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Wechselstrom-Kleinstmotor, insbesondere für Spielzeugantrieb
Die Erfindung betrifft einen WechselstromKlein- bzw. Kleinstmotor, insbesondere für den Antrieb leicht beweglicher Spielzeugmodelle und vorzugsweise geeignet zum Anschliessen an eine Wechselstrom liefernde Schwachstromquelle, an einen Klingeltransformator od. dgl.
Die bisher für diesen Zweck benutzten Kleinstmotore unterscheiden sich in ihrer Bauart nicht sehr wesentlich von den für allgemeine technische Zwecke gebauten grösseren Motoren. Sie fallen daher für die vorliegende Aufgabe etwas zu teuer aus und sind auch insofern nachteilig, als die notwendigerweise sehr gedrängte Bauweise eine erhöhte Störanfälligkeit zur Folge hat. Es können bei solchen Kleinstmotoren bisheriger Art leicht
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der Motor nicht von selbst anläuft und er hiedurch zeitweise einer unzulässigen Erwärmung ausgesetzt wird. Der Kleinstmotor vorliegender Erfindung vermeidet diese Nachteile schon dadurch, dass der in Rotation zu versetzende Anker nicht selbst als Strom träger wirksam ist.
Es kommen demnach auch zu ihm hinführende, gleitende Kontakte von vornherein in Wegfall und damit z. B. auch Störungen des Rundfunk Zugleich
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und der Herstellungspreis gesenkt.
Dei der Erfindung entsprechende Kleinstmotor besteht aus einer mit Wechselstrom erregten Spule, in deren Wechselfeld sich als Anker ein stabför-
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einem zweiten konstant bleibenden magnetischen Feld beeinflusst ist, welches ihn in Schwingung versetzt.
In dieser Weise arbeitende elektromagnetische Vibratoren sind an sich zwar schon bekannt. Hiebei kann der Spulenkern jedoch nur in seiner Längsachse schwingen und selbst keine Drehbewegung ausführen, wie dies für die Erfindung wesentlich ist, um einen Kleinstmotor zu erhalten, der sehr einfach ausfällt, billigst hergestellt und betrieben werden kann, sowie trotzdem nicht im geringsten störanfällig ist.
Dieser Erfolg wird gemäss der Erfindung dadurch erreicht, dass der den Anker des neuen Kleinstmotors bildende Eisenkern in seiner Spule quer zu seiner Längsachse beweglich gelagert ist, und zwar derart, dass seine quer zu dieser Längsachse erfolgende Schwingung selbsttätig in eine ihn drehende Bewegung übergehen kann. Dies wird z. B. dadurch erreicht, dass der runden Querschnitt aufweisende Spulenkern in einem ihn mit Spiel umgebenden ringförmigen Körper sitzt, in welchem er beim Hin- und Herschwingen um seine Längsachse zum Abwälzen kommt.
Praktisch ist dabei von wesentlicher Bedeutung, dass die so erzeugte Drehbewegung nicht durch ein rotierendes Magnetfeld und nicht durch einen bewickelten Anker, sondern auf rein mechanischem Wege durch Umlenkung von Schwingungen zustande kommt. Die Erfindung benutzt dabei bisher nicht beachtet, jedenfalls für vorliegende Zwecke noch nicht ausgenutzte Möglichkeiten, die
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gehende Bewegung in die stabilere Bewegungsform einer Rotation umzusetzen.
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gewählten Lagerung des Eisenan-kers können die primär entstehenden Schwingungen Drehschwingungen eines drehbar gelagerten Ankers um dessen Drehachse oder auch Neigung-
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ter gebohrten Spulenkanal schwenkbar gelagerten Eisenkerns bzw. eines Magneten sein.
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men dieser letzteren Art, da sie für den vorliegenden Zweck zu einer besonders einfachen und dementsprechend billigen Herstellung des Kleinstmotors führen. Es zeigen : Fig. l den neuartigen Motor im Vertikalschnitt. in einer leicht verständlichen Ausgangsform ; Fig. 2 eine Seitenansicht dieser Ausführung mit Blick auf den im Spulenkanal beweglichen Eisenkern ;
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be-Spulenkanals.
