KR910008675B1 - 스테핑 모터를 구비한 전기기계식 시계장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

스테핑 모터를 구비한 전기기계식 시계장치

제1도는 본 발명의 일실시예에 따른 스테핑 모터의 개략도,

제2도는 제1도에 도시된 스테핑 모터의 회전자 둘레와 고정자 보어(bore)를 도시하는 개략도,

제3도는 톱니위상 데이타를 나타내는, 제1도 스테핑 모터의 개략도,

제4도는 본 발명의 일실시예에 따른 고정블록의 개략도,

제5도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고정블록의 개략도,

제6도는 제1도 스테핑 모터의 배치되고 두개로 구성되어 있는 제4도 고정블록의 세트의 개략도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2 : 회전자 3, 4 : 고정자 부분

5 : 요우크 6 : 코일

7 : 링 8, 9 : 회전자 극

10 : 고정자 톱니 11 : 고정블록

본 발명은 잔자기계식 시계장치에 관한 것으로, 특히 기준 클락신호를 발생시키는 전자회로와, 상기 신호에 의해 제어되고 영구자석극들을 갖는 회전자, 고정자, 그리고 코일로 구성된 스테핑 모터와, 시계바늘을 구동시키도록 상기 스테핑 모터 작동에 따라 구동되는 기어를 구비하고 있고, 상기 고정자는 상기 회전자와 요우크상에 각각 안착되는 두개의 고정자부분들로 구성되고 그 두 부분을 연결시키며 상기 코일을 통해 연장되어 이루어져 있는 손목시계에 관한 것이다.

이러한 시계는 동일연방공화국 특허공보 제2,166,739호에서 공지되어 있는데, 이에 기재된 시계는 기어휘일 구조물에 의해 시계바늘들을 구동시키는 6개의 회전자를 구비하고 있다.

이러한 기어휘일 구조물은 공간을 많이 차지하고, 따라서 시계와 같은 작은 물체에는 적합치 못한 것이다.

상기 기어휘일 구조물의 소요공간을 감소시키는 것에 의해 시계장치의 부품들의 공간차지를 감소시키게 되면, 우아함을 제공하는 면에서 또는 특정의 기능을 발휘시키는 면에서 이점이 제공될 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은 상술한 형식의 시계장치에 있어서의 기어휘일 구조물의 부품수를 감소시키는 것으로서, 본 발명의 이러한 목적은 반경방향으로 얇은 층을 형성하고 N극과 S극이 교대로 둘레상에 규칙적으로 배치되어 있는 12개 이상의 극들을 가지고 있는 회전자를 구비한다는 점에서 이루어진다.

바람직하게, 상기 회전자는 60개 이상의 극을 가지고 있고, 십진 시계장치의 경우에는 100개 이상의 극을 가지고 있다.

이와 같은 다중극 회전자의 경우는 하나 또는 2 이상의 기어휘일을 제거시킬 수 있다는 점에서 기어휘일 구조물을 단순화시킬 수 있게 해준다.

따라서, 시계 바늘중의 하나를 직접 구동시키는 것이 가능하고, 이에 따라 본 발명의 일실시예에 따르면 두 시계바늘의 회전운동을 동일하게 할 수 있게 하는 형식으로 상기 두 시계바늘중의 하나를 회전자에 연결시키고 있다.

이러한 방식으로, 상기 기어휘일 구조물의 칫수가 감소되고, 그에 따라 제공되는 여유공간을 시계의 크기를 감소시키는데 또는 특정의 기능 수단을 설치하는데 사용할 수 있게 된다.

독일연방공화국 특허공보 제2,950,210호에는 초침과 분침을 직접 구동시키게 되어 있는, 60개의 극을 갖는 회전자에 관해 기재되어 있는데, 이 회전자는 그와 동축적으로 배치되고 60개의 클로우

(claw)극을 가지고 있으며 요우크내에 위치된 평코일로 구성되어 있는 고정자를 구비하고 있다.

