DE69611779T2 - Zweiphasenmotor,insbesondere für zeitmessgerät oder zum antrieb eines zeigers einer anzeige - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Zweiphasen-Motor, insbesondere einen Motor zum Antreiben eines Uhrwerkes oder des Zeigers eines Anzeigegerätes.
• Derartige Motoren werden beispielsweise im europäischen Patent EP 587 685 des Antragstellers beschrieben. Ein Motor gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 wird in FR 2.201.575 beschrieben. Ziel der Erfindung ist die Verbesserung derartiger Motoren, um das Drehmoment zu erhöhen und das Magnetfluß-Abschlußteil zu eliminieren, ohne Verlust des Vorteils der einfachen Herstellung und der möglichen Integration damit zusammenhängender Mechanismen, beispielsweise Reduzierteile.
• Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung einen Zweiphasen-Motor nach Anspruch 1, bestehend aus einem Statorteil, der von Stromspulen erregt wird, und aus einem magnetisierten Rotor, der N in abwechselnder Richtung radial magnetisierte Polpaare aufweist, wobei N gleich 3 oder 5 ist. Der Statorteil umfaßt mindestens zwei "W-förmige" Stromkreise, die jeweils eine den mittleren Schenkel umgebende Stromspule aufweisen. Die "W-förmigen" Kreise sind derart angeordnet, daß wenn sich einer der mittleren Schenkel gegenüber einem Magnetübergang befindet, sich der andere mittlere Schenkel gegenüber einem Magnetpol befindet. Die Polausbauchungen der mittleren Schenkel eines "W-förmigen" Kreises sind in Winkelabständen von π/4 und die Polausbauchungen der mittleren Schenkel zweier "W-förmiger", unterschiedlichen Phasen angehörender Kreise sind in Winkelabständen von etwa π/2 ± k · π/N angeordnet, wobei N die Zahl der Magnetpolpaare ist, d. h. 3 oder 5, und wobei k gleich 0, 1 oder 2 ist.
• Ein derartiger Motor entspricht den Zielen der Erfindung dank einer erhöhten Zahl aktiver Verzahnungen sowie einer Reduzierung der Wegstrecke der Feldlinien durch die Luft. Die Form des "W-förmigen" Statorkreises stellt das Abschließen der Feldlinien zwischen dem mittleren Pol, welcher die Spule aufnimmt, und den benachbarten Polen sicher.
• Vorteilhafterweise weisen die zwei "W-förmigen" Kreise einen gemeinsamen Schenkel auf. Somit kann der Stator in einem Teil gefertigt werden, wodurch alle Probleme der Winkelpositionierung, die mit Statoren auftreten, welche aus mehreren, auf einer Unterlage befestigten Teilen bestehen, ausgeräumt sind.
• In einer bevorzugten Ausführung betrifft die Erfindung einen sehr dünnen Motor, bei dem die Zusammenbaukosten gering sind.
• Nach einer ersten Variante sind die äußeren Schenkel der zwei "W-förmigen" Kreise durch eine kreisbogenförmige Brücke verbunden, wobei die Brücke vorteilhafterweise Statorzähne aufweist, die zueinander mit einem Winkelabstand von π/4 angeordnet sind. Diese Variante ermöglicht die Herstellung eines Motors mit reduzierter Komponentenzahl, nämlich lediglich mit einem Rotor und einem einteiligen Stator, der zwei Stromspulen trägt.
• Im übrigen weisen die Schrittmotoren nach dem Stand der Technik eine ruckartige Bewegung auf, aufgrund der Tatsache, daß sich ein Magnetpol des Rotors dann in einer bevorzugten Gleichgewichtslage befindet, wenn er gegenüber einem Statorzahn liegt oder wenn sich ein Übergang zwischen zwei Magnetpolen gegenüber einem Statorzahn befindet. Somit ist das Abzugsdrehmoment faktisch eine periodische Funktion der Winkelposition, deren Frequenz von der Zahl der Magnetpole und der Statorpole abhängt. Es wurde beim Stand der Technik der Versuch unternommen, diese Funktion durch eine Erhöhung der Polzahl zu "glätten". Das bedeutet jedoch eine Erhöhung der mechanischen Komplexität sowie hohe Herstellungs- und Zusammenbaukosten.
• Ein zweites Ziel dieser Erfindung ist es, diesem Nachteil mittels einer Konstruktion entgegenzuwirken, die eine merkliche Begrenzung des Abzugsdrehmomentes mit einer vernünftigen Zahl von Magnet- und Statorpolen bietet.
• Zu diesem Zweck betrifft die Erfindung eine bevorzugte Ausführung, bei der vier "W-förmige" Kreise mit gemeinsamen benachbarten Schenkeln, welche somit einen 8-poligen Stator bilden, zum Einsatz kommen. Die mittleren Schenkel der diametral einander gegenübeliegenden "W-förmigen" Kreise tragen Stromspulen der selben Phase.
• Diese Struktur ermöglicht eine merkliche Reduzierung des Abzugsdrehmomentes durch Annullieren der Oberschwingungen 2 und 4 der Funktion (Abzugsdrehmoment, Winkelposition). Der erfindungsgemäße Motor weist somit eine nicht ruckartige Bewegung auf, trotz der reduzierten Zahl von Magnet- oder Statorpolen.
