DE3339807A1

DE3339807A1 - Schrittmotor fuer elektronische uhren

Info

Publication number: DE3339807A1
Application number: DE19833339807
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl.-Ing. Olomouc Ve&ccaron;e&rcaron;
Original assignee: Tesla Koncernovy Podnik
Current assignee: Tesla Koncernovy Podnik
Priority date: 1982-11-04
Filing date: 1983-11-03
Publication date: 1984-05-10
Also published as: HU191891B; PL244402A2; IN159686B; CH656506GA3; CS232378B1; YU217983A; DD243412A3; JPS59106869A; CS787582A1

Description

Schrittmotor für elektronische Uhren
Die Erfindung betrifft einen Schrittmotor für elektronische Uhren zur analogen Zeitdarstellung.
Es sind Schrittmotoren bekannt, bei denen die Polstücke der Statorbleche zum Rotor konzentrisch angeordnet sind, wobei die eindeutige Richtung der Rotordrehung durch Ausnehmungen in mindestens einem Teil der Statorbleche erreicht wird. Bei anderen Ausführungen sind die Polstücke der Statorbleche zum Rotor unkonzentrisch so angeordnet, daß sich der Luftspalt auf beiden Seiten des Rotors in Richtung zu seinen aktiven Polen allmählich verengt, wodurch die ein(i?utige Drehrichtunq des Rotors gewährleistet ist.
Bei konzentrischer Anordnung der Polstücke der Statorbleche zum Rotor sind die Ausnehmungen am Innenumfang der Paar stücke von mindestens einem Teil der Statorbleche zur Erzielung eines höheren lastmomentes, gegen welches ein verhältnismäßig kleines Haltemoment des Rotors wirkt, nachteilig. Die unkonzentrische Anordnung der Pol stücke verringert das Lastmoment um das verhältnismäßig hohe Haltemoment des Rotors.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Schrittmotor für elektronische Uhren zu schaffen, der ein wesentlich erhöhtes Drehmoment bei geringer Stromaufnahme liefert.
Der Schrittmotor nach der Erfindung weist eine Erregerspule, einen zwei- und mehrpoligen Rotor aus Permanentmagnet und gegeneinander situierte aufeinandergeschichtete Paare von Statorblechen auf. Das Wesen der Erfindung besteht darin, daß die Polstücke der Statorbleche zum Rotor unkonzentrisch gestaltet sind und entweder Ausnehmungen von der Dicke eines Statorblechs in einem ein bis n-tem Paar von insgesamt n-Statorblech-Paaren vorgesehen sind, wobei minimal zwei Statorblech-Paare vorhanden sind.
Die Ausnehmung kann auch eine kleinere Höhe als die Dicke der Statorbleche haben, wobei ein bis n-tes Paar von insgesamt n Statorblech-Paaren und mindestens ein Paar der Statorbleche vorhanden sind. Die Ausnehmungen beider Arten sind durch zwei Geraden begrenzt, wobei die Gerade X" den Luftspalt zwischen den Paaren der Statorbleche und dem Rotor in zwei Hälften teilt und mit der Achse Z - Z' einen Wi.nkel ß größer als 150 und die Gerade X' mit der Achse Z - Z' einen Winkel X kleiner als I30° einsch leUt.
Mindestens ein Paar der <totorbleche mit Ausnehmung in einem Teil der Dicke der Statorbleche ist abweichender Dicke, oder mindestens ein Paar der Statorbleche mit Ausnehmung in der ganzen Dicke des Statorbieches ist abweichender Dicke, wobei beim Schrittmotor mit mindestens einem Paar von Statorblechen mit Ausnehmung in ihrer ganzen Dicke ist mindestens ein Paar der ganzen Statorbleche abweichender Dicke.
Die Vorteile des Schrittmotors nach der Erfindung liegen in der wesentlichen Erhöhung des nutzbaren Drehmomentes bei gleichzeitiger Senkung der mittleren Stromaufnahme und in der Rotorherstellung aus billigerem Permanentmagnet-Werkstoff, z.
B. aus Ferrit.
Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 schematisch einen Schrittmotor mit Statorblechen mit Ausnehmung in ganzer Wanddicke und mit Statorblechen ohne Ausnehmungen; Fig. la die Anordnung von Statorblechen mit Ausnehmungen am Innenumfang der Polstücke in der ganzen Dicke der Statorbleche; Fig. 1b die Anordnung der Statorbleche ohne Ausnehmungen; Fig. 2 schematisch einen Schrittmotor, dessen Statorbleche mit einer teilweisen Ausnehmung in der Wanddicke versehen sind; Fig. 3 einen Schnitt A-A in Fig. 1; Fig. 4 einen Schnitt B-B in Fig. 2.
Der schematisch dargestellte Schrittmotor f'(ir el.ektroni-.che Uhren nach den Fig. 1, , weist eine Erregerspule 3, einen dianletral magnetisierten zwei.- und mehrpoligen Rotor 2 aus Permanentmagnet, dessen Pole auf seinem Umfang gleichmäßig verteilt sind, und mindestens zwei. gegenüberliegende Statorbleche lc, ld auf, die mit einer Ausnehmung 11b in ihrer ganzen Dicke am Innenumfang ihrer Polstücke versehen sind (vgl. Fig. 1a). Mindestens zwei weitere in Fig. 1b dargestellte Statorbleche le, if haben keine solche Ausnehmung.
