DE2360214A1

DE2360214A1 - Elektrischer mikromotor mit schrittweiser drehung

Info

Publication number: DE2360214A1
Application number: DE19732360214
Authority: DE
Inventors: Jean-Claude Marie Ja Chatelain
Original assignee: FRESARD FRERES
Current assignee: FRESARD FRERES
Priority date: 1972-12-05
Filing date: 1973-12-03
Publication date: 1974-06-06
Also published as: CH594312B; IT999884B; FR2209246A1; FR2209246B1; CH1693173A4; DD109135A5

Description

HD/HB/lMR/23.963
28. 11. 1973

FRESARD Freres

47 Route des Vallees

74100 - ANNEMASSE/ .Frankreich

" Elektrischer Mikromotor mit schrittweiser Drehung."

Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrischen Mikromotor mit schrittweiser Drehung und sehr kleinen Dimensionen, z.B. in der Grössenordnung einiger Millimeter, der insbesondere zum Antrieb des Mechanismus eines Zeitmessgerätes, vornehmlich einer Armbanduhr, bestimmt ist.

Die Herstellung eines elektrischen Motors mit derartigen Abmessungen und der für den beabsichtigten Anwendungsfall notwendigen Arbeitszuverlässigkeits stellt technologische Probleme, die nur gelöst werden können, wenn man diesem Motor den einfachst möglichen Aufbau verleiht« In diesem Sinne ist es insbesondere notwendig, dass der Motor weder bewegliche Kontakte noch Kommutierungsorgane besitzt. Infolgedessen besitzt ein der-« artiger Motor vorteilhafterweise einen Rotor mit Dauermagnetisierung und einen Stator _s der einen magnetischen Kreis aufweist,

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der von dem genannten Rotor und einer Wicklung geschlossen wird, die von Impulsen entgegengesetzter Polarität gespeist wird.

Aus den gleichen Gründen ist es ferner zweckmässig, dass der Aufbau dieses Motors so symmetrisch wie möglich ist, damit alle parasitären Kräfte gegenseitig sich aufheben und nicht zur Schaffung eines Drehmomentes beitragen, und damit der Motor statisch und dynamisch vollkommen ausgewuchtet ist, sodass seine Bestandteile, die sehr kleine Abmessungen haben und infolgedessen zerbrechlich sind, frei von allen schädlichen und überflüssigen Beanspruchungen sind.

Schliesslich ist es ebenfalls aus diesen Gründen wichtig, dass die Materialien, aus denen die verschiedenen Bestandteile des Motors bestehen, und die Formgebung und die Anordnung zueinander dieser Teile sorgfältig gewählt werden, um dem Motor die grösstmögliche Leistung und den besten Wirkungsgrad zu geben, die mit seinem Raumbedarf vereinbar sind.

Die Erfindung hat infolgedessen die Herstellung eines elektrischen Mikromotors der betrachteten Art zum Gegenstand, der allen oben genannten Bedingungen genügt und mit geringen Kosten mit einfachen technischen Mitteln trotz' seiner sehr kleinen Abmessungen gefertigt werden kann.

Zu diesem Zweck besitzt der erfindungsgaaässe Mikromotor eirai Rotor mit Dauermagneten, der von einem Stator umschlossen wird, der mit einem magnetischen Kreis versehen ist, der eine Wicklung trägt, die von Impulsen entgegengesetzter Polarität gespeist wird. ' .

