ist längs seiner Peripherie 2 symmetrisch mit lglagnetpolungen versehen, so z.B. bei der Anordnung nach lig. 1 mit einer sogenannten diametralen Magnetisierung, d.h. zwei einander gegenüberliegenden i;Iagnetpolen ausgestattet.
  • Der Rotor 1 wird von Polschuhen 3 des Stators 4 beaufschlagt.
  • Zwischen den Pol schuhen 3 und der Peripherie 2 des Rotors 1 sind Luftspalte 5 ausgebildet, derart, daß sich diese Luftspalte 5 zwischen Rotor 1 und Pol schuhen 3 längs der Drehrichtung verringern.
  • Der permanentmagnetische Rotor 1 wird über die Pol schuhe 3 und den stator 4 durch die Erregerwicklung 6 beaufschlagt.
  • Die polwechselnde Bestromung der Erregerwicklung 6 hat durch die dadurch hervorgerufene magnetmotorische Kraft die Erzeugung eines Magnetflusses wechselnder Richtung im Stator 4 über die Pol schuhe 3 und den permanentmagnetischen Rotor 1 zur Folge. Ilat dieser Magnetfluß eine gleichnamige Polung der Pol schuhe 3 einerseits und des Rotors 1 andererseit erzeugt, so wird der Rotor 1 durch ein er seine Peripherie 2 iibertragendes Antriebsmoment in Richtung des eingetragenen Pfeiles fortgestellt, d.h. um 1800 verdreht.
  • Liegt hingegen ungleichnahmige Polung zwischen Polschuhen 3 der peripheren Magnetisierung des Rotors 1 vor, so wird der Rotor 1 in dem erzeugten Feld fixiert.
  • Die Teilfizrlr 1b zeigt eine Seitenansicht des polarisierten Schrittmotors nach dem Stand der Technik. Der Rotor 1 ist mit seiner Rotorachse 7 in Platinen 8 und 9 gelagert.
  • Die Rotorachse 7 weist an ihrem einen Ende ein Ritzel 10 auf, mit welchem der Abtrieb der Fortschaltbewegungen nach dem Zeigerwerk der elektronischen Uhr, insbesondere Quarzuhr, weitergeleitet wird.
  • Die Teilfigur 1b zeigt ferner die die Erregerwicklung 6 aufnehmende Spule 11, sowie eine durch eine Feder 12 an den Rotor 1 lateral angedrückte Dämpfungsscheibe 13.
  • In der Fig. 2 ist das Rotorsystem,bestehend aus dem Rotor 1 und seine Anordnung in den l'olschuhen 3 detaillierter dargestellt. Die Fig. 2 zeigt die Ausrichtung der diametralen Nord/Sud-Magnetisierung innerhalb der Polschuhe 3 des Stators 4, bei nicht-bestromter Erregerwicklung 6, d.h.
  • bei magnetisch nicht beaufschlagtem Stator 4 und soniit nichtmagnetisierter Polschuhe 3 Die Stellung des Rotors 1 innerhalb der Luftspalte 5, welche zwischen der Peripherie 2 des Rotors 1 einerseits und den Polschuhe )7 ausgebildet sind, ist derart, daß sich die beiden diametralen Magnetpole zur Erzielung des geringsten magnetischen Kreiswiderstandes an der Stelle des geringsten Luftspaltes positionieren. Zur Verdeutlichung sind die Luftspalte 5 an ihrer weiten Stelle mit 5'' und al ihrer engsten Stelle mit 5' bezeichnet.
  • In Fig. 3 ist eine Schaltungsanordnung für den Antrieb des Schrittmotors nach Fig. 1 und Fig. 2 dargestellt.
  • Eine Quarzschwingstufe 15 steuert einen Frequenzteiler 16, vorzugsweise mit einer Frequenz von einigen IMIz, welche von dem Frequenzteiler 16 und die Endstufe 17 in eine polwechselnde Impulsgabe mit einer Periode von 2 sec aufgegliedert wird.
  • An den ausgängen der Endstufe 17 liegt die Erregerwicklung 6 mit einem Serien-Kondensator 18 s in Reihe.
  • Bei einem jeden Polwechsel an den Ausgängen der Endstufe 17 wird der aus dem Serien-Kondensator 18 und der Lrregerwicklung 6 gebildete Ausgleichskreis umgeladen. Auf Grund der vorliegenden Zeitlconstante erfolgt diese Umladung relativ kurzzeitig, so daß auch der Energieverbrauch in tragbaren Grenzen gehalten werden kann.