Die Anordnung der Statorbleche lc bis if nach Fig. 1 ist zur besseren Anschaulichkeit im Schnitt A-A in Fig. 3 dargestellt. Bei Statorblechen mit minimal zwei aufeinandergelegten Paaren bilden zwei gegenüberliegende Statorbleche eine Lage. Diese Blechlage können je nach der geforderten Anzahl aufeinandergeschichtet sein. Dabei können die Statorbleche sowohl gegeneinander in einer Geraden, als auch gegenüberliegend in Hinsicht zu den Schichten, d. h. außerhalb der Geraden, angeordnet sein.
Zwischen dem Rotor 2 und den Polstücken der beidseitig angeordneten Statorbleche lc bis If ist ein unkonzentrischer Luftspalt 4 ausgebildet (vgl. Fig. 1). Die entgegengesetzten Enden der Statorbleche le bis if sind in die Erregerspule 3 eingeführt.
Die Polstücke der Statorbleche lc, ld weisen die am Innenumfang in der gesamten Dicke der Statorbleche ausgeführte Ausnehmung lib auf, welche durch die Geraden X' und X" in Fig. la begrenzt ist. Der Winkel ß zwischen der Gerade X" tind der Achse Z -teilt den Luftspalt 4 in zwei Hälften und ist größer als 15°.
Der Winkel a zwischen der f;traden X' und der Achse Z - Z' ist kleiner als 130°. Weil die Polstücke der Statorbleche lc, ld unkonzentrisch zum Rotor 2 angeordnet sind, haben diese Geraden X' und X" - entgegen bekannten L ösungen - ihren Anfang in der Achse X des Rotor, 2 und verlaufen von dort ZU jedem Pol stück der Statorblechc le, ld, um Anfang urid Ende der Ausnehmung llb eindeutig zu kennzeichnen (Fig. 1a) Bei dem Schrittmotor nach Fig. 2 urici 4 haben die Statorbleche 1a, 1b eine Ausnehmung 11a nur in einem Teil ihrer Wand dicke. Im Unterschied zu Fig. 1 ist es möglich, mindestens zwe gegenüberliegende Statorbleche 1a, 1b zu benutzen.
Solange der Erregerspule 3 kein Stromimpuls zugeführt wird und kein Magnetfluß #Spule erzeugt wird, bleibt der Rotur 2 iii seiner Ruhelage, in der seine gegenüberliegenden Pnl.e mit entgegengesetzter Polaritfit auf der Geraden Y-Y' liegen. Die Gerade Y-Y' teilt den Luftspalt 4 in zwei Hälften und geht durch die Achse des Rotors 2. Der mit Z - /' eingeschlossene Winkel ist kleiner als 20°. Dcr jeweilige Teil des Luftspalts 4 zwischen dem Pol des Rotors 2 und dem Polstück der Statorbleche 1a, 1b oder 1c bis 1f ist minimal, was einen maximalen Magnetfluß dRotor bei aktivierten Magneten des Rotors 2 ergibt.
Ein in die Erregerspule 3 eingeführter Stromimpuls verursacht einen Magnetfluß #Spule in entgegengesetzter Richtung zum Magnetfluß Rotor Durch den Einfluß der Statorbleche la, lb wider lc, ld mit den Ausnehmungen nach Fig. 3 und 4 ist der Magnetfluß #Spule so zerlegt, daß das Antriebsmoment MH mit wesentlich höherem Wirkungsgrad ausgenutzt werden kann, wobei in den Bereichen der Ausnehmungen dieser Magnetfluß auf den Rotor 2 minimal wirkt.
Gleichzeitig kommt es zur Optimierung des Haltemomentes Mp und des Lastmoments MZ, vor allen bei mehrpolig magnetisierten Rotor 2. Die Drehrichtung des Rotors 2 ist eindeutig in Richtung des sich verkleinernden Luftspalts 4 bestimmt. Bei gleicher Richtung des Flusses #Rotor und #Spule bleibt der Rotor 2 in seiner Ruhelage. Diese Größen kann man mit Hilfe des nachfolgend aufgeführten mathematisch-physikalischen Modells des Gleichgewichts des Rotors 2 des Schrittmotors ausdrücken: MH=Mp + MT + MZ + # # #.
Dabei bedeut.en: MH Antriebsmoment, erzeugt durch den Magnetfluß #Spule, Mp Haltemoment, mit dem der Rotor 2 in seiner Ruhestellung durch den Magnetfluß Rotor gehalten wird, MT Reibmoment, das gegen das Antriebsmoment MH wirkt und die Reibung der Motorteile kennzeichnet, Mz lastmoment ist das maximal mögliche Moment, das bei einer bestimmten Speisespannung ausgenutzt werden kann, CP . Trägheitsmoment des Rotors 2.
Die Statoberbleche la, lb oder lc bis if gemäß der Erfindung ergeben eine wesentliche Verringerung des Haltemoments MP und dadurch eine Erhöhung des Lastmoments MZ bei gleichzeitiger Verringerung der mittleren Stromaufnahrne durch die bessere Ausnutzung des Antriebsmomentes MH, wie aus der oben angeführten Gleichung ersichtlich ist. Daher können bei den Rotoren billigere Permanent-Werkstoffe, vor allem Ferrit, eingeset.zt werden.
Der Schrittmotor nach der Erfindung ist für alle Arten von quartzgesteuerten elektronischen Uhren mit analoger Zeitangabe anwendbar.
Leerseite

