DE2642417C2

DE2642417C2 - Rotoranordnung für einen Schrittmotor einer elektronischen Uhr

Info

Publication number: DE2642417C2
Application number: DE2642417A
Authority: DE
Inventors: Shigeru Tokorozawa Saitama Aoyama; Yoshiro Tokorozawa Saitama Hirai; Yoshinobu Tanashi Tokio/Tokyo Kashima; Yasuaki Hanno Saitama Nakayama; Kunio Sayama Saitama Tanai
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1975-09-22
Filing date: 1976-09-21
Publication date: 1984-10-11
Also published as: US4095129A; GB1563002A; DE2642417A1

Description

Die Erfindung bezieht *ich au' sine Rotoranordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art.

Bei einer solchen, aus der Ch-/. 3 14 332/71 bekannten Rotoranordnung ist der Magnet aus mehreren quaderförmigen Einzelmagneten gebildet, die ringförmig über den Umfang des Rotors verteilt angeordnet sind. Die quaderförmigen Einzelmagnete sind dabei nur längs eines relativ geringen Teils ihrer axialen Abmessungen vom Schulzglied umgeben bzw. in dieses eingesetzt. Das Schutzglied besteht dabei aus einer mit der Welle verbundenen Scheibe, in deren einer Oberfläche Ausnehmungen zur Aufnahme der quaderförmigen Einzelmagnete eingearbeitet sind. Da die Einzelmagnete nur zu einem kleinen Teil in die Scheibe eingesetzt sind, dient diese in erster Linie nicht als Schutzglied für die Einzelmagnete, sondern vielmehr als Träger- oder Halteeinrichtung. Da die Ausnehmungen in der Scheibe auf die Abmessungen der Einzelmagnete sehr genau abgestimmt werden müssen, ergibt sich ein erheblicher Fertigungsaufwand.

Aus der CH-AS 80 57/71 ist eine Rotoranordnung für den Schrittmotor einer elektronischen Uhr bekannt, bei der der Rotor nur einen einzigen aus einer seltenen Erde bestehenden Magneten aufweist. Dieser Magnet ist dabei unmittelbar auf die Welle aufgep^reßt und mit keinem Schutzglied versehen.

Aus der FR-PS 20 76 493 ist eine Rotoranordnung für den Scbriiijjioicr einer elektronischen Uhr bekannt, wobei zwei ringförmige Magnete einander gegenüberliegend in zwei jeweils mit der Welle verbundenen Scheiben eingebettet sind. Diese Scheiben können daher auch als Schutzglieder für die Magnete aufgefaßt werden, wobei sie auch eine radiale Wand und eine zylindrische Wand jeweils aufweisen. Die ringförmigen Permanentmagnete sind dabei jedoch in eine ringförmige Ausnehmung der Scheibe eingepaßt, so daß mich hier enge Maßtoleranzen einzuhalten .sind, was wiederum

einen erheblichen Ferligungsaufwand bedingt

Aufgabe der Erfindung ist es. eine Rotoranordnung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art so weiterzubilden, daß diese mit geringem Fertigungsaufwand herzustellen ist.

Sei einer Rotoranordnung der genannten Art ist diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Die erfindungsgemäße Rotoranordnung zeichnet sich to dadurch aus, daß der Magnet ohne das Erfordernis einer hohen Maßgenauigkeit einfach hergestellt bzw. auf seine erforderlichen Abmessungen bearbeitet wird, wonach er in Prcßpassung allein mit der äußeren zylindrischen Wand des Schutzglieds in dieses eingepaßt wird. Da das Schiüzglied aus Metall gefertigt ist ist dieses in seinen Abmessungen einfach und trotzdem genau zu bearbeiten. Da der Innendurchmesser des ringförmigen Magneten größer als der Außendurchmesser de* Kabentcils ist, ergibt skh zwischen diesen der genannte Spalt und die beim Innendurchmesser des Magneten einzuhaltende Maßgenauigkeit ist nur gering. Durch das Vorsehen des Spaltes zwischen der einen Stirnfläche des Magneten und der zugewandten radialen Wand des Schutzglieds liegen auch die Abmessungen in Achsialrichtung des Magneten in einem relativ großen Toleranzbereich.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ausführungsbeispiele der Rotoranordnung werden anhand der Zeichnung erläutert. Im einzelnen zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen Schrittmotors.