  • Mit einer jeden durch die Reihenschaltung von Serien-Kondensator 18 und Erregerspule 6, sowie die Umpolung der Ausgänge der Endstufe 17 hervorgerufenen beaufschlagung des Stators 4 erfolgt eine Fortstellung des Rotors 1 tun 1800.
  • Die Forstellung der Magnetpolungen NS an der Peripheri 2 des Rotors 1 erfolgt stets von den kleinen Luftspalten 5' nach den größeren Luftspalten 5", da bei einer Polbewegung in diesem Bereich das höchste ##/## erzielbar ist.
  • Der beaufschlagende Impuls in der Erregerwicklung 6, der durch die Umschaltung der Endstufe 17 und die damit einhergehende Umladung des Serien-Kondensators 18 über die Erregerwicklung 6 bedingt ist, dauert nur kurzzeitig, so daß der weitergestellte Rotor 1 nach Abklingen des Impulses in der Erregerwicklung 6 und damit im Stator 4 einer freien Einstellung innerhalb der Luftspalte 5 überlassen ist.
  • Wie vorstehend schon dargelegt l^%urde, stellt sich der Rotor 1 mit seiner diametralen Hagnetisierung t; i den Bereich der diametral einander gegentiberliegenden engen Luftspalte 5' ein. Die Fixierung in diesem Bereich durch das verbleibende permanentische Feld des Rotors ist mit Rücksicht auf die für den Schrittmotor gleichzeitig geforderten nlaufeigenschaften magnetisch nicht ganz eindeutig ausgeprägt, so daß der Rotor 1 auf Grund der ihm gleichzeitig bei der Fortstellung erteilten kinetischen Energie im Bereich dieser Linstellung in den Luftspalten 5' zunächst pendelt bzw. ausschwingt, und zwar solange, bis die ihm vorher vermittelte kinetische Energie durch mechanische und magnetisch/elektriscne Verluste aufgezehrt ist.
  • Diese Schwingbewegung des Rotors 1 wird noch durch das mit dessen Trägheitsmasse gekoppelte Trägheitssystem zusätzlich verstärkt, welches durch das Sekundenrad und den mit diesem gekoppelten Sekundenzeiger gebildet wird.
  • Das beschriebene Ausschwingen des Rotors 1 hat nun einen bereits einleitend beschriebenen, optisch äußerst störenden Schwing- oder Flattereffekt auch des Sekundenzeigers zur Folge, der ästhetisch nachteilig ist und auch einen höheren Verschleiß innerhalb des Uhrwerkes zur Folge hat.
  • Die Schwingungs- oder Flatterfrequenz ergibt sich einerseits aus den durch den Rotor 1, des Sekundenrad und den Sekundenzeiger gebildeten Trägheitssystem uiid andererseits aus der Rückstellkraft des permanenten magnetfeldes, welcher der Rotor 1 in schon Luftspalten 5 zwischen dessen Peripherie 2 und den Polschuhen 1) ausgesetzt ist.
  • Gemäß einer bekannten Anordnung nach dem Stand der Technik ist in der Fig. ib dem Rotor 1 einc Dämpfungsscheibe 13 zugeordnet, die lateral an diesen durch eine Schraubenfeder 12 angecfrückt wird. Durch die Friktionskupplung zwischen Dämpfungsscheibe 13 und Rotor 1 wird bei den Ausschwingbewegungen des letzteren ein gewisser Dämpfunseffekt erzeugt, der eine gewisse Verringerung der Schwingneigung des Rotors 1 im permanenten Feld zwischen diesem und den Polschuhen 3 zur Folge hat Der Effekt ist jedoch nicht befrzligend und insbesondere bei kleineren Abmessungen des Rotors 1 kaum mehr festellbar.
  • Gemäß der Erfindung soll nun nach der Verabfolgung des den permanentmagnetischen Rotor um eine Schritteilung weiterführenden Antriebsimpulses bei Erreichen dieser neuen Schrittstellung der rotor durch mindestens einen weiteren, die Verharrung des letzteren in der neu erreichten Schrittstellung begünstigenden Impuls zusätzlich beaufschlagbar seien.
