영구자석으로 된 두 개의 로터를 포함하는 전자기계 변환기
상기 발명은 영구자석들을 갖는 두 개의 로터(rotor)를 포함하는 전자기계 변환기에 관련한다. 특히 상기 발명은 두 개 영구자석 로터를 갖는 모터 조립품에 관련하고 이 모터 조립품은 평면구조이다. 모터 조립품은 시계에 적용될 수 있다. 상기 발명의 목적은 스테핑 작동형태 또는 가속 또는 연속작동 형태에서 서로 무관하게 제어되는 두 개의 영구자석 로터를 포함하는 전자기계 변환기를 제공한다. 신뢰성 있게 작동함으로서 선택적으로 제어된 로터는 지정된 방향으로 제어회로에 의해 결정된 회전수 또는 단계 수에 영향을 주는 것으로 이해할 수 있다. 반경상 자화를 갖는 제 1 과 제 2 의 2극 영구자석을 포함하는 제 1 과 제 2 로터와 스테이터를 포함하는 전자기계 변환기에 관련하고 스테이터는 제 1 과 제 2 영구자석을 위치시키는 제 1 과 제 2 스테이터 구멍을 정의한다. 이 스테이터는 제 1, 2, 3 자극을 정의하는 제 1 부품을 포함하고 제 1 과 제 2 자극은 제 1 스테이터 구멍과 제 2 스테이터 구멍을 정의하고 제 3 자극은 제 2 스테이터 구멍을 정의한다. 제 1, 2, 3 자극은 제 1, 2, 3 코일에 영향을 주는 제 1, 2, 3 자석 코어의 제 1 단부에 연결되고 제 1, 2, 3 자석코어의 제 2 단부는 전자기계 변환기의 자석회로를 닫기 위해 사용된 스테이터의 제 2 부분에 연결된다. 제 1 실시예에 따라 제 1 과 3 코일은 공급수단에 연결되어 제 1 과 제 2 로터를 회전시킨다. 제 2 코일은 제 2 로터 또는 제 1 로터의 회전을 감지하는 수단에 연결된다. 대안으로 감지장치는 제 1 과 제 2 로터가 공급수단에 의해 급속하거나 연속작동형태로 작동될 때 제 2 코일에서 유도전압의 영교차를 감지하도록 배치되고 제 2 코일에서 유도 전압이 영을 교차할 때 입력 신호에 공급할 수 있는 공급 수단에 감지 수단이 전기적으로 연결된다. 공급수단은 상기 입력 신호를 수용하는 공급 전압의 극성을 역전할 수 있도록 배치된다. 발명에 따라서 변환기의 제 2 실시예에서, 제 2 코일은 공급 전류를 수용하기 위해 공급수단에 연결되거나 제 1 또는 제 2 작동 로터의 회전을 감지하는 수단에 연결된다. 제 2 실시예의 대안으로, 제 2 코일은 제 1 또는 제 2 로터가 스테핑 작동 형태로 회전하는 지와 급속하거나 연속작동 형태가 작동할 때 감지장치에 따라서 제 1 또는 제 3 코일에 직렬 또는 병렬로 연결된다.
가속 또는 연속형태에서 두 모터중 하나 또는 다른 하나의 작동시 신뢰성을 높이는 형식의 전자기계 변환기를 제공하는 것이다.
