DE2847921A1

DE2847921A1 - Schrittmotor fuer eine elektrische uhr

Info

Publication number: DE2847921A1
Application number: DE19782847921
Authority: DE
Inventors: Akira Torisawa
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 1978-04-18
Filing date: 1978-11-04
Publication date: 1979-10-31
Also published as: GB2020913A; FR2423908A1; HK18784A; FR2423908B1; SG64483G; GB2020913B; DE2847921C2; JPS54153313U

Description

DIPL.-PHYS. F. ENDLICH germering 2 . November 1978 PATENTANWALT β E/Ei TELEFON MÜNCHEN 84 36 38

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Meine Akte: D-4532

Anmelder: Kabushiki Kaisha Daini Seikosha, 31-1, 6-chome, Kameido, Koto-ku, Tokyo-to, Japan

Schrittmotor für eine elektrische Uhr

Die Erfindung betrifft einen Schrittmotor für eine elektrische Uhr, insbesondere für eine analoge Quarzuhr.

Fig. 1 zeigt einen bekannten Schrittmotor, der zwei Statorteile la und Ib, einen Kern 2 und einen Rotor 3 mit zwei Magnetpolen aufweist. Die Drehrichtung des Rotors wird durch Anordnung der Statorteile mit einer Höhendifferenz bestimmt. Durch Zufuhr entgegengesetzt gerichteter Stromimpulse (Fig. 2) kann der Rotor kontinuierlich gedreht werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen kostensparend herstellbaren Schrittmotor zu schaffen, der insbesondere für kleine Uhren verwendbar ist und der verbesserte antimagnetische Eigenschaften aufweist, so daß keine äußere Abschirmplatte erforderlich ist. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Anhand der Zeichnung soll dieErfindung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigen·

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Pig. 1 eine Draufsicht auf einen bekannten Schrittmotor;

Fig. 2 eine Wellenform zum Antrieb eines derartigen Schrittmotors;

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Schrittmotor gemäß der Erfindung;

Fig. 4 eine Darstellung des Verlaufs der magnetischen Feldlinien bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 3;

Fig. 5 den magnetischen Feldlinienverlauf bei Anordnung eines Rotationsellipsoids in einem homogenen Magnetfeld; und

Fig. 6 die Abhängigkeit des Verhältnisses der Flußdichte in einem magnetischen Material zu der äußeren Flußdichte von dem Verhältnis der Länge der kurzen Achse zu der langen Achse eines Rotationsellipsoids.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Schrittmotors gemäß der Erfindung ist ein einstückiger Stator vorgesehen, der aus einer Platte aus magnetischem Material besteht. Bei diesem Schrittmotor wird die Drehrichtung des Rotors durch zwei Aussparungen 8a, 8b bestimmt, die an dem Stator 4 ausgebildet sind. Bei dem in Fig. 1 dargestellten bekannten Schrittmotor findet für den Kern und den Stator Permalloy C (78% Ni) verwendung. Wenn jedoch wie bei dem Ausführungsbeispiel in Fig. 3 ein einstückiger Stator 4 mit Einschnürungen 7a, 7b verwandt wird, ergibt sich eine Sättigung, so daß es erforderlich ist, die Querschnittsabmessung des Kerns zu vergrößern, um den Betrag des Magnetflusses für eine Sättigung des Stators zu kompensieren. Dadurch wird jedoch der Widerstandswert geringer, wodurch der Wirkungsgrad höher wird und der Kern größer wird, wodurch der Wirkungsgrad des Schrittmotors verringert wird. Schwierigkeiten dieser Art sollen durch die Erfindung vermieden werden.

Fig. 4 zeigt den Magnetfluß in dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Schrittmotors gemäß der Erfindung. 01 ist der Magnetfluß, der an dem Rotor 6 auftritt, 02a und 02b der Magnetfluß, der zur Sättigung der Bereiche 7a und 7b

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des Stators 4 in dem Magnetfluß erforderlich ist, der durch den Rotor 6 erzeugt wird. 03 ist der Magnetfluß, der von einem äußeren magnetischen Feld in dem Kern 5 erzeugt wird. Der weitere Magnetfluß 04 zum Antrieb des Rotors 6, nachdem die Teile 7a und 7b des Stators 4 gesättigt sind, ist nicht dargestellt, da diese Plußdichte sehr klein im Vergleich zu den anderen Flußdichten ist.

Ein Schrittmotor entsprechend Fig. 1 hat beispielsweise folgende Abmessungen:

Außendurchmesser des Rotors 1,3 mm

Dicke des Rotors 0,6 mm

Innendurchmesser der Öffnung

des Stators 2,0 mm

Dicke des Stators 0,7 mm

Kern 1 mm - 1 mm

Länge . 10 mm

Material des Rotors SmCo_g

Material des Stators Permalloy C

Material des Kerns Permalloy C

Bei diesem bekannten Motor beträgt 01 = 40 Maxwell, 02 = 2 · 0,01 · 0,07 · 7200 = 10,8 Maxwell (die Breiten der Teile 7a und 7b sind 0,1 mm, die Dicke davon beträgt 0,7 mm, die Sättigungs-Flußdichte 7200 Gaus). Es ergibt sich deshalb für 00 = 01 + 02*5 51 Maxwell.

Die Magnetfluß-Kapazität des Kerns beträgt 0c = 7200 ■ 0,1 -0,1= 72 Maxwell. Deshalb ergibt sich eine Toleranz entsprechend 0c - 00^20 Maxwell. Diese 20 Maxwell werden durch ein äußeres Magnetfeld verursacht, durch welches ein Magnetfluß auf den dünnen länglichen Kern des Schrittmotors konzentriert wird.