  • Das heißt, unter Bezugnahme auf die Fig. 2 nach der Vollendung der Forstellung des Rotors 1 um eine Schrittteilung, d. h. um 18o0, soll diesem zur Unterbindung der der Forstllung folgenden mechanischen Ausgleichsschwingungen innerhalb des permanenten Feldes wenigsten ein Impuls so zugeführt werden, daß dieser unmittelbar ohne wesentliche Ausschwinvorgänge in der neu eingenommenen Position innerhalb des Feldes verharrt Vermittels Beaufschlagung des Rotors 1 durch wenigstens einen zusätzlichen Impuls soll also die diesem voii der letzten Fortstellung her verbliebene kinetische energie unmittelbar aufgezehrt und der Rotor 1 mjglichst augenblicklich in seiner neuen Schrittposition stabilisiert werden.
  • Die Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform des polarisierten Schrittmotors nach der Erfindung. IIierbei stellen die Fig. 4a eine Vorderansicht, die Fig. 4b eine Seitenansicht und die Fig. 4c eine Ansicht von oben auf den polarisierten ,chrittmotor nach der Erfindung dnr. Gemäß einer zweckmäßigen Ausführunsform der Erfindung wird bei dem polarisier-ten Schrittmotor der Fig. 4 ein die Ausschwingbewegun des Motors 1 kennzeichnendes induktives Kriterium zur Auslösung des wenigstens einen den Rotor zusätzlich beaufschlagenden Impulses verwendet: Hierzu ist dem Stator 4 des polarisierten Schrittmotors nach der Erfindung ein Nebenstator 20 zugeordnet, der eine Steuerwicklung 21 in Form der Spule 22 trägt und der den in axialer Richtung verlängerten Rotor 1 mit Polschuhen 2 umschließt.
  • Durch die Verstellbewegung des diametral magnetisierten Rotors 1 wird in dem Nebenstator So eine Flußänderung hervorgerufen, die in der Steuerwicklung @1 nach dem Induktionsgesetz U = (##/##) # (##/##)w einen Spannungsimpuls induziert, welcher gemäß der erfindung zur Auslösung des den Rotor zusätzlich beaufschlagenden wenigstens einen weiteren Impulses verwendet wird.
  • Die Fig. 5 zeigt eine dem erfinderischen Zweck angepaßte abgewandelte Ausführungsform der Schaltungsanordnung nach Fig. 3.
  • Die Erregerewicklung 6 ist einerseits iiber den -erien-Kondensator 18 mit den Eingänge der Endstufe 17 verbunden und wird von dieser in der von dem Frequnezteiler 16 verabfolgten Taktfolge beaufschlagt. Diese Beaufschlagung führt zunächst zur Verstellung des Rotors 1 um eine Schrittstellung, d.h. dem gegebenen Ausführungsbeispiel entsprechend um 180°. Während der Vollziehung dieser Fortstellung wird ein Verstärker 25 über den Ausgang 26 der Endstufe 17 gespert. eine während der Fortstellbewegung des Rotors 1 der Steuerspule 21 übermittelte induzierende Beaufschalgung, die über die Anschlüsse a, b dem Eingang des Verstärkers zugeführbar ist, bleibt also zunächst ohne Wirkung.
  • Ist der von der endstufe 17 verabfolgte Impuls beendet, so wird gleichzeitig auch die über den Ausgang 26 vermittelte ;perrun£; des Verstärkers 25 aufgehoben, so daß nunmehr durch Ausschwingvorgänge bedingte bzw.
  • verursachte induktive Beeinflussungen der Steuerspule 21 von dem Verstärker 25 aufgenommen und nach Umwandlung in einen entsprechenden Leistungspegel als zusätzliche Impulse der Erregerwickloung 6 übermitelbar sind. Hierbei ist eine solche Wahl der Phasenlage zu der Steuerwicklung 21 und der Erregerwicklung 6 vorgenommen, daß eine degenerative Kopplung zwischen Sin- und Ausgang des Verstärkers 25 zustande kommt, so daß das System in sich bestrebt ist, den Rotor 1 durch eine zumindest an den Rand der Aperiodizität führende Dämpfung umgehend zu stabilisieren Hierbei wird die Anordnung zweckmäßig so getroffen, daß der Verstärker 25 mit seinen ihn bildenden elektronischen Bauelementen mit der die Qaurzschwingstufe 15, den Frequenzteiler 16 und die endstufe 17 umfassenden integrierten Schaltung des elektronischen Quarzuhrenteiles vereinigt, ja zweckmäßig mit diesem halbleiter-technisch integriert ist.
