Elektromagnetisches Laufwerk, insbesondere Nebenuhrwerk Die Erfindung bezieht sich auf ein elek tromagnetisches Drehankerlaufwerk, das z. B. für durch elektrische Impulse betriebene Fernmeldeanlagen sowie zum Antrieb von elektrischen Nebenuhren Verwendung finden kann. Bekannte Laufwerke dieser Art besitzen einen dauermagnetisierten Drehanker, der sich zwischen den Polschuhen des Stators schritt- iveise dreht, wenn die Statorwicklung durch die beispielsweise am Ende jeder Minute über die Steuerleitung mit wechselnder Richtung kommenden Fortschaltimpulse erregt wird.
Das Arbeitsvermögen solcher Laufwerke ist dabei an der Länge und dem Querschnitt des ver wendeten Dauermagneten abhängig, wobei die Länge des Magneten die Erregerdurchflutung und damit die Erregerleistung bestimmt. Bei kleinen Leistungen, wie sie allgemein in Fern meldeanlagen und insbesondere für den Be trieb von elektrischen Nebenuhren zur Ver fügung stehen, muss man also darauf bedacht sein, den Durchflutungsquerschnitt des Dreh ankers gross, den Durchflutungsweg jedoch klein zu wählen.
Für Laufwerke mit zylin drischem Drehanker, bei welchen die wirk same Magnetlänge im wesentlichen dem Zylin derdurchmesser entspricht, bedeutet dies, dass dem Anker ein kleiner Durchmesser, aber eine grosse Länge zugegeben werden muss. Letzteres ist aber aus baulichen Gründen oft nicht er wünscht oder wegen Raummangel nicht mög lich. Es zeigt sich jedoch, dass man bei Lauf werken mit zylindrischem, in Querrichtung dauermagnetisiertem Anker das Drehmoment ohne gleichzeitige Erhöhung der Erreger leistung dadurch steigern kann, dass die Sta- torpolschuhe jeweils den Drehanker über einen Winkelbereich von wenigstens 120 um fassen.
In diesem Fall verkürzen sich die den Rotor durchsetzenden magnetischen Kraft linien gegen Ende der Polschuhe hin immer mehr, so dass der mittlere Durchflutungsweg wesentlich kleiner als der Rotordurchmesser wird. Auch wird der Drehmomentverlauf, den das Laufwerk für die Dauer der Erre gung der Statorwicklung besitzt, dadurch ver bessert.
Die beiliegende Zeichnung veranschaulicht Ausführungsbeispiele der Erfindung, und zwar zeigt: Fig. 1, schematisch, einen Längs schnitt und Fig. 2 einen Querschnitt durch ein erstes, als elektrisches Nebenuhrlaufwerk ausgebildetes Ausführungsbeispiel, während die Fig. 4 und 5 Längsschnitte durch zwei weitere, hinsichtlich der Ausbildung des magnetischen Kreises etwas abgeänderte Aus- fühx-Lingen zeigen. Das Diagramm gemäss Fig. 3 dient zur Erläuterung der Wirkungs weise des ersten Ausführungsbeispiels.
Das elektromagnetische Laufwerk gemäss Fig. 1 und 2 soll beispielsweise als Nebenuhr werk dienen und besitzt eine durch Stromim pulse wechselnder Richtung gesteuerte Erre- gerwicklung E, an deren Spulenkern sich die Joche J1 und J2 mit den Polschuhen P1 und P2 anschliessen. Letztere umgreifen mit mög lichst geringem Luftspalt den zylindrisch ge formten Drehanker A nahezu völlig. Wie er sichtlich, besitzen die Spitzen der Polschuhe einen Abstand, der etwa doppelt so gross ist wie der Luftspalt zwischen Polschuhen und Anker. Der Anker besteht aus hochwertigem Dauermagnetmaterial und ist im Sinne der eingezeichneten Pfeile quermagnetisiert.