Fig. 5 zeigt die magnetische Flußdichte eines Rotationsellipsoids, welches der Form (Länge und Breite) eines Kerns entspricht, und in einem homogenen Magnetfeld angeordnet ist. Im Vergleich zu der äußeren Flußdichte ist die Flußdichte in dem

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Kern 100 mal so groß, wenn die Feldstärke des äußeren Magnetfelds 20 Gaus beträgt, beträgt die Flußdichte in dem Kern etwa 20 Maxwell, so daß die Sättigungsgrenze des Kerns 5 erreicht wird. Wenn der Kern 5 gesättigt ist, wird keine Antriebsleistung auf den Rotor 6 übertragen, so daß dieser sich nicht drehen kann. Damit ein Schrittmotor antimagnetisch ist, muß deshalb eine äußere Feldstärke von 20 Gaus abgeschirmt werden, weshalb bisher eine Abschirmplatte in der Umgebung eines derartigen Schrittmotors erforderlich war.

Ferner ist eine Querschnittsabmessung von 1mm· 1 mm für den Kern bekannter Schrittmotoren zweckmäßig im Hinblick auf den Wirkungsgrad des Schrittmotors, so daß es erforderlich ist, den Querschnitt des Kerns 5 zu verringern. Ein für einen Kern geeignetes Material, das eine höhere magnetische Permeabilität und eine höhere Flußdichte als Permalloy-78 besitzt, ist Permalloy-45, das eine Sättigungs-Flußdichte von 12000 Gaus besitzt. Um dieselbe Kapazität für die Flußdichte wie bei dem bekannten Kern aus Permalloy-78 mit einem Querschnitt von 1 mm - 1 mm zu erzielen, beträgt bei verwendung von Permalloy-45 der Quer-

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schnitt (7200/12000) · 1 mm =0,6 min . Deshalb können dann Querschnittsabmessungen von 0,8 mm · 0,8 mm gewählt werden, so daß es dadurch möglich ist, den Wirkungsgrad eines Schrittmotors zu verbessern.

Tabelle 1 zeigt die Eigenschaften von Kernen mit Quer-

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schnitten von 0,8 mm und 1,0 mm , auf welche eine Spule mit dem jeweils selben Durchmesser aufgewickelt ist, so daß sich der gleiche Außendurchmesser ergibt:

Eigenschaften —^

Querschnittsabmessung J widerstand windungen ^N '^τ

ν der Spule

" - ' ^Λ 9300 ; 5,84

8200 5,5O

O, 8 mm	• 0,8 mm	2,	5	kil	il/m
1,0 mm	• 1,0 mm	2,	3	lc Xl	5 mm
Spule:				51	2 mm
Außendurchmesser der Spule:			2,
Länge der Spule:			8,

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Das Verhältnis der magnetomotorischen Kraft dieser Kerne beträgt 1,06, so daß der Wirkungsgrad eines Schrittmotors um etwa 6% erhöht werden kann. Deshalb ist es möglich, den Wirkungsgrad des Schrittmotors durch Verwendung von Permalloy-45 als Kernmaterial für den Kern 5 zu verbessern, welches Material eine hohe magnetische Permeabilität und eine hohe Sättigungs-Flußdichte aufweist.

Wie aus Fig. 6 ersichtlich ist, hängt das Verhältnis der Flußdichte 0va in dem magnetischen Material zu der äußeren Flußdichte 0a von dem Verhältnis der kurzen Achse Al zu der langen Achse A2 des Rotationsellipsoids ab. Das äußere Magnetfeld, das auf den Kern konzentriert wird, wird deshalb bei Verkürzung des Kerns 5 kleiner, wenn der äußere Magnetfluß weniger als 20 Maxwell beträgt, kann auf eine Abschirmplatte verzichtet werden.

Wie ferner aus Fig. 6 ersichtlich ist, ist es zweckmäßiger, ein Äbme s sungsve rhältnis von weniger als 1 : 10 zu wählen.

Wenn der Querschnitt des Kerns rechteckförmig ist, ergibt sich (Länge + Breite)/2. Wenn die Querschnittsform des Kerns kreisförmig ist, ergibt sich ein Durchmesser.

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Claims

Patentansprüche

1. Schrittmotor für eine elektrische Uhr, insbesondere für eine analoge Quarzuhr, gekennze ichne t durch einen einstückigen Stator (4) aus einem Material mit einer hohen Sättigungs-Flußdichte, welcher den Rotor (6) umgibt, wobei die Sättigungs-Flußdichte des Kerns (5) größer als diejenige des Stators (4) ist.

2. Schrittmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß angrenzend an die den Rotor (6) aufnehmende Öffnung gegenüberliegende Einschnürungen (7a, 7b) an dem Stator (4) ausgebildet sind.

3. Schrittmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß entlang dem Außenumfang der. Öffnung in dem Stator (4) zwei gegenüberliegende Ausnehmungen (8a, 8b) vorgesehen sind.

4. Schrittmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sättigungs-Flußdichte in dem Kern (5) etwa 12000 Gaus und in dem Stator (4) etwa 7000 Gaus beträgt.

5. Schrittmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennze ichne t, daß derQuerschnitt

des Kerns (5) kleiner als O,8 mm ist.

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6. Schrittmotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Breite zu der Länge des von der Spule umwickelten Teils des Kerns (5) kleiner als 0,1 ist.

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