DE2707252A1

DE2707252A1 - Einphasenschrittmotor

Info

Publication number: DE2707252A1
Application number: DE19772707252
Authority: DE
Inventors: Roland Sudler
Original assignee: Quarz Zeit AG
Current assignee: Quarz Zeit AG
Priority date: 1977-02-19
Filing date: 1977-02-19
Publication date: 1978-08-24
Also published as: ES466301A1; FR2381411A1; US4206375A; FR2381411B3; AR224104A1; CH627335GA3; CH627335B; MX143952A; GB1580761A; IT7820280A0; ZA78606B; CH620325B; AU517788B2; IT1092739B; JPS53103513A; CH620325GA3; BR7800577A; AU3236878A; PL112863B1; PL204748A1

Description

Quarz-Zeit AG 6000 Frankfurt/Main

- BrMfatraBe 103

Elnphasenachrittmotor

Die Erfindung bezieht sich auf einen Einphasenschrittmotor, insbesondere für Uhren, mit einem mehrpoligen Rotor und einem mehrteiligen Stator, der zwei Erregerwicklungen trägt und an seinen freien Enden gegen die Rotorstirnseite gerichtete Statorpolzähne sowie eine Durchtrittsöffnung für die Rotorwelle aufweist.

Einphasenmotoren dieser Gattung sind bereits verschiedentlich vorgeschlagen worden. Sie bestehen im allgemeinen aus einem mehrere Palzähne aufweisenden Rotor aus einem weichmagnetischen Material geringer Koerzitivkraft oder einem dauermagnetischen Rotor und einem Stator aus zwei Ober ein die Erregerwicklung tragendes Brückenteil miteinander verbundenen Statorteilen, von denen jeder an seinem freien Ende in eine im Vergleich zur Rotorpolzahl gleiche oder kleinere Anzahl von gegen die Rotor-Stirnseite gerichteten Statorpolzähnen übergeht. Derartige Einphasenschrittmotoren haben gegenüber den bekannten Motoren einen geringeren Energieverbrauch, einen höheren Wirkungsgrad und ein kleineres Bauvolumen. Zudem sind sie einfacher herstellbar als die bekannten Motoren.

Es sind des weiteren Einphasenschrittmotore bekannt, die aus einem U-fBrmigen Joch mit an den freien Jochenden angeordneten Polschuhen bestehen und auf jeweils einem Jochschenkel eine Erregerspule tragen, die abwechselnd und nacheinander mit Strom-Impulsen beaufschlagt werden. Durch die Unterteilung der Erregerspule in zwei Spulen, die nacheinander und abwechselnd mit Strom beaufschlagt werden, besteht die Möglichkeit, die Motore mit

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Impulsen gleicher Polarität speisen zu können. Der Energieverbrauch, Wirkungsgrad und das Bauvolumen dieser Einphasenschrittmotare 13Bt in erheblichem Umfang zu wünschen übrig.

Aufgabe der Erfindung ist es, das Bauvolumen der eingangs beschriebenen Einphasenschrittmotare ueiter zu verringern.

Diese Aufgabe uiird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Stator vier Teile enthält, von denen jedes eine gleiche Anzahl von Polen in gleicher Verteilung aufuieist und jeweils zuiei an ihren polfreien Enden Ober ein eine Erregerwicklung tragendes Brückenteil miteinander verbunden sind, und die beiden Erregerwicklungen in Reihe geschaltet sind.

Durch die Unterteilung des Stators in zwei mit jeweils einer Erregerwicklung versehene Statorkreise wird erreicht, daß die Querschnittsabmessungen der Erregerwicklungen, die jeweils beide gleichzeitig mit Strom beaufschlagt werden, kleiner ausgeführt werden können, als diejenigen einer einzigen Erregerwicklung. Die Folge ist, daß die Bauhöhe des Motors im Vergleich zu denjenigen, wie sie bereits vorgeschlagen wurden, nicht unbeträchtlich vermindert werden kann. Ein besonderer l/orteil üer Erfindung besteht darin, daß sich die Produktkosten nur in einem äußerst geringen Umfang erhöhen, da einzelne Teile des Stators deckungsgleich sind und somit in einem einzigen Stanzschnitt hergestellt werden können.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die einer Erregerwicklung zugeordneten Statorteile zumindest im Bereich des Rotors in einer ersten Ebene und die der anderen Erregerwicklung zugeordneten Statorteile zumindest im Bereich des Rotors in einer zweiten Ebene und der Rotor in einer zwischen den beiden Ebenen liegenden Ebene angeordnet. Eine noch geringere Bauhöhe läßt sich dadurch erzielen, daß die Statorteile zumindest im Bereich des Rotors in einer ersten Ebene und der Rotor in einer dazu parallelen zweiten Ebene angeordnet sind.