Die seine Drehachse bildenden Zapfen sind in Platinen a und b gelagert, wobei hochwertige Zapfenlager zur Anwendung kommen können. An - der Platine a sind auch die Magnetjoche mit Bolzen c befestigt. Der Abstand der Pla- tinen a und b ist allein durch den Durchmes ser der zwischen ihnen liegenden Erregerspule E bestimmt.
Letztere kann kreisförmigen Querschnitt besitzen, ist vorzugsweise jedoch rechteckig ausgebildet, um bei möglichst ge ringer Breite x den erforderlichen Wickel raum zu erhalten. Mittig in dem im wesent lichen durch die Platinen a und b gebildeten zylindrischen Laufwerkgehäuse G liegen die Wellen w1 und w2, auf denen die nicht dar gestellten Uhrzeiger zu befestigen sind. Diese Wellen werden durch ebenfalls nicht darge stellte Zwischenräder von dem am Anker be festigten Ritzet r angetrieben.
Die Spule E wird, beispielsweise am Ende jeder Minute, durch Impulse wechselnder Richtung erregt, so däss die Polschuhe Pl und P2 ummagnetisiert werden. Das durch den von den Polschuhen P1 und P2 über den Anker geleiteten Erregerfluss bei den ver schiedenen Ankerstellungen erzeugte Dreh moment hat dabei den in Fig. 3 durch die Kurve e angegebenen sinusförmigen Verlauf. In der dargestellten Endstellung des Ankers ist dieses Drehmoment Null, so dass der Anker und damit der mit ihm starr gekoppelte Uhr-.
werkszeiger nicht gedreht würden, wenn nur dieses Drehmoment auf ihn wirken würde. Beim Ausführungsbeispiel wird der Anker jedoch noch durch ein zweites Drehmoment h beeinflüsst, welches dadurch zustande kommt, dass an der Platine a ein- Hilfspol H befestigt ist, welcher aus Weicheisen oder einem andern ähnlich paramagnetischen Werkstoff besteht und mit seinen rechtwinklig abgekröpften Schenkeln an den Umfang des Ankers mög lichst nahe herangeführt ist.
Die Schenkel des Hilfspols könnten auch in eine rillenförmige Vertiefung, welche in die obere Stirnseite des Ankers eingedreht ist, eintauchen. Der Hilfs pol H ist in der in Fig. 1 angedeuteten Weise gegenüber dem Anker feststehend so angeord net, dass der über ihn geleitete Fluss des Dauermagnetankers in dessen Ruhestellung das grösste Hilfsmoment h erzeugt, welches dann als Fesselungsmoment wirkt. Durch das vom Hilfspol erzeugte Hilfsdrehmoment h wird der Verlauf des durch den Erregerfluss der Spule E erzeugten Drehmomentes wesent lich verbessert, so dass sich über den ganzen,
180 betragenden Winkelbereich ein nahezu gleichmässiges resultierendes Moment m er gibt. Unter dessen Einfluss kommt der Anker nicht nach Drehung um 180 , sondern etwas später, etwa nach 200 , zum Stillstand. Ganz geringe Abweichungen von dieser neuen Soll- lage lassen bereits ein sehr beträchtliches Drehmoment (Fesselungsmoment) entstehen, welches den Anker in die Sollage zurückführt.
Der beim Eintreffen des nächsten Fortschalt- impulses eingeleitete Drehschritt beginnt aus der Stellung 200 , wobei jedoch infolge des Polaritätswechsels des Fortschaltimpulses auch bei diesem folgenden Fortschaltschritt das Grundmoment e positiv verläuft, also den bei 20 angegebenen Wert besitzt. Praktisch ist also bei Beginn der Erregung der Wicklung E sofort ein grosses Drehmoment (gemäss Punkt y, Fig. 3) wirksam, welches in der Folgezeit bis zur Beendigung des Dreh schrittes im wesentlichen bestehen bleibt.
