DE1108313B

DE1108313B - Elektrischer Gleichstrommotor oder Schwinger, insbesondere fuer Uhren

Info

Publication number: DE1108313B
Application number: DEK29155A
Authority: DE
Inventors: Fritz Thoma
Original assignee: Kieninger and Obergfell GmbH and Co
Current assignee: Kieninger and Obergfell GmbH and Co
Priority date: 1956-06-21
Filing date: 1956-06-21
Publication date: 1961-06-08

Description

Elektrischer Gleichstrommotor oder Schwinger, insbesondere für Uhi en Die Erfindung bezieht sich auf einen antreibenden und/oder frequenzbestimmenden Gleichstrommotor oder gegebenenfalls unter der Wirkung einer Direktionskraft stehenden Schwinger, insbesondere für Uhren und andere zeithaltende Geräte, mit relativ zu- einander bewegten Magnet- und Spulenanordnungen, bei welchen durch die Relativbewegung zwischen einem Magneten und einem magnetfeldabhängigen Widerstand, insbesondere durch einen gegenüber einem ortsfesten magnetfeldabhängigen Hallorgan bewegten Magneten, infolge der Widerstandsänderung des magnetfeldabhängigen Widerstandes eine periodische Stromänderung in einer oder mehreren Erregerspulen erfolgt, die eine Änderung der Antriebsimpulse des Motors bzw. Schwingers bewirkt.
Die bekannten Motoren und Schwinger dieser Art hatten den Nachteil, daß der magnetfeldabhängige Widerstand, beispielsweise das Hallorgan, während der größten Zeit jedes Umlaufs des Motorläufers oder sogar ständig weitgehend den am Ort der Aufstellung des Motors oder Schwingers vorhandenen Magnetfeldern ausgesetzt war. Dies bedingt einen ständigen Leerlaufstrom, der abhängig von der Aufstellung des Motors oder Schwingers und zusätzlich abhängig von veränderlichen Stör- oder Streufeldern war.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den kollektorlosen Motor oder Schwinger der erwähnten Art in der Weise umzugestalten, daß er weitgehend unabhängig von lokalen Magnetfeldem wird und eine noch größere Flankensteilheit des Stromanstiegs aufweist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß in dem den magnetfeldabhängigen Widerstand periodisch beeinflussenden magnetischen Kreis eine die Magnetkraftlinien im Sinne der Erzeugung der Antriebsimpulse für den Motor bzw. Schwinger im Wechsel von dem magnetfeldabhängigen Widerstand freigebende Blendenanordnung vorgesehen ist.
Durch diese Maßnahme wird der magnetfeldabhängige Widerstand während eines größeren Teiles der Umdrehungsdauer gegen solche magnetischen Störfelder weitgehend geschützt, und während der Freigabe des magnetfeldabhängigen Widerstandes durch die Blendenanordnung ist dieser Störeinfluß immerhin herabgesetzt. Hierdurch wird der Leerlaufstrom vermindert und gleichzeitig die Durchmodulation des auf den magnetfeldabhängigen Widerstand einwirkenden mag ,netischen Wechselfeldes erhöht, wodurch bis zu einem gewissen Grade auch die Flankensteilheit zunimmt. Außerdem ist der Motor nach der Erfindung weniger abhängig von seiner örtlichen Aufstellung. Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel des Motors nach der Erfindung in Draufsicht von oben, während Fig. 2 eine entsprechende Prinzipskizze in Draufsicht von der Seite darstellt.
1 und 2 sind die Polschuhe eines als Stator wirkenden Elektromagneten mit zwei Erregerwicklungen 3 und 4. Die beiden Erregerwicklungen 3 und 4 sind gegensinnig gewickelt und in Reihe an eine Gleichspannung gelegt. 5 ist ein kreuzförmiger Dauermagnet, welcher als Rotor ausgebildet ist und dessen Nordpole N vor den Polschuhen des Stators umlaufen, während der Südpol in der Achse 6 liegt. über den stärkeren Achsteil 6' steht der Magnet 5 mit der entgegengesetzt magnetisierten magnetischen Scheibe 7 in Verbindung, die gemäß dem Ausführungsbeispiel fest auf der Achse 6 bzw. 6' angeordnet ist, so daß sie die Umdrehungen des Rotors 5 mitmacht. Die Scheibe 7 dient als magnetische Rückschlußplatte, welche mit dem Rotor 5 zusammen ein magnetisches Feld erzeugt, dessen Kraftlinien parallel zur Drehachse 6 verlaufen. Zwischen dem Rotor 5 und