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Der Aufbau des Stators und des Rotors kann derart gewählt sein, daß der Rotor aus einem Dauermagneten aus einer Lanthanid-Ferromagneticum-Legierung besteht und zumindest ein Teil der Statorpole mit an sie angeformten Hilfspolen versehen ist. Vorteilhafter ist jedoch eine Ausfuhrungsform, bei der die Statorpole kreis· ringsektorförmig ausgebildet sind und der Rotor aus einem ueichmagnetischen Material geringer Koerzitivkraft besteht und rechteckformige Hauptpole aufmeist, von denen jeder an einer radialen Begrenzungslinie in einen dreieckartigen Hilfspol übergeht, und ein dauermagnetischer Kreis vorgesehen ist, durch den die Ruhelage des Rotors bei erregungslosem Stator bestimmt ist. Eine solche AusfQhrungsforro besitzt gegenüber der zuerst beschriebenen den V/orteil, daß sie einen besonders kompakten Aufbau besitzt und souiohl der Rotor als auch die Statorteile aus Blech ausgestanzt uierden können. *

Der dauermagnetische Kreis besteht gemäß einer Ausfuhrungsform der Erfindung aus 2n (n = 1, 2, 3, ..., m) Dauermagneten, von denen η mit ihrem Nordpol und die anderen mit ihrem Südpol dem Rotor zugewandt sind. Es hat sich gezeigt, daß im allgemeinen zuiei Dauermagneten zum Aufbau des magnetischen Kreises genügen. Eine hinsichtlich ihrer Herstellungskosten noch günstigere Ausführungsform besteht darin, daß der dauermagnet!sehe Kreis aus mindestens einem Dauermagneten und einem auf dessen dem Rotor abgeuiandten Seite angeordneten Rückschlußblech besteht, dessen freies Ende um mindestens den Dinkel zweier benachbarter Rotorpole gegenüber dem Dauermagnet versetzt ist. Zur Erzielung einer möglichst geringen Bauhöhe des Motors hat es sich als zweckmäßig erwiesen, Dauermagneten aus einer Lanthanid-Ferromagneticum-Legierung zu verwenden. Derartige Legierungen haben ein besonders hohes Energieprodukt (BH) max., so daß Dauermagnete aus diesem Material sehr klein gehalten werden können.

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Gemäß einer vorteilhaften AusfQhrungsform der Erfindung sind die freien Statorpolenden zur Aufnahme eines Lagers für die Rotorwelle ausgebildet. Dies gestattet ahne besondere Schwierigkeiten eine genaue Ausrichtung der beiden jeweils einer Erregerepule zugeordneten Statorteile zueinander, bias sich günstig auf den Wirkungsgrad und den Energieverbrauch des Motors auswirkt. Darüber hinaus besitzt eine solche Maßnahme fertigungstechnische Vorteile.

Die Erfindung sei anhand der Zeichnung, die in zum Teil schematischer Darstellung ein AusfQhrungsbeispiel enthalt, näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 eine Aufsicht auf einen Einphasenschrittmotor mit einem 6-poligen Rotor und einem <*~poligen Stator,

Figur 2 eine teilgeschnittene Seitenansicht des EInphasenschrittmotors gemäß Figur 1 und

Figur 3 eine Aufsicht auf einen anderen Einphasenschrittmotor mit einem 6-poligen Rotor und einem (»-poligen Stator

jeweils in wesentlich vergrößerter Darstellung.

Der Einphasenschrittmotor nach den Figuren 1 und 2 enthält einen Rotor 1 aus einem Dauermagneten 2 aus einer Lanthanid-Ferromagneticum-Legierung, der axial magnetisiert ist und sechs Pole aufweist, und einer tüelle 3 auf die der Dauermagnet 2 aufgepreßt ist. Die üJelle 3 ist in Buchsen k und 5 gelagert, die im Stator 6 sitzen.

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Der Stator 6 umfaßt vier Teile 7, ß, 9 und 10 von denen die Teile 7 und 8 zusammen mit einem Bröckenteil 11 einen Statorkreis und die Teile 9 und 10 mit dem Brückenteil 12 den zweiten Statorkreis bilden. Die Teile 7 und 8 sind in einer ersten Ebene und die Teile 9 und 10 in einer zweiten Ebene angeordnet, während der Rotor zwischen den beiden Ebenen in einer zu diesen parallelen Ebene umläuft. Auf jedem der beiden Brückenteile 11 und 12 befindet sich eine Erregerwicklung 13 bzw· 14, die beide in Reihe hintereinander geschaltet sind. Jedes Statorteil geht an seinem freien Ende in zwei kreisringsektorförmige Hauptpole 15 und 16 über. An jeweils einen der beiden Hauptpole ist an dessen Radialseite ein dreieckiger Hilfapol 17 angeformt, dessen Spitze in Umfangsrichtung weist.