• Vorteilhafterweise besteht der Stator aus einem Einzelteil, das derart ausgeschnitten ist, dass es zwei diametral gegenüberliegende "W-förmige" Kreise aufweist, deren Polenden im gleichen Winkelabstand zueinander liegen. Vorteilhafterweise befinden sich die Schenkel, welche die Stromspulen tragen, in einem mittleren Hohlraum, dessen Abmessungen das Einführen einer Stromspule in der Schenkelebene sowie das Anbringen auf dem entsprechenden Schenkel durch Verschiebung ermöglichen.
• Somit können die Stromspulen getrennt nach Verfahren hergestellt werden, die wirtschaftlicher sind als das Aufspulen um komplexe Statorteile, und danach auf die entsprechenden Schenkel aufgeschoben werden.
• Der Stator kann mit einfachen und preiswerten Verfahren hergestellt werden. Die Tatsache, daß er aus einem einzelnen ausgeschnittenen Teil besteht, vermeidet das Auftreten von Genauigkeitsproblemen beim Zusammenbau und beim Verstellen.
• Bevorzugterweise erstrecken sich die die Stromspulen tragenden Schenkel in radialer Richtung. Nach einer besonderen Ausführung besteht der Stator aus einem Stapel dünner Bleche. Diese Ausführung ermöglicht den Einsatz preiswerter Bearbeitungstechniken beim Ausschneiden des Stators sowie die Verbesserung seiner magnetischen Leistung.
• Bevorzugterweise ist das vordere Ende der Polausbauchung in der Ebene der inneren Stirnseite der Spule angeordnet.
• Nach einer besonderen Ausführungsvariante wird der Rotor durch einen senkrecht zur Statorebene magnetisierten Magneten gebildet, der zwischen zwei Zahnscheiben mit versetzten Zähnen angebracht ist.
• Nach einer besonderen Ausführungsvariante weist der Zweiphasen-Motor ein Hilfsteil zum Schließen des Flusses auf, vorteilhafterweise ein aus weichmagnetischem Material hergestelltes Hilfsteil zum Schließen des Magnetflusses, das koaxial zum Rotor angeordnet ist.
• Nach einer ersten Ausführung ist das Teil zum Abschließen des Magnetflusses ein ringförmiges Zylinderteil. Dieser Ring kann gegenüber dem Rotor fest stehen oder Teil des Magneten sein.
• Nach einer zweiten Ausführung handelt es sich bei dem Teil zum Schließen des Magnetflusses um ein ringförmiges Zylinderteil, welches Rillen aufweist, die den Statorzähnen gegenüberliegende Zähne bilden.
• Die Erfindung wird besser beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung verstanden, in der auf die beigefügten Figuren Bezug genommen wird, wobei:
• - die Fig. 1 und 2 jeweils Draufsichten und Querschnitte einer ersten Variante des Motors gemäß der Erfindung darstellen,
• - Fig. 3 eine Draufsicht einer zweiten Variante des Motors gemäß der Erfindung zeigt,
• - Fig. 4 eine Draufsicht einer dritten Variante des Motors gemäß der Erfindung zeigt,
• - Fig. 5 eine Draufsicht einer vierten Variante des Motors gemäß der Erfindung zeigt,
• - Fig. 6 einen Querschnitt eines Rotors für den Motor nach gemäß der Erfindung zeigt,
• - Fig. 7 eine Draufsicht dieses Rotors zeigt,
• - Fig. 8 einen Querschnitt einer weiteren Variante des Rotors zeigt.
• Die Fig. 1 und 2 zeigen jeweils eine Draufsicht und einen Querschnitt eines Motors nach der Erfindung. Der Motor umfaßt einen Stator (1) und einen Rotor (2).
• Der Stator (1) wird aus einem 2 mm starken Blech ausgeschnitten oder durch Stapeln mehrerer Bleche aus einem weichmagnetischen Material hergestellt. Der Stator weist zwei "W-förmige" Kreise (3, 4) auf, die jeweils einen mittleren Schenkel (5, 6) und zwei seitliche Schenkel (7, 8 und 9, 10) aufweisen. Die mittleren Schenkel (5, 6) enden jeweils in einer Polausbauchung (11, 12). Die seitlichen Schenkel weisen ebenfalls Polausbauchungen (14 bis 16) auf, wobei die zwei Schenkel (β, 9), die jeweils dem ersten "W-förmigen" Kreis (3) und dem zweiten "W-förmigen" Kreis (4) angehören, im dargestellten Ausführungsbeispiel eine gemeinsame Polausbauchung besitzen.
• Der Stator (1) weist im übrigen Löcher (17, 18, 19) für den Durchgang für Elemente zur Befestigung auf einer Unterlage auf, beispielsweise für Schrauben oder Nieten.
• Die mittleren Schenkel (5, 6) nehmen jeweils Stromspulen (20, 21) auf. Diese zwei Schenkel (5, 6) sind radial angeordnet.
• Der Rotor (2) weist 5 Magnetpolpaare auf. Er besteht aus einem zylindrischen Teil (25), das radial magnetisiert ist, um abwechselnd SÜD- und NORD-Pole an der Außenfläche (26) aufzuweisen. Das magnetisierte Teil kann durch Anordnung von auf einem zylindrischen Kern aufgeklebten dünnen, dachziegelförmigen Magneten oder durch das Magnetisieren rohrförmiger Sektoren gebildet werden.
