NL8701504A - Electromechanische tijdaanduider met stappenmotor. - Google Patents

Description

w - 1 -

Electromechanische tijdaanduider met stappenmotor.

Als uitvinders worden genoemd; Hoffman, Wytze; Wouterse, Johannes Hubertus; Knapen, Petrus Matheus Josephus

De uitvinding heeft betrekking op een electro-mechanische tijdaanduider, in het bijzonder een polshorloge, met een electronische schakeling voor het opwekken van een referentie-klok-5 signaal, een door dat signaal aangedreven stappenmotor omnvattend een rotor met permanent magnetische polen, een stator en een spoel, alsmede een door de werking van de stappenmotor aangedreven raderwerk voor de aandrijving van klokwijzers, waarbij de stator opgebouwd is uit twee aan weerszijden van de rotor gelegen statordelen 10 en een deze twee delen met elkaar verbindend, door de spoel heengaand juk.

Een dergelijk horloge is bekend uit DE-A-2.166.739.

Het daarin beschreven horloge omvat een 6-polige rotor, door welke alle klokwijzers steeds onder tussenkomst van een tandwielconstruc-15 tie aangedreven worden. Zo'n tandwielconstructie vergt ruimte, en ruimte is schaars in kleine voorwerpen als horloges.

Uit overwegingen van sierlijkheid of om mogelijkheden voor inbouw van extra functies te scheppen is het voordelig indien bespaard zou kunnen worden op het ruimtebeslag van de onderde-20 len in een tijdaanduider als een horloge, bijvoorbeeld op het ruimtebeslag door de tandwielconstructie.

Doel van de uitvinding is daarom bij een tijdaanduider van de in de aanhef genoemde soort het aantal onderdelen van de tandwielconstructie te verminderen. Dit doel wordt volgens de 25 uitvinding bereikt doordat de rotor is voorzien van tenminste 12,in radiale richting een dunne laag vormende, om en om als Noord- en Zuid-polen gerangschikte, regelmatig over zijn omtrek geordende polen. Bij voorkeur omvat de rotor tenminste 60, of in het geval van bijvoorbeeld een decimale tijdaanduider tenminste 100 polen.

30 Met een dergelijke veel-polige rotor wordt de moge lijkheid geschapen tot vereenvoudiging van de tandwielconstructie doordat een of meer tandwielen achterwege gelaten kunnen worden.

070150ή 'm - 2 -

Rechtstreekse aandrijving van één der klokwijzers behoort dan tot de mogelijkheden, zodat volgens een voorkeursuitvoering van de uitvinding daarom één der wijzers zodanig met de rotor verbonden is dat de rotatiebeweging van deze beide gelijk is.

5 Op deze wijze kan de tandwielconstructie of het ra derwerk beperkt in omvang gehouden worden en kan de daardoor vrijkomende ruimte op een andere wijze benut worden, hetzij door verkleining van het horloge, hetzij door de inbouw van extra functies.

10 Opgemerkt wordt dat een 60-polige rotor met directe aandrijving van seconde- of minutenwijzer bekend is uit DE-A-2.950. 210, waarin een 60-polige rotor met een daarmee co-axiale, uit een platte spoel in een juk bestaande, met 60 klauwpolen uitgevoerde stator getoond wordt. De bij de beschrijving behorende tekeningen 15 tonen dat de diameter van de rotor in de orde van grootte van de diameter van het horloge ligt. Bij de tijdaanduider volgens de uitvinding blijft, inherent aan de daarin voorziene soort stator-ro-tor-spoelconstructie, de diameter van de rotor echter, ondanks zijn 12 of meer polen, in verhouding tot de diameter van de tijdaandui-20 der gering, waarmee tevens het ruimtebeslag van de rotor verhoudingsgewijs gering blijft.

Zoals vermeld in de aanhef, is de stator opgebouwd uit twee aan weerszijden van de rotor gelegen delen en een deze delen verbindend, door de spoel heengaand juk. De stator is daarbij 25 van materiaal met een hoge magnetische permeabiliteit. Afhankelijk van de richting van de electrische stroom door de windingen van de Spoel, welke richting naar wens afgewisseld kan worden, wordt het ene statordeel een Noordpool en het andere statordeel een Zuidpool of andersom. Tussen de polen van de rotor en de naar de rotor toe-30 gekeerde statortanden ontstaan daarbij magnetische velden, die aangewend worden voor het laten roteren van de rotor, en daarmee, direct of indirect, van de klokwijzers.