F i g. 2 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßcn Rotoranordnung, Ά F i g. 3 eine Draufsicht auf einen Magneten der Rotoranordnung und

F i g. 4 eine Darstellung der Verteilung der magnetischen Flußdichtcfürdie Rotoryno'dnungen.

In Fi g. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines herkömmliehen Schrittmotors für eine elektronische Uhr gezeigt. Wie gezeigt, weist der Schrittmotor einen Permanentmagnetrotor 10 und einen Stalorpolstücke 12a und 12£> aufweisenden Stator 12 auf. der von einer Treiberwicklung 14 angetrieben ist. Die Staiorpoistücke i2a und i2o sind so angeordnet, daß die Radiusmittelpunkte ihrer Krümmung gegeneinander versetzt sind, wodurch der Rotor 10 sich stabil auf einer Achse Q des statischen Gleichgewichts bei einem bestimmten Winkel λ in bezug auf die Mittellinie Phält Dadurch wird der Rotor 10 so durch Zuführung von Weehseistrornimpülsen an die Treiberwicklung 14 nur in einer einzigen Richtung gedreht. Die Rotoranordnung 30'" umfaßt eine Welle 32'". ein metallisches Schutzglicd 34'", das drehbar auf der Welle 32'" befestigt ist und aus einem Nabenteil 36'" gebildet ist. cmc radiale wand 5b ', die von dem Nabrüteil 36'" sich in radialer Richtung erstreckt, sowie eine zylindrische Wand 40'" einstückig mit ihr aufweist, und einen ringförmigen Magneten 42"' aus einer seltenen Erde umfaß! Das Nabenteil 36'" des metallischen «ο Schutzglicdes 34'" ist fest auf der Welle 32'" mit Hilfe einer Preßpassung gehalten. Der Magnet 41'" aus der seltenen Erde ist ebenfalls in die Innenwand der zylindrischen Wand 40 mit einer Prcßpassur.g eingepaßt und fest an seiner Atiöenumfangsfläche gehalten. Der Inncn-M durchmesser des Magneten 42'" ist größer als der Außendurehmcsser des Nabcntcüs 36'", um zwischen diesen einen krcisringförinigen Spult zu binden. Der Innendurchmesser des Magneten 42'" aus der seltenen Erde

kann daher einfach durch einen relativ groben Bohrvorgang hergestellt werden. Es ist darauf hinzuweisen, daß. da das Schutzglied 34'" aus Metaü gefertigt ist es sehr genau bearbeitet werden kann, um genaue Abmessungen in Axial- und Radialrichtung zu der Achse der Welle 32'" sicherzustellen. Der Außendurchmesser des Magneten 42'" braucht nur die gleiche Genauigkeit zu habsn, wie sie bei herkömmlichen, elektro-mechanischen Wandlern erforderlich ist Das metallische Schulzglied 34'" schützt die Außenfläche des Magneten 42'" wie auch seine innenmanielfläche während seiner Handhabung. Ein weiterer Schutz kann durch Ausdehnen eines Teils des metallischen Schutzgliedes 34'" über die freie Oberfläche des Magneten 42'" bewirkt werden.

