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über einen steuerbaren elektrischen Verstärker gespeister Motor Die
Erfindung bezieht sich auf einen über einen stetterbaren elektrischen Verstärker
gespeisten Motor, bestehend aus einem Anker mit mindestens einem Dauermagneten und
Magnetpolen, die ein längs eines um die Rotationsachse koaxial liegenden Kreises
wechselndes Magnetfeld erzeugen, und aus einer polarisierten Magnetkreisanordnung
mit mindestens einem magnetischen Kern aus weichmagnetischern Material, welcher
eine mit dem Ausgangskreis des Verstärkers gekoppelte Antriebswicklung und eine
Steuerwicklung trägt sowie dem Anker zugewandte ausgeprägte Pole aufweist, wobei
die Pole des Ankers und die die Antriebs- und Steuerwicklung tragenden magnetischen
Kerne der Magnetkreisanordnung derart zugeordnet sind und der Wichlungssinn der
mit dem Steuerkreis des Verstärkers gekoppelten Wicklung derart gewählt ist, daß
die Magnetpole des Ankers innerhalb jedes ersten Teiles einer Drehperiode bei nicht
angesteuertem Verstärker durch die Rückstellkraft der magnetischen Polarisation
im antreibenden Sinne in eine bestimmte Ruhelage in bezug, auf die Magnetkreisanordnung
bewegt werden und dabei in der Steuerwicklung eine Spannung induzieren, welche bei
überschreiten der ervähnten Ruhelage den Verstärker derart ansteuert, daß der Antriebswicklung
ein Strom zugeführt wird, welcher die nach überschreiten der Ruhelage während des
zweiten Teiles jeder Drehperiode bremsend wirkende Rückstellkraft aufhebt und während
dieses Teiles der Drehperiode auf den Anker eine magrietische Drehkraft im antriebenden
Sinne ausübt.
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Ein solcher Motor ist Gereits Gegenstand des äliterei2 deutschen Patentes
1078 678. Die Polarisation der Magnetkreisiiordnurig erfolgt dabei durch einer im
magnetischer 'Kreis des weiehmaanetisehien Kernes ingeordretep Hilfsdauermagneten.
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Demgegenüber ist cie dadurch yekenrzeichinet, daß, die Magnetkreisanordnung
derart magnetisch poolzarisiert ist, daß der nacnetische Fluß durch die Steuicrwicklung
stets in der gleichein Richtung verläuft.
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Ein besoniiderer Vorteil des ineuen Motors liegt im alc2ichmäßigen
Antriebsdrehmoment.
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Es ist zwar bereits eine Motoranordnung bekannt, bei der d,er erforderliche
pulsierende Motorstorm mit ehner der Drehzahl des Drehsysteins angepaßten Frequenz
Wber eimner elektrischen Verstärker geliefert vird und, der niagiietische Fluß durch
die Steuerwicklung stets ii der g2leichen Richtung verläuft. Die durch die Antrichsspulen
etrzeugte Kraft zieht dabei die wecchmagneitiseiien Zähne c einer drehbar ge2aigerteii
Scheibe aber nur an, stößt sie jedoch nicht ab; um hierbei eine gleichmäßige Antriebskopplung
zu erhalten, müssen die Atntriebsspulen somit über die Hälfte des Zahnabstandes
in der einen oder der anderen Richtung verschoben werden, wodurch aber der Dauerstrom
durch, die Antriebsspule eine zusätzliche Kraft erzeugt, die die Bremskraft teilweise
ausgleicht und somit den erwüiischten Antrieb während eines Intervalles uiiterdrück
t.
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Die Erfindung viird an Hand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert.
Es zeigt F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel nach der Erfinduna, F i 2 eine Drauifsiciit
auf einen Teil der F i g. F i g. 3 eine Abwandhirig nach F i g. 1, F ig4 Zeitdiagramme
zur Erlautertunig der F i g. 3, F ig. 5 eine abweichende Art der Speisung einer
Vorrichtuazia nach Fig. e 1 oder i gy. 6 eine Draufsicht auf einen Motor, F ig.