그러나, 본 발명에 따른 시계장치에 있어서는 상술한 바와 같은 고정자／회전자／코일 구조로 된 형식을 갖추고 회전자의 극을 12개 또는 그 이상 갖게 하면서도 회전자의 직경을, 그리고 그에 따른 시계장치 전치의 직경을 작게 할 수 있고, 이에 따라 회전자의 소요 공간 차지를 비교적 적게할 수 있다.

서두에서 설명한 바와 같이, 상기 고정자는 회전자와 요우크에 각기 위치되는 두개의 부분으로 구성되어 있고, 그 두 부분을 연결시키며, 코일을 통해 연장되어 있다.

고정자는 고투자성 재료로 만들어진다.

코일의 권선을 통과하는 전류의 방향(이 방향은 요구에 따라 교대될 수 있음)에 따라, 일측 고정자 부분은 N극이 되고, 타측 고정자 부분은 S극이 되며, 또는 그 역으로 된다.

회전자의 극들과 고정자의 보어들, 즉 회전자 쪽으로 향한 회전자 부분의 내측연부들 사이에서는 자장이 발생되고, 이에 의해 회전자가 시계바늘들을 직접 또는 간접적으로 회전시키게 된다.

충분한 크기의 자기 유도를 발생시킬 수 있도록 회전자는 바람직하게 극들의 반경방향 내측부에서 연질자기재료로 된 연속된 원형부를 가지고 있다.

링형 또는 원판형으로 되어 있는 이 원형부는 회전자 중심 및 고정자 자장 중심으로부터 발생되는 자속의 경로를 제공한다.

회전자의 둘레에 교대로 배치된 다수의 N,S극들의 존재 때문에, 회전자는 고정자 보어들로부터 밀어내지는 만큼 그 고정자 보어들로 당겨지게 된다.

회전자 쪽으로 향해 있는 각 고정자 부분의 보어는 회전자 극들의 피치의 두배에 해당하는 피치를 갖고 있고 회전자 극들의 피치와 대체로 동일한 톱니각도를 가지는 다수의 톱니들을 구비하고 있다.

두 고정자 보어들을 따라 제공되는 자기 효과를 동등하게 할 수 있도록 일측 고정자 보어의 톱니의 위치는 타측 고정자 보어의 톱니의 위치와 회전 대칭을 이루게 할 수 있게 일회전자 극 피치만큼 쉬프트되어 있다.

여기서, 회전자 극 피치 또는 고정자 톱니 피치는 각각 회전축을 각각의 회전자 극 또는 고정자 톱니의 동일 지점과 연결시키게 하는 연속 선들 간의 각도이다.

따라서, 60개의 극을 갖는 회전자의 경우, 피치는 6가 되며, 이에 따라 본 발명에 있어 고정자 톱니의 피치는 12°가 된다.

톱니각도는 톱니 모서리들과 회전축을 연결시키는 선들간의 각도로 결정되며, 본 발명의 경우는 대략 6°이다.

회전자를 일방향으로 회전시킬 수 있도록, 톱니들은 회전자의 회전방향의 반대방향으로 경사져 있다.

이와 같은 톱니의 비대칭 설계에 따라, 날카로운 톱니 모서리에서 항상 자속의 집중이 이루어지고, 이에 따라 코일내에서의 전류방향을 역전시키면, 그리고 그에 따라 고정자 톱니를 갖는 고정자 부분들의 극을 역전시키면, 회전자의 회전을 실현시킬 수 있다.

경사 또는 10°내지 30°가 되는 것이 바람직하다.

날카로운 톱니 모서리에서 자속의 집중이 이루어짐에 따라, 회전자에 동력이 가해지지 않게 될 때 회전자를 안착위치에 유지시킬 수 있는 고정 토오크가 또한 얻어지게 된다.