도 1 은 두 개의 독립적이고 동축 휠에 연결된 전자기계 변환기의 평면도이다. 도 2 는 도 1 과 16 의 Ⅱ-Ⅱ을 따른 단면도이다. 도 3 은 도 1 의 변환기에서 스테이터의 제 1 부품, 즉 변환기의 두 스테이터의 영구자석의 평면도이다. 도 4, 5, 6 은 시간의 함수로서 감지코일에서 유도전압, 선택된 공급 코일에서 공급전류, 회전각도의 함수로서 구동모터의 각회전 속도를 나타낸다. 도 7, 8, 9 는 시간의 함수로서 선택된 공급코일에서 공급전류, 감지코일에서 유도전압, 회전각도의 함수로서 구동모터의 각회전 속도를 나타낸다. 도 10, 11, 12 는 급속작동형태에서 후방단계 명령이 로터의 추가 회전단계를 초래하는 경우에 도 7, 8, 9 의 것과 같은 변수인 것을 보인다. 도 13, 14, 15 는 예정된 로터의 단계가 정확하게 영향을 미치는 작동형태에서 두 개의 후방 단계명령을 위한 도 10, 11, 12 의 것과 같은 변수를 보인다. 도 16 은 본 발명을 따르는 전자기계 변환기의 제 2 실시예의 개략평면도이다. * 부호설명 2...스테이터 4, 6...로터 8, 10...로터용기 12, 14...스테이터 구멍 16...제 1 스테이터 부품 18, 19, 20...자기코어 22, 23, 24...코일 26...제 2 스테이터 부품 28, 29, 30...자극 34, 35...목부분 36, 37, 38, 39...노치 42, 46...영구자석 50...휠 52...바늘 54...휠 56...바늘 58...축
발명에 따라서 전자기계 변환기의 제 1 실시예는 도 1∼3 에서 설명할 것이다. 이 실시예에서 변환기는 모터로서 작동한다. 변환기는 제 1 스테이터 부품(16)에 의해 정의되는 두 개의 스테이터 구멍(12, 14)에 배치된 두 개의 로터 용기(8, 10)에 수용된 스테이터(2)와 두 개의 로터(4, 6)를 포함한다. 스테이터(2)는 변환기의 경로 또는 자기회로를 닫기 위한 제 2 스테이터 부품(26)과 3개의 코일(22, 23, 24)에 영향을 미치는 3개의 자기 코어(core)(18, 19, 20)를 포함한다. 제 1 스테이터 부품(16)은 제 1, 2, 3 자극(28, 29, 30)을 정의한다. 자극(28)은 자기코어(18)의 제 1 단부(18a)에 전기적으로 연결된다. 자극(29, 30)은 자기코어(19, 20)의 제 1 단부(19a, 20a)에 연결된다. 제 2 단부(18b, 19b, 20b)는 제 2 스테이터 부품(26)에 자기적으로 연결된다. 제 1 과 제 2 자극(28, 29)은 높은 자기 저항 지역을 형성하는 두 목부분(34, 35)에 의해 서로 자기적으로 절연된다. 두 위치 노치(36, 37)와 (38, 39)는 스테이터 구멍(12)과 스테이터 구멍(14)에 각각 제공된다. 두 목부분(32, 33)은 로터(4)의 영구자석(42)과 코일 사이에 제 1 영 연결방향을 정의한다. 목부분(34, 35)은 로터(6)의 영구자석과 코일(24) 사이 제 2 영연결 방향을 정의한다. 영구자석(42, 46)은 반경상 자화된 2극 자석이다. 이 자석은 스테이터 구멍내에 위치한다. 로터(4)는 제 1 바늘(52)에 연결된 제 1 휠(50)에 연결되고 제 2 로터(6)는 휠(50)과 동축인 제 2 휠(54)에 부착되고 바늘(56)에 연결된다. 휠(50, 54)은 제 1 스테이터 부품(16)의 양측에 위치한다. 또 휠(50, 54)은 동일 직경이다. 휠(54)이 스테이터(2)에 부착된 파이프(60)내에서 자유롭게 회전할 수 있는 축(58)을 통해 바늘(56)에 연결된다. 