  • Durch die zwischen der Steuerwicklung 21 und der Irregerwicklung 6 gewählte mehr oder weniger gegenphasige Kopplung wird sozusagen dem durch den Schrittmotor nach der Erfindung mit der Schaltung sanordnung nach big. 5 gebildeten elektrisch-mechanischem System eine als starke Dämpfung wirkende negative Verstärkung zugeführt, welche in ihrer Wirkung den Effekt der an und für sich dem Rotor system 1 schon anhaftenden friktiven und elektriscilen Verluste (Wirbelströme, Hysterese) bei weitem übertrifft.
  • Zur Demonstration ist die Anordnung des polarisierten Schrittmotors nach der Erfindung, insbesondere in den Fig. 4b und 4c der Deutlichkeit halber räumlich aufwendiger dargestellt, als diese der Wirklichkeit entspricht.
  • Die Anordnung des polarisierten Schrittmotors nach der Erfindung läßt sich sehr kompakt und raumsparend aufbauen, da der Nebenstator 20 und die von diesem beaufschlagte Steuerwicklung 21, die als Spule 22 ausgebildet ist, sehr klein und raumsparend ausgebildet sein können. Die Pol schuhe 23 des Nebenstators 20 erlauben zudem im Bereich der diametralen Magnetisierung des Rotors 1 eine die Regelcharakteristik des Systemes besonders betonende Ausbildung des Luftspaltes, so daß auch hierdurch eine besonders wirksame Unterbindung der störenden mechanischen Ausgleichsschwingungen des Rotors 1 erzielt werden kann.
  • Die Stabilisierungswirkung der Anordnung nach der Erfindung auf den permanentmagnetischen Rotor 1 ist natürlich von der von dem Verstärker 25 verabfolgten und der Erregerwicklung 6 in den Impulspausen der Endstufe 17 während der Phasen der Ausschwingbewegung des Rotors 1 zuführbaren Leistung abhängig.
  • Bei Inkaufnahme eines nicht sehr wesentlichen zusätzlichen Stromverbrauches kann der Dämpfungseffekt auf den Rotor 1 noch wesentlich gesteigert werden. Hierbei ist von Bedeutung, daß während der eigentlichen Fortschaltung des Rotors 1 während der Impuls gabe durch die Endstufe 17 eine dämpfende Beeinflussung über die Erregerwicklung 6 durch den gesperrten Verstärker 25 unterbunden ist und somit das nach dem Zeigerwerk weiterleitbare Drehmoment durch die Anordnung nach der Erfindung nicht beeinträchtigt ist.
  • In Fig. 6 ist nun ein Impulsdiagramm der Anordnung nach der Erfindung bei jedoch abgeschaltetem Verstärker 25 dargestell-t. Es is-t zunächst erkennbar, wie der Nagnetfluß + einer Ruhephase beim Fortschaltvorgang des Rotors 1 nach - 0 umschaltet und danach eine Reihe von mechanischen Ausschwingvorgängen sich an die eigentliche Umschaltung anschließen, und welche in der Steuerwicklung 21 zwischen +U und -U pendelnde Induktionsimpulse zur Folge haben, die zusammen mit den mechanischen Schwingungen des Rotors 1 aus schwingen.
  • Diese ausschwingenden Vorgänge sind beispielsweise dargestellt, von ihnen geht die Erfindung aus, denn diese Ausschwingvorgänge sollen unter der Wirkung der induzierten Spannungsimpulse auf den Verstärker 25 geradezu unterbunden werden.
  • Die Fig. 6b schließlich zeigt ein Impulsdiagramm der Anordnung nach der Erfindung bei eingeschaltetem Verstärker 25. ils ist erkennbar, daß lediglich noch im Bereich der Aperiodizität liegende Ausschwingvorgänge zu verzeiclmen sind, die vermittels zwischen +U und -U noch auftretender Spannungsstöße über den Verstärker 25 beinahe unterdrückt sind.
  • Der während der Fortstellung des Rotors 1 ents tehende starlce Spannungsipuls von 0 nach +U, der durch den Flußwechsel zwischen +#und - bedingt ist, kommt nicht zur Geltung, er ist durch die Sperrung des Verstärkers 25, die während der Fortstellung des Rotors 1 wirksam wird, in seiner Wirkung unterbunden.