상기와 같이 동력이 가해지지 않게될 때 회전자를 안착 위치에 유지시키는 것은 또한 회전자에 동축적으로 배치되고 최소한 고정자부분으로부터 자기적으로 절연되어 있는 하나이상의 연질 자기 재료로된 고정블록의 도움으로 또한 이루어질 수 있다.

이 고정 블록은 회전자 주위에 배치된 고정자 부분들 사이에 제공되는 최소한 하나의 개방 공간내에 배치되어 있다.

고정블록은 또한 최소한 두개의 톱니를 가지고 있고, 그 톱니의 피치는 회전자극들의 피치와 동일하게 되어 있으며, 톱니 각도는 회전자극 피치 1/2에 해당한다.

피치와 톱니각도에 대한 용어 해설은 전술하였으므로, 참조하기 바란다.

고정블록들은 회전자 극들의 자장자속을 집중, 안내시킨다.

회전자극들은 항상 자속들이 가능한한 짧게 되는 안착위치쪽으로 향하려는 경향을 갖는다.

각각의 고정블록은 2개의 톱니를 가진 다수의 부분들로 구성되거나, 아니면 4개 이상의 톱니를 가진 임의 갯수의 부분들로 구성될 수 있을 것이다.

그 고정블록에 의해 발생되는 고정 토오크를 증가시키기 위해서, 고정자 부분의 톱니수를 줄여 고정자 부분들간의 개방공간을 확대시킬 수 있고, 그에 따라 고정블록의 갯수를 증가시킬 수 있다.

고정블록의 톱니에 의해 결정되는 회전자의 안착위치를 고정자극에 의해서만 결정된 회전자의

안착위치로 부터 시계방향으로 다소, 그러나 회전자극 피치의 1/2을 넘지 않게 이탈시키게 하는 형식으로 각각의 고정 블록을 위치시키면, 회전운동을 개시시키는데 요구되는 전류를 제한시킬 수 있다.

이러한 구성에 있어, 회전자는 고정자 톱니에 의해 결정된 안착위치를 시계방향으로 약간 넘어선 위치에 유지되게 되며, 이에 따라 동력 재공급시 고정자 톱니의 극성이 역전될 때 회전자는 보다 쉽게 운동을 하게 된다.

그러면, 고정자 톱니의 경사는 생략할 수도 있다.

고정자 부분들과, 그 고정자 부분들을 코일의 외측에서 연결시키고 가능한한 낮은 투자성을 가지는 하나 이상의 브리지 부재를 일체로 형성시킬 수 있다.

만일 하나 이상의 고정블록이 존재한다면, 각각의 고정블록은 가능한한 낮은 투자성을 가지는 하나 이상의 브리지 부재에 의해 단일체의 부분이 되는 것이 바람직하다.

이러한 구조에 따라, 문제의 부품들을 배치시키는 것이 상당히 간단해진다.

브리지 부재를 고정자 부분들 그리고 각각의 고정블록(있는 경우)과 동일한 연질의 자기재료로 구성하고 자기 포화를 신속히 발생시킬 수 있도록 브리지 부재의 두께를 매우 작게 하면, 브리지 부재의 투자성을 가능한한 낮게 유지시킬 수 있다.

브리지 부재를 완전히 병합시킬 수도 있는데, 이 경우 브리지 부재는 고정자 부분들, 그리고 각각의 고정블록(있는 경우)의 재료와는 다른 합성 물질과 같은 재료로 구성된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

제1도에 도시된 스테핑 모터는 영구자기 재료로된 얇은 층을 가지고 있고 최소한 12개(일례로, 60개)의 극이 형성되어 있으며 반경방향 내측부에는 연질자기 재료로된 링(7)이 제공되어 있는 회전자(2)와, 코일(6)과, 상기 회전자 및 요우크(5)의 양측에 위치하는 두개의 고정자 부분(3),(4)로 구성되어 있는 연질자기 재료로된 고정자를 구비하고 있다.

