DE3041402A1 - Mehrphasen-Schrittmotor fuer Uhrwerke - Google Patents

Description

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Mehrphasen-Schrittmotor für Uhrwerke

Die Erfindung betrifft einen Mehrphasen-Schrittmotor zum Direktantrieb der Achse des Sekunden- oder Minutenzeigers eines Uhrwerks, mit einem scheibenförmigen Rotor, der so magnetisiert ist, daß er wenigstens auf einer Seite 2N

abwechselnd negative und positive Pole aufweist und mit wenigstens zwei Statorteilen, deren jedes einen magnetischen Kreis aus magnetisch permeablem Material enthält und mit einem Spalt, in dem sich die Pole des Rotors bewegen und die jeweils wenigstens eine Spule aufweisen, die mit dem magnetischen Kreis gekoppelt ist und der ein periodischer Steuerstrom zugeführt wird, wobei die Anordnung so gewählt ist, daß die Anzahl der pro Stromperiode ausgeführten Schritte P gleich 60 m/N ist, wobei m = 1,2,3... ist.

In elektronischen Uhrwerken,insbesondere in Quarzuhren, ist das von den beweglichen Teilen zwischen dem Rotor des Motors und der Achse der Sekunden- oder der Minutenzeiger und das von den abwechselnden Berührungen zwischen den Zähnen der einzelnen Antriebsteilen erzeugte Geräusch relativ groß und störend. Es ist daher wünschenswert über einen Motor zu verfügen, der den direkten Antrieb der Achse für die Sekunden oder die Minuten ermöglicht um so einen möglichst geräuschlosen Aufbau zu erzielen.

Die vorliegende Erfindung hat sich zum Ziel gesetzt, einen Motor mit m · 60 Schritten pro Rotoruir.drehung zu'schaffen, der einen besonders einfachen und zuverlässigen Aufbau besitzt. Die Erfindung zielt ebenfalls darauf hin, den Herstellungspreis des Motors zu verringern, unter anderem im Hinblick auf den notwendigen Steuerkreis und die Herstellungs-

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toleranzen bei der Großserienfertigung.

In der beigefügten Zeichnung sind beispielsweise verschiedene Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Schrittmotors dargestellt, während die Vorteile und Eigenschaften gemäß der Erfindung deutlich aus der Beschreibung hervorgehen, die im nachfolgenden im Zusammenhang mit verschiedenen Ausführungsformen erstellt ist.

In der Zeichnung zeigen:

Figur 1 eine teilweise Aufsicht eines dreiphasigen monopolaren erfindungsgemäßen Motors;

Figur 2 einen Schnitt entlang der gestrichelten Linie II-II des Motors in Figur 1;

Figur 3 eine teilweise Draufsicht eines dreiphasigen heteropolaren erfindungsgemäßen Motors;

Figur 4 einen Schnitt entlang der gestrichelten Linie IV-IV ' des Motors von Figur 3;

Figur 5 eine Draufsicht eines erfindungsgemäßen zweiphasigen homopolaren Motors;

Figur 6 einen Schnitt entlang der gestrichelten Linie VI-VI des Motors von Figur 5;

Figur 7 eine teilweise Draufsicht des Motors von Figur 5 und seiner Magnetisierung;

Figur 8 einen Schnitt ähnlich denjenigen von Figuren 2 bis eines anderen Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen homopolaren Mehrphasen-Motors, und

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Figur 9 einen teilweisen Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Motor, wobei jedes Statorteil zwei U-förmige Stücke aufweist.

Die beispielsweise beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen basieren auf den folgenden Betrachtungen. Die Verwirklichung von Rotoren in Form von mehrpoligen Magneten mit N Polpaaren zur Verwendung in Uhrmotoren, ist in der Praxis begrenzt durch Maximalwerte von N= 15. Die Mehrphasensteuerung der Spulen der Statorteile ermöglicht P Sahritte pro elektrische Periode zu erzielen, so daß der Motor N.P Schritte pro Umdrehung ausführt. Da die Anzahl der Spulen sowie die Anzahl der Transistoren in der Ausgangsstufe des Steuerkreises und die Zahl seiner Anschlüsse an P gebunden ist, ist es vorteilhaft, P klein zu halten. Andererseits, wählt man eine unipolare oder bipolare Ansteuerung (Impulse gleicher oder abwechselnder Polarität), so muß in Betracht gezogen werden, daß die bipolare Ansteuerung vier Transistoren und zwei isolierte Drähte pro Spule erfordert, gegenüber einem,bzw. zwei Transistoren und einem einzigen isolierten Draht pro Spule, die von unipolaren Impulsen angesteuert wird. Unter diesen Bedingungen bestehen die bevorzugten Lösungen für einen Motor, der 60 Schritte pro vollständiger Umdrehung des Rotors ausführt, aus:

1) P = 4, N = 15, zweiphasiger Motor, bipolare Ansteuerung,

2) P = 4, N = 15, zweiphasiger Motor, unipolare Ansteuerung mit Spulen im Mittelpunkt,

3) P = 6,N = 10, dreiphasiger Motor, unipolare Ansteuerung,

4) P= 6, N.= 10, zweiphasiger Motor mit Phasenwinkel von 120° und bipolarer Ansteuerung,

5) P= 6, N= 10, zweiphasiger Motor mit Phasenwinkel von 120° und unipolarer Ansteuerung mit Spulen im Mittelpunkt.

Es sei bemerkt, daß die Lösungen 2, 3 und 5 vier bzw. drei und vier Transistoren erfordern, ohne daß die noch möglicher-

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weise erforderlichen Dämpfungstransistoren zum Selbstkurzschluß der nicht beaufschlagten Spulen berücksichtigt sind. Werden Dämpfungstransistoren verwendet, so sind die Lösungen 1 und 4 den Lösungen 2 und 5 vorzuziehen, die gleichzeitig hur die Hälfte der Spulen verwenden, die gleich der Gesamtzahl der Transistoren ist. Es sei auch bemerkt, daß für P = 4 mit zweiphasigem Motor die beiden Spulen gleichzeitig für alle vier Zustände beaufschlagt werden können. Eventuelle Verschiebefehler der beiden Phasen bei ΤΓ/2 (elektrisch) sind ohne Einfluß auf den pro Schritt durchlaufenen Winkel, da allein die Amplitude des Feldvektors beeinflußt wird. Bei den Lösungen 4 und 5 hingegen wird abwechselnd eine Phase, danach zwei Phasen angesteuert. Diese Lösungen sind demzufolge durch Verschiebefehler beeinflußbar, welche hingegen nicht kumulativ auftreten.

Bei allen Lösungen liegt ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Motors darin, daß besonders einfache Statorteile verwendet werden , deren magnetischer Kreis z.B. aus einem einzigen Stück gebildet wird, wobei alle Teile identisch sind, so daß die Verwendung von zwei oder drei Teilen aus wirtschaftlicher Sicht akzeptabel ist.

Der in den Figuren 1 und 2 dargestellte Motor weist einen scheibenförmigen Rotor 1 auf, der axial derart magnetisiert ist, daß er auf jeder seiner Flächen 2N abwechselnd positiver und negativer Pole aufweist. Die gestrichelten durch N und S bezeichneten Teile bezeichnen die auf einer Oberfläche des mehrpoligen Magneten auftretenden Pole , die im vorliegenden Beispiel N = 10 Polpaare sind. Figur 1 zeigt weiterhin zwei Statorteile 2 und 3, die jeweils ein U-förmiges Stück 4, 5 aus einem stark permeablen Material aufweisen, deren freie/f Enden die Polstücke des entsprechenden magnetischen Kreises bilden. Die Spulen 6, 7 sind an einem der Arme des U aufgewickelt und mit einem nicht dargestellten Steuerkreis ver-

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bunden.

Die Achse 8 des Rotors und die Statorteile sind an einem Teil der Halterung oder der Platine 9 befestigt, wobei die U-förmigen Stücke in Rillen in dieser Platine eingreifen können und dort durch einen Ring 10 gehalten werden, der mit der Platine 9 gegossen wird, wobei die Elastizität der Arme des U das Einfügen erleichtern.

Die dargestellten Statorteile sind radial ausgerichtet und derart angeordnet, daß die Pole des Rotors zwischen die Polstücke dieser Teile passen. Im Falle eines dreiphasigen Motors entsprechend der oben gegebenen Lösung 3 und im Fall eineszweiphasigen Motors gemäß der Lösung 5 weisen die Statorteile einen Winkelabstand von k.2 TC /N + 2 ^T/3N auf, wobei in Figur 1 der Fall dargestellt ist, in dem dieser Winkel gleich 120° ist und das dritte Statorteil für einen dreiphasigen Motor nicht eingezeichnet ist. Im Falle der oben genannten Lösung 2 beträgt der Winkelabstand zwischen den Statorteilen k.2 ff/N + TT/2N, Im vorstehenden ist k eine ganze Zahl und der Winkelabstand ist durch den Winkel gegeben, der zwischen den axialen Mittenebenen der Statorteile gebildet wird.