이 특정 장치는 회전상 동축인 바늘(52, 56)의 독립적인 구동을 허용한다. 노치(36, 37)는 영구자석(42)을 위한 제 1 최소 에너지 방향(64)을 정의한다. 노치(38, 39)는 영구 자석(46)을 위한 제 2 최소 에너지 방향(66)을 정의한다. 제 1 영 연결 방향(40)과 제 1 영 에너지 방향(64), 제 2 영 연결 방향(44)과 제 2 최소 에너지 방향(66)은 0이 아닌 α의 각도로 엇갈린다. 목부분(32, 33, 34, 35)에 의해 정의된 기하학적 방향과 노치(36, 37, 38, 39)에 의해 정의된 기하학적 방향사이의 각도 β는 각도 α의 것과 동일한 수치를 갖는다. 실시예로 각도 α의 수치는 각도 β의 것보다 다소 작다. 코일(22, 24)은 공급 수단(70)에 연결되고 코일(23)은 로터의 하나 또는 다른 것이 작동하는 지에 따라 로터(4) 또는 로터(6)의 회전을 감지하는 장치에 연결된다. 감지 수단(72)은 공급 수단(70)에 전기적으로 연결되어 감지 수단(72)과 공급 수단(70) 사이 전기적 신호의 전달을 허용한다. 공급 수단은 도 1 에서 전기 연결선(74)에 의해 나타낸다. 변환기가 제어되는 방식과 변환기의 작동은 자세히 설명될 것이다. 필수적으로 4개의 작동형태가 있다. 제 1 작동형태는 두 로터(4, 6)의 하나 또는 다른 하나의 전방 회전방향으로의 스테핑(stepping) 형태이다. 제 2 작동형태는 두 로터(4, 6)의 하나 또는 다른 하나의 후방 회전방향으로의 스테핑 형태이다. 제 3 작동형태는 두 로터(4, 6)의 하나 또는 다른 하나의 전방 회전방향으로 빠르거나 연속작동 형태(가속 작동형태)이다. 제 4 작동형태는 로터(4, 6)의 하나 또는 다른 하나의 후방 회전방향에서 빠르거나 연속 작동형태이다. 로터(4, 6)의 전후방 회전 방향은 변환기의 구조에 의해 정의된다. 전방 방향은 양의 회전방향에 해당한다. 즉 반시계 방향이다. 후방 회전방향은 음의 회전방향 즉 시계방향이다. 변환기의 구조는 두 로터의 하나 또는 다른 하나를 공급코일에 의해 공급되는 단일 펄스를 통해 스테핑 형태로 전방으로 이동되도록 한다. 반면에 로터의 진동은 후방회전 방향으로 구동하기 위해 필요하다. 후방 회전방향은 상기 기술의 암시로서 자세히 기술되는 것처럼 3개의 연속적인 펄스의 형태로 공급을 필요로 한다. 전방 스테핑 형태에서, 코일(22)은 로터(4)를 회전 방향으로 구동하기 위해 교번극성의 연속극성을 포함하는 알려진 방법으로 제공된다. 로터(6)를 회전하기 위해 코일(24)은 유사방법으로 공급된다. 다른 실시예에 따라, 코일(23)과 감지수단(72)은 이 작동 형태로 사용되지 않는다. 또다른 실시예로, 감지 장치(72)는 작동 로터(4 또는 6)가 회전할 때 코일(23)에서 발생된 유도 전압 신호를 분석하도록 설계된다. 상기 언급한 유도 전압 신호의 분석은 회전이 일어나는지 또는 일어날 가능성이 없는지 감지하기 위해 각 단계에서 작동된 로터의 영구 자석 거동을 결정하도록 한다. 당업자는 공급코일과 연관된 감지 장치로 분석하는 방법을 알고 있다. 분석은 보조코일 즉 코일(23)에서 발생된 유도전압(유도전류)신호에 영향을 준다. 그러나 상기 언급한 분석에 영향을 주기 위한 감지 수단(72)의 전자설계와 배치는 당업자에게 알려진 것에 유사하다. 도 4-6 은 전방으로 빠르거나 연속적인 형태로 변환기의 작동을 기술한다. 전에 언급한 것처럼 로터(4)는 교번하는 극의 펄스 순차에 의해 전방회전 방향으로 구동된다. 각각의 펄스는 180°의 각도를 한 스텝으로 로터를 회전하도록 구동한다. 