DE1207483B - Elektromotor fuer Kleingeraete, insbesondere fuer Uhren und andere zeithaltende Geraete - Google Patents

Description

• Elektromotor für Kleingeräte, insbesondere für Es sind Elektromotoren mit umlaufenden Spulen Uhren und andere zeithaltende Geräte bekannt, die seit kurzem auch als Antrieb für elektrische Kontaktuhren vorgeschlagen bzw. bekanntgeworden sind. Sie haben den Vorzug eines verhältnismäßig geringen Leitungsverbrauches. Trotzdem ist dieser Vorschlag bisher nicht realisiert worden. Dies dürfte seinen Grund darin haben, daß wegen der Verwendung eines mechanischen Kontaktes der Vorteil des geringen Leistungsverbrauchs gar nicht in dem Maße ausgenutzt werden kann, daß sich durch die Anwendung dieses Motors ein technischer Fortschritt gegenüber den ebenfalls bereits bekannten elektronisch gesteuerten Motoren und Uhren erzielen läßt.
• Diese arbeiten bekanntlich mit Schaltungsanordnungen zur kontaktlosen Unterhaltung der Schwingungen eines mechanisehen Schwingers bzw. der Drehbewegung eines Rotationskörpers, wobei während der Schwingung bzw. Rotation in einer ersten Spule - Steuerspule - eine Steuerspannung erzeugt wird, die über einen elektrischen Verstärker, beispielsweise Transistor, verstärkt einen Strom aus einer Batterie auslöst, der über eine zweite Spule - Antriebsspule - Antriebsimpulse zum Antrieb des mechanischen Schwingers bzw. Rotors liefert, so daß eine ständige schwingende bzw. rotierende Relativbewegung zwischen den Spulen einerseits und einem Magneten, vorzugsweise Permanentmagneten, andererseits zustande kommt und aufrechterhalten wird. Hierbei wirkte bisher im allgemeinen der Magnet als mechanischer Schwinger bzw. Rotor, während die Spulen ortsfest angeordnet waren. Es ist jedoch grundsätzlich auch ebenso möglich, mit einer raumfesten Magnetanordnung und schwingenden bzw. rotierenden Spulen zu arbeiten.
• Es ist weiterhin ein kontaktloser, niederfrequenter, elektromechanischer Frequenzgeber, insbesondere Gangregler und/oder Antrieb, insbesondere für Uhren und andere zeithaltende Geräte, mit einem elektronischen Kreis, bestehend aus einem schaltenden und/oder verstärkenden Vierpol, z. B. Röhre, Transistor oder anderem Halbleiterelement, bekannt, dessen im Ein- und Ausgang liegende Schaltungsglieder, z. B. raumfeste bzw. bewegte Spulen, in erregender bzw. antreibender, insbesondere elektrostatischer, elektromagnetischer, elektrodynamischer oder elektromotorischer Wechselwirkung mit einem relativ zu ihnen niederfrequente mechanische Schwingungen bzw. Rotationsbewegungen ausführenden mechanischen System, z. B. bewegten bzw. raumfesten Körper mit magnetischer Remanenz, insbesondere magnetischen Körper, stehen und auf Grund dieser Wechselwirkung die niederfrequenten mechanischen Schwingungen bzw. Rotationsbewegungen auf Kosten der den Kreis speisenden elektrischen Energiequelle aufrechterhalten. Dabei ist der elektronische Kreis als quasistabiler elektrischer Oszillator derart ausgebildet, daß er infolge starker Dämpfung einmal angefachte Schwingungen durch sich allein nicht aufrechtzuerhalten vermag und daß auf Grund der gegenseitigen Wechselwirkung, z. B. Induktion, in seinem Eingang angefachte Schwingungszustände in möglichst kongruenter Form auch in seinem Ausgang - gegebenenfalls phasenverschoben und/oder verstärkt - auftreten und durch Umsetzung in kinetische Energie die Aufrechterhaltung der niederfrequenten mechanischen Schwingungen bewirken. Das allgemeine Prinzip dieses bekannten Vorschlages besteht darin, zwei im Ein- und Ausgang eines elektronischen Schaltgliedes, z. B. Transistors; liegende Impedanzen, z. B. Spulen, auf Grund der periodischen Einwirkung eines mechanischen Schwingers bzw. Rotors derart periodisch gegenseitig zu koppeln bzw. zu entkoppeln, daß der elektronische Kreis abwechselnd zum Schwingen angefacht und derart bedämpft wird, daß er in der übrigen Zeit nicht schwingt, wobei die elektrischen Schwingungsimpulse den periodischen Antrieb des mechanischen Schwingers und damit die Aufrechterhaltung der mechanischen Schwingungen des Schwingers bewirken.