Teneinde de magnetische inductie voldoende groot te laten zijn is de rotor aan de radiale binnenzijde van de polen bij 35 voorkeur voorzien van een ononderbroken rondlopend gedeelte van 8701504 Η - 3 - magnetisch zacht materiaal. Dit gedeelte, dat ring- of schijfvormig kan zijn, zorgt voor geleiding van de veldlijnen die via de rotor-polen tussen de twee statordelen lopen, alsook voor geleiding van de aan de radiale binnenzijde van de rotorpolen aansluitende veld-5 lijnguirlandes.

Om te voorkomen dat, als gevolg van de aanwezigheid van het grotere aantal om en om gerangschikte Noord- en zuid-polen op de omtrek van de rotor, de rotor door de statortanden evenzeer aangetrokken wordt als afgestoten, is de naar de rotor toegekeerde 10 rand van elk statordeel voorzien van een aantal tanden, waarvan de steekmaat tweemaal de steekmaat van de rotorpolen bedraagt en is de tandmaat daarvan ten hoogste gelijk aan de steekmaat van de rotorpolen. Om daarbij verder te bereiken dat het magnetische effect langs beide statorranden gelijkwaardig is, is de positie van de 15 tanden van de ene statorrand tevens over êên rotorpoolsteekmaat verschoven ten opzichte van een met de positie van de tanden van de andere statorrand rotatiesymmetrische positie.

Onder de steekmaat van de rotorpolen respectievelijk van de statortanden wordt hier de hoek verstaan tussen opeen-20 volgende lijnen die de rotatie-as verbinden met eenzelfde punt van elke rotorpool respectievelijk elke statortand. Bij een 60-polige rotor is de steekmaat zodoende 6°, waarmee volgens de uitvinding de steekmaat voor de statortanden 12° wordt. De tandmaat wordt bepaald door de hoek tussen de verbindingslijnen van de tandhoeken en de 25 rotoras, en is volgens de uitvinding hoogstens 5°.

Teneinde de rotor in één richting te laten draaien zijn de tanden voorzien van een in een richting, tegengesteld aan de rotatierichting van de rotor, verlopende afkanting. Door deze asymmetrische uitvoering van de tanden vindt er steeds, bij de 30 scherpe tandhoek, concentratie van veldlijnen plaats, waardoor, in de verhoudingen van de opstelling volgens de uitvinding, door omkering van de richting van de stroom in de spoel, en daarmee ompoling van de statordelen met statortanden, rotatie van de rotor be- werk-stelligd kan worden. De afkanting bedraagt bij voorkeur 10° tot 35 30°. Als gevolg van de concentratie van de veldlijnen ter plaatse 8701504 « - 4 - van de scherpe tandhoeken wordt tevens een houdkoppel verkregen voor het op zijn plaats houden van de rotor in de ruststand tussen de rotorbewegingen in.

Het, tussen de rotatiebewegingen in, in de rust-5 stand houden van de rotor kan mede geschieden met behulp van tenminste één coaxiaal met de rotor gelegen, magnetisch van de stator-delen althans nagenoeg geïsoleerd houdblok van magnetisch zacht materiaal dat ter plaatse van tenminste één onderbreking in de rotor-omringing door de statordelen gelegen is en is voorzien van tenmin-10 ste twee doch een even aantal tanden, met een steekmaat die gelijk is aan de steekmaat van de rotorpolen en met een tandmaat die ten hoogste gelijk is aan de helft van hun steekmaat. Voor de begrippen steekmaat en tandmaat wordt verwezen naar een voorgaande alinea. Door de houdblokken worden de veldlijnen van de magnetische velden 15 van de rotorpolen geconcentreerd en geleid. De rotorpolen zullen steeds neigen naar een positie, de ruststand, waarin deze veldlijnen zo kort mogelijk zijn.

Elk houdblok kan uit een aantal 2-tandige delen bestaan of ééndelig zijn met 4 of meer tanden in een even aantal. Ter 20 vergroting van het door het houdblok of de houdblokken opgewekte houdkoppel kan het aantal tanden op de statordelen beperkt worden ter vergroting van de onderbrekingen in de rotoromringing door de statordelen, zodat het aantal houdbloktanden vermeerderd kan worden.

