CH59368A - School desk - Google Patents
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Description
Drehzahlstabiler <B>Moor</B> Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen drehzahlstabilen Motor als Frequenznormal eines zeit haltenden elektrischen Geräts.
Es wurden bereits drehzahlstabile Motoren als Fre- quenznormal vorgeschlagen, die aus zwei gegeneinander verdrehbaren Rotorhälften bestehen, die über einen Tor sionsstab elastisch miteinander verbunden sind. Jede der Rotorhälften weist eine Anzahl Permanentmagnet pole auf.
Jede der Rotorhälften arbeitet mit einem Weicheisenstator zusammen, wobei der eine Stator das Steuerspulensystem und der andere Stator das Arbeits- spulensystem trägt. Beide Spulensysteme sind über eine elektronische Schaltung miteinander verbunden. Bei der Drehung des Rotors werden durch die eine Rotor hälfte in der Steuerspule Steuerspannungen induziert, die verstärkt über die elektronische Schaltung in der Arbeitsspule Arbeitsimpulse erzeugen, die antreibend auf die andere Rotorhälfte wirken.
Die eine Rotorhälfte wird also angetrieben, während an der anderen Rotor hälfte elektromagnetische Hemmkräfte zwischen Rotor hälfte und Stator wirken. Die Antriebsmomente auf der einen Rotorhälfte und die Hemm- bzw. Störmo mente auf der anderen Rotorhälfte bewirken Torsions- schwingungen zwischen diesen beiden Rotorhälften (DBP 1 149 447).
Dieser bekannte Drehschwingmotor ist mit erheb lichen Nachteilen behaftet. Von der technischen Seite aus ist es ausserordentlich schwierig, den Torsionsstab in beiden Rotorhälften einwandfrei zu befestigen. Eine einwandfreie Befestigung ist wegen der geforderten Zeit haltung unbedingt erforderlich. Die Zeithaltung ist auch in starkem Masse von der Temperatur abhängig, infolge der Veränderung der magnetischen Eigenschaften der Rotoren mit der Temperatur.
Weiterhin ist eine starke Empfindlichkeit gegen Lageänderungen festzustellen, was bedingt ist durch die Durchbiegung der ausseror dentlich dünnen Torsionswelle. Infolge der dünnen Tor- sionswelle und der relativ grossen Massen der beiden Rotorhälften ist auch das System ausserordentlich emp findlich gegen Rütteleinflüsse und Stösse. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, dass die beiden Statoren ausserordentlich genau zu den Rotorhä-lften justiert wer den müssen.
Die Motoren haben ausserdem die Eigen schaft, bei gleichbleibender Resonanzfrequenz in ver schiedenen harmonischen Drehzahlen laufen zu können. Zudem ist ein Selbstanlauf des Systems infolge der magnetischen Haltekräfte nicht zu erreichen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Ver meidung dieser Nachteile.
Bei einem drehzahlstabilen Motor als Frequenznor- mal, welcher zwei gegeneinander drehbare Rotorhälften mit Magnetpolen aufweist, die über ein elastisches Glied miteinander verbunden sind, wobei der Antrieb über Arbeitsimpulse erfolgt und mindestens eine Rotorhälfte mit Steuerspulen einer elektronischen Schaltung zusam menarbeitet, wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass die Spulen eisenkernlose Spulen sind und beide Rotor hälften mit mindestens einer Arbeitsspule zusammen wirken,
die Magnetpole der einen Rotorhälfte über den mit ihnen zusammenwirkenden Arbeitsspulen ste hen und die Magnetpole der anderen Rotorhälfte unter dem Winkel a zu den mit ihnen zusammenwirkenden Arbeitsspulen stehen, wenn die mit den Steuerspulen zusammenwirkenden Magnetpole sich über diesen Spu len befinden und dort das Aussteuern einer elektroni schen Schaltung und damit das Auftreten von Arbeits impulsen bewirkende Induktionsimpulse erzeugen.