Die Figuren 3 und 4 zeigen einen erfindungsgemäßen heteropolaren Motor. In diesem Fall sind die Polstücke der Statorteile auf derselben Seite der Scheibe des Rotors 31 angeordnet und wirken mit den Polen zusammen, die auf der diesen Polstücken gegenüberliegenden Oberfläche des Magneten angeordnet sind, wobei die Polstücke, wie es Figur 3 zeigt, vorteilhafterweise die Form von magnetisieren Stücken des Rotors aufweisen. Zwei Spulen 32, 33 und 34, 35 sind auf den Armen der U-förmigen Stücke 36 bzw. 37 aufgebracht, von denen zwei im Ausführungsbeispiel von Figur 3 dargestellt sind. Man sieht, daß die Ausbildung der Stücke als U derart ist, daß die Spulen nacheinander auf die Arme des U aufge-

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wickelt werden können. Die Verschiebung zwischen den Polstücken eines Statorteils beträgt (2 k+1)iT/N, wobei k im allgemeinen eine ganze Zahl ist. Figur 3 zeigt die bevorzugte Lösung k = 1, die das Aufbringen von Spulen mit einem Außendurchmesser ermöglicht, der ausreichend groß ist, unter Beibehaltung einer geringen Länge des magnetischen Kreises.

Zur Erhöhung der Wirksamkeit der Magnete und zum Ausgleich der axialen Kräfte kann eine FlußrVerschlußplatte 38 aus magnetisch permeablem Material an der Seite des Rotors angeordnet sein, die den Statorteilen entgegengesetzt ist, wobei der Rotor wie vorher axial magnetisiert ist. Man kann auch den Magneten auf ein Scheibchen aus magnetisch permeablem Material aufbringen um so eine mit dem Rotor bewegliche Fluß-Verschlußplatte zu erhalten. Dadurch erhöht man die Wirksamkeit des Magneten, aber ebenfalls die axialen,auf den Rotor einwirkenden Kräfte.

Es sei bemerkt, daß die heterppolare Ausgestaltung des Motors vorzugsweise im Zusammenhang mit einer regelmäßigen Anordnung der Statorteile verwendet wird, z.B. mit zwei sich im wesentlichen diametral gegenüberliegenden Teilen für einen zweiphasigen Motor oder mit drei um 120° zueinander verschobenen Teilen für einen dreiphasigen Motor, wenn die Axialkräfte nicht kompensiert werden, damit die Resultierende der an der Achse des Rotors angreifenden Kräfte eine reine Kraft ist, die durch die Wirkung eines Axialanschlages kompensiert ist und nicht eine Kraft und ein Moment ist.

Bei einem Motor des Typs, wie er in Figur 3 dargestellt ist, kann man auch einen isotropen Magneten verwenden, dessen Magnetisierung girlandenförmig ist, d.h. daß die Pole nur auf einer der Scheibenflächen des Rotors vorhanden sind. Eine feste Platte aus permeablem Material , die zwischen den Polstücken der Statorteile angeordnet ist, kann dazu verwendet werden um die Wirksamkeit des Magneten zu erhöhen.

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Da es schwierig ist, einen Magneten herzustellen, dessen Flächen vollständig parallel zueinander sind und insbesondere einen Magneten großen Durchmessers völlig eben rotieren zu lassen, sieht die bevorzugte erfindungsgemäße Lösung vor , einen Magneten zu verwenden mit einer praktisch linearen Entmagnetisierung und einer derartigen Abmessung des magnetischen Kreises und der Rotorscheibe, daß jeder Magnet der Scheibe einen mittleren Arbeitspunkt aufweist, bei dem das Produkt B.H immer im wesentlichen kleiner als (B.H) des Magneten ist. Unter mittlerem Arbeitspunkt wird dabei der Mittelwert der Werte B.H während des Durchgangs des Magneten in der Nähe der Polstücke des Stators verstanden. Die Verwendung eines derart angepaßten Magneten führt zu einer Erhöhung des Spiels zwischen der Rotorscheibe und den Polstücken der Statorteile. Die Anpassung wirkt sich weiterhin vorteilhaft hinsichtlich der Fehler der Winkelverschiebung der Statorteile oder der Rotorabweichungen aus, die zu einer schlechten Kompensation der statischen Momente bei doppelten Frequenzen führen, welche sich theoretisch in einem Mehrphasenmotor vollständig annulieren können. Derartige Fehler haben die Wirkung, daß die Schritte ungleich werden und das Nutzmoment verringert wird. Will man andererseits ein erhöhtes Moment erhalten für eine gegebene Anzahl Ampere-Umdrehungen, muß das magnetische Potential des Magneten erhöht werden, indem z.B. ein Magnet größerer Energie gewählt wird, wodurch die Kompensationen schwieriger werden.