Ein Spalt S ist zwischen der radialen Wand "V" des metallischen Schutzgliedes 34' · und der FsirnfT.-'ie des Magneten 42"' vorgesehen. Der Spa« S kor-pensiert jede unzureichende Genauigkeit in nc- Längsabmessung t des Magneten 42'", wodurch lae sehr genaue Bearbeitung entfallen kana A.-.ßcrdsm kann, da die Länge t des Magneten 42"' gröu-*=- gewählt ist als seine radiale Stärke B, der Magnet 4Γ" selbst, wie auch die Länge seiner Umfangsverbindung zwischen ihm und dem metallische« Schutzglied 34" verlängert wr -den, um die Möglichkeit von Schwingungen und einer axialen Fehlausrichtung des Magneten 42'" zu vermindern. Daher braucht nur der Außenumfang des Magneten 42"' genau bearbeitet zu werden. Da außerdem die Verbindung zwischen dem metallischen Schutzglied 34'" und dem Magneten 42'" verlängert ist, kann die Verbindung / zwischen dem metallischen Schutzglied 34'" und der Drehwelle 32'" geringer als die Stärke H des metallischen Schutzglieds 34'" gemacht werden. Auf diese Weise kann die Gesamtlänge der Drehwelle 32'" verkürzt werden, wodurch ein miniaturisierter elektro-mechanischer Wandler mit einer verminderten Stärke zu erhalten ist

F i g. 3 zeigt eine vergrößerte Draufsicht auf einen Magneten 50, der bei der Rotoranordnung benutzt werden kann. Der Magnet 50 ist aus einem anisotropischen seltenen Erdemagneten, wie Samarium-Kobalt (SmCo₅) gefertigt, der ein Leistungsprodukt von mindestens lf> MGO₁. ausübt Der Innenradius (Ri)des Magneten 50 beträgt etwa 0,4 mm, der Außenradius (Ro) beträgt etwa 0,65 mm und das Verhältnis RoIRi liegt innerhalb des Bereichs von 1,2 bis 2,0.

F i g. 4 zeigt eine Darstellung der Verteilung der magnetischen Flußdichte für einen Magneten, wobei der Drehwinkel einer Rotoranordnung längs der Abzisse und die magnetische Flußdichte längs der Ordinate aufgetragen sind. Die Kurve C gibt die magnetische Flußdichte einer herkömmlichen Rohranordnung an, die aus einem Platin-Kobalt-Magneten besteht Die Kurve D gibt die magnetische Flußdichte einer herkömmlichen Rotoranordnung an, die aus einem Samarium-Kobalt-Magneten besteht Die Kurve E zeigt die magnetische FluBdichte eines ringförmigen Rotormagneten 50, wie er in F i g. 3 gezeigt ist

Wie aus dem Aufbau des in F i g. 3 gezeigten Magneten 50 leicht zu erkennen ist, kann die wirksame Länge i, des hisgiiclsn in bezug auf die Gesarnsiänge dsr Rotoranordnung verkürzt werden, wodurch die magnetische Leitfähigkeit des Magneten 50 au'/0,5 bis 2,0 vermindert werden kann. Dadurch kann auch die magnetische Leitfähigkeit wirksam vermindert werden, wenn die Roloranordnung in einem clektro-mcchanischen Wandler als Teil eines wirksamen magnetischen Kreises benutzt wird, wodurch die optimale magnetische Leitfähigkeit eines hochwirksamen Magneten angenähert wird. Als Folge kann die Rotoranordnung mit niedrigen Kosten hergestellt werden, da der gleiche wirksame magnetische Fluß mit einer Rotoranordnung erhalten werden kann, der weniger magnetisches Material benutzt als es bei herkömmlichen Rotormagneten erforderlich ist Mit einer geringeren Menge von in einem Rotormagneten benutzten Material wird auch das Trägheitsmoment des Rotors vermindert, was beim Start des elektro-mechanisehen Wandlers besonders vorteilhaft ist Verschiedene Versuche haben nachgewiesen, daß der Betrieb des elektro-mechanischen Wandlers, der eine solche Rotoranordnung benutzt, bei einem niedrigen Strom von 1,8 μΑ stabil ist.