• Eine andere Lösung besteht in einer girlandenartigen oberflächlichen Magnetisierung eines zylindrischen Teiles, so daß zwei entgegengesetzte Pole jeweils durch benachbarte Elemente der Umfangsoberfläche gebildet werden, die jeweils durch kreisbogenförmige Bereiche verbunden sind, die in das zylindrische Element hineinragen.
• Der Rotor (2) wird in bekannter Weise durch in Fig. 2 sichtbare Drehzapfen (26, 27) getragen.
• Die mittleren Schenkel (5, 6) der zwei entgegengesetzten Phasen, welche die Stromspulen (20, 21) tragen, sind so angeordnet, daß, wenn ein Magnetpol (30) gegenüber einer der Polausbauchungen (12) liegt, die andere Polausbauchung (11) gegenüber einem Übergang (31) liegt.
• Der Rotor (2) weist einen gezahnten Ring (32) auf, der ein Getriebe (33 bis 35) antreibt. Dieses Getriebe überträgt die Drehbewegung auf eine Ausgangswelle (36).
• Beim dargestellten Beispiel ist der Stator (1) in einem Gehäuse untergebracht, das aus zwei einander entsprechenden Halbschalen (37, 38) besteht, die darüber hinaus die Lagerung der Achsen des Getriebes (32 bis 35) sicherstellen.
• Fig. 3 stellt eine Ausführungsvariante dar, die sich von der oben beschriebenen dadurch unterscheidet, daß die Polausbauchungen (14, 16), welche die Enden der Außenschenkel (7, 10) der zwei Kreise bilden, durch eine Brücke (40) verbunden sind, die Polzähne (41 bis 43) aufweist. Die von den "W-förmigen" Kreisen (3, 4) und von der Brücke (40) gebildete Einheit wird aus einem einzelnen Teil eines weichmagnetischen Materials oder aus einer Vielzahl von Blechen ausgeschnitten, die zu einem Stapel vereinigt sind.
• Der mittlere Bereich (45) des Stators (1) ist ausgehöhlt. Das Einführen der Stromspulen (20, 21) erfolgt durch eine erste Verschiebung senkrecht zur Ebene des Stators, die der Ebene der Fig. 3 entspricht, gefolgt von einer radialen Verschiebungsbewegung, um die Spule über einen der mittleren Schenkel (5, 6) gleiten zu lassen. Dies erfolgt selbstverständlich vor dem Anbringen des Rotors (2). Die Spule kann auf einem Kern (46, 47) gebildet werden, dessen Querschnitt den Querschnitt der Schenkel (5, 6) ergänzt, und weist eine Stirnseite (48, 49) auf, die mit dem Ende der Polausbauchung (11, 12) des entsprechenden Schenkels (5, 6) bündig abschließt.
• Fig. 4 zeigt eine Draufsicht einer dritten Ausführungsvariante, die sich von den vorangegangenen dadurch unterscheidet, daß die "W-förmigen" Kreise (3, 4) getrennt sind. Sie sind derart angeordnet, daß wenn die Polausbauchung (11) des mittleren Schenkels (5) eines der "W-förmigen" Kreise (3) einem magnetischen Übergang (31) gegenüberliegt, die Polausbauchung (12) des mittleren Schenkels (6) des anderen "W-förmigen" Kreises (4) einem Magnetpol (50) gegenüberliegt.
• Fig. 5 zeigt eine Draufsicht einer vierten Ausführungsvariante, die sich von den vorausgegangenen dadurch unterscheidet, daß sie vier "W-förmige" Kreise (51, 52, 53, 54) umfaßt. Zwei diametral entgegengesetzte "W-förmige" Kreise gehören derselben Phase an. Die mittleren Schenkel (55, 56, 57, 58) tragen jeweils eine Stromspule (59, 60, 61, 62). Zwei aufeinanderfolgende seitliche Schenkel (63, 64), (66, 67), (69, 70), (72, 73), weisen jeweils gemeinsame Polausbauchungen (65, 68, 71, 74) auf. Die aufeinanderfolgenden Polausbauchungen (65, 68, 71, 74, 75 bis 78) weisen untereinander Winkelabstände von U4 auf.
• Der Stator mit den 4 "W-förmigen" Kreisen (51 bis 54) ist aus einem einzelnen Teil oder aus einem Stapel von Teilen ausgeschnitten und grenzt einen mittleren Hohlraum (80) ab, dessen Abmessungen und Form das Aufschieben der Spulen (59 bis 62) auf die mittleren Schenkel (55 bis 58) ermöglichen.
• Die Fig. 6 und 7 zeigen jeweils einen Querschnitt und eine Draufsicht eines Rotors für den Motor gemäß der Erfindung. Der Rotor (2) besteht aus zwei gezahnten Scheiben mit versetzten Zähnen (81, 82), zwischen denen ein Magnet (83) angeordnet ist, der senkrecht zur Mittenebene des Stators magnetisiert ist. Die Zähne (89 bis 93) einer der gezahnten Scheiben (81) entsprechen den von jeweils zwei aufeinanderfolgenden Zähnen (94 bis 98) der anderen gezahnten Scheibe (82) gebildeten Zwischenräumen. Jede der gezahnten Scheiben (81, 82) weist 5 Zähne auf, die durch 5 Zwischenräume getrennt sind.
• Fig. 8 zeigt einen Querschnitt einer weiteren Rotorvariante. Der Rotor umfaßt einen Ring (99) aus weichmagnetischem Material, der zehn derart girlandenartig magnetisierte Bereiche (100 bis 109) aufweist, daß die Oberfläche des Ringes (99) abwechselnde Magnetpole aufweist.
• Die Erfindung wurde oben anhand nicht einschränkender Beispiele erläutert. Der Fachmann kann im Rahmen der nachfolgenden Ansprüche verschiedene Stator- oder Rotorformen gemäß der Erfindung realisieren.