Zur Dämpfung des Motors kann das Kurzschließen der Spulen über einen gesättigten Transistor in manchen Fällen nicht ausreichend sein oder dieser Kurzschluß kann unerwünscht sein um die Oberfläche des integrierten Kreises durch Vermeidung zusätzlicher Transistoren zu reduzieren. In diesem Fall kann eine Kupferplatte vorgesehen sein, die in den Figuren 1, 2, und 4 mit entsprechenden Bezugszeichen 12 oder 38 bezeichnet ist, entweder oberhalb oder unterhalb der beiden Seiten des

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Magneten. Dies ermöglicht eine Dämpfung mittels Foucault-Ströme.

Die Figuren 5, 6 und 7 zeigen eine vorteilhafte Ausgestaltung eines homopolaren zweiphasigen Motors mit N = 15 Polpaaren und zwei Statorteilen, die derart angeordnet sind, daß man minimale Außenabmessungen des Motors erzielt. Der Winkel zwischen den axialen Ebenen, welche die Mittenebenen der beiden Statorteile bilden, ist gleich 30° (entsprechend k. = 1 in der oben angegebenen Beziehung). - ■

Der scheibenförmige axial magnetisierte Rotor 51 ist drehbar an einer Platine 52 angeordnet, welche die Statorteile 53, trägt sowie ein U-förmiges Stück 55, 56 aus stark permeablem Material sowie eine Steuerspule 57, 58, die auf einem Arm des entsprechenden U-förmigen Stücks aufgewickelt ist.

Die Steuerspulen 57, 58 werden mit impulsen abwechselnder Polarität versorgt, deren entsprechende Periode 1/15 der Rotationsperiode des Rotors entspricht und die eine Phasenverschiebung von einer Spule zur anderen von 1/60 der Rotationsperiode des Rotors aufweist. Man erhält demzufolge 60 Schritte pro vollständiger Umdrehung des Rotors im vorliegenden Fall in dem N = 15 ist.

Die Impulsdauern können erheblich kürzer als ihre Perioden sein, z.B. 7,8 ms für eine Periode von 2s, wenn die Gleichgewichtsstellung des Rotors ohne Strom aufrechterhalten wird. Zu diesem Zweck weist der in Figur 5 dargestellte Motor ein stationäres gezahntes Teil 59 auf, dessen Zahnung eine entsprechende Unterteilung in 60"Zähne über den vollständigen Winkel enthält. Das Teil 59 wirkt im vorliegenden Fall mit dem Umfangsteil des Rotors 51 zusammen , dessen Magnetisierung gemäß Figur 7 ausgestaltet ist. In dieser Figur sind die magnetisierten Teile des Rotors durch gestrichelte Linien begrenzt. Man sieht, daß die abwechselnd positiven und nega-

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tiven Pole N, S die Form von Sektoren 51' aufweisen, die durch radiale nicht magnetisierte Zonen 51" getrennt sind. Andererseits ist der Umfangsteil eines jeden Pols in zwei Teile pro nicht magnetisierter Zone 51^f' derart unterteilt, daß man gegenüber der Zahnung 59 4N magnetisierte Zusatzteile erhält, die mit der Zahnung 59 zusammenwirken, deren Winkelunterteilung gleichzeitig 360°/4N beträgt. Das Zusammenwirken der magnetisierten Zusatzteile des Rotors und der Zahnung 59 erzeugt eine Komponente des auf den Rotor einwirkenden Momentes, deren Frequenz das Vierfache der Grundfrequenz des Momentes aufgrund des Steuerstromes ist und bestimmt so die Gleichgewichtsstellung des. Rotors,wenn kein Strom anliegt.