25 Door elk houdblok zodanig gelegen te laten zijn dat de ruststand van de rotor, zoals door de tanden van het houdblok bepaald, enigszins doch minder dan een halve rotorpoolsteekmaat, in klokrichting afwijkt van de ruststand van de rotor, zoals enkel door de statortanden bepaald, kan de voor het laten beginnen van de 30 roterende beweging benodigde stroom beperkt worden. Met deze opstelling wordt namelijk de rotor in klokrichting iets voorbij de door de statortanden bepaalde ruststand gehouden, zodat bij omkering van de polariteit van de statortanden de rotor gemakkelijker in beweging komt. De afkanting van de statortanden kan daarbij mo-35 gelijk komen te vervallen.

8701504 - 5 -

De statordelen kunnen, samen met tenminste één, de statordelen buiten de spoel met elkaar verbindend, brugorgaan met een zo beperkt mogelijke magnetische geleidbaarheid één geheel vormen. Bij aanwezigheid van een of meerdere houdblokken maakt elk 5 houdblok bij voorkeur ook deel uit van dat geheel, via tenminste één brugorgaan met een zo beperkt mogelijke magnetische geleidbaarheid. Met een dergelijke opbouw wordt het aanbrengen van de betreffende onderdelen zeer vereenvoudigd.

Het zo beperkt mogelijk houden van de magnetische 10 geleidbaarheid van het brugorgaan kan, indien het brugorgaan uit hetzelfde magnetisch zachte materiaal bestaat als de statordelen en (eventueel) elk houdblok, bereikt worden door het brugorgaan een zeer geringe dikte te geven zodat magnetische verzadiging snel op zal treden. Een andere mogelijkheid is bijvoorbeeld het brugorgaan 15 in het geheel op te nemen als bestaande uit een ander materiaal bijvoorbeeld kunststof, dan dat van de statordelen en (eventueel) elk houdblok.

De uitvinding zal hieronder verder beschreven worden aan de hand van de in de figuren weergegeven voorbeelduitvoe-20 ring.

Figuur 1 toont de stappenmotor volgens een voorkeursuitvoering van de uitvinding.

Figuur 2 toont een detail van de rotoromtrek en de statorrand van de in figuur 1 weergegeven stappenmotor.

25 Figuur 3 toont de stappenmotor van figuur 1 met daarbij aangegeven de tandfasegegevens.

Figuur 4 toont een detail van een uitvoering van een houdblok volgens de uitvinding.

Figuur 5 toont een detail van een andere uitvoering 30 van een houdblok volgens de uitvinding.

Figuur 6 toont een tweetal houdblokken van figuur 4, aangebracht in de stappenmotor van figuur 1.

De in figuur 1 weergegeven stappenmotor 1 is opgebouwd uit een rotor 2 met een dunne laag 14 permanent magnetisch 35 materiaal met tenminste 12, in dit voorbeeld 60 polen, aan de ra- 9701504 ' - 6 - binennzijde daarvan voorzien van een ring 7 van magnetisch zacht materiaal, een spoel 6 en een stator van magnetisch zacht materiaal, bestaande uit twee aan weerszijden van de rotor 2 gelegen statordelen 3, 4 en een deze statordelen 3, 4 met elkaar verbin-5 dend, door de spoel 6 heengaand juk 5. De rotor 2 is om zijn as roteerbaar in, gezien op de figuren, een richting met de wijzers van de klok mee.

Ter plaatse van zijn omtrek is de rotor in dit geval voorzien van 60, om en om als Noord- en Zuidpolen gerangschikt, 10 regelmatig geordende polen. De rotor heeft een ten opzichte van de diameter van een gebruikelijk horloge geringe diameter, bijvoorbeeld ongeveer 4 millimeter.

Door een volledige omwenteling (360°) van de rotor in 60 stappen te laten geschieden, wordt het voordelig om een se-15 condenwijzer of minutenwij zer van een uurwerk zodanig met de rotor te verbinden dat een dergelijke wijzer de rotatiebeweging van de rotor gelijk volgt. Met een dergelijke opzet kan de tandwielcon-structie of het raderwerk dat normaal voor de overdracht van de rotatiebeweging van de rotor naar wijzers benodigd is, vereenvoudigd 20 worden uitgevoerd bij een stappenmotor als bij de onderhavige uitvinding met een relatief geringe rotordiameter.