In einer vorzugsweisen weiteren Ausführungsform ist die Anordnung so getroffen, dass beim Auftreten eines Impulses die Magnetpole der einen Rotorhälfte über den Steuerspulen und relativ unter dem Winkel a zu den Arbeitsspulen und die Magnetpole der an deren Rotorhälfte gleichzeitig über den Arbeitsspulen stehen.
Durch die Stromimpulse, die durch die Steuerspule über die elektronische Schaltung bewirkt werden, wird die eine Rotorhälfte angetrieben, während die gleichen Stromimpulse in der anderen Rotorhälfte Störmomente bewirken, die die Drehschwingung zwischen den beiden Rotorhälften erregen. Diese Störmomente werden also elektromagnetisch erzeugt, wirken nur kurzzeitig und zum richtigen Augenblick. Dadurch wird der Wirkungs grad des Systems wesentlich erhöht. Ausserdem erreicht das System beim Anlauf ausserordentlich rasch seine Resonanzfrequenz, in der es auch bei Rütteleinflüssen und Stössen verbleibt.
Als wesentlicher Vorteil ist noch zu erwähnen, dass dieses System von selbst anläuft, wenn in der elektronischen Schaltung ein RC-Glied vorgesehen ist.
Die beiden Rotorhälften können entweder über eine Spiralfeder oder über eine Wendelfeder miteinander verbunden sein. Hierdurch sind die Schwierigkeiten bei der Befestigung der Feder und ihre ungünstigen Ein flüsse auf die Zeithaltung des Systems umgangen. Bei dem so gestalteten System ist es möglich, Rotorwellen zu verwenden, die sich nicht durchbiegen können, so dass der Motor in allen Lagen betrieben werden kann.
Durch die Versetzung um den Winkel a wird auch erreicht, dass der Motor stets nur in einer Drehrichtung anläuft. Die weiteren Vorteile des Systems werden an hand der Zeichnungen erläutert.
Fig. 1 zeigt das System mit zwei übereinander an geordneten Rotorhälften.
Fig. 2 zeigt die gleiche Anordnung in Draufsicht.
Fig. 3 und 4 zeigen ein System mit in der gleichen Ebene angeordneten Rotorhälften.
Fig. 5 zeigt eine Draufsicht auf das System nach Fig. 3 und 4.
Fig. 6 zeigt dieses System nach Fig. 3 und 5 in perspektivischer Ansicht.
Fig. 7 zeigt eine weitere Variante in der Anord nung der Magnetpole und der Spulen.
Fig. 8 stellt ein System mit nur einer Stromspule dar, während Fig. 9 dieses System in der Draufsicht zeigt.
Nach Fig. 1 besteht der Motor aus zwei Rotor hälften 4 und -9. Die Welle 10 der Rotorhälfte 9 ist gelagert im gestellfesten Lager 13 und im Lager 15 der Welle 11 der Rotorhälfte 4, die ihrerseits noch gelagert ist im gestellfesten Lager 14. Beide Rotor hälften sind elastisch miteinander verbunden über die Spiralfeder 6, die mit ihrem inneren Ende bei 8 mit der Welle 10 und an ihrem äusseren Ende bei 7 mit der Rotorhälfte 4 verbunden ist.
Die Rotorhälfte 4 trägt Permanentmagnete 5, die sich über eisenkernlose Spulen 1 und 2 drehen. Hierbei ist die Spule 1 die Steuerspule und die Spule 2 eine Arbeitsspule. Beide Spulen 1 und 2 sind über eine elektronische Schaltung miteinander verbunden. Bei der Drehung des Rotors werden durch die Magnete 5 in der Spule 1 Spannungen induziert, die einen Stromfluss in den Spulen 2 und 3 bewirken. Die Arbeitsspulen 3 arbeiten hierbei mit den Permanentmagneten 24 der Rotorhälfte 9 zusammen.