Es sei bemerkt, daß ein ähnlicher gezahnter Teil , wie der Teil 59 des in Figur 5 dargestellten Motors, auch bei den anderen oben beschriebenen Ausführungsbeispielen verwendet werden kann. Bei einer heteropolaren Struktur gemäß Figur 3 kann dann die Platte 38 in Form einer Fluß-Verschlußplatte ausgeführt sein, d.h. aus magnetisch permeablem Material, und in ihrem dem Umfang des Rotors gegenüberliegenden Bereich, eine Zähnung mit 60 Zähnen aufweisen. Bei dem dreiphasigen Aufbau mit unipolarer Ansteuerung gemäß Figur 1 kann eine Zahnung mit 60 Zähnen pro Umfangswinkel an einem oder mehreren Teilen derart angeordnet sein, daß sie mit dem Umfangsteil des Rotors zusammenwirkt. Letzterer ist zu diesem Zweck ähnlich wie der von Figur 7 ausgestaltet, mit dem Unterschied, daß der Umfangsteil magnetisierte Zusatzzonen aufweist, mit der Breite der Zähne des stationären gezahnten Teils 59. Dies erhält, man durch dreifache Unterteilung eines jeden Pols an Umfang des Rotors mittels zweier nicht magnetisiefter, im Abstand voneinander angeordneter Zonen, wie z.B. 51'" oder mittels einer nicht magnetisierten Zone 51' ' ' , deren Breite so gewählt ist, daß zwei magnetisierte Zonen am Umfang des Rotors in jedem Sektor 51' entstehen. Es sei ebenfalls betont,

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daß bei der Lösung des dreiphasigen Motors mit unipolarer Ansteuerung und N = 10 nicht nur die Komponenten des Restmomentes mit doppelter Frequenz der Grundfrequenz des vom Strom stammenden Momentes verschwinden, sondern auch die Komponenten des Restmomentes der Grundfrequenz, die insbesondere aus den Abweichungen solcher Magnete entstehen, die, wie es heutzutage üblich ist, seltene Erden verwenden.

Figur 8 zeigt einen Schnitt ähnlich demjenigen der Figuren 2 bis 6, wobei eine bevorzugte Ausfuhrungsform der Aufhängung des Rotors insbesondere für den Fall eines horaopolaren Motors dargestellt ist. Die Rotorscheibe 81 ist mit einem zentralen Halteteil 82 fest verbunden, welches gleichzeitig den Zapfen zum Antrieb eines Rades 83 bildet und ist auf einer Achse 84 angeordnet, die z.B. die Achse für den Sekundenzeiger des Uhrwerks ist. Die Achse 84 ist in einem Lager 85 aufgehängt, welches in einer Platte 86 eingelassen ist, die den integrierten Steuerkreis des Motors aufweist. Die Achse 84 weist ein erstes Anschlagteil 84' auf und ist an ihrem freien Ende mit einem zweiten Anschlagteil 87 versehen, z.B. in Form eines auf dieses Ende aufgedrückten Ringes. Die axiale Stellung des Rotors wird mittels dieser beiden Anschläge 84', 87 bezüglich der Halteplatte 86 vollständig bestimmt. Die Statorteile, wie z.B. 88, weisen ein ü-förmiges Stück 89 auf, und sind in einer genauen Stellung bezüglich der Platte 86 angeordnet. Zu diesem Zweck ist die Platte 86 mit einer Nut versehen, in die einer der Arme 89* des U-förmigen Stückes des Statorteils eingreift. Eine derartige Anordnung ermöglicht eine praktisch vollständige Ausschaltung der Spiele der Rotorstellung bezüglich den Polstücken der Statorteile, wie es bei den geringen Abmessungen dieser Teile besonders wichtig ist. So kann z.B. der Abstand zwischen den Polstücken eines Statorteiles 1,6 mm betragen und die Dicke der Scheibe 0,7 mm für einen Durchmesser von 20 mm. Selbstverständlich wird die Achse 84 seitlich durch ein zweites nicht gezeichnetes Lager gehalten.

