带驱动小齿轮的双极步进电机转子及制造方法

专利名称:带驱动小齿轮的双极步进电机转子及制造方法
本发明一般涉及使用Lavet型步进电机的手表装置，该电机通过齿轮系驱动表针。电机属于以石英同步的集成电路中接收周期的步进脉冲的一类。尤其是，本发明涉及用于步进电机的有驱动小齿轮的双极磁铁转子的制造装配方法。
众所周知，手表装置通过步进电机转子与连在分针轴上的轮的周边直接作用来驱动与分针相连的中心轮。用这种方法，只要简单减少齿数就可驱动与分针轴同心的时针轴。这种结构已示于1983年3月15日发布的美国专利4，376，996上，以本发明者的名义并委托给目前的代理人。在1986年4月14日提出的系列号为835，673的新近申请中，也是以本发明者的名义及委托给目前的代理人，Lavet型的时针步进电机包括有一对驱动销的转子，转子每分钟步进一次转180°。驱动销直接驱动与分针连接的带齿轮，使每分钟推动分针一次。
另外一个系列号为943，020，1986年3月24日归挡的申请，以本发明者的名义及委托给目前代理人员，披露了双片拼合式定子及架板装配它们具有做为电机驱动小齿轮的一对驱动销的转子的步进电机。
其结构为，一双极永磁铁做为Lavet步进电机的双片拼合式定子里面的转子，包括一带齿的整体的驱动小齿轮，它与带齿的中心轮配合用于时针。使用转子磁铁在步进之间相对于转子处于静止位置的制动机能是由定子极端与永磁铁转子极性相互作用来形成的。
另一结构，即-Lavet步进电机中有一双极永磁铁转子与一单片式定子，示于1986年2月8日公布的4，571，516号美国专利中。其中，有扁平极端的转子磁铁插入塑料转子体的凹槽，粘在或铆在一定位置上。磁铁具有扁平的端部，它与开口定子上的平坦部分相互作用以确定稳定或静止位置。
永磁铁转子装有固定在通过步进电机转子永磁铁的中心杆上的两个驱动销的已知结构示于1984年11月20日公布的美国专利第4，483，627号上以及1979年3月30日归挡的PCT申请第EP79/00025号上，其后于1979年11月15日以WO/9/00930号发表。
如果永磁铁是圆的，则很难精确定与定子相配合的磁铁所引起的磁化轴线，从而不能确定其稳定或静止位置。这就使得很难在驱动小齿轮带齿的轮齿合时在磁化轴与驱动小齿轮轴线二者之间提供适当的偏置角。
可以通过把永磁铁端部做成扁平状以便较好地应用和调整磁化轴线。如美国专利3，969，642和4，571，516，它也允许扁平极端附近的空间有些塑性材料，如美国专利4，571，516所述。然而，这没有解决使磁化轴相对于通过驱动销的齿合轴线正确定向的问题。
因此，本发明的目的之一是提供一个改进的有驱动小齿轮的双极步进电机转子，它可以正确地使小齿轮相对于双极永磁铁定向。
本发明的另一个目的是提供一个改进的制造带有驱动小齿轮的双极步进电机转子的制造方法。
本发明还有一个目的是提供改进的Lavet步进电机的转子，直接驱动中心轮。
本发明的其它目的和优点，可以通过后面的说明，结合附图更好地理解，其中图1是手表装置除表针、表盘和表壳外的俯视平面图，图2是手表装置的底视图，图3是手表机构，包括表针和盘的分解透视图，图4是步进电机的放大的平面图，
图5是转子和驱动小齿轮的放大的透视图，图6是是说明本发明的放大的平面简图。
参照图1，图的标号为1的手表机件包括一个非磁性机架2它最好由塑料材料例如聚脂制成，该材料可以精铸来确定各种凹槽及用做齿轮轴承的轴颈，且可局部热变形而把其它元件固定在架板上。表把3可以通过端部4手动，通过制动弹簧5来使电开关触头动作，例如6，以控制手表的操作与设定。如图号7所示，具有两个驱动销的步进电机转子，其两个销与中心轮8上的60个外齿作用，转子每分钟一次周期性地步进或每分钟转动180°。
参考图2，驱动脉冲是由驱动电路组件9提供的，它包括一块石英晶体10和一集成电路(未所出)，被封装在整体的塑料壳11内。集成电路与具有各种不同接点如电池端子12和13，石英晶体接线端14、15和线圈连接端16、17的接线架相连。
步进马达，如18所示，包括线圈19及连接驱动电路组件与端子16、17的导线。第一个定子件20有第一个极靴20a，第二个定子件21有第二个极靴21a。极靴位于非磁性材料的园筒件22的两侧并与之紧密相连，筒件22最好与架板2为一整体。筒件22有一非磁性材料如青铜制成的帽23，其上有一用以步进电机一端的轴颈23a。第一和第二定子构件20、21配置在架板的凹槽中从而由其定位。安装时，使架板在例如24、25、26这些装置通过热变形来固定定子构件20、21并且迫使其紧靠筒壁22。