Da beim Stromfluss durch die Spulen 2 und 3 die Permanentmagnete 24 um den Winkelweg a von den Spulen 3 entfernt sind, wird auf die Rotorhälfte 9 ein Störmoment ausgeübt, die das aus den Massen 4 und 9 und der Rückstellkraft 6 bestehende System in Drehschwingungen versetzt. Wäh rend also beim Stromfluss die Spulen 3 ein Störmo ment bewirken, erzeugt der gleichzeitig auftretende Strom durch die Spulen 2 ein Antriebsmoment auf die Rotorhälfte 4.
Die gleiche Wirkung wird auch erzeugt bei der Anordnung nach Fig. 7, bei der die Steuerspule 1 von den Permanentmagneten 5 und die Arbeitsspulen 3 von den Permanentmagneten 24 gleichzeitig überschwungen werden, so dass der Stromimpuls durch die Spulen 3 nunmehr die Rotorhälfte 9 antreibt, während die Ar beitsspule 2', die gleichzeitig vom Strom durchflossen wird, um die Winkelstellung a von den Permanent magneten 5 angeordnet ist. In diesem Fall wirkt also das Störmoment auf die Rotorhälfte 4, die gleichzeitig die Induktionsspannung erzeugt, während an der Rotor hälfte 9 das Antriebsmoment wirkt.
In den Fig. 3 bis 6 ist eine besonders raumsparende Anordnung gezeigt. Hierbei sind die beiden Rotorhälften 4' und 9' ineinander geschachtelt, d. h. die Spulen 1, 2 und 3 sowie die Permanentmagnete 5 und 24 sind auf der gleichen Ebene angeordnet. Beide Rotorhälften 4' und 9' sind über eine Wendelfeder 6' miteinander elastisch verbunden. Die jeweiligen Ansteckpunkte der Wendelfeder 6' befinden sich bei 8' und 7'. Die Welle 10, auf der sich das Abtriebsritzel 11 befindet, ist starr mit der Rotorhälfte 9' verbunden.
Wie die Fig. 3 zeigt, ist die Welle 10 einmal im gestellfesten Lager 13 und zum zweiten im Lager 16 der Rotorhälfte 4' ge lagert. Die Lage des Lagers 16 ist seinerseits bestimmt durch den gestellfesten Zapfen 12. Dieses Lager 16 befindet sich vorzugsweise im Massenmittelpunkt der Rotorhälfte 4'. Eine andere Lageranordnung ist in Fig. 4 gezeigt, wobei die mit der Rotorhälfte 9' ver bundene Welle<B>10</B> einmal im gestellfesten Lager 13 und im gestellfesten Lager 14 gelagert ist.
Die Rotor hälfte 4' ist ihrerseits über das Lager 17 auf der Welle 10 gelagert.
Bei der Anordnung nach Fig. 3 bis 6 übernimmt einmal die Rotorhälfte 4' die Steuerung und den An trieb, während auf die Rotorhälfte 9' das Störmoment wirkt, während bei einer Drehung um 90\ Steuerung und Antrieb durch die Rotorhälfte 9' bewirkt werden, während das Störmoment auf die Rotorhälfte 4' wirkt. Es ist natürlich auch möglich, dass die Spulenanordnung entsprechend der Fig. 7 getroffen ist. Die Anordnung nach Fig. 3 bis 6 hat neben der geringen Bauhöhe den grossen Vorteil, dass ein relativ grosses Antriebs moment abgegeben wird.
Eine weitere bevorzugte Anordnung ist in Fig. 8 und 9 dargestellt. Bei dieser Anordnung wird nur eine einzige Stromspule 21 verwendet, die mit beiden Rotor hälften 4" und 9" zusammenarbeitet. Die Steuerspule 1 arbeitet dagegen nur mit den Permanentmagneten einer Rotorhälfte zusammen. Die Magnetpole 22 bzw. 23 der Rotorhälften 4" bzw. 9" sind um den Winkelbe trag a gegeneinander versetzt. Die beiden Spulen 1 und 21 stehen einander gegenüber, was der Anordnung nach Fig. 2 und 5 entspricht.