der magnetischen Rückschlußplatte 7 ist fest im Raum ein magnetfeldabhängiger OhmscherWiderstand 8 angeordnet, welcher als kontaktloser Kollektor wirkt und in Serie mit den Erreggungswicklungen 3 und 4 geschaltet ist. Der Rotor 5 und/oder die Rückschlußplatte 7 kann übrigens auch aus Weicheisen bestehen, wenn die Verbindung 6' zwischen dem als Polschuh dienenden Rotor und der Rückschlußplatte als Permanentmagaet ausgebildet ist. Bei der Ausbildung und Anordnung der Rückschlußplatte 7 ist darauf zu achten, daß diese nicht in das Streufeld des Stators hineinragt; Größe und Abstand der Platte 7 vom Rotor 5 sind daher so bemessen, daß sich ein Maximum des den Widerstand 8 beeinflussenden Permanentmagnetfeldes bei einem Minimum der magnetischeu Nebenschlußwirkung in bezug auf die Polschuhe des Stators ergibt.
Mit Hilfe einer mit öffnungen 10 versehenen Abschirmplatte 9 aus Mu-Metall, die zwischen Rotor 5 und der magnetischen Rückschlußplatte aus Eisen 7 auf der gleichen Welle mit umläuft, sind eine fast »punkturelle« Beeinflussung des magnetfeldabhängigen Widerstandes erreicht. Gegenüber den Polen N weist die Abschirmplatte 9 je eine öffnung 10 auf, durch welche die Kraftlinien vom Pol N des Stators zur Rückschlußplatte 7 hindurchgreifen, welche als Ganzes als Südpol magnetisiert ist. Der magnetfeldabhängige Widerstand 8 zwischen der Abschinriplatte 9 und der Rückschlußplatte 7 ist jeweils dann dem Magnetfeld ausgesetzt, wenn er sich vor einer öffnung 10 der Platte 9 befindet.
Als magnetfeldabhängigger Widerstand 8 kommen außer den bekannten Halbleiteranordnungen, beispielsweise einem Halbleitereinkristall mit zwei sperrfreien Stromzuführungen aus Germanium, Silicium oder besser einer geeigneten AIHBV-Verbindung mit möglichst großer Hallkonstante, auch ein Halbleiterkristall mit sogenannter magnetischer Sperrschicht in Frage, bei welchen die eine Seite des Kristalls poliert und die entgegengesetzte Seite aufgerauht ist. Eine solche Anordnung wirkt als Stromunterbrecher. Ferner ist es auch möglich, den magnetfeldabhängiggen Widerstand als elektrischen Vierpol, vorzugsweise nach Art eines Hallgenerators bzw. Hallmodulators, auszubilden.
Eine Abwandlung besteht darin, daß der Permanentmagnet als Stator dient und die Spule Dreh- oder Schwingbewegungen ausführt; in der letztgenannten Ausführungsfonn, die z. B. unter Zuhilfenahme einer Rückstellkraft als Schwingmotor auszubilden ist, geschieht die Zuleitung - wie beim Drehspulinstrument - mittels Spiralen.
Der Gleichstrommotor nach der Erfindung ist grundsätzlich überall anwendbar. Besonders bedeutungsvoll ist seine Anwendung bei von einer Batterie und7oder einer Generator-Photozelle angetriebenen Uhren. Der Motor kann sowohl als frequenzbestimmendes Glied als auch als Schrittschaltwerk oder als Aufzugsmotor für einen Energiespeicher ausgebildet oder mit einem solchen verbunden sein. Auch ist die Einrichtung nach der Erfindung mit besonderem Vorteil in Synchronuhren mit Hilfsbatterie verwendbar, weil er sowohl mit Gleich- als auch mit Wechselstrom betrieben werden kann. Des weiteren wäre noch die Verwendung beim Rechenmaschinenbau, als Servomotor für automatische Steuerinechanismen und als Schwingmotor mit Hilfe einer Spirale als Rückführmittel zu nennen. Die erstrebte Wirkung läßt sich noch dadurch erhöhen, daß mehrere magnetfeldabhängige Ohmsche Widerstandsanordnungen an vorzugsweise aneinander symmetrischen Stellen angeordnet werden. Es wäre z. B. sinnvoll, bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 und 2 zwei oder vier derartige magnetfeldabhängige Widerstände vorzusehen und entsprechend zu schalten. Es sei noch bemerkt, daß auch eine andere Anzahl von Polen des Stators und7oder Rotors vorgesehen sein kann, vorzugsweise drei, und daß die Einrichtung nach der Erfindung statt mit Gleichstrom auch mit Wechselstrom betrieben werden kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE: 1. Antreibender und/oder frequenzbestimmender Gleichstrommotor oder