Claims

A n s p r ü c h e Schrittmotor für elektronische Uhren, bestehend aus einer Erregerspule, einem zwei- und mehrpoli.gen Rotor aus Permanentmagnet und Paaren von Statorblechen mit Polpaaren, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t daß die Polstücke der Statorbleche (la, 1b; 1c bis if) zum Rotor (2) unkonzentrisch gestaltct sind und eine Ausnehmung (11b, 11a) aufweisen, die durch zwei Geraden (Radialstrahlen X',X") begrenzt sind, wobei die durch die Rotorachse verlaufende Gerade X", den Luftspalt (4) in zwei Hälften teilt und mit der Z-Achse einen Winkel ß größer als 150 und die Gerade X' mit der Z-Achse einen Winkel α kleiner als 130° einschließen.
2. Schrittmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei mindestens einem Paar der Statorbl.eche (la, Ib) die Ausnehmung (lla) eine von der Dicke der Statorbleche abweichende Höhe hat.
3. Schrittmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei mindestens einem Paar der Statorbleche (1c, 1d) die Ausnehmung (leib) eine der Dicke des Statorbleches entsprechende Höhe hat.
4. Schrittmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Paar der Statorbleche (le, lf) abweichender Dicke ist.
5. Schrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausnehmungen (lla, 11b) unmittelbar neben dem engsten Abschnitt des Luftspaltes (4) diametral gegenüberliegend angeordnet sind.