Die Spule 21 kann jedoch auch um den Winkelbetrag a aus dieser Lage gedreht sein, und nimmt dann die Lage 21' ein, wobei dann die Wirkungsweise derjenigen nach Fig. 7 entspricht. Be sonders vorteilhaft ist die getroffene Lageranordnung, wobei die Welle 25, die im Lager 13 und 14 gelagert ist, mit der Wendelfeder 6' in ihrer Mitte, also an ihrem Schwingungsknoten verbunden ist. Die Verbindung zwi schen Welle 25 und Wendelfeder 6' erfolgt über die Scheibe 18.
Die Abstimmung des Drehschwingsystems auf seine Sollfrequenz erfolgt hierbei über den Rücker- zeiger 20, der auf der Buchse 19 drehbar gelagert ist und durch den die aktive Länge der Spiralfeder 6' ver ändert werden kann. Die Anordnung nach Fig. 8 hat den grossen Vorteil, dass die Abstimmung auf die Soll frequenz während des Stillstandes des Drehschwing- systems erfolgen kann. Die Welle 25 wird hierbei über das Ritzel 11 festgehalten und die Rotorhälfte 4" in Schwingung versetzt, die sich dann selbst unterhalten.
Bei diesen Schwingungen im Stand kann. dann der Rückerzeiger 20 verstellt werden, bis die gewünschte Sollfrequenz erhalten ist.
Als wesentlich ist noch zu erwähnen, dass die Be festigung der Feder 6 bzw. 6' an den Befestigungsstel len 7 bzw. 7' und -8 bzw. 8' spannungsfrei erfolgt, was beispielsweise durch Kleben vorgenommen werden kann. Die Feder 6 bzw. 6' behält somit auch nach der Befestigung ihre natürliche Kurve bei, was sehr we sentlich für die Zeithaltung ist.
Die Versuche mit den dargestellten Systemen haben gezeigt, dass diese ausschliesslich nur in ihrer Sollfre quenz und Solldrehzahl arbeiten. Ein Betrieb in har monischen Drehzahlen ist ausgeschlossen, was bedingt sein dürfte durch die relativ geringe Eigenfrequenz des Systems und die grossen Pol- bzw. Spulenabstände.
Einen einwandfreien Selbstanlauf in nur einer Dreh richtung erhält man, wenn man bei der elektronischen Schaltung ein RC-Glied vorsieht, wobei dann die elek tronische Schaltung beim Stillstand des Rotorsystems in einer Eigenfrequenz schwingt, die etwas unterhalb der Eigenfrequenz der mechanischen Schwingungen liegt.
Speed-stable motor Moor The present invention relates to a speed-stable motor as a frequency standard of a time-keeping electrical device.
There have already been proposed speed-stable motors as a frequency standard, which consist of two rotatable rotor halves that are elastically connected to one another via a gate sion bar. Each of the rotor halves has a number of permanent magnet poles.
Each of the rotor halves works together with a soft iron stator, with one stator carrying the control coil system and the other stator carrying the working coil system. Both coil systems are connected to one another via an electronic circuit. As the rotor rotates, one half of the rotor induces control voltages in the control coil which, through the electronic circuit in the work coil, generate work impulses that drive the other half of the rotor.
One rotor half is driven, while on the other rotor half electromagnetic inhibiting forces act between the rotor half and the stator. The drive torques on one half of the rotor and the inhibiting or disturbing torques on the other half of the rotor cause torsional vibrations between these two halves of the rotor (DBP 1 149 447).
This well-known torsional vibration motor is subject to considerable disadvantages. From the technical point of view, it is extremely difficult to properly secure the torsion bar in both rotor halves. A proper attachment is absolutely necessary because of the required time attitude. The time keeping is also strongly dependent on the temperature, due to the change in the magnetic properties of the rotors with the temperature.
Furthermore, there is a strong sensitivity to changes in position, which is due to the deflection of the extremely thin torsion shaft. As a result of the thin torsion shaft and the relatively large masses of the two rotor halves, the system is also extremely sensitive to vibrations and impacts. Another disadvantage is that the two stators have to be adjusted extremely precisely to the rotor halves.