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Figur 8 zeigt ebenfalls die Anordnung eines gezahnten Teils ähnlich dem Teil 59 von Figur 5. Es sei betont, daß die Anordnung dieses gezahnten Teils um beispielsweise 10 bis 20° (elektrisch) verschoben sein kann bezüglich der stabilen Gleichgewichtsstellung, die unter dem alleinigen Einfluß des vom Strom stammenden Momentes erhalten wird. Dies beeinflußt jedoch nicht die Drehrichtung des Motors, die von der Drehrichtung des Feldes abhängt und demzufolge von der Reihenfolge des Anlegens der Steuersignale an die Spulen. Zur Umkehrung der Drehrichtung des Motors z.B. nach Figur 5, genügt es,die Anschlüsse einer einzigen Spule zu vertauschen oder die Reihenfolge des Anlegens der Signale in dem elektronischen Steuerkreis umzukehren. Es sei noch bemerkt, daß die Impulsdauern verkleinert werden können um die Energie der Stromquelle zu schonen, insbesondere im Fall einer Batterie, indem potentielle Energie, kinetische Energie und Selbstinduktion wiedergewonnen werden, wobei die Mindestdauer der Pulse im wesentlichen durch die Trägheit der anzutreibenden Zeiger bestimmt wird. Der oben erwähnte gezahnte Teil 59 ermöglicht also die Bestimmung der Gleichgewichtsstellung, während ihre Verschiebung in den aufgezeigten Grenzen ohne großen Einfluß auf die Pulsdauer ist.

Figur 9 zeigt einen Schnitt eines Motors, in dem die Statorteile jeweils zwei U-förmige Stücke 93, 94 sowie eine Spule aufweisen, deren Achse parallel zur Rotorachse ist. Die Spule 98 ist auf ein Gestell 99 aufgewickelt, die gleichzeitig als Halterung für die elektrischen Zuleitungen, wie z.B. 97, dient, durch die der Versorgungsstrom der Spule zugeführt wird. Die ersten Arme der beiden U-förmigen Stücke bilden einen Spalt,durch den das ümfangsteil einer auf einer Achse 96 angeordneten, wie oben beschrieben magnetisierten Rotorscheibe 95 läuft. Die zweiten Arme der U-förmigen Stücke bilden den Kern der Spulen 98, wobei entweder, wie es Figur zeigt, die beiden Arme mit ihren Enden aneinander stoßen oder wobei beide Arme sich über die gesamte Länge des Kerns er-

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strecken und dabei jeweils nur die halbe Dicke des Kerns einnehmen, wobei mittels Überlappung eine ausgezeichnete magnetische Verbindung gebildet wird.

Die Statorteile sind zwischen zwei Halteteilen angeordnet, d.h. zwischen einer Platine 91 und einer Brücke 92. Haltehaken 91', 92' wirken mit den ersten Armen der ü-förmigen Stücke zusammen und können mit den Halterungen zusammen gegossen werden, so daß ein äußerst kleiner genauer Spalt entsteht, trotz des Spieles, das durch den Zusammenbau des Stators entstehen kann.

Der Zusammenbau des Motors gemäß Figur 9 kann ausschließlich durch Parallelverschieben der Teile zur Rotorachse erfolgen, beispielsweise wie folgt: zuerst werden die ersten ü-förmigen Stücke 93 auf der Platine 91 angeordnet, beispielsweise in Aussparungen, die in letzterer vorgesehen sind, wobei diese Teile in die Haken wie 91 ' eingreifen. Anschließend wird·'der Rotor 95 mit seiner Achse 96 auf das entsprechende Halteteil aufgebracht, wonach die Spulen mit ihrem Gestell, wie z.B. 98, 99 auf die entsprechenden ü-förmigen Arme der Teile 93 angeordnet werden, wobei das Gestell in einer entsprechenden Aussparung in der Platine 91 zentriert wird. Die zweiten Teile der U-fÖrmigen Stücke 94 werden getrennt auf der Brücke 92 angeordnet, ähnlich den ersten Teilen, wonach der Aufbau 92, (92*), 94 bezüglich der Spulen und des Rotors an Ort und Stelle gebracht werden, wobei die magnetischen Kreise vervollständigt werden.

Unter den erfindungsgemäßen Ausführungsformen sei insbesondere diejenige hervorgehoben, bei der ein Motor 120 Schritte pro vollständiger Umdrehung ausführt, welche einem sprungweisen Fortschreiten des Sekundenzeigers um eine halbe Sekunde entspricht oder einem schrittweisen Fortschreiten des Minutenzeigers um eine halbe Minute. Dies wird mittels eines

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zweiphasigen Motors erhalten, der einen Rotor mit 15 Polpaaren aufweist und derart gesteuert wird, daß er acht Schritte pro elektrischer Periode ausführt.

