DE1110292B

DE1110292B - Device for controlling the speed or direction of rotation of a DC-fed drive motor for clocks and. like

Info

Publication number: DE1110292B
Application number: DED30384A
Authority: DE
Inventors: Alfred Meisner
Original assignee: Diehl GmbH and Co
Current assignee: Diehl Verwaltungs Stiftung
Priority date: 1959-04-09
Filing date: 1959-04-09
Publication date: 1961-07-06

Description

Einrichtung zur Steuerung der Drehzahl bzw. Drehrichtung eines gleichstromgespeisten Antriebsmotors für Uhren u. dgl. Die Erfindung betrifft einen gleichstromgespeisten Antriebsmotor für Uhren u. dgl., bei welchem durch vorbeilaufende Pole oder Zähne eines Motorläufers in einer Hilfsspule Spannungsimpulse induziert werden, welche nach Verstärkung in einer elektronischen Verstärkerstufe über eine Motorfeldwicklung den Motorläufer antreiben.Device for controlling the speed or direction of rotation of a DC powered Drive motor for clocks and the like Drive motor for watches and the like, in which by passing poles or teeth of a motor rotor in an auxiliary coil voltage pulses are induced, which after amplification in an electronic amplifier stage via a motor field winding drive the motor rotor.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung zum Steuern der Drehzahl bzw. Drehrichtung eines solchen Motors zu schaffen, wobei der Motor ähnlich einem Repulsionsmotor von Höchstdrehzahl linkslaufend über Null bis zur Höchstdrehzahl rechtslaufend verstellbar sein soll und eine Charakteristik ähnlich der eines Asynchronmotors aufweisen soll, der bei höherer Belastung ein vergrößertes Drehmoment unter gleichzeitigem Drehzahlabsinken liefert.The object of the invention is to provide a device for controlling the speed or the direction of rotation of such a motor, the motor being similar to a Repulsion motor from maximum speed counterclockwise over zero to maximum speed to be adjustable clockwise and a characteristic similar to that of an asynchronous motor should have, which at higher load an increased torque while at the same time Speed drop delivers.

Die bisher bekannten Gleichstromkleinstmotoren, wie sie für Uhrenaufzüge und für Regelantriebe verwendet werden, weisen Bürsten und Kommutatoren auf. Letztgenannte Teile unterliegen einem dauernden Verschleiß. Die Drehzahl dieser Motoren ist lastabhängig, eine Drehzahlumkehr ist durch Umpolung gegebenenfalls möglich, nicht jedoch eine kontinuierliche Drehzahlregelung unter Beibehaltung des geforderten Drehmomentes.The previously known small DC motors, such as those used for watch windings and used for variable speed drives have brushes and commutators. The latter Parts are subject to constant wear. The speed of these motors depends on the load, a speed reversal is possibly possible by reversing the polarity, but not one continuous speed control while maintaining the required torque.