이후에 전방으로 빠르거나 연속적인 형태에서 변환기의 작동은 로터(4)에서 기술될 것이고 이 작동형태에서 로터(6)의 구동은 동일하지만 공급코일(22) 대신해 공급코일(24)을 사용한다. 도 4 는 공급수단(70)에 의해 코일(22)에 제공된 공급 전류(I22)를 나타낸다. 공급전류에 의해 코일에 적용된 공급전압에서 기인한 코일에서 흐르는 전류를 의미한다. 이 공급전류는 교번 극과 유사한 형태의 펄스 순차(76)를 포함한다. 도 5 는 시간의 함수로서 코일(23)에서 유도 전압(U23)(또는 유도전압 I23)을 나타낸다. 발명에 따라서, 공급전압의 극성은 매번 바뀌어서 유도전압(U23)(또는 유도 전류 I23)은 영이라서 공급전류(U22)의 극반전을 초래한다. 공급 전류(I22)의 펄스 순차(76)는 확실하고 효과적인 방식에서 빠르거나 연속 작동을 보장하기 위해 상대적으로 최적이다. 유도 전압(U23)의 영교차는 영 연결방향(40)으로 영구자석(42)의 자화축(78) 배치에 해당한다. 도 3 에서처럼, 그런 명령은 로터(42)가 90°이상 회전하고 노치(36, 37)에 정의된 기하학적 축을 통과하도록 한다. 그래서 각 펄스는 한 스텝, 즉 180°로 로터(4)를 구동하게 한다. 영구자석(42)의 자화축(78)은 최소 에너지 방향(64)으로 위치된 후 공급 전압의 극에서 변화가 실제로 유효하다. 로터의 연속적 또는 준 연속 회전은 신뢰할만하고 동종의 방식으로 보장된다. 상기 방식은 전류 손실을 감소시키고 빠르거나 연속적인 형태로 작동될 때 변환기의 양품률은 증가한다. 동일한 분석은 영구 자석(46)에 적용되고 영구자석의 자화축은 화살표(80)에 의해 나타난다. 도 6 은 로터(4)와 영구자석(43)의 각 속도를 보여주고 영구자석(43)은 빠르거나 연속적인 전방회전 동안 로터(4)의 각위치(θ)의 함수로서 부착된다. 곡선은 회전이 준 일정 속도로 계속 영향을 받고 준 일정 속도로 에너지 절약과 시계 바늘 구동시 민첩성의 목적과 생산품이 모터 조립품과 맞도록 만드는데 이점이 있다. 후방 스테핑 작동 형태에서 당업자는 로터를 포함하는 단상 모터의 경우에 3개의 연속펄스의 형태로 공급에 필요한 진동이라 불리는 기술을 통해 후방 회전을 어떻게 얻는지 알고 있다. 제 1 공급펄스는 90°보다 적은 각 경로에서 양방향으로 로터를 구동하는데 사용된다. 제 2 공급펄스는 역전 극으로 제공되어 후방 회전방향으로 구동하게 된다. 결론적으로 제 1 펄스에 동일 극의 제 3 공급펄스가 후반 단계의 수행을 보장하기 위해 공급 코일에 제공된다. 후방 스테핑 형태에서 감지 수단(72)에 연결된 코일(23)은 제 2 펄스의 끝을 결정하고 제 3 펄스의 시작을 결정한다. 제 2 펄스는 상기 언급한 영연결 방향을 통과하기 위해 선택된 로터의 영구자석에서 자화축을 위한 충분한 기간이고 상기 언급한 영연결 방향을 포함하는 준정적 방식으로 배치하기 위해 선택된 로터의 영구자석에서 자화축을 허용하도록 제 2 펄스의 기간이 충분히 길지 않도록 하는 것이 후방 회전 방향 구동의 신뢰성 목적을 위해 이롭다. 이 조건을 만족하기 위해 발명에 따라서, 제 2 공급 펄스가 공급 수단(70)에 의해 발생되는 기간동안 코일(23)에서 유도전압의 영 교차를 감지하는 것이 다른 실시예로 제안된다. 코일(23)에서 유도전압이 상기 언급한 기간동안 영을 교차할 때 공급 전압은 역전되어 상기 언급한 제 3 펄스를 발생시키기 위해 제 2 펄스를 끝낸다. 로터(4, 6)의 하나 또는 다른 하나의 후방회전방향에서 스테핑 회전은 보장된다. 