In figuur 2 is het gebied weergegeven waar de sta-torrand en de rotor elkaar benaderen, op vergrote schaal. De rotor 2 is in zijn randgebied voorzien van een ring 7 van magnetisch 25 zacht materiaal en aan de radiale buitenzijde daarvan van een laag permanent gemagnetiseerd materiaal 14 in de vorm van Zuidpolen 8 en Noordpolen 9, welke laag in radiale richting een dikte heeft die overeenkomt met de ongeveer de helft van de poolbreedte aan de omtrek van de rotor. Met 10 zijn de tanden van de randen van de sta-30 tordelen 3 en 4 aangeduid. De steekmaat avan de rotorpolen 8 en 9 bedraagt 360/60 - 6°, waarmee de steekmaat β van de tanden 10 op 2 x 6 s 12° komt en de tandmaat γ op 6° of minder, bijvoorbeeld 4°.

De tanden van de ene statorrand bevinden zich steeds tegenover rotorpolen die tegengesteld zijn aan de rotorpolen 35 waartegenover de tanden van de andere statorrand gelegen zijn. In 8701504 5 > * -7 - figuur 3 is dit verduidelijkt door het aangeven van de tandfasen.

Opgemerkt wordt dat het aantal statortanden naar behoefte groter of kleiner kan zijn. De locaties van de tanden van statordeel 4 zijn steeds 6° (steekmaat cc van de rotorpolen) verschoven ten opzichte 5 van de met de locaties van de tanden van het statordeel 3 rotatie-symmetrische locaties op statordeel 4.

In de figuren 1, 2 en 3 is verder te zien dat de statortanden 10 voorzien zijn van een afkanting δ in een richting tegengesteld aan de rotatierichting van de rotor 2. De afkanting δ 10 heeft bij voorkeur een grootte van 10° tot 30°. De bij de zo ontstane scherpe hoek optredende concentratie van magnetische veldlij-nen heeft tot gevolg dat/ bij de verhoudingen van de opstelling volgens de uitvinding, bij omkering van de richting van de stroom in de windingen van de spoel 6 en dus bij ompoling van de statorde-15 len 3 en 4 en de daarvan deel uitmakende tanden 10, de daar tegenover gelegen rotorpool 8, 9 afgestoten wordt en de volgende, an-derspolige rotorpool 9,8 aangetrokken wordt, resulterend in een ro-torbeweging in klokrichting. Tevens kan door de concentratie van magnetische veldlijnen ter plaatse van de scherpe tandhoek de ro-20 tor, wanneer opgenomen in een horloge, bij dynamische gebruiksom-standigheden voor een voorafbepaalde duur op zijn plaats gehouden worden.

Het houdblok 11 heeft in de weergave van figuur 4 zes tanden 12. Alternatief kunnen meerdere kleinere houdblokken 11 25 met een even aantal tanden aangebracht zijn, bijvoorbeeld zoals volgens figuur 5. In figuur 6 is te zien dat houdblokken 11, bij voldoende ruimte, aan weerszijden van de rotor aangebracht kunnen zijn.

Het houdblok 11 is coaxiaal met de rotor 2 aange-30 bracht. De tanden 12 van het houdblok (of van de houdblokken) 11 hebben een steekmaat ε ,die gelijk is aan de steekmaat et van de rotorpolen 8, 9 en een tandmaat ζ ,die ten hoogste gelijk is aan de helft van hun steekmaat ε .

Met het houdblok 11 kan een houdkoppel opgewekt 35 worden voor het op zijn plaats houden van de rotor tussen de ro- 8701504 t ' - 8 - teerbewegingen in. De. ligging van het houdblok 11 kan zodanig zijn dat de door deze bepaalde ruststand van de rotor 2 samenvalt met die welke door de statordelen 3, 4 bepaald wordt. Het houdkoppel 11 kan eventueel vergroot worden door de rotoromringing door de 5 statordelen 3, 4 in te korten en de vrijgekomen ruimte te benutten voor vergroting van het houdblok 11. Wanneer het houdblok 11 voldoende houdkoppel kan opwekken, kan dit ook over een hoek kleiner dan de helft van de steekmaat α van de rotorpolen 8, 9 in klok-richting verplaatst aangebracht zijn. Bij deze stand valt de door 10 het houdblok bepaalde ruststand van de rotor 2 voorbij die welke enkel bepaald wordt door de statordelen 3, 4, met als gevolg dat minder stroom aangewend behoeft te worden voor het in rotatie brengen van de rotor 2 bij iedere stap, in welk geval een kleinere stroomsterkte in de spoel nodig is. Doordat met een dergelijke op-15 stelling de rotatierichting van de rotor bepaald wordt, zouden in dit geval de afkantingen δ van de statortanden 10 achterwege kunnen blijven.