The motors also have the property of being able to run at different harmonic speeds with a constant resonance frequency. In addition, the system cannot start itself up due to the magnetic holding forces.
The object of the present invention is to avoid these disadvantages.
In the case of a speed-stable motor as a frequency standard, which has two mutually rotatable rotor halves with magnetic poles, which are connected to one another via an elastic member, the drive being effected via work pulses and at least one rotor half working together with control coils of an electronic circuit, it is proposed according to the invention that the coils are coreless coils and both rotor halves work together with at least one work coil,
the magnetic poles of one rotor half stand above the working coils cooperating with them and the magnetic poles of the other rotor half are at the angle a to the working coils that cooperate with them when the magnetic poles cooperating with the control coils are located above these coils and there is the modulation of an electroni cal circuit and thus the occurrence of work pulses generating induction pulses.
In a preferred further embodiment, the arrangement is made such that when a pulse occurs, the magnetic poles of one rotor half are above the control coils and relatively at the angle α to the work coils and the magnetic poles of the other rotor half are simultaneously above the work coils.
One half of the rotor is driven by the current pulses generated by the control coil via the electronic circuit, while the same current pulses cause disturbance torques in the other half of the rotor, which excite the torsional vibration between the two halves of the rotor. These disturbing torques are generated electromagnetically and only act briefly and at the right moment. This significantly increases the efficiency of the system. In addition, when the system starts up, it reaches its resonance frequency extremely quickly, in which it remains even in the event of vibrations and impacts.
A major advantage that should be mentioned is that this system starts up automatically if an RC element is provided in the electronic circuit.
The two rotor halves can be connected to one another either via a spiral spring or a helical spring. As a result, the difficulties in attaching the spring and their unfavorable influences on the timing of the system are avoided. With the system designed in this way, it is possible to use rotor shafts that cannot bend, so that the motor can be operated in all positions.
The offset by the angle a also ensures that the motor only ever starts in one direction of rotation. The other advantages of the system are explained using the drawings.
Fig. 1 shows the system with two superimposed on rotor halves.
Fig. 2 shows the same arrangement in plan view.
3 and 4 show a system with rotor halves arranged in the same plane.
FIG. 5 shows a plan view of the system according to FIGS. 3 and 4.
6 shows this system according to FIGS. 3 and 5 in a perspective view.
Fig. 7 shows a further variant in the arrangement of the magnetic poles and the coils.
Fig. 8 shows a system with only one current coil, while Fig. 9 shows this system in plan view.
According to Fig. 1, the motor consists of two rotor halves 4 and -9. The shaft 10 of the rotor half 9 is mounted in the frame-mounted bearing 13 and in the bearing 15 of the shaft 11 of the rotor half 4, which in turn is still mounted in the frame-mounted bearing 14. Both rotor halves are elastically connected to each other via the spiral spring 6, which with its inner end is connected at 8 to the shaft 10 and at its outer end at 7 to the rotor half 4.
The rotor half 4 carries permanent magnets 5 which rotate via coils 1 and 2 without iron cores. Here the coil 1 is the control coil and the coil 2 is a work coil. Both coils 1 and 2 are connected to one another via an electronic circuit. When the rotor rotates, the magnets 5 induce voltages in the coil 1, which cause a current to flow in the coils 2 and 3. The work coils 3 work together with the permanent magnets 24 of the rotor half 9.
Since the permanent magnets 24 are removed from the coils 3 by the angular path a when the current flows through the coils 2 and 3, a disturbance torque is exerted on the rotor half 9, which sets the system consisting of the masses 4 and 9 and the restoring force 6 in torsional vibration. While the coils 3 cause a disturbance moment in the current flow, the current occurring at the same time through the coils 2 generates a drive torque on the rotor half 4.
The same effect is also produced in the arrangement according to FIG. 7, in which the control coil 1 is overshooted by the permanent magnets 5 and the work coils 3 by the permanent magnets 24 at the same time, so that the current pulse through the coils 3 now drives the rotor half 9 while the work coil 2 ', through which the current flows at the same time, around the angular position a of the permanent magnet 5 is arranged. In this case, the disturbance torque acts on the rotor half 4, which simultaneously generates the induction voltage, while the drive torque acts on the rotor half 9.