상기 요오크(5)는 고정자 부분(3),(4)를 연결시키며, 코일(6)을 통해 연장되어 있다.

회전자(2)는 그의 축을 중심으로 도면상의 반시계방향으로 회전할 수 있게 되어 있다.

본 발명의 실시예의 경우, 회전자의 둘레에는 60개의 극들이 N극, S극으로 교대로 규칙적으로 배치되어 있고, 회전자의 직경은 보통시계의 직경(일례로 약 4mm)과 비교할 때 작게되어 있다.

60개의 단계에 의해 회전자가 완전히 회전(360°)하는 경우에는, 시계의 초침 또는 분침을 회전자에 연결시켜 그침을 회전자의 회전운동에 동시에 종속시키는 것이 유리하다.

이러한 구조에 따르면, 상기 침들에 대해 회전운동을 전달시키는데 필요한 기어휘일 구조물을 단순화시킬 수 있는데, 그 이유는 본 발명에 따라 스테핑 모터의 회전자 직경이 비교적 작게 되기 때문이다.

제2도는 고정자 보어와 회전자림이 서로 접근하는 지역을 확대하여 나타낸 것이다.

회전자(2)는 그의 림지역에서 연질 자기재료로 된 링(7)을 가지고 있고, 반격방향 외측부에서는 S극(8)과 N극(9)의 형태를 취하고 있는 영구자기화된 재료층(14)을 가지고 있다.

상기 층(14)의 반경방향 두께는 회전자 둘레에서의 극폭의 약 1/2에 해당한다.

고정자 부분(3),(4)의 보어에 형성된 톱니들은 부호 "10"으로 표시되어 있다.

회전자극(8),(9)의 피치(α)는 360°/60=6°에 해당하며, 이에 따라 톱니(10)의 피치(β)는 2×6=12°가 되며, 톱니각도(γ)는 6°또는 그 미만, 일례로 4°가 된다.

일측 고정자 보어의 톱니는 타측 고정자 보어의 톱니와 대면하는 회전자극들의 반대측에 위치하는 회전자극들과 항상 대면하는데, 이것은 제3도의 톱니 위상을 참조하면 명확히 알 수 있다.

고정자 톱니의 갯수는 필요에 따라 가감시킬 수 있다.

고정자 부분(4)의 톱니위치는 고정자부분(3)의 톱니 위치와 회전대칭을 이루게 하는 위치로부터 6°(회전자 극의 피치 α)만큼 항상 쉬프트되어 있다.

제1도 내지 제3도를 참조하면, 고정자 톱니(10)은 회전자(2)의 회전방향의 반대방향으로 경사(δ) 가 이루어진 것을 알 수 있다.

경사도는 10˚내지 30°가 되는 것이 바람직하다.

그에 따라 형성되는 날카로운 모서리에서 발생되는 자속의 집중에 의해, 본 발명의 장치에 있어서는 코일(6)의 권선내에서의 전류의 방향을 역전시키고 그에 따라 고정자 부분(3),(4), 그리고 그 부분을 형성하는 톱니(10)의 극성을 변화시키면 서로 대면하는 회전자 극(8),(9)들이 밀려지게 되고, 반대의 극성을 갖는 다음 회전자 극(9),(8)들이 당겨지게 되어, 회전자가 시계방향으로 운동하게 된다.

날카로운 톱니 모서리에서 자속이 집중하기 때문에, 회전자는 시계에 사용되는 경우 동적 사용환경하에서 예정된 기간동안 제위치에 유지될 수 있게 된다.

제4도의 실시예의 경우, 고정블록(11)은 6개의 톱니(12)를 가지고 있는데, 이와는 다르게 보다 작은 고정블록(11)을 균일한 갯수의 톱니를 갖게하여 제5도와 같이 다수개 사용할 수 있다.

제6도는 충분한 유효공간이 있는 경우 고정블록(11)을 회전자의 양측부에 설치할 수 있다는 것을 도시해주고 있다.