Claims (13)

1. Zweiphasen-Motor bestehend aus einem von Stromspulen erregten Statorteil (1) und einem magnetisierten Rotor (2), wobei der Rotor (2) N in abwechselnder Richtung radial magnetisierte Polpaare aufweist, wobei N gleich 3 oder 5 entspricht, und wobei das Statorteil (1) mindestens zwei "w-förmige" Kreise (3, 4) mit jeweils einer den mittleren Schenkel (5, 6) umgebenden Stromspule (22, 22) aufweist, wobei die sogenannten "w-förmigen" Kreise (3, 4) so angeordnet sind, dass wenn sich einer der mittleren Schenkel gegenüber einem Magnetübergang befindet, sich der andere mittlere Schenkel gegenüber einem Magnetpol befindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Polausbauchungen der mittleren Schenkel zweier "wförmiger", zu unterschiedlichen Phasen gehörender Kreise (3, 4) winkelförmig um einen Winkel von etwa π/2±k.π/N abgespreizt sind, wo N die Anzahl der Magnetpolpaare, d. h. 3 oder 5, und k gleich 0, 1 oder 2 ist, und dass die Polausbauchungen der Schenkel eines "w-förmigen" Kreises in einem Abstand mit einem Winkel von π/4 angeordnet sind.

2. Zweiphasen-Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei "w-förmige" Kreise (3, 4, 51 bis 54) eine gemeinsame Polausbauchung (15, 65, 68, 71, 74) aufweisen.