Die Fig. 4-8 geben eine Übersicht über eine
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rung des beweglichen Eisenkerns die gleiche wie in Fig. 1, doch sind im einzelnen verschiedene Möglichkeiten für das zu überlagernde konstante Magnetfeld vorgesehen.
Fig. 7 und 8 zeigen den Kleinstmotor mit im
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riiert nach der Art des angewendeten konstanten Magnetfeldes.
In den Figuren ist mit 1 die an Wechselspannung anzuschliessende Spule bezeichnet. Der Spu-
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gekleidet, die auf der einen Seite mit offenem Ende ein Stück aus der Spule herausführt, am andern Ende zweckmässig aber durch den Deckel 2a geschlossen ist. 3 ist ein weicher Eisenkern, dessen Durchmesser entsprechend kleiner sein muss als der Durchmesser der Messinghülse 2, wobei der Eisenkern 3 ebenfalls innerhalb der Hülse 2 über das Spulenende hinaus ein Stück vorsteht.
Am andern Ende ist der Eisenkern 3 mit seinem dünneren Zapfen 3a durch. die zentrale Bohrung 2b der Buchse 2 hindurchgeführt, und zwar mit so viel Durchmesserspiel, dass er in diesem Lager nicht nur um seine eigene Längsachse drehbar, sondern auch schwenh ! bar Ibeweglich, bleirbt. Als Beispiel eines Spielzeugantriebs ist ein Ventilator 4 angenommen, der auf den Zapfen 3a, der auch konisch ausgebildet sein kann, fest aufgesetzt ist.
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presstes bzw. angeflansehtes Messingblechlbezeich- net, das mit Stiften oder Schrauben, die durch die
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werden kann.
Zur Arbeitsweise dieser Anordnung ist folgendes zu sagen :
Schliesst man die Spule 1 an Wechselspannung an, so beobachtet man ein feines Vibrieren des Eisenkerns 3. Bringt man dabei einen kleinen Hufeisenmagneten 6 an, dessen Pole N und S zu beiden Seiten der Messingbuchse 2 durch diese
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kern 3 einwirken können, so tritt von selbst eine kräftige Rotationsbewegung des Eisenkerns um seine Längsachse ein, angezeigt durch den sich entsprechend rasch drehenden Ventilator 4. Diese Rotation entsteht nicht durch ein magnetisches Drehfeld. Die Drehrichtung wechselt im allgemeinen auch nicht, wenn man die Richtung des konstanten Magnetfeldes umkehrt. Man kann die
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Eisenkerns 3 im Kanal der Messingbuchse 2, aber auch durch die Form dieses Kanals bzw. dessen Begrenzung.
Das Feld des Magneten N-S ! be- wirkt, dass der Eisenkern zufolge des in ihm vorhandenen Wechselfeldes je nach dessen Phase bzw. seiner Umpolung eine hin-und her-oder auf-und abschwingende Bewegung erfährt. Des Spieles wegen, das der Kern 3 in der Buchse 2 bat und, weil er ja in seiner Ruhestellung unten aufliegt, erfolgt der erste SchwingungsstoJ3 beim Einschalten der Spule 1 nicht diametral, sondern am Mittelpunkt der Kreiskurve der Messinghülse vorbei.
Schon beim ersten exzentrischen seitwärtigen Anschlagen des Kerns 3 auf die Kreiskurve der Messinghülse 2 wird von dieser aus ein DrallefFekt auf diesen Eisenkern 3 ausgeübt, so dass er mit seiner eigenen Umfangslinie auf der inneren Begrenzung der Messinghülse zum Abrollen kommt, womit diese Kurve zur "Leitkurve" einer solchen Abrollbewegung wird. Diese Abrollbewegung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Eisen-
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3 mit seiner Längsachse2b fällt und dessen äusserste Umfangslinie gerade durch die Leitkurve, hier somit durch den inneren
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bestimmt ist. Dabei ge-ändern Ende angezeigt wird.
Durch Fig. 2 soll zunächst veranschaulicht werden, dass sich beide Drehbewegungen, nämlich diejenige der Längsachse auf einem Kegelmantel und diejenige, die um diese Längsachse erfolgt, selbst gegenseitig bedingen. Erfolgt die erstere Bewegung im Sinne des Pfeils 7, so muss die letztere im Sinne des Pfeils 8 vor sich gehen.