• Die Erfindung setzt sich die Aufgabe, die an sich bekannte vorteilhafte Wirkungsweise des Drehspulenelektromotors in der Technik der Kleingeräte, insbesondere elektronischen kontaktlos gesteuerten Uhren und sonstigen zeithaltenden Geräten in Anwendung zu bringen.
• Die Erfindung betrifft einen Elektromotor für Kleingeräte, insbesondere für Uhren und andere zeithaltende Geräte, mit mindestens einer auf einem dreh- oder schwingbeweglichen Teil gelagerten Antriebsspule, welcher mindestens ein raumfester Permanentmagnet derart zugeordnet ist, daß durch die periodisch eintretende Induktionswirkung zwischen der periodisch stromdurchflossenen Antriebsspulenanordnung auf dem dreh- oder schwingbeweglichen Teil und der raumfesten Permanentmagnetanordnung die Dreh- bzw. Schwingbewegung aufrechterhalten wird, wobei die Zuführung der elektrischen Energie in an sich bekannter Weise ohne mechanischen Stromwender mittels eines verstärkenden und/oder schaltenden elektronischen Rückkopplungskreises erfolgt.
• Die Lösung der gestellten Aufgabe besteht darin, daß mindestens eine umlaufende Spule wechselweise in induktive Beziehung zu mindestens einer raumfesten, im elektronischen Kreis befindlichen Steuerspule tritt und dadurch den Rückkopplungszustand des elektronischen Verstärker- und/oder Schaltelementes periodisch ändert.
• Gegenüber bekannten Vorrichtungen (deutsche Auslegeschrift 1049 788 und USA.-Patentschrift 2829324), bei denen Kopplungsänderungen vorgenommen werden müssen, hat der Elektromotor nach der Erfindung, bei dem eine umlaufende Spule wechselweise in induktive Beziehung zu mindestens einer raumfesten, im elektromotorischen Kreis befindlichen Steuerspule tritt, wodurch der Rückkopplungszustand des elektronischen Verstärker- und/oder Schaltelementes periodisch geändert wird, den Vorteil, daß der Elektromotor, insbesondere für kleine Geräte, wesentlich einfacher und weniger empfindlich ist.
• In den Zeichnungen sind einige Ausführungsformen der Einrichtung nach der Erfindung beispielsweise dargestellt: F i g. 1 und 2 zeigen eine Drehspulenanordnung für einen selbstanlaufenden Uhrenaufzugsmotor, wobei eine Kopplungsimpedanz des Schwingkreises, und zwar die Treibspule auf dem Rotor, angebracht ist. Auf der Rotorscheibe 2 sind zwei hintereinandergeschaltete Antriebsspulen 4 und 5 angeordnet, denen zwei ebenfalls hintereinandergeschaltete Steuerspulen 6 und 10 zugeordnet sind. Die je zwei Spulen erzeugen bei jeder Umdrehung des Rotors zwei Antriebsimpulse. Der Rotor 2 ist zum Nachspannen einer Uhrfeder 18 vorgesehen. Das Ein- und Ausschalten der Bewegung des Rotors 2 geschieht in an sich bekannter Weise mittels einer metallisch leitenden Blende 16, z. B. Aluminiumfahne, die mittels eines Springkontaktschalters 17 um die Achse 22 zwischen Rotor und Stator geschaltet bzw. aus dem zwischen ihnen befindlichen Zwischenraum herausbewegt werden kann. Die Betätigung des Springschalters erfolgt mittels einer Wandmutter 19. Aus der Schaltung in F i g. 2 ist ersichtlich, daß bei der Bewegung der Scheibe 2 die beiden Spulenpaare 4, 5 und 6, 10 abwechselnd gekoppelt und entkoppelt werden, was den in der Einleitung beschriebenen Schwingungsschaltvorgang des Transistors 13 periodisch auslöst.
• F i g. 3 und 4 zeigen eine Drehspulrotoranordnung, die über ein Schleifringpaar mit Energie versorgt wird. Die beiden im Ein- und Ausgang des Transistors liegenden und periodisch zu koppelnden und zu entkoppelnden Spulen sind als zwei raumfeste eng benachbarte Scheibenspulen 23 und 24 ausgebildet, zwischen denen zur Kopplung und Entkopplung eine Sektorscheibe 26 elektrisch leitenden Materials, z. B. Aluminium, läuft. Da die Scheibe 26 auf der Rotorscheibe angeordnet ist, erfolgen die Kopplungen und Entkopplungen der beiden Spulen und damit die Auslösungen der Antriebsimpulse in der ebenfalls im Transistorausgang befindlichen Rotorspule 27 in derselben Periodizität, in welcher die Spule 27 über die drei Statormagnete läuft. Die durch die relative Stellung der Sektorscheibe 26 zu den beiden Spulen 23 und 24 bestimmte Phase der Erregung der Spule 27 ist so eingestellt, daß die Spule 27 jeweils dann erregt wird, wenn sie von den Magneten 12 das größte Antriebsmoment erfährt.
• Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 5 und 7 ist auf der Rotorscheibe 2 eine einzige Antriebsspule 28 angeordnet. Die Scheibe 2 rotiert dicht oberhalb der Scheibe 12, so daß die Spule 28 abwechselnd mit Spule 29 und 30 gekoppelt ist. Die Antriebsmomente auf die Spule 28 werden im Erregungszustand durch vier symmetrisch zu den Spulen 29 und 30 zugeordnete Magnete 31 ausgeübt. Dieses System läuft von selbst an.
• F i g. 6 und 8 zeigen eine Motoranordnung, die selbst anläuft und keine Schleifringe besitzt. 30 ist eine Steuerspule, die über die beiden Drehspulen 32 und 28 des Rotors mit der Antriebsspule 29 gekoppelt ist. Der bei der Kopplung entstehende Wechselstrom muß, um eine Auslenkung des Rotors zu erhalten, gleichgerichtet werden. Eine entsprechende Diode 33 ist mit auf dem Rotor vorgesehen. Der Widerstand 14 dient wieder zur richtigen Kopplungseinstellung. Beide Spulen 32 und 28 sind hintereinandergeschaltet und insgesamt kurzgeschlossen. Die Spule 30 des Stators liegt im Eingang des Transistors, während die Spule 29 des Stators im Ausgang des Transistors liegt. In der dargestellten Stellung, in welcher die Spulen 28 und 32 genau über den Spulen 29 und 30 liegen, werden die beiden letztgenannten durch die Spulen 28 und 32 eng miteinander gekoppelt, so daß der Transistorkreis zu schwingen beginnt und die Spule 29 von Strom durchflossen wird. Hierdurch wird ein Induktionsstrom in den Spulen 28 und 32 erzeugt, wodurch der Rotor 2 durch die Magnete 311 und 312 ein Antriebsmoment erfährt und sich aus der gezeichneten Lage herausbewegt. Hierdurch werden sämtliche Spulen stromlos, da die Kopplung der Spulen untereinander aufhört. Der Rotor 2 dreht sich auf Grund der Trägheit weiter, bis er wieder die gezeichnete Stellung einnimmt und einen erneuten Antriebsimpuls erfährt. Die Magnete 311 und 312 können unter Umständen aus der gezeichneten Symmetrielage etwas versetzt angeordnet sein, damit die Kraftwirkung der Magnete ausgeprägter in einer bestimmten Drehrichtung wirkt.
• Die Ausführungsform nach F i g. 6 und 8 hat den Vorteil, daß keine elektrischen Zuführungen zum drehbeweglichen Teil notwendig sind und daß auf diesem kein Magnet, insbesondere Dauermagnet, zugeordnet ist, welcher der ständigen Kraftwirkung des Erdfeldes und gegebenenfalls noch anderer in der Umgebung der Anordnung vorhandener Magnetfelder ausgesetzt ist.
• Die Erfindung ist nicht auf die Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist es in jedem Fall möglich, den beweglichen Teil statt als Rotor als unter der Wirkung einer Direktionskraft stehenden Schwinger auszubilden. Der bewegliche Teil kann als direktes oder indirektes Antriebsorgan für ein Uhrwerk, Registrierwerk oder anderes zeithaltendes Gerät dienen und/oder als reiner Gangregler, z. B. Unruh, verwendet werden. Weiterhin können sämtliche beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen sowie deren Einzelteile im Rahmen der Erfindung zweckmäßig abgewandelt werden. So ist es insbesondere möglich, die Anzahl der Spulen und der Magnete zu variieren und den jeweils in Frage kommenden Bedingungen optimal anzupassen. An. Stelle des Transistors können ein oder mehrere andere elektronische Bauelemente, vorzugsweise Halbleiterbauelemente, treten.

Claims (7)

1. Patentansprüche: 1. Elektromotor für Kleingeräte, insbesondere für Uhren und andere zeithaltende Geräte, mit mindestens einer auf einem dreh- oder schwingbeweglichen Teil gelagerten Antriebsspule, welcher mindestens ein raumfester Permanentmagnet derart zugeordnet ist, daß durch die periodisch eintretende Induktionswirkung zwischen der periodisch durchflossenen Antriebsspulenanordnung auf dem dreh- oder schwingbeweglichen Teil und der raumfesten Permanentmagnetanordnung die Dreh- bzw. Schwingbewegung aufrechterhalten wird, wobei die Zuführung der elektrischen Energie in an sich bekannter Weise ohne mechanischen Stromwender mittels eines verstärkenden und/oder schaltenden elektronischen Rückkopplungskreises erfolgt, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß mindestens eine umlaufende Spule wechselweise in induktive Beziehung zu mindestens einer raumfesten, im elektronischen Kreis befindlichen Steuerspule tritt und dadurch den Rückkopplungszustand des elektronischen Verstärker- und/oder Schaltelementes periodisch ändert.