Um die durch Bürsten und Kommutator bedingten Störquellen zu beseitigen, ist es bereits bekannt, die Kommutierung durchkontaktlose elektronischeSchaltmittel herbeizuführen. So weist beispielsweise ein bekannter Vorschlag in einem Ständerblechpaket einen gepolten bzw. gezahnten Läufer auf, welcher beim Verdrehen in einer Hilfsspule des Ständerblechpaketes einen Spannungsstoß induziert. Dieser Spannungsstoß bzw. eine Reihe solcher Impulse wird einer elektronischen Verstärkerstufe, z. B. einem Transistorverstärker, zugeleitet. Ausgangsseitig ist an den Transistor eine auf dem Ständerblechpaket vorgesehene Antriebsspule angeschlossen. Durch die induzierten Impulse wird somit der Motorläufer angetrieben. Bei diesem Motor ist jedoch keine Drehrichtungs-oder Drehzahländerung vorgesehen, sondern es ist dort vielmehr eine Drehzahlkonstanz angestrebt, welche durch zeithaltende Glieder, beispielsweise durch ein Pendel, einen Stimmgabelschwinger oder eine Unruh gewährleistet wird, welche in den Feldkreis des Motors eingeschaltet wird. Zwar wäre eine Drehrichtungsänderung bei einem solchen Motor ohne Schwierigkeit zu erreichen, nicht aber eine kontinuierliche Drehzahländerung. Die Charakteristik des erwähnten Motors ähnelt der eines Synchronmotors;- der stehenbleibt, wenn er erst einmal außer Tritt gefallen- -ist. Gemäß der Erfindung wird vorgeschlagen, zum Steuern der Drehzahl bzw. Drehrichtung eines eingangs beschriebenen Motors einen Träger eines über die Zähne bzw. Pole des Motorläufers magnetisch geschlossenen Magnetkernes bzw. Blechpaketes der Hilfsspule zum Einstellen gegenüber den Zähnen bzw. Polen des Motorläufers um die Drehachse des Motorläufers schwenkbar anzuordnen. Dabei kann der aus einem ferromagnetischen Werkstoff bestehende, lamellierte, die Hilfsspule tragende Kern zwischen zwei Schenkeln einen Luftspalt aufweisen, der so zum Motorläufer ausgerichtet ist, daß die Pole oder Zähne jeweils vor dem Luftspalt vorbeilaufen. Bei Verwendung eines gezahnten, gegebenenfalls schwach- oder unmagnetisierten Rades als Motorläufer kann im magnetischen Kreis der Hilfsspule ein Dauermagnet vorgesehen sein.To eliminate the sources of interference caused by brushes and commutators, it is already known, the commutation through-contactless electronic switching means bring about. For example, one known proposal has a stator core a polarized or toothed rotor, which when rotated in an auxiliary coil of the stator core induces a voltage surge. This voltage surge or a series of such pulses is transmitted to an electronic amplifier stage, e.g. B. a Transistor amplifier, fed. On the output side, one is open on the transistor connected to the stator core provided drive coil. Induced by the The motor rotor is driven by impulses. In this engine, however, there is none The direction of rotation or speed change is provided, but rather there is one Speed constancy sought, which by time-keeping members, for example by a pendulum, a tuning fork oscillator or a balance wheel is guaranteed which is switched on in the field circuit of the motor. It would be a change in the direction of rotation with such a motor without difficulty, but not a continuous one Speed change. The characteristics of the mentioned motor are similar to those of a synchronous motor; - it stops once it has fallen out of step. According to the invention it is proposed to control the speed or direction of rotation of one described at the beginning Motor a carrier of a magnetically closed over the teeth or poles of the motor rotor Magnetic core or laminated core of the auxiliary coil for adjustment in relation to the teeth or to arrange poles of the motor rotor so that they can pivot about the axis of rotation of the motor rotor. It can be made of a ferromagnetic material, laminated, the Auxiliary coil-carrying core between two legs have an air gap, the is aligned with the motor rotor so that the poles or teeth are in front of the air gap walk past. When using a toothed, possibly weakly or non-magnetized The wheel as the motor rotor can have a permanent magnet in the magnetic circuit of the auxiliary coil be provided.

Die Drehzahlregelung und gegebenenfalls eine Drehrichtungsumkehr des Motors ist besonders für Regelzwecke sehr erwünscht, bei denen die Grobregelung mit großer, die Feinregelung dagegen mit geringer Drehzahl durchzuführen ist. Bei Überregelung soll er in entgegengesetzter Drehrichtung und wiederum mit unterschiedlicher Drehzahl arbeiten. Die Regelbarkeit derDrehzahl ist aber auch bei Verwendung des Motors für Uhrenantriebe,insbesondere Dauerantrieb wichtig, bei welchem der Motor einerseits über Zwischenglieder auf ein Hemmwerk arbeitet, andererseits aber dem unmittelbaren Antrieb des Zeigerwerkes dient.The speed control and, if necessary, a reversal of the direction of rotation of the Motor is particularly desirable for control purposes in which the coarse control with a high speed, while the fine control is to be carried out at a low speed. at It should overregulate it in the opposite direction of rotation and again with a different one Speed work. The controllability of the speed is also possible when using the Motors for clock drives, especially continuous drive important, in which the motor on the one hand works via intermediate links on an inhibition, on the other hand it works direct drive of the pointer mechanism is used.

Einzelheiten der Erfindung gehen aus der Beschreibung eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles hervor. Es zeigt Fig.l eine Draufsicht auf einen Antriebsmotor nach der Erfindung ohne den elektronischen Schalter, Fig.2 eine Seitenansicht des Antriebsmotors mit einer schaltbildlichen Darstellung der elektronischen Schalteinrichtung.Details of the invention can be found in the description of a in Drawings illustrated embodiment. It shows Fig.l a plan view of a drive motor according to the invention without the electronic Switch, Figure 2 is a side view of the drive motor with a circuit diagram Representation of the electronic switching device.