8701504

Claims (13)

1. Electro-mechanische tij daanduider met een elec-tronische schakeling voor het opwekken van een referentie-kloksig-naal, een door dat signaal aangedreven stappenmotor omvattend een rotor met permanent magnetische polen, een stator en een spoel, 5 alsmede een door de werking van de stappenmotor aangedreven raderwerk voor de aandrijving van klokwijzers, waarbij de stator opgebouwd is uit twee aan weerszijden van de rotor gelegen statordelen en een deze twee delen met elkaar verbindend, door de spoel heengaand juk, met het kenmerk, dat de rotor (2) voorzien is van ten- 10 minste 12 in radiale richting een dunne laag (14) vormend om en om als Noord- en Zuidpolen gerangschikte, regelmatig over zijn omtrek geordende polen (8,9).

2. Tij daanduider volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de rotor (2) voorzien is van tenminste 60 polen (8,9).

3. Tij daanduider volgens conclusie 2, met het ken merk, dat de rotor (2) voorzien is van tenminste 100 polen (8,9).

4. Tij daanduider volgens conclusie 1, 2 of 3 met het kenmerk, dat de rotor (2) aan de radiale binnenzijde van de polen (8, 9) is voorzien van een ononderbroken rondlopend gedeelte 20 (7) van magnetisch zacht materiaal.

5. Tijdaanduider volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat het gedeelte (7) ringvormig is.

6. Tijdaanduider volgens een der conclusies 1-5, met het kenmerk, dat één der wijzers zodanig met de rotor (2) ver- 25 bonden is dat de rotatiebeweging van deze beide gelijk is.

7. Tijdaanduider volgens één der conclusies 1-6, met het kenmerk, dat de naar de rotor (2) toegekeerde rand van elk statordeel (3, 4) voorzien is van een aantal tanden (10), waarvan de steekmaat ( B) tweemaal de steekmaat (a) van de rotorpolen be- 30 draagt en de tandmaat (Y) daarvan ten hoogste gelijk is aan de steekmaat (a) van de rotorpolen (8, 9), waarbij de positie van de tanden (10) van de ene statorrand over één rotorpoolsteekmaat (a) verschoven is ten opzichte van een met de positie van de tanden 8701504 ! - 10 - (10) van de andere statorrand rotatiesymmetrische positie.

8. Tijdaanduider volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de tanden (10) voorzien zijn van een in een richting, tegengesteld aan de rotatierichting van de rotor (2), verlopende af- 5 kanting (δ).

9. Tijdaanduider volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat de afkanting (6) 10° tot 30° bedraagt.

10. Tijdaanduider volgens êên der conclusies 1 - 9, met het kenmerk, dat de statordelen (3, 4), samen met tenminste 10 één, de statordelen (3, 4) buiten de spoel (6) met elkaar verbindend brugorgaan met een zo beperkt mogelijke magnetische geleidbaarheid, één geheel vormen.

11. Tij daanduider volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat ter plaatse van tenminste één onder- 15 breking in de rotoromringing door de statordelen (3, 4) tenminste één coaxiaal met de rotor (2) gelegen, magnetisch van de statordelen (3, 4) althans nagenoeg geïsoleerd houdblok (11) van magnetisch zacht materiaal voorzien is, welk houdblok (11) is voorzien van tenminste twee doch een even aantal tanden (12) met een steekmaat (ε) 20 die gelijk is aan de steekmaat (a ) van de rotorpolen (8, 9) en met een tandmaat (ζ) die ten hoogste gelijk is aan de helft van hun steekmaat (e).

12. Tijdaanduider volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat elk houdblok (11) zodanig gelegen is dat de ruststand 25 van de rotor (2), zoals door de tanden (12) bepaald, enigszins doch minder dan een halve steekmaat (ot) van de rotorpolen (8, 9) afwijkt van de ruststand van de rotor (2), zoals alleen door de statortan-den (10) zou worden bepaald.

13. Tijdaanduider volkgens conclusie 11 of 12, met 30 het kenmerk, dat de statordelen (3, 4) en elk houdblok (11), samen met tenminste één, de statordelen (3, 4) en het houdblok (11) met elkaar verbindend brugorgaan met een zo beperkt mogelijke magnetische geleidbaarheid, één geheel vormen. -o-o-o-o-o-o-o-o- 8701504