mini|Lavet-Schrittmotor einer Quarzuhr Beim Lavet-Schrittmotor handelt es sich um einen Schrittmotor, der elektro-mechanischen Quarz- und Funkuhren als Antrieb dient und für die „springende Sekunde“ des Sekundenzeigers verantwortlich ist.Ein geniales Konzept. 29. März 2005, Neue Zürcher ZeitungThanassis Speliotis et al.: Micro-motor with screen-printed rotor magnets. Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Volume 316, Issue 2, September 2007, S. 120–123 Durch Miniaturisierung wird er in Armbanduhren eingesetzt und benötigt dabei nur sehr wenig Leistung, womit ein jahrelanger Batteriebetrieb möglich ist. Als Erfinder dieses Motors gilt der französische Ingenieur Marius Lavet, der das Funktionsprinzip 1936 im Patent FR823395 beschrieb.
Aufbau miniatur|xx' Rastpunkt durch Reluktanz yy' Rastpunkt bestromt α Drehbewegung nach Bestromung β Drehbewegung nach Abklingen des Stroms
mini|Zeitlupenaufnahme (960 fps nach 30 fps, 32-fach) des Antriebszahnrads (Motorachse) eines Uhrwerks mit modifizierter Ansteuerung der Spule (Tastverhältnis 1-1-1-1)
Stator Wie andere einphasige Motoren kennt der Lavetmotor nur eine Drehrichtung, die durch die Auslegung des Stators bestimmt wird. Dieser bildet einen magnetischen Kreis, dessen magnetischer Widerstand im Bereich der Einkerbungen höher ist als in den Bereichen ohne Einkerbung. Daher ist in Position c in nebenstehender Skizze, wie auch in der Ausgangsposition a, der magnetische Widerstand des Kreises für den Rotor minimal. Hierdurch ergeben sich die beiden Rastpunkte des Rotors bei stromloser Statorspule, die wesentlich für die Funktion des Motors sind.
Die Positionen des Rotors bei stromdurchflossener Statorspule weichen davon ab und sind in den beiden Skizzen b und d dargestellt.
Durch diese spezielle Form des Stators entsteht eine Art Hilfsphase ähnlich wie beim Spaltpolmotor.
Rotor Der Rotor besteht aus einem Permanentmagneten, in nebenstehender Abbildung sind dessen Pole rot bzw. grün eingezeichnet.
Ansteuerung Angesteuert wird der Lavet-Schrittmotor in Quarzuhren durch Pulse mit einer Folgefrequenz von 1 Hz, die aus einer Frequenz von 32.768 Hz (Uhrenquarz) durch einen 215-Frequenzteiler erzeugt werden. Der diesen Teiler enthaltende Uhrenschaltkreis erzeugt auch die bipolare Pulsfolge, die abwechselnd jede Sekunde kurzzeitig eine positive und eine negative Spannung an die Spule abgibt. In der üblichen Bauform benötigt ein Lavetmotor zwei Schritte für eine Umdrehung.
Abtrieb Ein vom Rotor bewegtes Zahnrad-Getriebe treibt Sekunden-, Minuten- und Stundenzeiger an. Neben dem klassischen Uhrenmotor gibt es verschiedene abgeleitete Varianten dieses Konzepts,Control and Analysis of Low Inertia Miniature Synchronous Motors, abgerufen am 5. Oktober 2010 Motoren nach diesem Prinzip werden z. B. auch in Anzeigeinstrumenten für Kraftfahrzeuge eingesetzt. Hermann Winner, Stephan Hakuli, Gabriele Wolf: Handbuch Fahrerassistenzsysteme: Grundlagen, Komponenten und Systeme für aktive Sicherheit und Komfort. Vieweg+Teubner, 2009, S. 337
Funktionsweise Befindet sich der Rotor zunächst in Ruhelage in Position a, so erfolgt durch den Stromimpuls entsprechender Polarität ein Übergang in die Position b um den Winkel α. Für einen energiesparenden Betrieb sollte der Stromimpuls durch die Spule möglichst kurz dauern, jedoch auch lange genug, damit der Rotor sich weit genug dreht und in den Fangbereich des nächsten Rastpunktes gerät, anstatt zurückzufallen.
Sobald der Stromimpuls abgeschaltet wird, entsteht in Position b durch die Einkerbungen im Stator eine ungleiche Verteilung des magnetischen Flusses, wodurch ein weiteres Drehmoment zufolge der Reluktanzkräfte auf den Rotor wirkt, und dieser sich um den Winkel β in den stabilen Zustand c weiter bewegt.
Um den Rotor aus Position c in die Position d überzuführen, ist ein weiterer Stromimpuls mit umgekehrter Stromrichtung nötig – die Spule muss also bipolar angesteuert werden. Bei Abschalten des Stromimpulses in Position d geht der Rotor dann in die Ausgangsposition a über, und der Zyklus kann von neuem beginnen.
Literatur
Weblinks
Einzelnachweise
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