Bei der Ausführungsform nach Figur 3 besteht der Rotor 1¹ aus einem Blech aus einem weichmagnetischen Material hoher Koerzitivkraft, beispielsweise Hyperm 766, mit sechs Hauptpolen 18 und daran angeformten Hilfspolen 19. Der Rotor 1* befindet sich in einer Ebene und die beiden Statorkreise in einer einzigen dazu parallelen Ebene. Beide Statorkreise sind aus jeweils zwei Teilen 7* und B¹ bzw. 9¹ und 10' und einem Brückenteil 11' bzw. 12' mit einer Erregerwicklung 13* bzw. 14" aufgebaut. Der Rotor enthllt des weiteren einen dauermagnetischen Kreis 20, der zwei Dauermagnete 21 und 22 umfaßt, von denen der eine mit seinem Nordpol und der andere mit seinem Südpol der Rotorstirnseite gegenüberliegt.

Im erregungslosen Zustand befindet sich der Rotor 1¹ in einer Stellung, wie eie in Figur 3 dargestellt ist. In dieser Stellung ist der magnetische Uiderstand des magnetischen Kreises 20 am kleinsten. Sobald der Stator 2 erregt wird, wird der Rotor 1* über die Hilfspole 19 in eine Position gedreht, in der die Rotorhauptpole 18 unter die Statorpolzähne zu liegen kommen, so daß die magnetischen Widerstände der während der Erregung wirksamen Stator-

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kreise ein Minimum sind. Nunmehr ragen Hllfspole 19 in den Bereich des dauermagnetischen Kreises 20, so daß, uenn die Erregung in den Statorkreisen abklingt, der Rotor 1* durch die Hilfspole 19 in die gezeichnete Stellung ueitergedreht uird.

Zur Verdeutlichung der natürlichen GrBBe eines derartigen Motors, der fQr eine Betriebsspannung von kleiner ader gleich 1,5 V/alt ausgelegt ist, seien folgende realisierbaren Maße angegeben: LSnge ungefähr 8 mm, Breite ungefähr k mm und Höhe ungefähr 1,9 mm.

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Claims

Patentansprüche

1.) Einphasenschrittmotor, insbesondere für Uhren, mit einem mehrpoligen Rotor und einem mehrteiligen Stator, der zuei Erregerwicklungen trägt und an seinen freien Enden gegen die Rotorstirnseite gerichtete Statorpolzähne sowie eine Durchtrittsöffnung für die Rotorwelle aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (6, 6') vier Teile (7, 8, 9, 10; 7¹, 8·, 9·, 10') enthält, von denen jedes eine gleiche Anzahl von Polen (15, 16) in gleicher Verteilung aufweist und jeweils zwei an ihren polfreien Enden über ein eine Erregerwicklung (13, 1*»; 13', W) tragendes BrOckenteil (11, 12; 11', 12') miteinander verbunden sind, und die beiden Erregerwicklungen (13, 1*»; 13', W) in Reihe geschaltet sind.

2. Einphasenschrittmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einer Erregerwicklung ( 13) zugeordneten Statorteile (7, 8) zumindest im Bereich des Rotors (1) in einer ersten Ebene und die der anderen Erregerwicklung (1M zugeordneten Statorteile (9, 1Q) zumindest im Bereich des Rotars (1) in einer zweiten Ebene und der Rotor (1) in einer zwischen den beiden Ebenen liegenden Ebene angeordnet sind.

3. Einphasenschrittmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorteile (7·, β¹, 9¹, 10·) zumindest im Bereich des Rotors (V) in einer ersten Ebene und der Rotor (V) in einer dazu parallelen Ebene angeordnet sind.

ORIGINAL INSPECTED

Einphasenschrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daB zumindest ein Teil der Statorpole (16) mit an sie angeformten Hilfspolen (15) versehen ist und der Rotor (1) aus einem Dauermagneten (2) aus einer Lanthanid-Ferromagneticum-Legierung besteht.

5. Einphasenschrittmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Statorpole (15, 16) kreisringsektorförmig ausgebildet sind und der Rotor (1¹) aus einem ueichmagnetischen Material geringer Koerzitivkraft besteht und rechteckförmige Hauptpole (18) aufweist, van denen jeder an einer radialen Begrenzungslinie in einen dreieckartigen Hilfspol (19) übergeht, und daß ein dauermagnetischer Kreis (20) vorgesehen ist, durch den die Ruhelage des Motors bei erregungslosem Stator (6¹) bestimmt ist.

6. Einphasenschrittmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß der dauermagnetische Kreis (20) aus 2n (n= 1,2,3,..._fm) Dauermagneten (21, 22) besteht, von denen η mit ihrem Nordpol und die anderen mit ihrem Südpol dem Rotor (V) zugewandt sind.

7. Einphasenschrittmotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der dauermagnetische Kreis (20) aus mindestens einem Dauermagneten (21, 22) und einem auf dessen dem Rotor (1) abgeuiandten Seite angeordneten Rückschlußblech besteht, dessen freies Ende um mindestens den Winkel zweier benachbarter Rotorpole (10) gegenüber dem Dauermagnet (21, 22) versetzt ist.

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β. Einphasenachrittmotor nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der bzio. die Dauermagnete (21, 22) aus einer Lanthanid-Ferromagneticuro-Legierung besteht.

9. Einphasenschrittmator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Statorpolenden zur Aufnahme eines Lagers (4, 5) für die Rotorwelle (3) ausgebildet sind.