-
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