3. Zweiphasen-Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die externen Schenkel der beiden "w- förmigen" Kreise (3, 4) anhand einer kreisbogenförmigen Brücke (40) verbunden sind.

4. Zweiphasen-Motor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Brücke in einem Abstand von π/4 Grad zueinander angeordnete Statorzähne (41, 43) aufweist.

5. Zweiphasen-Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator aus einem einzigen ausgestanzten Teil mit zwei diametral gegenüberliegenden, "w-förmigen" Kreispaaren (3, 4) besteht, deren Polausbauchungen winkelförmig in gleichem Abstand von π/4 zueinander angeordnet sind.

6. Zweiphasen-Motor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (1) einen mittleren Hohlraum aufweist, dessen Abmessungen die Einführung einer Stromspule auf der Schenkelebene und den Einsatz per Verschiebung um den entsprechenden Schenkel herum ermöglichen.

7. Zweiphasen-Motor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die die Stromspulen tragenden Schenkel in radialer Richtung erstrecken.

8. Zweiphasen-Motor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator aus einem Stapel von dünnen Blechen besteht.

9. Zweiphasen-Motor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das vordere Ende der Polausbauchung auf Ebene der vorderen Innenseite der Spule angeordnet ist.

10. Zweiphasen-Motor nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (2) aus einem nach einer lotrechten Richtung zur Ebene des Stators (1) magnetisierten Magneten besteht und zwischen zwei Zahnscheiben (81, 82) mit versetzten Zähnen angeordnet ist.

11. Zweiphasen-Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (2) aus einem magnetisierten Rändelring (99) besteht.

12. Zweiphasen-Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Hilfsteil zum Verschließen des Flusses aufweist.

13. Zweiphasen-Motor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlussteil des Magnetflusses ein ringförmiges, zylindrisches Teil mit Rillen ist, die Zähne bilden, die den Statorzähnen gegenübersitzen.