7 ein Ausführunosbeispiel, bei dem gleichzeitig nechanische Mittel zum Stabilisieren
der Drehzahl daraestellt sind, F ig.8 ein Ausführungsbeispiel mit elektrischen Mitteln
zum Stabilisieren der Drehzahl bzw. der Frequenz.
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irr. PiiisiCilliu-iicsbeispiel nach den F i 1 und 2 besitzt
das Diehsystem eine axial magnetisiert-.-izr--;sförm-i-e 14aaneischeibe
1, eule auf einer Wel1c Z'
ist und von weichinaanctisclien 2eIl)e-Ä-C
Ihen 3 und J. wird. Die Scheiben 3 und Z
sind
durch Umbiegung des weichmagietischen Materials mit Zähnen 5 und
6 versehen, die mit den weichmagnetischen Kernen 7 und 8 einer fest angeordneten
Steuerspule 9 bzw. Antriebsspule 10 zusammenwirken. Die Spulen 9 und 10 sind miteinander
über einen Verstärker 11 mit seiner Speisequelle 12 gekoppelt.
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Die Pole N und S der Scheibe 1 erzeugen bei Drehung über die Zähne
5 und 6 im Kern 7 einen in seinem Betrage wechselnden, seine Richtung jedoch nicht
ändernden magnetischen Wechselfluß, so daß in der Spule 9 eine Wechselspannung
induziert wird, die nach erfolgter Verstärkung im Verstärker 11 einen entsprechenden
Strom in der Spule 10 erzeugt. Infolge dieses Stromes entsteht ein Magnetfeld, welches
bei richtigem Wickelsinn der Spule 10 über den Kern 8 im richtigen Augenblick eine
Anziehung der Zähne 5 bewirkt, so daß die Drehbewegung der Scheibe 1 aufrechterhalten
bleibt.
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Die dazu erforderliche Energie wird von der Stromquelle 12 geliefert;
dabei wird nach dem Anlaufen der Scheibe 1 ihre Drehzahl immer höher, bis die der
Spule 10 zugeführte elektrische Leistung in Form von Stromimpulsen, deren Amplitude,
entsprechend dem Spannungswert der Quelle 12 begrenzt wird, mit der vom Drehsystem
1-2-3-4 abgegebenen Leistung im Gleichgewicht ist. Die Drehzahl ist daher bei konstanter
Belastung des Drehsystems 1-2-3-4 praktisch nur durch den Wert der Spannung der
Stromquelle 12 bedingt.
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Die auf diese Weise erzeugte Energie kann nicht nur als Drehenergie
verwertet werden, die Vorrichtung kann vielmehr auch zur Erzeugung elektrischer
Stromimpulse dienen. Das Drehsystem kann z. B. mit einer Ultrazentrifuge oder einer
Nipkowschen Scheibe verbunden werden oder einen Teil eines gyroskopischen Kompasses
bilden. Auch kann das System bei Anwendung einer hinreichend großen Zähnezahl bei
niedrigeren Drehzahlen betrieben werden, z. B. zum Antrieb des Drehtellers eines
elektrischen Plattenspielers. Andererseits kann der erzeugte elektrische Wechselstrom,
gegebenenfalls nach Frequenzvervielfachung, zum Speisen eines weiteren elektrischen
Stromkreises dienen, wobei gewünschtenfalls eine z. B. selbsttätige Frequenznachregelung
durch Regelung der Spannung der Stromquelle 12 durchführbar ist.
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Bei der Ausführungsform nach den F i g. 1 und 2 können die beiden
Spulen 9 und 10 gewünschtenfalls in direkter Nähe voneinander oder sogar auf einem
gemeinsamen Kern angeordnet werden. Auch können nötigenfalls mehrere gekoppelte
Steuer- und/oder Antriebsspulen am Umfang der Zahnkränze der Scheiben 3 und 4 angeordnet
werden.