is Wurde versucht, den Leistungsverbrauch eines Schrittmotors zu vermindern, der einen Rotor benutzt der aus einem hochwirksamen magnetischen Material besteht, so ergab sich eine höhere magnetische Flußdichte, wie dieses durch die Kurve D in F i g. 4 gezeigt ist. Ein solcher Rotor benötigt bei seiner Verwendung in einem Schrittmotor eine hohe Treiberspannung, was besondere Forderungen an die in eine e'ektronischen Uhr benutzte Batterieart stellt. Die neue Rotoranordnung bewirkt dagegen eine mehrere Pegel aufweisende Kurve, wie sie bei E in F i g. 4 gezeigt ist was einen stabilen Betrieb des elektro-mechanischen Wandlers innerhalb der Grenzen ermöglicht die durch die Erfordernisse von in elektronischen Uhren benutzten Batterien gegeben sind. Es ist daher möglich, eine Rotoranordnung zu schaffen, die eine Verminderung der Abmessungen eines elektro-mechanischen Wandlers ermöglicht und die geringe Herstellungskosten hat da ein Hochleistungsmagnet wie ein Magnet aus seltenen Erden, mit einem Energieprodukt von mindestens Ϊ6 MGOe benutzt wird. Vorteile werden außerdem durch die typische Konstruktion der Rotoranordnung erreicht und der Leistungsverbrauch kann vermindert werden, so daß die wirksame Lebensdauer der Batterie vergrößert werden kann.

Aus der vorstehenden Beschreibung ergibt sich, daß die erfindungsgemäße Rotoranordnung einen vergrößerte ■ elektromechanischen Übertragungsfaktor bewirkt, der den Leistungsverbrauch eines elektro-mechanischen Wandlers vermindert Es ist auch darauf hinzuweisen, daß die Rohranordnung mit niedrigen Herstellungskosten und hoher Genauigkeit gefertigt werden kann. Ein weiterer Vorteil liegt in der Tatsache, daß, da ein einen Teil der erfindungsgemäßen Rotoranordnung bildender Rolormagnet durch Zusammendrückung !ängs seines Außenumfangs durch die Wirkung eines Schulzgliedes vorgespannt wird, der Rotormagnet leicht zu bearbeiten, zu montieren und zu reparieren ist In diesem Zusammenhang ist darauf hinzuweisen, daß der Magnet aus seltenen Erden gegen Spannung brüchig und -iemlich fest gegen Druck ist, so daß aus diesem Grund die Αηο,-dnung des Rotormagneten in dem Schutzglied durch Kreüpassung längs seiner Auuenmantelfläche besonders vorteilhaft ist. Obwohl das Schutzglied als ein metallisches Glied beschrieben wurde, kann dieses aus irgendeinem anderen geeigneten Material, wie einem Kunststoff, hergestellt werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

26 42 4i/ Patentansprüche:

1. Rotoranordnung für einen Schrittmotor einer elektronischen Uhr mit einer Weile, einem an dieser befestigten, eine radiale Wand und eine mi* dieser einstückige zylindrische Wand aufweisenden Schutzglied und einem aus seltenen Erden bestehenden Magneten, wobei die zylindrische Wand den Außenumfang des Magneten festhält und schützt, und das Schutzglied ein an der Welle befestigtes Nabenteil aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Innendurchmesser des ringförmigen Magneten (42'") um soviel größer ist als der Außendurchmesser des Nabenteils (36'"), daß ein Spalt (r) zwischen dem Nabenteil (36"') und dem Magneten (42"') gebildet wird, und daß zwischen der radialen Wand (38'") des Schutzgliedes (34'") und einer Stirnfläche des Magneten (42"') ein Spalt (S) vorgesehen ist.

Z Rotoranordnung nach Ansprach 1. dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Außenradius (RO) zum Innenradius (Ri) des Magneten (50) im Bereich zwischen 1,2 und 2.0 liegt.

3. Rotoranordnung nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß der Innenrrdius (Ri) etwa 0,4 mm beträgt