  • Die Schaltungsanordnung nach Fig. 8 zeig-t eine Weiterbildung der Erfindung. Danach entfällt die bei dem polarisierten Schrittschaltwerk nach der Erfindung in Fig. 4 dargestellte Steuerwicklung 21, welche über einen T*ebenstator 20 beaufschlagbar ist.
  • Statt dessen ist nur eine Wicklung, nämlich die Erregerwicklung 6 und der Verstärker 25 vorgesehen und die Steuerung des wenigstens einen nachgesetzten Impulses wird durch diese eine Wicklung 6 mit übernommen. Hierzu kann in dem Verstärker 25 eine Gabel- oder Brtickenschaltung bekannter Art vorgesehen sein, welche die Funktion der Erregungswicklung 6 und des Verstärkers 25 in einer Zweipolanordnung als negativer Widerstand ermöglicht.
  • Der .iirkunlTsgrad einer solchen Anordnung ist nicht so günstig, wie bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 5 und der Verstärker ist etwas komplizierter im Aufbau.
  • Dafür ist jedoch der Aufwand geringer, dein die Steuerwicklung 21 und der Nebenstator 20 können beide entfallen.
  • Außerdem entfallen zwei zusätzliche Anschlüsse (a, b), an dem alle Baugruppen zusammenfassenden elektronischen integrierten Baustein.
  • Das polarisierte Schrittschaltwerk nach der Erfindung mit der Schaltungsanordnung nach Fig. 5 kann demnach einen recht einfachen Aufbau aufweisen. Fs s entspricht dann dem bekannten polarisierten Schrittschaltwerk nach Fig. 1.
  • Auf die Dämpfungsscheibe 13, die dort dem Stand der Technik entsprechend dargestellt und beschrieben ist, kann dann in aller Regel verzichtet werden. Es ergibt sich dann ein sehr flacher, raumgünstiger Aufbau des polarisierten Schrittschaltwerkes. Eine solche Ausführungsform des polarisierten Schrittschaltwerkes nach der Erfindung ist in Fig . 7 dargestellt.
  • Der Verstärker 25 ist während der von der Endstufe 17 über den Serien-Kondensator 18 zur Fortatellung des Rotors 1 übermittelten Impulsgabe über den Ausgang 26 der Endstufe 17 abgeschaltet, um auch hier eine unerwünschte Beeinflussung der Fortstellung des Rotor 1 zu unterbinden.
  • Der Verstärker 25 ist gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung als Gegentaktverstärker ausgebildet. Dadurch ist die Verabfolgung eines den Rotor 1 stabilisierenden Impulses auf der Erregerspule 6 in einer jeden Halbphase einer Schwingung des Rotors 1 möglich. Daraus resultiert eine besonders wirksame Beeinflussung des Rotors 1 im Sinne eines möglichst schnellen Verharrens desselben nach einer Fortschaltung in seiner Ruheposition.
  • Die Erfindung ermöglicht eine verhältnismäßig einfache und sehr wirksame Stabilisierung des Rotors eines polarisierten Schrittmotors, insbesondere fUr eine elektronische Quarzuhr mit Sekundenzeiger. Die Anordnung arbeitet ohne zusätzliche bewegliche Teile und demnach verschleißfrei, geräuschlos und mit gleichbleibenden Eigenschaften.
  • - Patentansprüche - L e e r s e i t e

Claims (15)

  1. Patentansprüche Polarisierter elektrischer Schrittmotor, insbesondere mit permanentmagnetischern, intermittierend in ein und derselben Drehrichtung for-tschaltbarem Rotor und wenigstens einer Erregerspule, bevorzugt zur Anwendung als elektromotorischen Wandler für elektronische Quarzuhrwerke mit einer elektronischen Impulsgeberschaltung, vorzugsweise quarzgesteuerter Frequenzteilerschaltung, durch welche die Erregerspule solchermaßen intermittierend bestrombar ist, daß der Rotor durch wechselnden Magnetfluß beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, daß nach Verabfolgung eines den permanentmagnetischen Rotor (1) um eine Schritteilung weiterführenden elektrischen Antriebsimpulses bei Erreichen dieser neuen Schrittstellung des Rotors (1) dieser durch mindestens einen weiteren, die Verharrung des letzteren in der neu einzunehmenden Schrittstellung begünstigenden Impuls zusätzlich beaufschlagbar ist.
