DE2621262A1

DE2621262A1 - Einphasenschrittmotor

Info

Publication number: DE2621262A1
Application number: DE19762621262
Authority: DE
Inventors: Roland Sudler
Original assignee: Quarz Zeit AG
Current assignee: Quarz Zeit AG
Priority date: 1976-05-13
Filing date: 1976-05-13
Publication date: 1977-11-17
Also published as: FR2351529A1; US4138617A; ZA772715B; IT1084637B; FR2351529B3; GB1532342A; DE2621262C2; AR214883A1; BR7703098A

Description

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QUARZ-ZEIT-AG 6000 Frcnkfurt/Main

Gräfstrasse 1o3

Einphasenschrittmotor

Die Erfindung bezieht sich auf einen Einphasenschrit-tmotor, insbesondere für Uhren, mit einem Rotor, auf dessen Welle ein Antriebsritzel sitzt und gegebenenfalls mittels eines Halteorgans ein zweipoliger Dauermagnet befestigt ist, und einem aus einem dia- oder paramagnetischen Material bestehenden Stator mit einer ein /.ur Rotorachse quer verlaufendes Erregerfeld erzeugenden Erregerwicklung und zwei radial einander gegenüberliegenden und zur Erregerfeldrichtung versetzten Hilfspolen.

Es sina bereits Einphasenschrittmotore bekannt, die aus einem zweipoligen Dauermagnetrotor und einem Stator aus einem amagnetischen Material bestehen, auf dem eine Erregerwicklung parallel zur Statorachse angeordnet ist. Der Stator ist von einem Rind aus ferrcrnagnetischem Material umgeben, der mit zwei Hilfspole bildenden Öffnungen versehen ist. Derartige Einphasenschrittmotore haben den Nachteil, dass sie, obwo'hl sie auf einen möglichst geringen Stromverbrauch hin entwickelt wurden, immer noch eine unerwünscht hohe Leistungsaufnahme besitzen, wenn ein Drehmoment von einigen hundert Millipondzentimeter an der Sekundenzeigerwelle der Uhr vorhanden sein soll.

Dieser Nachteil soll durch die Erfindung Ubeirwunden werden. Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen EinphasBnschrittmotor, insbesondere zum Antrieb eines Uhrwerks zu schaffen, der bei Abgabe eines relativ hohen Drehmoments einen möglichst geringen Stromverbrauch besitzt. Zudem soll der Motor ein kleines Bauvolumen aufweisen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Rotor einen Dauermagneten aus einer Lanthanid-Ferromagneticum-Legierung

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enthält, dessen Massenträgheitsmoment im Bereich des Massenträgheitsmoments der Rotorwelle mit Ritzel und gegebenenfalls mil-Halteorgan für den Dauermagnet liegt.

Durch die Herabsetzung des Massenträgheitsmoments bei gleichzeitiger Vergrößerung der Wirksamkeit des Dauermagneten durch Verwendung einer Lanthanid-Ferromagneticum-Legierung wird ein vergleichsweise großes Drehmoment bei geringer Leistungsaufnahme erzielt. Die Verringerung der Leistungsaufnahme ist hierbei im wesentlichen auf die Herabsetzung des Massenträgheitsmoments zurückzuführen: je geringer letzteres ist, desto geringer ist der Stromverbrauch. Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass ein Überschwingen des Rotors nach jedem Schritt aufgrund des kleinen Massenträgheitsmoments, das ein günstiges HaI-temomcnt nach sich zieht,' nicht oder allenfalls in einer nicht ins Gewicht fallenden Form auftritt, so dass zusätzliche Dämpfungsmittel, wie Sie bei den bekannten Motoren häufig verwendet werden müssen, nicht benötigt werden. Ein weiterer erheblicher Vorteil der Erfindung ist in der äußerst geringen Geräuschentwicklung des Rotors zu sehen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist für den Rotor ein Dauermagnet aus einer Lanthanid-Kobalt-Legierung vorgesehen. Mit derartigen Legierungen lassen sich besonders hohe Energieprodukte (BH) max. erzielen. Als besonders vorteilhaft hat sich ein Douer- ~zz'~z Ξ-s eirer Scmarium-Kobalt-Legierung erwiesen. Derartige Legierungen besitzen ein maximales Energieprodukt (BH) max. in der Größenordnung von 12o kJ/m .

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Massenträgheitsmoment des Dauermagneten kleiner als dasjenige der Rotorwelle mit Ritzel'und gegebenenfalls dem Halteorgan gewählt.Eine solche Ausführungsform hat den Vorteil, dass der Motor einen besonders geringen Stromverbrauch aufweist. Eine durch die dadurch bedingte Verringerung des Dauermagnetmaterials hervorgerufene

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Drohmomentverminderung kenn durch eine Erhöhung des Materialanteils der Hilfspole in Grenzen wieder kompensiert werden.