In ihrem linken Teil zeigt die Fig. 1 einen Motoraufbau, wie er von Synchronmotoren bekannt ist, wobei dieser auch eine beliebig andere, z. B. Dosenform, haben könnte. Dieser Motor weist eine Feldspule 1 auf, welche jedoch entsprechend der niedrigen Speisespannung von den Synchronmotoren abweichende Wicklungsdaten hat. Die Spule 1 ist auf ein Joch zweier Statorteile 2, 3 geschoben, welche teilweise einen Läufer 4 einschließen. Joch und Statorteile 2, 3 sind (Fig. 2) als lamellierte Blechpakete aufgebaut. Der Läufer 4 ist hier als Polrad ausgebildet, welches aus zwei gleichen, außen mit in Achsrichtung abgewinkelten Lappen 7, 8 versehenen Scheiben 5, 6 besteht. Zwischen den beiden Hälften 5, 6 ist ein gestrichelt dargestellter, axial magnetisierter Dauermagnet 9 vorgesehen. Am Läufer 4 folgt somit am äußeren zylindrischen Rand auf einen Süd- jeweils ein Nordpol. Selbstverständlich könnte statt dieses Läufers 4 mit ausgebildeten Polen auch ein Massivläufer, beispielsweise aus Ferrit, mit entsprechender abwechselnder Magnetisierung oder ein anderer bekannter Dauermagnetläufer vorgesehen sein. Auch könnte, wie bei Synchronmotoren bekannt ist, ein gezahnter, nicht vormagnetisierter Läufer vorgesehen sein, wobei dann jedoch, wie später noch erläutert wird, im Außenkreis ein Dauermagnet vorzusehen wäre. Die Welle 10 des Läufers 4 ist oben in einer Brücke 11 gelagert. In ihrem Unterteil weist die Welle 10 eine Verzahnung 12 auf.In its left part, Fig. 1 shows a motor structure as it is known from synchronous motors, this also any other, z. B. can shape, could have. This motor has a field coil 1, which, however, has different winding data from the synchronous motors in accordance with the low supply voltage. The coil 1 is pushed onto a yoke of two stator parts 2, 3, some of which enclose a rotor 4. The yoke and stator parts 2, 3 (FIG. 2) are constructed as laminated laminated cores. The rotor 4 is designed here as a pole wheel, which consists of two identical disks 5, 6 provided on the outside with tabs 7, 8 angled in the axial direction. An axially magnetized permanent magnet 9, shown in dashed lines, is provided between the two halves 5, 6. On the rotor 4, on the outer cylindrical edge, a south pole is followed by a north pole. Of course, instead of this rotor 4 with formed poles, a solid rotor, for example made of ferrite, with corresponding alternating magnetization or another known permanent magnet rotor could be provided. As is known in the case of synchronous motors, a toothed, non-premagnetized rotor could also be provided, in which case, however, as will be explained later, a permanent magnet would have to be provided in the outer circle. The shaft 10 of the rotor 4 is mounted in a bridge 11 at the top. In its lower part, the shaft 10 has a toothing 12 .

Mit diesem Antriebsteil 1 bis 12 ist über Befestigungsbolzen 13 bis 16 unter Dazwischenlegen von Distanzröhrchen 17, 18 eine Platte 19 verschraubt, auf welcher ein um die Welle 10 als Drehpunkt verschwenkbarer Trägerarm 20 ruht. Dieser Trägerarm 20 hat seitlich einen Ausleger 21 mit einem Langloch 22. Mittels einer Schraube 23 ist der Trägerarm 20 nach richtiger Einstellung des Trägerarmes 20 an der Grundplatte 19 festlegbar. Auf dem Trägerarm 20 ist ein lamelliertes Blechpaket 24 mittels zweier Bolzen 25, 26 befestigt. Zwischen zwei nach vorne zum Läufer 4 gezogenen Schenkeln 27, 28 des Paketes 24 ist ein geringer Luftspalt 29 vorgesehen. Auf dem Joch des Kernpaketes 24 befindet sich eine Hilfsspule 30, in welcher beim Vorbeidrehen des Polrades 5 bis 9 ein Wechselstrom induziert wird. Wird an Stelle eines Polrades ein gezahnter, nicht vormagnetisierter Läufer verwendet, so kann das Induzieren einer Spannung in der Hilfsspule 30 dadurch hervorgerufen werden, daß ein Schenkel (28 oder 27) oder ein anderer Teil des Blechpaketes 24 durch einen Dauermagnet ersetzt ist. Durch die vorbeigleitenden Zähne des erwähnten unmagnetisierten Rades wird jeweils der Luftspalt 29 geschlossen und wieder geöffnet, durch das dadurch sich dauernd ändernde Magnetfeld des Paketes 24 wird in der Spule 30 ebenfalls eine Spannung induziert. Durch Verschwenken des Trägerarmes 20 können in gewissen Grenzen die Drehzahl und das Drehmoment sowie auch die Drehrichtung geändert werden. Statt der gezeigten Anordnung des Blechpaketes 24 und der Hilfsspule 30 könnte diese Einrichtung natürlich auch axial zum Läufer 4 angeordnet sein.With this drive part 1 to 12, a plate 19 is screwed via fastening bolts 13 to 16 with spacer tubes 17, 18 in between, on which a support arm 20 which can be pivoted about the shaft 10 as a fulcrum rests. This support arm 20 has a boom 21 with an elongated hole 22 on the side. By means of a screw 23, the support arm 20 can be fixed to the base plate 19 after the support arm 20 has been correctly adjusted. A laminated laminated core 24 is fastened to the support arm 20 by means of two bolts 25, 26. A small air gap 29 is provided between two legs 27, 28 of the package 24 that are drawn forwards towards the rotor 4. On the yoke of the core assembly 24 there is an auxiliary coil 30 in which an alternating current is induced when the pole wheel 5 to 9 rotates past. If a toothed, non-premagnetized rotor is used instead of a magnet wheel, the induction of a voltage in the auxiliary coil 30 can be brought about by replacing a leg (28 or 27) or another part of the laminated core 24 with a permanent magnet. The air gap 29 is closed and reopened by the passing teeth of the aforementioned unmagnetized wheel, and a voltage is also induced in the coil 30 by the constantly changing magnetic field of the package 24. By pivoting the support arm 20, the speed and torque as well as the direction of rotation can be changed within certain limits. Instead of the arrangement of the laminated core 24 and the auxiliary coil 30 shown, this device could of course also be arranged axially to the rotor 4.