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In F i g. 3 ist ein Beispiel dargestellt, bei dem die beiden Spulen
zu einer einzigen Spule 15 mit einer Anzapfung 16 vereint sind, die derart mit dem
Verstärker 11 verbunden ist, daß dieser zusammen mit einer Stromquelle 12 im Betrieb
und durch Rückkopplung einen zur Spule 15 parallelen negativen Widerstand darstellt.
Der Kern 17 der Spule 15 wirkt dabei mit einem diametral magnetisierten Dauermagnetanker
18 zusammen, dessen Drehung auf ähnliche Weise wie in F i g. 1 von der elektrischen
Energie der Stromquelle 12 aufrechterhalten wird.
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Der Verstärker 11 wird vorzugsweise als B-Verstärker betrieben. In
diesem Falle fließt bei Stillstand des Drehsystems, wobei also Spannungsimpulse
am Eingang des Verstärkers nicht auftreten, nahezu kein Ausgangsstrom, so daß die
Stromquelle 12 dann auch nahezu keine Energie zu liefern braucht. Die Transistorschaltung
nach F i g. 3 muß zu diesem Zweck derart eingestellt sein, daß sie nicht von selbst
zu schwingen anfängt und/oder gegebenenfalls aus sich heraus weiterschwingt.
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Der Verstärker 11 kann vorteilhaft als Gegentakt-B-Verstärker ausgebildet
werden. Wird er aber zwecks Kostenersparung, wie darg gestellt, als Eintaktverstärker
ausgebildet, so tritt, sowohl bei dem Drehsystem nach Fig. 1 als auch bei dem Drehsystem
nach F i g. 3 der Nachteil auf, daß die Kerne 7 und 8 bzw. 17 infolge der Wechselwirkung
mit den Magnetpolen eine Bremsung der Drehbewegung in den Augenblicken herbeiführen
können, in denen der Verstärker 11 gesperrt ist, was zu Unregelmäßigkeiten in der
Bewegung führen kann.
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Im Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 ist dieser Nachteil durch eine
solche Wahl des Wickelsinns der Spulen 9 und 10 vermieden, daß in den Augenblicken,
in denen der Verstärker 11 geöffnet ist, der Kein 8 eine abstoßende
Kraft - auf die dann gerade passierenden Zähne5 und 6 ausübt, welche
die Bremskraft des Kernes 7 auf die betreffenden Zähne ausgleicht.
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Im Ausführungsbeispiel nach F i g. 3 wird dies durch Anwendung
eines Hilfsmagneten19 erreicht. In F i g. 4 sind der Magnetfluß
0 durch den Kern 17,
die Kraft K., welche die Magnete 18 und
19 aufeinander ausüben, und die Kraft Kt infolge des Stromes i durch die
Spule 15, welche auf den Magneten 18 ausgeübt wird, als Funktion der
Zeit t dargestellt. Infolge des Zusammenspiels der Kräfte K" und
Kt
wird offensichtlich am Ankermagnet 18 immer eine Antriebskraft erzielt.
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Bei Verwendung eines Transistors als Verstärker 11 kann man
zweckmäßig von dem Umstand Gebrauch machen, daß die erzeugten Spannungs- und Stromimpulse
bei hohen Drehzahlen besonders steile Flanken haben, so daß es möglich ist, dem
Transistor wesentlich größere Stroinimpulse zu entnehmen, also der Antriebsspule
einen wesentlich größeren Energiebetrag zuzuführen als auf Grund des Produktes dieses
Stromes und der Speisespannung als Höchstleistung im Transistor zulässig wäre, denn
während der Dauer dieser Stromimpulse ist die an der Kollektorelektrode des Transistors
erzeugte Spannung nur noch so gering, daß nicht nur eine Begrenzung dieser Stromimpulse
auftritt, sondern auch so wenig Verlustenergie im Transistor verlorengeht, daß die
Gefahr einer überlastung des Transistors vermieden werden kann. Für höhere Leistungen
werden besser Röhrenverstärker, z. B. Thyratronverstärker, verwendet.