  2. 2. Polarisierter elektrischer Schrittmotor, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verabfolgung des weiteren elektromagnetischen Impulses auf den Rotor (1) die Erregerspule (6) durch wenigstens einen weiteren Stromimpuls zusätzlich nochmals bestrombar ist.
  3. 3. Polarisierter elektrischer Schrittmotor, nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem mindestens einen weiteren, den Rotor (1) im Sinne der Erzielung einer Verharrung desselben beaufschlagenden Impuls wenigstens noch ein dritter, in seiner Intensität Jedoch schwächerer Impuls nachgeordnet ist.
  4. 4. Polarisierter elektrischer Schrittmotor, nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine weitere, den Rotor (1) beaufschlagende Impuls durch eine vom permanentmagnetischen Rotor (1) über eine von diesem magnetisch beaufschlagbare Wicklung (21) erzeugte induktive Wirkung auslösbar ist.
  5. 5. Polarisierter elektrischer Schrittmotor, nach Anspruch 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine weitere, den Rotor (1) beaufschlagende Impuls phasenrichtig, d.h.
    der 'chwingneigung entgegenwirkend, dem Rotor (1) zuführbar ist.
  6. 6. Polarisierter elektrischer Schrittmotor, nach Anspruch 1, 2, 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der in einer vom Rotor (1) magnetisch beaufschlagbaren Wicklung (21) erzeugte induktive Impuls über eine verstärkende einordnung (25) einer den Stator beaufschlagenden Wicklung (6) zuführbar ist; bei einer solchen Wahl der mechanisch-elektrischen Rückkopplung, daß das mechanisch elektrische System degenerativ beaufschlagbar ist.
  7. 7. Polarisierter elektrischer Schrittmotor, nach Anspruch 1, 2, 4 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Rotor (1) ein zweites Statorsystem (20) mit einer eigenen Wicklung (21) zugeordnet ist, von welcher der induktive Steucrimpuls ableitbar ist.
  8. 8. Polarisierter elektrischer Schrittmotor, nach Anspruch 1, 2, 4 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (25) im Gegentaktbetrieb arbeitet und durch diesen die Erregungsspule (6) bipolar beaufschlagbar ist.
  9. 9. Polarisierter elektrischer Schrittmotor, nach aspruch 1, 2, 4 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Endstufe (17) des Frequenzteilers (16) und der Verstärker (25) bezüglich ihrer Ausgänge derart miteinander verknüpft sind, daß durch den Verstärker (25) nur dann ein Impuls an die Erregerwicklung (6) verabfolgbar ist, wenn der Ausgang der Endstufe (17) nicht bestromt ist.
  10. 10. Polarisierter elektrischer schrittmotor, nach Anspruch 1, 2, 4 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß der wenigstens eine weitere Impuls im Verstärker (25) durch die vom Rotors (1) beaufschlagt Erregerwicklung (6) selbst induktiv auslösbar ist.
  11. 11. Polarisierter elektrischer Schrittmotor, nach Anspruch 1, 2, 4 - 6, lo, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (25) als negativer iiderstandsverstärker ausgebildet ist.
  12. 12. Polarisierter elektrischer Schrittmotor, nach Anspruch 1, 2, 4 - 6, 1o, 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärker (25) wenigstens einen als Gabel- oder Brückenschaltung ausgebildeten Schaltungszweig aufweist.
  13. 13. Polarisierter elektrischer Schrittmotor, nach Anspruch 1, 2, 4 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung des Verstärker (25) mit in die Schaltungsanordnung der elektronischen Quarzuhr (15, 16, 17) einbezogen ist und die einzelnen elektronischen Baugruppen zu einem einzigen Baustein integriert sind.
  14. 14. Polarisierter elektrischer ochrittmotor, nach Anspruch 1, 2, 4 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß das zusätzliche Statorsystem (20) mit seiner Wicklung (21) zum ei entlichen Stator (4) verstellbar angeordnet ist.
  15. 15. Polarisierter elektrischer Schrittmotor, nach Anspruch 1, 2, 4 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Polschuhe (23) des zusätzlichen Stators (20) in ihrem Luftspalt (5, 5', 5'') zur Peripherie (2) des Rotors (1) eine die Erzeugung eines induktiven Impulses in der Wicklung (21) in wenigstens einer bestimmten Phasenlage des Rotors (1) begSins-tigende Profilführung aufweisen.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4455499A (en) * 1981-12-17 1984-06-19 Vdo Adolf Schindling Ag Two-phase stepping motor

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