Erfindungsgemäss wird dieser Mikromotor in wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass sein Rotor eine aus unmagnetischem Stoff bestehende Trägerscheibe besitzt, die von einer senkrecht zu seiner Ebene verlaufenden, zentralen Achse getragen wird und an seinem Umfang radiale, tiefe und kreissymmetrisch verteilte 2p-Kerben aufweist, von denen jede von einem flachen Einsatz-

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stück, das im wesentlichen die gleiche Dicke hat wie der genannte Träger, ausgefüllt wird, wobei die genannten Einsatzstücke aus magnetisch hartem Material hergestellt sind und parallel zur Achse in abwechselnd entgegengesetzter Richtung magnetisiert sind, und dass sein Stator ein flaches zylindrisches Gehäuse aus unmagnetischem Stoff besitzt, dessen Innenfläche auf jeder Stirnwand von einer ebenen ringförmigen und aus magnetisch weichem Stoff bestehenden Scheibe bedeckt wird, die flache kreissymmetrisch verteilte Wicklungen trägt, die auf beiden Seiten des Rotors einander gegenüber angeordnet sind und miteinander verbunden sind, um magnetische.in wechselnder Reihenfolge einander entgegengerichte 2p-Felder zu erzeugen.

Die Trägerscheibe des Rotors und gegebenenfalls das zylindrische Gehäuse des Stators werden vorteilhafterweise aus einer leichten Legierung, einem synthetischen Harz oder jedem anderen unmagnetischen Stoff geringer Dichte gefertigt, während die Einsatzteile des Motors vorzugsweise von einem magnetischen, anisotropen, axiale gerichteten Stoff mit hoher remanenter Induktion und hohem Koerzitiv-Feld, wie z.B. einem Kobaltseltene Erde-und insbesondere Kobalt-Samarium-Komplex gebildet wird.

Ausserdem besitzt der Mikromotor vorteilhafterweise statische Mittel zurMnkeOste]lungfixieiurg,diedircii den Effekt der .kleinsten Reluktanz wirken, um den Rotor in Ruhe in einer der 2p-Winkelstellungen zu halten, die in gleichen Abständen voneinander festgelegt sind.

In der folgenden Beschreibung wird die Erfindung anhand' von Abbildungen näher erläutert. Für die Abbildungen gilt :

Fig. 1 und 2 zeigen in einem Axial- bzw. in einem Radialschnitt einen ersten erfindungsgemässen Mikromotor ; und

Fig. 3 und 4 zeigen in entsprechender Weise wie die Fig. 1 und und 2 eine abgewandelte Ausführungsform des erfindungs-

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gemässen Mikromotors.

Der in den Fig. 1 und 2 schematisch dargestellte Mikromotor besitzt im wesentlichen einen Rotor 10 und einen Stator 20. Der Rotor 10 wird in einfacher Weise von einer ebenen Trägerscheibe 11 verhältnismässig geringer Dicke gebildet. Diese Scheibe besteht aus einer leichten unmagnetischen Legierung geringer Dichte. Sie besitzt eine zentrale Nabe 12, die auf eine Achse 13 aufgepresst ist, die senkrecht zur Scheibenebene verläuft und deren Enden als Spitzen ausgebildet sind, die in entsprechenden vom Stator 20 getragenen Lagerpfannen 14 drehbar gelagert sind. Die Achse 13 trägt ein Ritzel15_S das vorteilhafterweise aus gegossenem synthetischen Harz hergestellt ist, und in ein Rad 16 eingreift, dessen in eine Spitze auslaufende Achse sich in einer Lagerpfanne 17 dreht, die ebenfalls von dem Stator 20 getragen wird.

Der Aussenurafang der Trägerscheibe 11 des Stators 10 besitzt acht radiale, tiefe Einschnitte, die kreissymmetrisch verteilt sind und von denen jede von einem Einsatzteil 18 in der Form eines gleichschenkligen Trapezes mit grosser gekrümmter Basis und von im wesentlichen der gleichen Dicke wie die Scheibe ausgefüllt wird. Diese Einsatzstücke 18, die mit der Scheibe 11 durch Aufformen, Kleben, Einpressen oder Schweissen fest verbunden sind, bestehen aus magnetisch hartem Stoff, wie einem Kobalt-seltene Erde-Komplex und insbesondere einem Kobalt-Samarium-Komplex, weisen eine anisotrope vorzugsweise normal zur Ebene der Scheibe 11 ausgerichtete Struktur auf, wie die Schraffur der Fig. 1 symbolisch zeigt, und sind in dieser Richtung abwechselnd entgegengesetzt magnetisiert _ΰ wie die Symbole zeigen, die sich auf den nicht mit Bezugsziffern versehenen Einsatzstücken der Fig» 2 befinden. Die so erhaltenen Dauermagnete besitzen folglich nicht nur ein sehr starkes Koerzitiv-Feld, das auf Grund ihrer Form notwendig ist, um ihre Entmagnetisierung zu verhindern, sondern eine sehr hohe remanente Induktion, die es ermöglicht, eine hohe magnetische potentielle Energie in den benachbarten Luftspalten aufzubringen=