고정블록(11)은 회전자(2)에 대해 동축적으로 배치되어 있고, 고정블록(11)의 톱니는 회전자극 (8),(9)의 피치(α)와 동일한 피치(ε)와, 그 피치(ε)의 약 1/2에 해당하는 톱니각도(ξ)를 갖는다.

고정블록(11)은 회전자를 동력 비공급시 제위치에 유지시키기 위한 고정 토오크를 발생시키는데 사용할 수 있다.

고정블록(11)은 그 블록에 의해 결정된 회전자(2)의 안착위치를 고정자 부분(3),(4)에 의해 결정된 안착위치와 일치시킬 수 있게 배치될 수 있다.

필요하다면, 고정 토오크는 고정자 부분(3),(4)를 에워싸는 회전자의 길이를 짧게 하고, 고정 블록(11)을 확대시키기 위한 공간을 이용함으로써 증대시킬 수 있다.

만일 고정블록(11)이 충분한 고정토오크를 발생시킨다면, 그 고정블록(11)은 회전자 극(8),(9)의 피치(α)의 1/2보다 작은 각도만큼 시계방향으로 이동시켜 배치시킬 수 있다.

이 위치에서, 고정블록에 의해 결정된 회전자(2)의 안착위치는 고정자 부분들에 의해 유일하게 결정된 안착위치를 넘어서 존재하게 되고, 그에 따라 매단계마다 회전자(2)의 회전을 개시시키는데 요구되는 동력이 작아지게 되며, 이에 의해 코일의 소요전류 강도가 보다 낮아지게 된다.

이러한 구성에 따르면 회전자의 회전방향이 결정되므로, 이 경우는 고정자 톱니(10)의 경사도(δ)를 생략시킬 수 있다.

Claims (7)

1. 전자기계식 시계장치에 있어서, 적절한 시간을 나타내는 전기 펄스를 발생시키는 회로와, 그 펄스에 의해 제어되고 영구자기극을 갖는 회전자, 고정자 코일을 가지고 있는 스테핑 모터와, 시계바늘들을 구동시키도록 상기 스테핑 모터의 작동에 따라 구동되는 기어를 구비하고 있고, 상기 고정자는 회전자 및 요우크에 각각 배치되는 두개의 고정자 부분으로 구성되어 있고, 상기 요우크는 상기 두 고정자 부분들을 연결시킴과 동시에 상기 코일을 통해 연장되어 있고, 상기 극들은 회전자의 회전축에 대해 수직을 이루는 동일 평면상에 배치되고 반경방향으로 얇은 링형 층을 형성하는 것을 특징으로 하는 스테핑 모터를 구비한 전자기계식 시계장치.
2. 제1항에 있어서, 회전자의 반경방향 내측부에는 연결자기 재료로된 연속된 원형부가 제공되는 것을 특징으로 하는 스테핑 모터를 구비한 전자기계식 시계장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 원형부가 링형으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 스테핑 모터를 구비한 전자기계식 시계장치.
4. 제1항에 있어서, 회전자는 60개 이상의 극을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 스테핑 모터를 구비한 전자기계식 시계장치
5. 제4항에 있어서, 회전자는 100개 이상의 극을 갖는 것을 특징으로 하는 스테핑 모터를 구비한 전자기계식 시계장치.
6. 제1항 내지 제5항중 어느 한항에 있어서, 시계바늘중의 하나는 회전자와 동일하게 회전운동 하도록 상기 회전자에 연결된 것을 특징으로 하는 스테핑 모터를 구비한 전자기계식 시계장치.
7. 제1항에 있어서, 고정자 부분들과, 가능한한 낮은 투자성을 가지고 있는 코일의 외측에서 고정자 부분들을 연결시키는 하나 이상의 브리지 부재들이 일체로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 스테핑 모터를 구비한 전자기계식 시계장치

Images