Dieser günstige Drehmomentverlauf er möglicht es, auch bei sehr geringen Erreger leistungen dem Drehanker einen verhältnis mässig kleinen Durchflutungsquerschnitt zu geben. Da weiterhin die beschriebene Form gebung der Polschuhe verhältnismässig grosse Ankerdurchmesser erlaubt, kann die Länge des Ankers sehr klein gehalten werden. Diese aber bestimmt im wesentlichen die Bauhöhe x (Fig. 2) des Laufwerkes. Es gelingt mit der beschriebenen Anordnung ohne weiteres, bei einer vorgegebenen Erregerleistung das erforderliche Drehmoment mit einem Dreh ankersystem zu erzeugen, dessen Ankerlänge den Durchmesser der Spule E nicht über sehreitet.
Die weit ausladende Form des durch Spule, Joche und Anker ,gebildeten magnetischen Kreises ermöglicht es, das Räderwerk innerhalb dieses Magnetkreises zwischen den Platinen a und b anzuordnen. Dadurch ergibt sich ein rundes Werk mit verhältnismässig kleinem Durchmesser, dessen Bauhöhe x lediglich durch die Spule bestimmt ist.
Die verhältnismässig langen Joche J1 und 7? verursachen in dem Falle, wo das Neben uhrwerk mit Zifferblättern aus Eisen ver sehen wird, einen erheblichen Streufluss über diese Zifferblätter. Dieser Streufluss kann durch Verwendung unsymmetrischer Joch- bleche wesentlich herabgesetzt werden. Gemäss Fig. 4 ist das Jochblech J2 etwa doppelt so lang ausgeführt wie in Fig. 1, während das andere Blech J1 wesentlich kürzer gehalten ist.
Diese verlängerte Fläche hat eine Erhö hung des Streuflusswiderstandes zwischen dem Joch J1 und dem Eisenzifferblatt zur Folge, so dass der Streufluss, -der durch den Rei henwiderstand J1 Ijuft-Eisenzifferblatt-- Luft-J2 bestimmt wird, wesentlich kleiner ist als bei der Ausführungsform gemäss Fig.1. Bei der Ausführungsform gemäss Fig. 5 ist das Joch J2 ebenfalls wesentlich länger als das Joch J1 und unterhalb der Zeigerachse MTl, W2 durchgeführt.
Electromagnetic drive, especially slave clockwork The invention relates to an elec tromagnetic rotating armature drive, which z. B. can be used for telecommunications systems operated by electrical impulses and to drive electrical slave clocks. Known drives of this type have a permanently magnetized rotating armature, which rotates gradually between the pole pieces of the stator when the stator winding is excited by the incremental pulses coming in alternating direction via the control line at the end of each minute.
The working capacity of such drives is dependent on the length and cross-section of the permanent magnet used, the length of the magnet determining the excitation flow and thus the excitation output. In the case of small outputs, such as those generally available in telecommunications systems and especially for the operation of electrical slave clocks, one must therefore ensure that the flow cross-section of the rotary armature is large, but the flow path is small.
For drives with a cylindrical rotating armature, in which the effective magnet length essentially corresponds to the cylinder diameter, this means that the armature must have a small diameter but a large length. The latter, however, is often not desired for structural reasons or not possible due to lack of space. It turns out, however, that in the case of running works with a cylindrical armature permanently magnetized in the transverse direction, the torque can be increased without increasing the excitation power at the same time, in that the stator pole shoes each encompass the rotary armature over an angular range of at least 120.
In this case, the magnetic lines of force penetrating the rotor shorten more and more towards the end of the pole shoes, so that the mean flow path becomes significantly smaller than the rotor diameter. The torque curve that the drive has for the duration of the energization of the stator winding is improved as a result.
The accompanying drawing illustrates embodiments of the invention, namely: Fig. 1, schematically, a longitudinal section and Fig. 2 is a cross section through a first, designed as an electrical slave clock drive embodiment, while Figs. 4 and 5 are longitudinal sections through two further, with respect the design of the magnetic circuit show somewhat modified designs. The diagram according to FIG. 3 serves to explain the effect of the first embodiment.