Die Mehrphasenansteuerung ermöglicht, eine große Anzahl von Schritten pro Sekunden auszuführen und eine Änderung der Drehrichtung durch einfache Veränderung der Reihenfolge der Ankunft der Steuersignale zu erzielen, so daß es möglich ist, eine sehr schnelle elektrische Zeite.insteilung in beiden Richtungen auszuführen.

Es sei ebenfalls hervorgehoben, daß zur Verringerung des Stromverbrauchs in dem Fall, wo keine Versorgung mit Impulsen begrenzter Dauer erfolgt, die Steuerspulen über einen in Serie mit der Spule geschalteten Kondensator versorgt werden. Stammt das Haltemoment vom Strom, so muß die Zeitkonstante des RC-Kreises mit dem Widerstand R der Spule und der Kapazität C des Kondensators ausreichend sein, damit ständig ein ausreichender Strom in der oder den normal versorgten Spulen zur Verfügung steht. Man kann auch einen Kondensator verwenden, der zu einer kürzeren Zeitkonstanten führt und parallel zu diesem,Kondensator einen Widerstand vorsehen, der das Fließen eines Minimalstromes ermöglicht um das notwendige Haltemoment zu erzeugen. Sofern man ein stromloses magnetisches Halten der Gleichgewichtsstellungen (stationäre gezahnte Teile und zusätzliche magnetisierte Zonen des Rotors) vorgesehen hat, kann eine Ansteuerung mittels eines Kondensators erfolgen, ohne daß ein Widerstand parallel gelegt wird. Man kann auch bei jeder Zustandsänderung nur einen Impuls zuführen, der erheblich kürzer als die Zustandsdauer ist, wobei die Impulsdauer ausreichend sein muß, damit die mechanische Zustandsänderung der Zeiger mit Sicherheit erhalten wird. Das Anhalten der Schritte kann auch mechanisch erfolgen, beispielsweise über eine Anordnung mit einer Blattfeder.

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Die Ausbildung der magnetisxerten zusätzlichen Teile am Rotorumfang kann selbstverständlich auch dadurch erfolgen, daß die nicht magnetisxerten Umfangszonen gegebenenfalls durch Ausschneiden hergestellt werden.

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Claims (12)

1. Uwe M. Haft j L .1.-.:'. . - Patentanwalt

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   Maximilianstrasse D-8000 München

   Tel.: (089)294818 Telex: 523514 Telegr.: NOVAPAT

   H 597 ch

   Portescap, 165, rue Numa-Droz, 2300 La Chaux-de-Fonds, Schweiz

   Patentansprüche

   Mehrphasen-Schrittmotor zum Direktantrieb der Achse des Sekunden- oder Minutenzeigers eines Uhrwerks, mit einem scheibenförmigen Rotor, der so magnetisiert ist, daß er wenigstens auf einer Seite 2N abwechselnd negative und positive Pole aufweist und mit wenigstens zwei Statorteilen, deren jedes einen magnetischen Kreis aus magnetisch permeablem Material enthält und mit einem Spalt, in dem sich die Pole des Rotors bewegen und die jeweils wenigstens eine Spule aufweisen, die mit dem magnetischen Kreis gekoppelt ist und der ein periodischer Steuerstrom zugeführt wird, wobei die Anordnung so gewählt ist, daß die Anzahl der pro Stromimpulse ausgeführten Schritte (P) gleich 60 m/ N ist, wobei^m = 1/ 2, 3 ... ist.
2. 2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Kreis aus einem einzigen U-förmigen Stück gebildet ist, dessen Enden die mit den Rotorpolen zusammenwirkenden Polstücke bilden.