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Der Stator 20 besteht im wesentlichen aus einem flachen zylindrischen Gehäuse, das von zwei topfförmigen Ringteilen 21, 22 aus magnetischem Harz oder anderem ünmagnetischem Stoff gebildet wird, die beiderseits des Rotors 10 angeordnet sind und deren Umfange miteinander im wesentlichen in der Ebene des Rotors verfugt sind. Der Ringteil 22 besitzt auf einer Seite einen radialen Arm 23, der in der Achse des Motors eine Höhlung zur Aufnahme der Lagerpfanne 14 und auf der anderen Seite eine seitliche Höhlung aufweist, die in seiner Bodenwand ausgebildet ist, um die Lagerpfanne 17 aufnehmen zu.können. Auf der ebenen Innenfläche jedes ringförmigen Teiles 21, 22 ist eine

ringförmige Scheibe 24, 25 aus magnetisch weichem Stoff angeordnet, die vier oder acht ebene Wicklungen 26, 27 trägt, die kreissymmetrisch auf jedem dieser Ringe und in entsprechender Weise beiderseits des Rotors 10 verteilt sind. Diese Wicklungen sind elektrisch, z.B. in Reihe miteinander verschaltet, sodass magnetische 2p-Felder erzeugt werden, die axial in wechselnder Richtung ausgerichtet sind. Auf diese Weise, wenn die genannten Wicklungen von elektrischen Impulsen wechselnder Polarität gespeist werden, gewährleistet die Wechselwirkung der magnetischen Felder, die sie erzeugen_s mit denen,die von den Dauermagneten des Rotors aufgebracht werden, die schrittweise Weiter-' bewegung dieses Rotors mit einer Geschwindigkeit, die von der Folgefrequenz dieser Impulse und der Anzahl der Pole des Motors abhängt. Es ist vorteilhaft _s die Untersetzung zwischen dem Ritzel 15 und dem Rad 16 in Abhängigkeit von dieser Drehgeschwindigkeit des Rotors zu wählen, sodass das Rad 16 eine Umdrehung pro Minute ausführt. -

Dem so aufgebauten Stator 20 sind Indexationsmittel, die nach dem Effekt des geringsten magnetischen Widerstandes arbeiten, zugeordnet, um den Rotor in Ruhe in einer der gleichweit voneinander entfernten Stellungen zu halten. Diese Mittel werden in einfacher Weise von einer Scheibe 28 aus magnetisch weichem Stoff gebildet, die zwischen den miteinander verfugten Umfangen der ringförmigen Teile 21, 22 eingesetzt ist und deren Innenumfang acht gleich weit voneinander entfernte Aussparungen

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29 aufweist, sodass eine ebenso grosse Anzahl von Vorsprüngen abgegrenzt wird, die in der Ebene des Rotors 10 einander gegenüber liegen. Diese Massnahmen haben natürlich zum Ergebnis, dass die Regelmässigkeit des Motorlaufes gewährleistet wird, dessen Rotor nach jedem vom Stator erhaltenen Impuls sich um einen Schritt weiter bewegt.