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letzteren umkehren. Welche Drehtbewegungsrich- tung ursprünglich entsteht, hängt ab von den im Ruhezustand gegebenen Verhältnissen, vor allem
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Schwingungsstossmantel der Hülse 2 bildet, eine von der Kreisform abweichende Form zu geben, z. B. durch
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unter Beibehaltung der Kreisform der Leitkurve etwa dem Eisenkern selbst einen nichtkreisfop- migen Querschnitt gibt usw.
Schliesslich ist zu beachten, dass, wenn einmal die Rotation in der einen oder andern Drehrichtung in Gang gekommen ist, sie schon durch das Trägheitsmoment der bewegten Massen erhalten bleibt und sich dabei bevorzugt auf eine Drehzahl 1 einstellt, die mit dier Wechselstrom ! 1requenz in Resonanz steht. Die Dämpfung der Drehbewegung wird dabei überkompensiert durch die Ener-
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Die erste der schematischen Figuren, Fig. 4, zeigt nochmals. das in Fig. 1 angewendete Antriebsprinzip bei ebenfalls beibehaltener Lagerung des Eisenkerns in einem Lager 10, das Drehungen um seine Längsachse und die Bewegung dieser Achse innerhalb eines Kegels gestattet. Hier ist die Messingbuchse 2 weggelassen.
Sie ist entbehr-
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setzung der Magnetpole N und S dafür sorgt, dass der Eisenkern bei seiner Bewegung nicht an diesen Magnetflächen anschlägt und magnetisch daran festgehalten werden kann. Die primär entstehenden Schwingungen des Eisenkerns 3 füh-
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Grenzkurve am hinteren Ende des Spulenkanals, so dass der Eisenkern auf dieser Kurve als Leitkurve zum Abrollen kommt und dabei, wie beschrieben, gleichzeitig in Rotation um seine Längsachse versetzt wird.
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angenommenen weichen Eisenkerns als Anker einen stählernen, bereits permanent magnetisier- ten Kern verwendet. Fig. 5 zeigt schematisch diese Möglichkeit. Hiebei ist ein längsmagnetisierter
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Hufeisenmagneten erübrigt sich hiebei.
Während derjenigen Wechselstromrichtung nämlich, bei der der Kraft1inienfluss durch die Spule dem Fluss
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Lage unbeeinflusst bleiben, d. h. sich optimal axial einstellen. Beim Wechsel der Stromrichtung der Spule aber tritt dann jedesmal eine Unstetigkeit ein, die eine Schwingbewegung des freien
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hat. Der Kern schlägtdabei gegen die Wand des Spulenkanals und wird dort zurückgeworfen. Diese Anordnung besitzt sogar gegenüber der in Fig. 1 bzw. dem Schema der Fig. 4 den Vorteil, dass die aus der Achse herausführende Bewegung des freien Endes des Kerns nicht auf die Zeichenebene beschränkt ist. Hier ist vielmehr jetzt jede aus der Achse herausführende Bewegung gleichberechtigt und demgemäss auch eine leichtere Umlenkung der Schwingung in Rotation die Folge.
Statt eines längsmagnetisierten Kerns kann aber auch ein quermagnetisierter Stahlkern verwendet werden, wie dies durch das Schema der Fig. 6 veranschaulicht wird. Auch bei dieser Anordnung wird sich der Kern immer so einzustellen versuchen, dass er mit dem gleichmagnetisierten Ende, wie es durch die augenblickliche Stromrich : tung der Spule bedingt wird, in der Achse liegt.
Wird also z. B. bei der in Fig. 6 angenommenen Magnetisierung durch den Wechselstrom in einem bestimmten Augenblick am freien Ende des Kerns bzw. der Spule ein Nordmagnet erzeugt, so wird sich der Kern so einstellen, dass die nordmagnetisierte Hälfte möglichst viel in die Richtung der Längsachse der Spule fällt. Er wird sich also an seinem freien Ende auf der Zeichnung der Fig. 6 nach rechts neigen müssen. Dabei wird er wieder an die Innenwand des Spulenkanals gestossen, dort zurückgeworfen, um im nächsten Augenblick, d. h. bei der inzwischen umgekehrten Richtung des' Spulenstromes mit der Südhälfte in die Achse gezogen zu werden usw.