gegebenenfalls unter der Wirkung einer Direktionskraft stehender Schwinger, insbesondere für Uhren und andere zeithaltende Geräte, mit relativ zueinander bewegten Magnet- und Spulenanordnungen, bei welchem durch die Relativbewegung zwischen einem Magneten und einem magnetfeldabhängigen Widerstand, insbesondere durch einen gegenüber einem ortsfesten magnetfeldabhängigen Hallorgan bewegten Magneten, infolge der Widerstandsänderang des magnetfeldabhängigen Widerstandes eine periodische Stromänderung in einer oder mehreren Erregerspulen erfolgt, die eine Änderung der Antriebsimpulse des Motors bzw. Schwingers bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß in dem den magnetfeldabhängigen Widerstand periodisch beeinflussenden magnetischen Kreis eine die Magnetkraftlinien im Sinne der Erzeugung der Antriebsimpulse für den Motor bzw. Schwinger im Wechsel von dem magnetfeldabhängigen Widerstand abschirmende bzw. auf dem magnetfeldabhängigen Widerstand freigebende Blendenanordnung vorgesehen ist.
2. Motor oder Schwinger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Blendenanordnung aus einem Material kleiner magnetischer Koerzitivkraft und hoher Permeabilität, z. B. Mu-Metall, besteht. 3. Motor oder Schwinger nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Magnetfeldes auf derselben Welle (6, 6') ein magnetisches Polrad (5) und eine magnetische Rückschlußplatte (7) angeordnet sind, welche zusammen den Rotor bilden, und daß als Blendenanordnung eine gelochte Abschilmplatte (9) zwischen ihnen, vorzugsweise ebenfalls mit der Welle umlaufend, derart angeordnet ist, daß sich die magnetfeldabhängige Widerstandsanordnung (8) zwischen Rückschlußplatte und Abschirmplatte befindet. 4. Gleichstrommotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Rotor (5) und magnetische Rückschlußplatte (7) gleiche Gestalt aufweisen. 5. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor und/oder die Rückschlußplatte aus Weicheisen besteht und der sie verbindende Wellenteil (6') als Dauermagnet ausgebildet ist. 6. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor drei Pole aufweist. 7. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückschlußplatte (7) eine solche Größe und einen solchen Abstand vom Rotor (5) aufweist, daß sich ein Maximum des den magnetfeldabhängigen Widerstand beeinflussenden Permanentmagnetfeldes bei einem Minimum der magnetischen Nebenschlußwirkung in bezug auf die Polschuhe (1, 2) des Stators ergibt. 8. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetfeldabhängige Widerstandsanordnung aus mindestens einem Halbleiterkristall mit vorzugsweise großer Hallkonstante besteht. 9. Gleichstrommotor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkristall eine magnetische Sperrschicht aufweist. 10. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der unter dem Einfluß des Magnetfeldes seinen Ohmschen Widerstandswert ändernde Widerstand in Reihe mit der Erregerwicklung des Elektromagneten geschaltet ist. 11. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetfeldabhängige Widerstandsanordnung als Vierpol, beispielsweise als Hallgenerator oder Hallmodulator, ausgebildet ist, dessen eines Polpaar in Reihe und dessen anderes Polpaar parallel zur Erregerwicklung des Elektromagneten geschaltet ist. 12. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere einzelne magnetfeldabhängige Widerstandsanordnungen, vorzugsweise symmetrisch zueinander, angeordnet sind. 13. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch die Ausbildung, als Schwingmotor mit Rückführungsmittel, z. B. Spiralfeder. 14. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch seine Verwendung als Servomotor. In Betracht gezogene Druckchriften: Britische Patentschrift Nr. 673 496; französische Patentschriften Nr. 1090 564, 1092 411; französische Zusatzpatentschrift Nr. 65 772 (Zusatz zu Nr. 1092 411); Siemens Zeitschrift, 1954, S. 376 bis 384; Annales Frangaises de Chronom6trie, November 1953, S. 117 bis 124.