The electromagnetic drive according to FIGS. 1 and 2 is intended to serve, for example, as a slave clock mechanism and has an exciter winding E controlled by Stromim pulses in alternating directions, to whose coil core the yokes J1 and J2 with the pole pieces P1 and P2 connect. The latter encompass the cylindrically shaped rotating armature A almost completely with the smallest possible air gap. As he can see, the tips of the pole pieces are spaced about twice as large as the air gap between the pole pieces and armature. The armature consists of high quality permanent magnet material and is transversely magnetized in the sense of the arrows drawn.
The journals forming its axis of rotation are mounted in plates a and b, whereby high-quality journal bearings can be used. The magnet yokes are also fastened to the circuit board a with bolts c. The distance between the boards a and b is determined solely by the diameter of the excitation coil E between them.
The latter can have a circular cross-section, but is preferably rectangular in order to obtain the required winding space with the smallest possible width x. In the middle of the cylindrical drive housing G formed by the boards a and b, the shafts w1 and w2, on which the clock hands are not provided, are to be attached. These waves are driven by idler gears that are also not illustrated by the Ritzet r attached to the armature.
The coil E is excited, for example at the end of every minute, by pulses of alternating direction, so that the pole shoes P1 and P2 are magnetized. The torque generated by the excitation flow directed from the pole pieces P1 and P2 via the armature at the various armature positions has the sinusoidal curve indicated in FIG. 3 by curve e. In the illustrated end position of the armature, this torque is zero, so that the armature and thus the clock rigidly coupled to it.
The factory pointer would not be rotated if only this torque would act on it. In the exemplary embodiment, however, the armature is influenced by a second torque h, which comes about because an auxiliary pole H is attached to the board a, which consists of soft iron or another similar paramagnetic material and its legs bent at right angles to the circumference the anchor is brought as close as possible.
The legs of the auxiliary pole could also dip into a groove-shaped recess which is screwed into the upper end face of the armature. The auxiliary pole H is fixed against the armature in the manner indicated in FIG. 1, so that the flux of the permanent magnet armature passed through it generates the greatest auxiliary torque h in its rest position, which then acts as a restraint torque. Through the auxiliary torque h generated by the auxiliary pole, the course of the torque generated by the excitation flux of the coil E is significantly improved, so that over the entire
180 angular range an almost uniform resulting moment m he gives. Under its influence, the armature does not come to a standstill after turning 180, but a little later, around 200. Very small deviations from this new target position already give rise to a very considerable torque (restraint torque), which returns the armature to the target position.
The rotary step initiated when the next incremental pulse arrives begins from position 200, although the basic torque e is positive in this subsequent incremental step due to the change in polarity of the incremental pulse, i.e. has the value indicated at 20. In practice, a large torque (according to point y, Fig. 3) is immediately effective at the beginning of the excitation of the winding E, which remains in the following time until the end of the rotation step essentially.
This favorable torque profile makes it possible to give the rotating armature a relatively small flow cross-section even with very low excitation powers. Since the shape of the pole shoes described allows relatively large armature diameters, the length of the armature can be kept very small. However, this essentially determines the overall height x (Fig. 2) of the drive. It is possible with the described arrangement without further ado to generate the required torque with a rotary armature system for a given excitation power, the armature length of which does not see the diameter of the coil E over.
The expansive shape of the magnetic circuit formed by the coil, yokes and armature makes it possible to arrange the gear train within this magnetic circuit between the plates a and b. This results in a round movement with a relatively small diameter, the overall height x of which is determined only by the coil.
The relatively long yokes J1 and 7? cause in the case where the slave clockwork is provided with dials made of iron, a considerable leakage flux over these dials. This leakage flux can be reduced significantly by using asymmetrical yoke plates. According to FIG. 4, the yoke plate J2 is made about twice as long as in FIG. 1, while the other plate J1 is kept much shorter.
This extended area results in an increase in the leakage flux resistance between the yoke J1 and the iron dial, so that the leakage flux, which is determined by the series resistance J1 Ijuft-iron dial- Luft-J2, is significantly smaller than in the embodiment according to Fig.1. In the embodiment according to FIG. 5, the yoke J2 is also substantially longer than the yoke J1 and is carried out below the pointer axis MT1, W2.