Auch hier führen die ursprünglich eingeleiteten Neigungsschwingungen solcher Art sehr rasch in die stabilere Rotationsbewegung über, bei der wiederum die Grenzkurve der Spuleninnenwandung zur Leitkurve für die AbrolLbewegung des Kerns wird.
Den in den schematischen Fig. 4,5 und 6 gezeigten Anordnungen ist somit gemeinsam, dass der Anker an seinem freien Ende auf der inneren
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rollen kommt und dadurch in eine Drehbewegung um seine eigene Längsachse versetzt wird. Es ist dies der Fall einer am freien Ende des Kerns fest vorgegebenen Leitkurve für diese Abrollbewegung,) während am andern Ende der anzutreibende Spielzeugteil auf dem durch das Lager hindurchgeführ- ten Zapfen des Kerns zum Fe9taufstecken vorgesehen ist.
Abweichend hievon zeigen die Fig. 7 und 8 eine andere Antriebsart des in Rotation zu versetzenden Spielzeugteils, der hier mit 12 bezeichnet ist und auf das der Lagerung des Eisenkerns entgegengesetzte freie Ende 13 aufgesetzt wird und zwar nicht fest mit diesem Ende verbunden, sondern so, dass sich das freie Kernende innerhalb einer weiteren Bohrung 12a des aufgesetzten Spielzeugteils bewegen kann.
Bei den Anordnungen nach Fig. 7 und 8 ist die Lagerung des Ankers nicht wesentlich von der 1 bisher beschriebenen verschieden. Der Kern ist nämlich in dem Lager 14 so beweglich, dass er sich sowohl mit seiner Längsachse in einem kegelförmigen Raum mit diesem Lager als Spitze umwälzen, zugleich aber auch um seine eigene Längs-1 achse drehen kann. An seinem freien Ende'kann er dann aber als Leitkurve entweder, entsprechend wie bisher, den Rand 15 des Spulenkanals als jfeste Leitkurve benut n oder auch eine Abrollbewegung innerhalb der als bewegliche J Leitkurve anzusehenden weiteren Bohrung 12a des lose aufgesetzten SpieIzeugtei1s 12 ausführen.
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andere geschehen oder auch beides zugleich.
Da der auch hier um seine Längsachse drehbar gda- 1 gerte Anker durch ein Abrollen auf der festen oder der beweglichen Leitkurve in eine Rotation um seine eigene Achse versetzt wird, nimmt er den lose aufgesetzten Spielzeugteil 12 schon durch Reibung mit, so dass auch dieser rotiert.
Entsprechend Fig. 4 ist in Fig. 7 das konstante Magnetfeld durch einen ausserhalb der Spule an-
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permanenten Hufeisenmagne-magnetisierter Stahlstab 17 als Magnetkern vorgesehen. Es kann noch in Betracht kommen, den
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geben, der einen besser geschlossenen Eisenweg schafft und zur Verbesserung des gewünschten Effektes das Magnetfeld der Spule und damit zugleich auch das konstante Feld verstärkt.
Der Energiebedarf des neuartigen Kleinstmotors
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gen Klingeltrafo üblicher Leistung 30-35 derartige Motore in Parallelschaltung gleichzeitig betreiben kann. Dank ihrer einfachen, robusten Lagerung bedürfen die Motore selbst im Dauerbetrieb keinerlei besonderer Wartung. Die Abmessungen sind sehr klein ; der Motor kann etwa in halber Grösse der in Fig. 1 dargestellten Ausführung und noch kleiner hergestellt werden.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Wechselstrom-Kleinstmotor, insbesondere für Spielzeugantrieb, bestehend aus einer mit Wechselstrom erregten Spule, in deren Wechselfeld
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derart, dass seine quer zu dieser Längsachse er- folgende Schwingung selbsttätig in eine ihn drehende Bewegung übergehen kann, vorzugsweise dadurch, dass der runden Querschnitt aufweisende Spulenkern in einem ihn mit Spiel umgebenden ringförmigen Körper sitzt, in welchem er beim Hin- und Herschwingen um seine Längsachse zum
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