参照图3，分解图展示了有前面提到的部件及下述附加部件。架板2上固定有金属中心柱27，其内孔与时轮轴28相配合，时轮29固定在轴28的底端。轴28的作用是在表盘42上面、它的顶端装配时针30。中心金属柱同时在其外表面与中心轮小齿轮31配合，31在中心轮8上且其上端用于装配分针。分针与时针之间的减速装置是减速齿轮和小齿轮部件33，它装在架板2上并由金属帽34固定就位。还应指出，由35所表明的步进电机转子，其一端装在架板2上与筒22同心的模制孔36中，另一端装在前面提及的帽23上的孔23a中。参考图4，将对步进电机进行更详细地说明。第一个定子件20包括定子部件20b，它延伸至线圈外部，终止于线虫圈19一端的不均匀部20c。第二个定子件21，其极靴21a与突出的长条芯件21b相连，其通过线圈中心孔19a。芯件21b延伸出线圈终止于21c处，21c部分与定子20c重叠以使其处于磁路中。
极靴20a和21a分别确定弧形极面20d和21d。极面又确定相对的凹槽20e、21e，后者以已有技术中以所熟知的方式确定转子35的静止位置。
转子35包括带塑料外壳35b的永磁铁35a。转子35的轴通过架板2上的模制孔36和帽23上的轴颈23a(见图3)对筒22精确定位。则极靴面20d，21d也通过紧靠其外表面与筒精确定位。
参照图5，可以看到构成本发明要点的经过改进的双极转子的放大透视图。转子35包括一永磁铁35a，其分为中央部分及两端的两极。极的两端最好如图示形状，尽管它们也可以是扁平的。磁铁35a有一磁化轴通过两个极，这可在图6的m-m线看得更清楚，其与磁轴是对称的。
塑料的转子体35b是在制造时浇铸在磁铁周围的以便完全包住磁铁35a的中央部位。转子35b包括整体的驱动小齿轮部分，与带齿的中心轮8相互作用(见图6)。最好驱动小齿轮部分包括一对平行的驱动销35c。转子两端最好为图示形状，尽管它们也可以是扁平的。
参照图6，当永磁铁35a处于稳定或静止位置时，其由极靴20、21的凹槽20e、21e确定，驱动销35c的最佳位置如图所示，其一个驱动销与齿轮8的齿8a的侧面相咬合。在此位置时，销35c的连线被人为地定义为齿合轴线(P-P)。在磁化轴线与齿合轴线之间形成一角A。对某一特定设计，可预先选择理想的齿合轴线。轴线P-P未必在转子体的对称轴上，转子体环绕磁铁35a的中心部分。然而，在制造时借助于在磁铁中部分复涂塑料材料的制造工艺可以预先固定m-m轴线与P-P轴线间的夹角。
各种不同的塑料材料，如聚酰亚胺12或等同材料适于在制造时浇铸于磁铁外部。包括驱动销35c的模铸还在磁铁上、下提供了支承轴颈，如35d，用于把转子固定在轴承孔里，如23a、36以使其旋转。
制造方法为空腔注射浇铸技术。模的型腔提供适当形状的空腔以适应转子轴承表面并使两个驱动销处于A角位置。把永磁铁放进模子中，环绕磁铁的中央部分及对销空腔里面喷注塑料材料。转子移开时，塑料材料牢牢把磁铁固定在与驱动销成一定角度的方位上。
尽管对本发明目前认为的最佳实施例进行了说明，本领域的专业人员不难做出其它改进，因此有必要在下面的权利要求
中对属于本发明精神实质范围内的改进加以保护。
权利要求
1.用于步进电机的双极转子，包括一永磁铁构件，它有一中央部位及在它主要尺寸方向两个相对的端点有一对磁极，通过上述磁极有一磁化轴线，该中央部位有实际扁平的侧面，和一塑料转子体，它浇注在该磁铁的中央部位并将所述磁铁环绕，该转子体确定了一个整体的驱动小齿轮，该驱动小齿轮有一对对置驱动元件，齿合轴线通过该对元件，因此该浇注的转子体可以使齿合轴线相对于磁化轴线成预先选定的角度。
2.按照权利要求
1所述，其中该转子体还规定了该磁铁中央部位任一端的轴颈部位。
3.按照权利要求
1所述，其中该转子体规定了对置的弧形端从而该磁铁件规定了对置的弧形端。
4.一种制造步进电机用的双极转子的方法，包括提供一永磁铁件，其有一中央部位及在主尺寸方向两对应端有一对磁极，经过该磁极有一磁化轴，该中央部位有实际扁平的面，和提供一空腔模，它规定了驱动小齿轮空腔以提供一对对置的驱动元件，齿合轴通过该元件，把该磁铁件放入上述空腔模，并且向该空腔模注射塑料物质，使之环绕该磁铁件的中央部位形成有和磁铁件成一定角度的整体驱动小齿轮的塑料转子体。
5.按照权利要求
4的方法，其中所述空腔模包括用以在磁铁元件两相对面的转子体上形成支承轴颈的圆柱部分。
6.一种改进的用于步进电机的双极转子，该电机有一个转子和一个定子，用于每转动180°周期性地步进带齿的轮，该改进包括有一中央部位和在主尺寸方向两端有一对磁极的永磁铁件，该中央部位有实际扁平的面，该磁铁件与定子配合确定给进之间的稳定静止位置，和浇注在该磁铁中央部位并环绕之的塑料转子体，该转子体规定有一对驱动销的整体驱动齿轮，一个驱动销当永磁铁处于前述稳定或静止位置时与带齿的轮的齿腹相咬合，因此该整体模制的转子体用于使所述驱动销与该永磁铁成一预选的角度。
专利摘要
具有拉维特(Lavet)步进电机的手表装置，该电机可通过做为步进电机转子一部分的驱动小齿轮直接驱动带齿的中心轮。转子包括一块双极永磁铁和浇注在磁铁中部将其环绕的塑料转子体。转子体使一对驱动销与磁化轴线成预先选定的角度。转子体还包括支撑它以使之在步进电机开口定子的里面转动的轴颈。
文档编号G04C13/11GK87105648SQ87105648
公开日1988年7月13日 申请日期1987年8月20日
发明者保尔·伍斯里什 申请人:天美使公司