신뢰성을 위해 제 1 펄스의 기간에 약 두배인 기간동안 유도전압의 영교차는 공급 코일(22 또는 24)의 제어에 영향을 미치지 않는다. 로터에서 영구자석의 가속 또는 감속은 구동되어 제 1 펄스의 끝후에 회전 방향의 변화는 코일(23)에서 유도전압의 영교차를 발생한다. 그래서 이 우발성을 치유하기 위해 초기 임시 창이 영교차 감지수단이 작동하지 않는 동안 제공된다. 도 7-9 는 작동된 로터(4, 6)의 하나 또는 다른 하나의 후방으로 빠르거나 연속적인 작동 형태를 보인다. 단순화 목적으로 후방으로 빠르거나 연속적인 작동형태에서 로터(4)의 구동이 고려될 때 로터(6)의 구동은 공급코일(22)을 대신해 공급코일(24)과 유사하다. 도 7 은 시간의 함수로서 공급전류(I22)를 보여주고 도 8 은 시간의 함수로서 코일(23)에서 유도 전압(U23)(또는 유도 전류(I23))을 나타낸다. 전류 I22는 교번 극의 펄스 순차를 갖는다. 제 1 펄스(78)와 마지막 펄스(80)는 중간 펄스(82)로 구별된다. 유사한 방법으로 후방 스테핑 작동형태에서 제 1 펄스(78)는 전방방향으로 모터를 구동하는 진동펄스이다. 펄스(78)의 기간은 고정되어 전방구동은 한 전방단계로 로터의 회전을 초래하지 않도록 결정한다. 전방단계는 후방방향으로 구동하는 것 대신에 전방방향으로 로터를 구동한다. 당업자는 이 문제점을 알고 펄스(78)의 기간과 조건을 어떻게 결정할지 알아서 작동 로터의 후방작동과 원하는 진동을 보장한다. 제 1 펄스(78)후에 교번 극의 펄스(82)의 순차가 공급코일(22)에 공급된다. 중간 펄스(82)의 기간은 도 7 과 8 에서 처럼 코일(23)에서 유도전압의 영교차에 의해 결정된다. 코일(23)에서 유도전압이 영을 교차할 때 공급전압의 극반전은 전방으로 빠르거나 연속적인 작동 형태에서 언급한 것처럼 동일한 이유로 제공된다. 앞서 언급한 전방으로 빠르거나 연속작동 형태에서 스텝의 바라는 수는 전펄스와 실제로 동일한 마지막 펄스로 획득된다. 발명자는 이것이 후방으로 빠르거나 연속적인 작동 형태의 경우에는 안돼는 것을 안다. 이것은 전방 회전방향에서 영구자석은 추가 회전단계에 영향을 주기 위해 마지막 펄스 후에 90°보다 크게 회전하기 때문이다. 추가 회전단계는 마지막펄스의 끝에서 최종 최소 에너지 방향을 통과하지 않도록 될 때 발생하지 않는다. 그러나 후방 회전 방향에서 진행하는 동일 기간의 마지막 펄스는 예기된 최종 최소 에너지 방향을 초과해 영구자석을 구동하고 추가 단계에 영향을 주도록 진행되도록 남은 각은 90°보다 작다. 그래서 마지막 펄스(80)는 공급 코일에 공급 수단에 의해 제공되고 진행 펄스의 기간보다 크다. 이것은 도 10-도 15 에서 자세히 설명된 것이다. 도 9 는 로터의 각 위치(θ)의 함수로서 작동 로터의 각회전 속도(Vr)를 보여준다. 후방 회전 방향이 음의 회전 방향에 해당한다. 그래서 도 9 에서 작동된 로터는 각위치 θ1에서 시작한다. 앞서 설명한 것처럼 도 9 는 로터가 먼저 곡선의 제 1 부분(84)에 대해 양방향으로 회전한 다음 제 2 부분(86)에 대해 음 회전방향으로 회전한다. 도 9 에서 보여진 곡선의 마지막 부분(88)에 해당하는 회전의 끝에서 로터는 진동을 한다. 도 9 의 곡선의 부분(88)에서 처럼 마지막 펄스(80)는 상대적으로 길어서 로터는 먼저 영연결 방향에 해당하는 제 1 위치 θ2에서 정지하고 마지막 펄스(80)의 끝에서 로터는 최소 에너지 방향에 해당하는 최종위치 θ3에 도달한다. 도 10-15 에서 후방으로 빠르거나 연속적인 작동 형태에서 추가적인 최종 단계의 문제점과 상기 발명에 의해 제안된 해법은 기술될 것이다. 