Im Hinblick auf ein möglichst geringes Bauvolumen des Motors hat es sich als zweckmäßig erwiesen, zwei st iftförmige Hilfspole vorzusehen. Diese können in entsprechenden Löchern im Stator, der beispielsweise aus Kunststoff hergslrellt sein kann, untergebracht sein. Beide Hilfspole' sind am zweckmäßigsten zu einem U-förmigen Element zusammengefasst. Auf diese Weise läßt sich die Montage des Motors nicht unbeträchtlich vereinfachen. Anstelle eines Lochpaares im Stator sind am zweckmäßigsten mindestens zwei zur Erregerfeldrichtung symetrische Lochpaare zur Aufnahme der Hilfspole vorgesehen. Durch einfaches Umstecken der Hilfspole bzw. des U-förmigen Elements von dem einen Lochpaar in das andere kann die Drehrichtung des Motors geändert werden. Sind darüber hinaus, was zweckmäßig ist, menrere Lochpaare vorhanden, so kann durch entsprechendes Umstecken der st iftförmigen Hilfspole bzw. des U-förmigen Elements zusätzlich zur Drehrichtung auch das vom Motor abgegebene Drehmoment in Grenzen geändert werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung besteht der Stator aus einem im Bereich des Dauermagneten quer zur Rotordchse unterteileten Spulenkörper, in dem sich die Lager für die Rotorwelle befinden. Eine solche Ausführungsform besitzt im Vergleich zu bekannten und ebenfalls möglichen Ausführungsformen ein nicht unwesentlich geringeres Bauvolumen sowie fertigungs- und montagetechnische Vorzüge. Letzteres ist insbesondere darauf zurückzuführen, dass die Zahl der für den Motor erforderlichen Einzelteile wesentlich geringer ist als diejenige bei den bekannten Motoren.

In einer Ausführungsform der Erfindung ist in jedem der beiden Spulenkörperteile ein Rotorla^r vorgesehen. Gemäß einer noch vorteilhafteren Ausführungsform ist an einem Spulenkörperteil ein rohrförmiger Ansatz zur Aufnahme beider Rotorlager"vorhanden.

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Eine solche Ausführungsform besitzt insbesondere fertigungstechnische Vorteile, da lediglich ein Spulenkörperteil weiteren Arbeitsgängen unterworfen wird.

Die Erfindung sei anhand der Zeichnung, die in zum Teil schemati scher Darstellung ' Ausführungsbeispiele enthalt, näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Motor-j

Figur 2 eine Aufsicht auf den Motor gemäß Figur 1 und

Figur 3 einen Längsschnitt durch einen weiteren erfindungsgemäßen Motor.

Der Motor nach den Figuren 1 und 2 umfasst einen Stator 1 und einen in diesem gelagerten Rotor 2. Der Rotor 2 besteht aus einer Stahlweile 3, an deren einem Ende ein Ritzel 4 sitzt und die in ihrem anderen Endbereich einen zweipoligen Dauermagneten 5 aus einer Samarium-Kobclt-Legierung trägt, der zwischen zwei Haltev/angen 5 angeordnet ist. Die Befestigung des Dauermagneten 5 an den Haltewangen 6 kann mittels eines Klebers erfolgen. Das MaSenirögnei csmornent des Dauermagneten ist kleiner als das der Welle 3 -nit dsm Ritzel 4 und den Haltewangen 6, was im wesentlichen auf die größere Masse der Stahlwelle und den Durchmesser der beiden Wangen 6 zurückzuführen ist.

Die Welle 3 des Rotors 2 ist in einem den Stator 1 bildenden Spulenkörper 7 gelagert. Der Spulenkörper 7 ist quer zur Rotorachse in zwei Teile 8 und 9 unterteilt, die durch Zapfen 1o und diesen zugeordnete Vertiefungen 11 verdrehsicher miteinander verbunden sind. Beide Teile 8 und 9 besitzen jeweils eine Ausnehmung 12 bzw. 13 zur Aufnahme des dquermagnetischen Abschnitts der

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V₁ZoIIe 3 und Loger 14 bzw. 15 für die Welle 3. An den Teil 8 des Spulenkörpers 7 ist des weiteren ein rohrförmiger Ansatz

16 angeformt, durch den die Welle 3 durch die Erregerwicklung

17 aus dem Spulenkörper 7 herausgeführt ist.