Wie Fig. 2 zeigt, wird die in der Hilfsspule 30 induzierte Spannung zu einem in Emitterschaltung betriebenen Transistor 31 geleitet und steuert in ihm den Strom für die Feldspule 1 des Antriebswerkes im Takte der Hilfsspannungsfrequenz. Als Stromquelle kann beispielsweise eine Monozelle 32 dienen. Statt dieser auf ihren prinzipiellen Aufbau beschränkten Schaltung kann auch eine Gegentaktschaltung zweier Transistoren als Polwechsler verwendet werden, wobei auf die an sich bekannten schaltungstechnischen Möglichkeiten und Maßnahmen hier nicht näher eingegangen wird.As shown in FIG. 2, the voltage induced in the auxiliary coil 30 becomes passed to a transistor 31 operated in the emitter circuit and controls in it the current for the field coil 1 of the drive mechanism in the cycle of the auxiliary voltage frequency. A monocell 32, for example, can serve as the power source. Instead of this on hers principle construction restricted circuit can also be a push-pull circuit of two Transistors are used as pole changers, with the circuitry known per se Possibilities and measures are not discussed here in detail.

Ein Motor gemäß der Erfindung eignet sich als Dauerantrieb zum Spannen einer Uhrwerksfeder. Er nimmt dabei so wenig Strom auf, daß er beispielsweise aus zwei hintereinandergeschalteten handelsüblichen Monozellen mindestens ein Jahr betrieben werden kann. Wird der Motor stillgesetzt, so ist die Stromaufnahme nahezu Null, ohne irgendeinen Kontakt betätigen zu müssen. Durch den Fortfall jeglicher Kontakte ist der Motor stets betriebsbereit und außer der rein mechanischen keinerlei Abnützung unterworfen.A motor according to the invention is suitable as a permanent drive for tensioning a clockwork spring. It consumes so little electricity that it turns off, for example two commercially available mono cells connected in series have been operated for at least one year can be. If the motor is stopped, the current consumption is almost zero, without having to press any contact. By the loss of any contacts the motor is always ready for operation and apart from the purely mechanical, there is no wear and tear subject.

Claims

PATENT CLAIMS. 1. Device for controlling the speed or direction of rotation of a DC-fed drive motor for clocks and the like, in which voltage pulses are induced in an auxiliary coil by passing poles or teeth of a motor rotor, which after amplification in an electronic amplifier stage drive the motor rotor via a motor field winding, characterized in that a means for setting a magnetically closed magnetic core or laminated core (24) of the auxiliary coil (30) provided on the teeth or poles (7, 8) of the motor rotor (4) relative to the teeth or poles of the motor rotor (4) The carrier (20) is arranged to be pivotable about the axis of rotation (10) of the motor rotor (4).

2nd engine according to claim 1, characterized in that the auxiliary coil (30) is mounted on a ferromagnetic, in particular laminated core (24) is applied, which between two legs (27, 28) has an air gap (29) and is aligned with the motor rotor (4), that the poles or teeth (7, 8) each pass in front of the air gap (29).

3. Motor according to claim 1 and 2, in which instead of a polarized motor rotor (4 to 9) a toothed, non-magnetized or only weakly magnetized wheel is provided, characterized in that that a permanent magnet is provided in the magnetic circuit (24, 27, 28) of the auxiliary coil (30) is. Documents considered: French Patent No. 1092,411 with additional patent specification No. 65 772; French Patent No. 1145 201; U.S. Patent No. 2,753,501; Feinwerktechnik 1958, p. 305.