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Ein in an sich bekannter Weise als Verstärker und zugleich als Gleichrichter
für die Wechselspannung dienender Transistor gestattet auch die Möglichkeit einer
Wechselstromspeisung, wie es in F i g. 5 dargestellt ist. Die schematisch
dargestellte Steuerspule 9
und Antriebsspule 10, die gegebenenfalls
auf die Weise nach F i g. 3 wieder zu einer einzigen Spule mit Anzapfung
vereint sein können, sind auf ähnliche Weise wie in den F i g. 1 und
3 über den Transistorverstärker 11 verbunden. In dessen Kollektorkreis
liegt aber an Stelle der Speisegleichstromquelle 12 eine Wechselstromquelle
23 in Reihe mit einem größeren Kondensator 24, der in einer Halbwelle der
Wechselspannung
der Quelle 23 durch Kollektor-Basis-Gleichrichtung bis auf eine der Amplitude dieser
Wechselspannung gleiche Spannung aufgeladen wird, und sich während der anderen Halbwelle
dieser Wechselspannung infolge des Auftretens der Stromimpulse durch die Spule 10
allmählich entlädt. Durch die Beischaltung einer Induktivität 25 und eines Kondensators
26 kann vermieden werden, daß diese Stromimpulse durch die Quelle 23 wegfließen
oder Wechselstrom der Quelle 23 direkt durch Induktivität 10 fließt. Die erzielte
Drehzahl des Drehsystems 27 ist dann von der Frequenz dieser Wechselspannung unabhängig.
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In der F i g. 6 ist der Magnet 18 durch einen kreisförmigen, scheibenartigen
Magneten 30 mit einer an seinem Umfang axialen Magnetisierung abwechselnden Vorzeichens
ersetzt. Ein nichtmagnetischer Ring 31 dient als Schutz des Magneten 30 gegen Wirkungen
der Zentrifugalkraft, eine Maßnahme, die auch im Ausführungsbeispiel nach F i g.
1 nützlich sein kann.
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Bei einer Abart nach F i g. 7 ist die axial magnetisierte Magneischeibe
30 auf einer weichmagnetischen Tragplatte 35 angebracht, welche die Pole
einer flachen Oberfläche der Scheibe 30 magnetisch kurzschließt. Die verhältnismäßig
schmalen Pole an der anderen flachen Oberfläche wirken mit einem Spulensystem 36
ähnlich demjenigen nach F i g. 3 zusammen, welches gleichfalls mit einem Hilfsmagneten
19 mit einer ähnlichen Wirkung wie in F i g. 3 versehen ist.
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Zum Stabilisieren der Drehzahl bzw. der Frequenz der erzeugten elektrischen
Schwingungen können sowohl mechanische als auch elektrische Mittel dienen. In F
i 7 ist schematisch eine mechanische Stabilisierung dargestellt, die aus einem mit
den Polen der Scheibe 30 zusammenwirkenden Hilfsmagneten 37 besteht, der mittels
einer Feder 38 an einem festen Punkt 39 befestigt ist und daher beim
Erreichen einer Drehzahl der Scheibe 30, die der Eigenfrequenz des Resonanzsystems
37-38 entspricht, der Scheibe 30 mechanische Energie entzieht, so daß eine weitere
Erhöhung der Drehzahl verhütet wird. Das Resonanzsystem 37-38 kann naturgemäß auch
mit anderen, z. B. in kürzerem Abstand von der Achse angebrachten Polen der Scheibe
30 zusammenwirken.
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In F i g. 8 ist eine elektrische Stabilisierung sehematisch dargestellt,
die aus einem besonders selektiven Element 42 besteht, welches in einem der Kreise
des Verstärkers 11 liegt. Das Element 42, z. B. ein piezoelektrischer Vibrator,
der z. B. aus Bariumtitanat besteht, wird im Augenblick, in dem die Frequenz der
erzeugten elektrischen Schwingungen sich der Resonanzfrequenz des Elementes 42 nähert,
den Verstärkungsgrad der Schaltung 9-42-11-10 wesentlich herabsetzen, so daß diese
Frequenz und somit die Drehzahl des Drehsystems 27
nicht weiter zunimmt.