In den Seitenteilen des Spulenkörpers 7 befinden sich eine Anazhl von Lochpaaren 18 und in einem derselben ein U-förmiges Element 19, dessen Schenkel 2o und 21 die Hilfspole des Motors bilden. Die durch das U-förmige Element 19 gehende Ebene schließt hierbei mit der Hauptrichtung des Erregungsfeldes, die mit dem Pfeil A gekennzeichnet ist,einen Winkel von 45 Winkelgraden ein.

Der Motor nach Figur 3 unterscheidet sich von dem zuvor beschriebenen durch die Lagerung der Welle 3. Diese läuft nunmehr in zwei Lager 22 und 23 um, von denen jedes in ein Ende des Ansatzes 16 eingepresst ist. Die Axialsicherung der Welle 3 erfolgt einerseits durch das Ritzel 4 und andererseits durch das Halteorgan 24, an dem der Dauermagnet 5 befestigt ist. Eine derartige We.llenlogerung hat gegenüber der zuvor beschriebenen den Vorteil, dass im Bereich des Ritzels 4 nur äußerst geringe Radialbewegungen der Welle auftreten, was sich geräuschmindernd auswirkt.

Ein gemäß den Figuren 1 und 2 aufgebauter Motor besitzt einen Durchmesser voniomm und gibt an der Sekundenzeigerwelle einer Uhr ein Drehmoment von o,3 pcm ab. Die benötigte Anlaufspannung beträgt o,4 V. Die gringe Anlaufspannung gestattet die Speisung des Motors mit Minibdtterien und anderen, bisher zum Antrieb eines solchen .Motors nicht verwendbaren Energiequellen, wie beispielsweise Solarzellen.

Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, den Stator 1 mit einem ringförmigen Schirm aus einem ferrromagnetischen Material zu versehen. Auf diese Weise läßt sich nicht- nur die Ancfaufspannung weiter beträchtlich vermindern, sondern auch erreichen, daß eine Beeinflußung der Motoreigenschaften durch 'in der Nähe des Motors angeordnete ferromagnetische Gegenstände nicht auftritt.

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Claims

Patentansprüche

1. Einphasenschrittmotor, insbesondere für Uhren, mit einem Rotor, auf dessen Welle ein Antriebsritzel sitzt und gegebenenfalls mittels eines Halteorgans ein zweipoliger Dauermagnet befestigt ist, und einem aus einem dia- oder parcmagnetischen Material bestehenden Stator mit'einer ein zur Rotorachse quer verlaufendes Erregerfeld erzeugenden Erregerwicklung und zwei radial einander gegenüberliegenden und zur Erregerfeldrichtung versetzten Hilfspolen, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (2) einen Dauermagneten (5) aus einer Lanthanid-Ferromagneticum— Legierung enthält, dessen Maßenträgheitsmoment im Bereich des Masssnträgheitsmoments der Rotorwelle (3) mit Ritzel (4) und gegebenenfalls dem Halteorgan (6, 24) für den Dauermagneten (5) liegt.

2. Einphasenschrittmotor nach Anspruch 1_f. dadurch gekennzeichnet, dass ein Dauermagnet (5) aus einer -Lanihanid-Kobalt-Legierung vorgesehen ist.

3. EinphasBnschrittmotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dauermagnet aus einer Samarium-Kobalt-Legierung vorgesehen ist.

4. Einphasenschrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis.3, dadurch gekennzeichnet, dass das Massenträgheitsmoment des Dauermagneten (5) kleiner als dasjenige der Rotorwelle (3) mit Ritzel und gegebenenfalls dem Halteorgan (6, 24) ist.

5. EinphasBnschrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei stiftförmige Hilfspole (2o, 21) vor-" gesehen sind.

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6. Einphasenschrittmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass beide Hilfspole (2o, 21) zu einem U-förmigen Element (19) zusammengefasst sind,

7. EinphasBnschrittmotor nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet , dass im Stator (i) mindestens zwei zur Erregerfeldrichtung (a) symetrische Lochpaare (18) zur Aufnahme der Hilfspole (2o, 21 ) vorgesehen sind.

8. Einphasenschrittmotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Lochpaare (18) vorgesehen sind.

9. Einphasenschrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stator (i) aus einem im Bereich des Dauermagneten (5) quer zur Rotorachse unterteilten Spulenkörper (7) besteht, in dem sich die Lager ("14, 15, 22, 23) fUr die Rotorwelle(3) befinden.

10. Einphasenschrittmotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem der beiden Spulenkörper Teile (8, 9) ein Rotorlager (14, 15) vorgesehen ist.

11. Einphasanschrittmotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Spulenkörperteil (8) ein rohrförmiger Ansatz (16) zur Aufnahme zweier Rotorlager (22, 23) vorhanden ist.

12. Einphasenschrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator mit einem ringförmigen Schirm aus einem f.erromagnetischen Material versehen ist.

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