A particularly space-saving arrangement is shown in FIGS. The two rotor halves 4 'and 9' are nested in one another, i.e. H. the coils 1, 2 and 3 and the permanent magnets 5 and 24 are arranged on the same plane. Both rotor halves 4 'and 9' are elastically connected to one another via a helical spring 6 '. The respective attachment points of the helical spring 6 'are at 8' and 7 '. The shaft 10 on which the output pinion 11 is located is rigidly connected to the rotor half 9 '.
As shown in Fig. 3, the shaft 10 is once in the frame fixed bearing 13 and the second in the bearing 16 of the rotor half 4 'ge superimposed. The position of the bearing 16 is in turn determined by the journal 12 fixed to the frame. This bearing 16 is preferably located in the center of mass of the rotor half 4 '. Another bearing arrangement is shown in FIG. 4, the shaft 10 connected to the rotor half 9 'being mounted once in the bearing 13 fixed to the frame and in the bearing 14 fixed to the frame.
The rotor half 4 'is in turn mounted on the shaft 10 via the bearing 17.
In the arrangement according to FIGS. 3 to 6, the rotor half 4 'takes over the control and the drive, while the disturbance torque acts on the rotor half 9', while with a rotation by 90 \ control and drive are effected by the rotor half 9 ', while the disturbance torque acts on the rotor half 4 '. It is of course also possible that the coil arrangement is made according to FIG. 7. The arrangement according to FIGS. 3 to 6 has, in addition to the low overall height, the great advantage that a relatively large drive torque is output.
Another preferred arrangement is shown in FIGS. In this arrangement, only a single current coil 21 is used, which cooperates with both rotor halves 4 "and 9". The control coil 1, on the other hand, only works with the permanent magnets of one rotor half. The magnetic poles 22 and 23 of the rotor halves 4 "and 9" are offset from one another by the Winkelbe trag a. The two coils 1 and 21 are opposite one another, which corresponds to the arrangement according to FIGS. 2 and 5.
However, the coil 21 can also be rotated from this position by the angular amount a, and then assumes the position 21 ', the mode of operation then corresponding to that of FIG. The bearing arrangement made is particularly advantageous, the shaft 25, which is supported in the bearing 13 and 14, being connected to the helical spring 6 'in its center, that is to say at its node of oscillation. The connection between the shaft 25 and the helical spring 6 ′ takes place via the disk 18.
The tuning of the torsional vibration system to its setpoint frequency takes place via the index indicator 20, which is rotatably mounted on the socket 19 and through which the active length of the spiral spring 6 'can be changed. The arrangement according to FIG. 8 has the great advantage that the adjustment to the target frequency can take place while the torsional vibration system is at a standstill. The shaft 25 is held by the pinion 11 and the rotor half 4 ″ is set in vibration, which then entertain themselves.
With these vibrations while standing, then the index pointer 20 can be adjusted until the desired setpoint frequency is obtained.
It should also be mentioned as essential that the fastening of the spring 6 or 6 'at the fastening points 7 or 7' and -8 or 8 'takes place without tension, which can be done for example by gluing. The spring 6 or 6 'thus retains its natural curve even after attachment, which we essential for keeping time.
The tests with the systems shown have shown that they only work in their Sollfre frequency and target speed. Operation at harmonious speeds is excluded, which is likely due to the relatively low natural frequency of the system and the large pole or coil spacing.
A proper self-start in only one direction of rotation is obtained if an RC element is provided for the electronic circuit, the electronic circuit then oscillating at a natural frequency when the rotor system is at a standstill, which is slightly below the natural frequency of the mechanical vibrations.
Claims (1)
Applications Claiming Priority (1)
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CH59368T | 1912-03-05 |
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CH59368A CH59368A (en) | 1912-03-05 | 1912-03-05 | School desk |
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1912
- 1912-03-05 CH CH59368A patent/CH59368A/en unknown
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