도 10-12 는 도 7-9 처럼 동일 변수를 기술한다. 단순화를 위해 후방 민첩형태에서 두 단계 명령만이 기술된다. 도 10 과 11 에서 처럼 마지막 펄스(80)는 유도 전압(U23)의 영 교차에 의해 끝난다. 그래서 펄스(80)의 기간은 진행하는 펄스(82)의 기간에 동일하다. 유도 브레이크 전류(84)는 상기 고려사항에서 중요하지 않다. 도 10 과 11 에서 공급 형태는 도 12 의 분석에서 명백한 것처럼 예기치 못한 추가 단계를 통해 회전하게 한다. 실제로 곡선의 끝부분(88)은 예기된 최종 위치 θ3으로 돌아가는 로터의 진동을 보여주지 않고 로터의 최종위치는 180°의 추가 회전에 해당하는 θ4이다. 상기 주요 결점을 극복하기 위해 발명은 마지막 펄스의 기간을 증가시키도록 제안되어 마지막 펄스는 바라는 회전 단계 수에 영향을 미치는 로터의 거동의 보증을 야기한다. 도 13-15에서 보인 변수는 도 7-9에서 보인 변수와 동일하다. 설명한 것은 다시 기술하지 않을 것이다. 도 13 에서 처럼 마지막 공급 펄스(80)는 진행하는 펄스(82)의 두배 기간이고 마지막 펄스(80)의 기간은 공급 수단(70)에서 유도된 변환기 제어 회로에 고정된다. 공급 형태에서 기인한 도 15 의 곡선 분석은 180°도의 두 단계만이 각위치 θ3에서 회전을 마치는 로터에 영향을 주는 것을 보인다. 도 9 와 대조적으로 자화축이 도 9 에서 θ2에 해당하는 영 연결방향으로 배치될 때 로터가 정지한다. 발명자에 의해 얻어진 결과의 분석에 따라서 상기 펄스의 기간에 1.5배와 동일한 마지막 펄스의 기간은 회전의 끝에서 로터의 적당한 작동에 충분하다. 그러나 확실성을 위해 다른 실시예로서 마지막 펄스(80)의 기간은 진행하는 펄스(82)의 기간보다 2배 길다. 도 16 에서 발명에 따라서 변환기의 제 2 실시예는 이후에 기술한다. 도 1-3 에서 기술한 것은 다시 인용하지 않을 것이다. 제 2 실시예에서 변환기는 제 1 실시예에서 기술한 것과 달라서 두 로터(4, 6)에 공통인 자극(29)과 관련된 코일(23)은 도 16 에서 보인 스위치(90)에 의해 공급수단(70) 또는 감지수단(72)에 선택적으로 연결할 수 있다. 대신에 전방 스테핑 작동형태가 원할 때 공급 수단(70)에 제 2 코일에 연결하도록 제안된다. 제 1 대안으로 코일(23)은 비공급된 공급 코일(24 또는 22)이 단락될 때 로터(4 또는 6)가 선택적으로 작동되는지 코일(23)은 공급코일(22 또는 24)에 평행으로 연결된다. 제 2 대안으로 코일(23)은 비공급 공급코일(24 또는 22)이 단락될 때 로터(4) 또는 (6)이 선택적으로 작동되는지 코일(22) 또는 코일(24)에 직렬로 연결된다. 그래서 로터(4 또는 6)의 회전시 구동 위한 공급 수단으로서 코일(23)을 사용할 수 있다. 후방 회전방향 스테핑 작동형태에서 코일(23)을 공급수단(70)에 연결할 수 있고 다른 실시예로 코일(23)과 감지수단(72)을 사용하기 위해 감지수단(72)에 코일(23)을 연결할 수 있다. 빠르거나 연속적인 작동형태에서 코일(23)은 감지수단(72)에 연결되고 제 1 실시예에서 기술한 것과 동일한 역할을 한다.
감지 수단(72)은 공급수단(70)에 입력 신호를 제공하고 특히 코일(23)에서 유도 전압이 영을 교차할 때 입력신호를 제공한다. 감지 수단(72)은 코일923)에서 유도전압(또는 유도전류)의 영 교차의 감지에 제한되지 않지만 생략된 단계를 위한 경우처럼 유도 전압 또는 유도 전류에 관련된 정보의 감지를 허용한다. |