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3. 3. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Kreis aus zwei U-förmigen Stücken gebildet ist, die derart angeordnet sind, daß die Enden der ersten Arme des U , die zu den beiden Stücken gehören, sich gegenüberliegen und so einen Spalt bilden und daß die zweiten entsprechenden Arme den Kern der Spule bilden.
4. 4. Motor nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet,daß die magnetisierte Rotorscheibe aus einem harten magnetischen Material besteht, das eine praktisch lineare Entmagnetisierung besitzt, und daß die magnetischen Kreise und die Rotorscheibe derart bemessen sind, daß jeder Scheibenmagnet einen mittleren Arbeitspunkt aufweist, bei dem das Produkt B.H immer wesentlich kleiner als das Produkt (B.H) des

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   Magneten ist.
5. 5. Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Arme eines U-förmigen Statorteiles in ein und derselben Ebene angeordnet sind, welche parallel zu derjenigen der Rotorscheibe verläuft, wobei die WinkelverSchiebung der Polstücke durch die Beziehung (2k + I)-TTVn gegeben ist und wobei k eine ganze Zahl ist.
6. 6. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator elektrisch leitende Teile aufweist, die in der Nähe der magnetisierten Rotorscheibe angeordnet sind.
7. 7. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er ein stationäres gezahntes Teil aus magnetisch permeablem Material aufweist, wobei die Zahnung gegenüber einer zum Rotor konzentrischen ringförmigen Zone liegt und eine Teilung von 2 ΤΓ/60 entsprechend 60 Zähnen pro Umfangswinkel aufweist und daß die ringförmige Zone

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   des Rotors zusätzliche magnetisierte Teile aufweist, die in Drehrichtung im Abstand voneinander derart angeordnet sind, daß bei einer Verdrehung um einen Winkel,der einem Schritt des Rotors entspricht, die magnetisierten zusätzlichen Teile , die gegenüber dem stationären Teil liegen, gegenüber dessen entsprechenden Zähnen zu liegen kommen.
8. 8. Motor nach Anspruch 7 mit einem Rotor, dessen Pole jeweils durch eine Magnetisierung gebildet sind, die wenigstens einen Teil eines Oberflächensektors der Scheibe bedeckt und sich bis zu deren Umfang erstreckt, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen magnetisierten Teile aus Umfangsteilen der Pole des Rotors gebildet sind und durch nicht magnetisierte Teile voneinander getrennt sind und daß der stationäre gezahnte Teil in der Rotorebene gegenüber seinem Umfang angeordnet ist.
9. 9. Zweiphasiger Motor nach Ansprüchen 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Rotor mit N = 15 Polpaaren aufweist, sowie zwei Statorteile, die jeweils mit einer Steuerspule versehen sind, denen Impulse abwechselnder Polarität zugeführt werden, die zwischen den Spulen eine Phasenverschiebung von 90° aufweisen, wobei die Polstücke eines jeden Statorteils in einer Axialebene des Motors beiderseitig der Rotorscheibe derart angeordnet sind, daß die axialen Ebenen zweier Statorteile eine Winkelverschiebung von ΤΓ/6 aufweisen und daß der stationäre gezahnte Teil den Rotor wenigstens entlang eines Teiles seines Umfangs umgibt.
10. 10. Dreiphasiger Motor nach Ansprüchen 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Rotor mit N = 10 Polpaaren aufweist, sowie drei Statorteile, die jeweils mit einer Steuerspule versehen sijnd ■ / denen unipolare Impulse zugeführt werden, die zwischen den einzelnen Spulen eine Phasenver-

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    Schiebung von 120° aufweisen, wobei die Polstücke eines jeden Statorteils in einer axialen Ebene des Rotors und beiderseitig der Rotorscheibe angeordnet sind, und wobei der stationäre gezahnte Teil den Rotor entlang wenigstens eines Teils seines Umfangs umgibt.
11. 11. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch geeknnzeichnet, daß die Rotorachse zwei axiale Anschläge aufweist, die mit einem mit der Halterung des Statorteils fest verbundenen Lager zusammenwirken.
12. 12. Verfahren zum Zusammenbau eines Motors gemäß Anspruch 3 auf einer Halterung, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten U-förraigen Teile auf einer Halteplatine angebracht werden, daß der mit seiner Achse versehene Rotor auf der Halterung angeordnet wird, daß die Spulen, die vorzugsweise auf einem Gestell aufgewickelt sind, derart aufjebracht werden, daß sie jeweils bezüglich der zweiten Arme des U der ersten Teile des magnetischen Kreises zentriert sind, daß die zweiten U-förmigen Teile auf einem Teil einer Haltebrücke aufgebracht werden und daß man die Anordnung aus dem brückenförmigen Teil und den zweiten U-förmigen Teilen derart zusammenbringt, daß letztere die magnetischen Kreise vervollständigen, wobei alle Zusammenbauschritte des Motors durch Verschiebungen in axialer Motorrichtung erfolgen.

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