Der beschriebene und dargestellte Mikromotor enthält verschiedene zusätzliche Massnahmen, um seinen energetischen Wirkungsgrad zu verbessern. So besitzt der Aussenumfang der Trägerscheibe 11 des Rotors 10 eine tiefe radiale Aussparung 19 zwischen jedem Paar benachbarter Magnete 18, wodurch die Masse und damit das Trägheitsmoment des genannten Motors wesentlich verringert wird. Der Umfang dieses Rotors und der ■Umfang der Scheibe 28 sind vorteilhafterweise gleich gerichtet, sodass der Luftspalt zwischen den Magneten 18 und den Vorsprüngen der genannten Scheibe verringert werden, damit ein starkes Moment zur Stillsetzung des Rotors gewährleistet ist. Wie aus der Fig. 2 hervorgeht, ist die radiale Länge der Magneten 18 ungefähr zweimal so gross, wie ihre mittlere Breite und liegt zwischen zwei und drei Vierteln der radialen Ausdehnung der Wicklungen 26 und 27, sodass eine genaue Winkellokalisierung der magnetischen Felder gewährleistet ist, die von den genannten Magneten und den genannten Spulen erzeugt werden, und sodass daher eine wirksame Wechselwirkung dieser Felder gesichert ist.

Der in den Fig. 3 und 4 dargestellte Aufbau des Mikromotors ist in seinen wesentlichen Punkten dem Aufbau des Mikromotors der Fig. 1 und 2 ähnlich, sodass die den beiden Aufbauten gemeinsamen Teile nicht von neuem beschrieben werden.

Bei der in den Fig. 3 und 4 gezeigten Abwandlung des erfindungsgemässen Mikromotors besteht der Rotor 10· aus synthetischem Harz und nicht aus einer leichten Legierung und weist zwischen den Magneten keine Umfangsaussparungen auf. Die zum Stator 20' gehörenden Stellungsfixieiungs-oder Markierungsmittel

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werden nicht mehr von einer getrennten Scheibe, sondern in einfacher Weise von den Scheiben 24', 25' gebildet, die die Wicklungen tragen und deren Aussenumfang acht krexssymmetrisch verteilte Aussparungen 29' aufweisen, um eine ebenso grosse Anzahl von Vorsprüngen abzugrenzen, die den Zonen des geringsten' magnetischen Widerstandes, entsprechen. Man stellt fest, dass diese Ausführungsform der Markierungsmittel des Rotors im Unterschied zu denen im Vorangehenden beschriebenen es nicht erlaubt, die Ruhestellungen des Rotors bezüglich der Wicklungen des Stators nach Belieben festzulegen oder diese zu verändern.

Selbstverständlich kann der Aufbau des erfindungsgemässen Mikromotors vielen Einzelteilabwandlungen unterzogen werden.

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Claims

2 3 6 O 2 1 A

PATENTANSPRÜCHE

- Elektrischer Micromotor mit schrittweiser Drehung und sehr kleinen Abmessungen, insbesondere zum Antrieb des Mechanismus eines Zeitmessgerätes, wie einer Armbanduhr, der einen ebenen Rotor mit Dauermagneten, der von einem Stator geschlossen wird, der mit; einem magnetischen Kreis mit einer Wicklung versehen ist, die von Impulsen entgegengesetzter Polarität gespeist wird, und dadurch gekennzeichnet ist, dass sein Rotor(iO,10') eine aus unmagnetischem Stoff bestehende Trägerscheibe (11) besitzt, die von einer senkrecht zu seiner Ebene verlaufenden zentralen Achse (13) getragen wird und an seinem Umfang radiale, tiefe und kreissymmetriscii verteilte 2p-Kerben aufweist, von denen jede von einem flachen Einsatzstück (18)j das im wesentlichen die gleiche Dicke hat wie der genannte Träger (11), ausgefüllt wird, v/obei die genannten Einsatzstücke (18) aus magnetisch hartem Material hergestellt sind und parallel zur Achse in abwechselnd entgegengesetzter Richtung magnetisiert sind, und dass sein Stator(20,20')ein flaches zylindrisches Gehäuse aus unmagnetischem Stoff besitzt, dessen Innenfläche auf jeder Stirnwand von einer ebenen ringförmigen und aus magnetisch weichem Stoff bestehenden Scheibe{24,25;24',25')bedeckt wird, die flache, kreissymmetrisch verteilte Wicklungen (26, 27) trägt, die auf beiden Seiten des Rotors(10,10¹)einander gegenüber angeordnet sind und miteinander verbunden sind, um magnetische, abwechselnd entgegengesetzt gerichtete 2p-Felder zu erzeugen.

2. - Mikromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , dass der Träger (11) des Rotors(i0,10')und gebenenfalls das Gehäuse des Stators(20,20')aus einer leichten Legierung, einem synthetischen Harz oder aus jedem anderen unmagnetischem Stoff geringer Dichte hergestellt sind.

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'3· - Mikromotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , dass die Einsatzstücke (18) des Rot or s (10,10OaUs magnetisch anisotropem axial gerichtetem Stoff mit hoher remanenter Induktion und starkem Koerzitiv-FeId, wie einem Kobalt-seltene- Erde- und insbesondere Kobalt-Samarium-Komplex, hergestellt sind.

4. - Mikromotor nach einem der Ansprüche 1. bis 3» dadurch

gekennzeichnet , dass die Einsatzstücke (18) des Rotors(iO,10^!)cLie Form eines gleichschenkligen Trapezes mit grosser, z.B. kreisförmiger Basis und mit einem Radius gleich dem der Trägerscheibe (11) haben.

5. - Mikromotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , dass die mittlere Breite der Einsatzstücke (18) des Rotors(iOj,10')halb so gross ist wie ihre radiale Länge.

6. - Mikromotor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet , dass die·radiale Länge der Wicklungen (26, 27) des Stators(20,20')we^i:iigstens um ein Drittel grosser ist als die radiale Länge der Einsatzstücke (18) des Rotors (10,10')·

7. - Mikromotor nach'einem der Ansprüche 1 bis 6_? d· a d u r c h ■ gekennzeichnet , dass der Umfang des Trägers

(11) des Rotors (10) zwischen nebeneinander liegenden Einsatzstücken (18) breite Einkerbungen aufweist.

8. - Mikromotor nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er statische

Mittel zur Winkelstellungsfestlegung oder Markierung besitzt, . die nach dem Prinzip des kleinsten magnetischen Widerstandes ^; arbeiten, um den Rotor bei Ruhe in einer der festgelegten, " jeweils gleichweit voneinander entfernten 2p-Winkelsteilungen zu halten«

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9· - Mikromotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , dass wenigstens eine der ringförmigen Scheiben (24¹, 25') des Stators (20·) an ihrem äusseren Umfang 2p-Aussparungen besitzt, die kreissymmetrisch verteilt sind, um eine ebenso grosse Anzahl von Vorsprüngen abzugrenzen, die die genannten Winkelstellungsfixieningsmittel bilden.

10.- Mikromotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet , dass ein flacher Ring aus magnetisch weichem Stoff in der Ebene des Rotors und um diesen herum in den Stator eingebaut ist und an seinem Innenumfang 2p-Aussparungen (29) aufweist, die k-,eis symmetrisch verteilt sind,um eine ebenso grosse Anzahl von Vorsprüngen abzugrenzen, die die genannten Winkelstellungsfixierungsmittel bilden.

11.- Mikromotor nach Anspruch 1O₅ dadurch gekenn-■ zeichnet, dass die relative Winkelstellung des Ringes (28) zur Winkelstellungsfixierung.bezüglich der Wicklungen (26, 27) des Stators (20) einstellbar ist.

12.- Mikromotor nach-einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er eine eingebaute Untersetzung aufweist, die je nach der Anzahl der Magnete (18) des Rotors (10,10«) und der Wicklungen (26, 27) des Stat or s (20,20 Ound der Frequenz der elektrischen Impulse eine Ausgangsgeschwindigkeit von einer Umdrehung je Minute zulässt.

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