2. 2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator, der die Permanentmagnete trägt, zwei derart symmetrisch zueinander angeordnete, im Eingang des elektronischen Kreises befindliche Steuerspulen aufweist, daß diese periodisch mit einer auf dem dreh- oder schwingbeweglichen Teil befindlichen Antriebsspule elektrisch gekoppelt werden, welche über Stromleiter mit dem Ausgang des elektronischen Kreises verbunden ist (F i g. 5 und 7).
3. 3. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem drehbeweglichen Teil nur die dem elektronischen Ausgangskreis zugeordnete Antriebsspule bzw. Antriebsspulenanordnung vorgesehen ist, während die dem Eingang des elektronischen Kreises zugeordnete Steuerspulenanordnung und die Permanentmagnete als raumfeste Induktionselemente derart in bezug auf den drehbeweglichen Teil angeordnet sind, daß die bewegliche Spulenanordnung abwechselnd mit der raumfesten Steuerspulenanordnung und der raumfesten Magnetanordnung in Wechselwirkung tritt (F i g.1 und 2).
4. 4. Elektromotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Eingangsspulenanordnung und der Ausgangsspulenanordnung in an sich bekannter Weise eine bewegliche, die elektrische Kopplung zwischen beiden Spulenanordnungen mit ihrer Lage verändernde Blende angeordnet ist (F i g. 3, 4).
5. 5. Elektromotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei hintereinandergeschalte, im elektronischen Ausgang liegende Spulen vorgesehen sind, deren eine auf dem drehbeweglichen Teil angeordnet ist, während die andere der Eingangsspulenanordnung periodisch koppelbar zugeordnet ist (F i g. 3, 4).
6. 6. Elektromotor nach einem der Ansprüche 3 bis 5, gekennzeichnet durch eine vom drehbeweglichen Teil gesteuerte, zweckmäßig auf ihrer Drehachse befestigte, an sich bekannte Zerhakkerblende zur periodischen Kopplung und Entkopplung der Ein- und Ausgangsspulenanordnung (F i g. 1, 2).
7. 7. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die raumfesten Induktionselemente außer mindestens einem Permanentmagneten und magnetischen Körper, z. B. Weicheisenstück, sowohl die Eingangs- als auch die Ausgangsspulenanordnung des elektronischen Verstärker- und/oder Schaltelementes in einer derartigen kopplungsfreien Relativanordnung zueinander enthalten, daß ihre Kopplung durch eine entsprechende, auf dem drehbeweglichen Teil befindliche Spulenanordnung, vorzugsweise aus zwei hintereinandergeschalteten, untereinander kurzgeschlossenen Spulen, periodisch herstellbar und wieder aufhebbar ist. B. Elektromotor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator zwei derart symmetrisch zueinander angeordnete, im Ein- und Ausgang des elektronischen Kreises befindliche Spulen aufweist, daß diese periodisch mit zwei auf dem dreh- oder schwingbeweglichen Teil befindlichen, über einen Gleichrichter miteinander in Serie liegenden Spulen elektrisch gekoppelt werden (F i g. 6 und 8). 9. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in bereits bekannter Weise dem elektronischen Kreis Ausgleichsglieder, z. B. ein Parallelwiderstand zur Spulenanordnung, im Ein- und/oder Ausgangskreis der elektronischen Schaltungsanordnung vorgesehen sind, welche derart bemessen sind, daß während der Kopplung des Ein- und Ausgangs auf Grund der Wechselwirkung zwischen den drehbeweglichen Spulen und den festen Induktionselementen, Spulen und Magneten ein Schwingen des elektronischen Kreises eintritt, während der übrigen Zeit jedoch unterbleibt. 10. Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch die Verwendung als in Abhängigkeit vom Federaufzugszustand durch das Uhrwerk anzuwerfender Aufzugsmotor für den Federaufzug einer Aufzugsuhr. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 849 718, 1010 914; deutsche Auslegeschrift Nr. 1049 788; französische Patentschriften Nr. 1090 564, 1092 411, 1134 560, 1159 236, 1161175, 1163176 französische Zusatz-Patentschriften Nr. 65 772, 70 016; USA.-Patentschrift Nr. 2 829 324.