DE1244934B

DE1244934B - Kollektorloser Gleichstrommotor

Info

Publication number: DE1244934B
Application number: DE1963K0049797
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Rolf Charrier; Roland Siefert
Original assignee: Kienzle Uhrenfabriken GmbH
Current assignee: Kienzle Uhrenfabriken GmbH
Priority date: 1963-05-22
Filing date: 1963-05-22
Publication date: 1967-07-20
Also published as: GB1021270A; CH435125A

Description

Kollektorloser Gleichstrommotor Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen kollektorlosen Gleichstrommotor, vorzugsweise in der Anwendung als Antriebsmotor bei indirekt angetriebenen Uhren.
Bekannt sind für diese Zwecke Gleichstrommotoren mit Kollektor, die eine Antriebsfeder periodisch nachspannen. Das Ein- und Ausschalten des Elektromotors erfolgt vom Triebwerk aus durch eine Steuereinrichtung, die in ihrer einen Stellung die Einschaltung und in ihrer anderen Stellung die Ausschaltung bewirkt. Die Motorsteuerung ist so ausgebildet, daß jeweils nach einer Umdrehung eines von der Feder angetriebenen Teils ein Steuerglied der Abtriebsseite mit Steuerelementen der Federaufzugsseite in die die Steuerung bewirkende Verbindung gelangt. Ein Schaltstift bewegt dabei die Bürsten, die beim Ausschalten vom Kollektor abgehoben werden. Die das Ein- und Ausschalten bewirkende Kinematik ist kompliziert aufgebaut und nicht reparaturfreundlich.
Bei einer anderen Steuerungsart wirken die Magnetkraft des Stators und die Rückstellkraft der Aufzugsfeder auf den Rotor und bewirken so ein Ein-und Ausschalten des Elektromotors in Abhängigkeit vom Aufzugszustand der Feder. Diese Steuerungsart ist jedoch unzuverlässig, insbesondere kann der Motor stets nur in einer Lage arbeiten, da die in Verschieberichtung des Rotors wirkende Schwerkraft stets die gleiche Größe haben muß.
Es ist bereits ein kollektorloser Gleichstrommotor bekannt, dessen Wicklungen über einen magnetfeldempfindlichen Kontakt, der durch relativ zwischen ihm in Abhängigkeit von der Rotordrehzahl bewegte Permanentmagnete schließ- und unterbrechbar ist, periodisch an eine Gleichstromquelle anschließbar sind. Hierbei ist jedoch keine Möglichkeit vorgesehen, den Motor bei der Verwendung bei einer indirekt angetriebenen elektrischen Uhr in Abhängigkeit vom Aufzugszustand der Antriebsfeder ein- und auszuschalten.
Es ist bereits grundsätzlich bekannt, magnetfeldempfindliche Kontakte durch zwei oder mehrere magnetische Felder zu beeinflussen. Diese Felder können durch Permanentmagnete oder durch stromdurchflossene Spulen erzeugt werden.
Zur Vermeidung der vorgenannten Nachteile wird vorzugsweise in der Anwendung als Antriebsmotor bei indirekt angetriebenen elektrischen Uhren, bei denen das Ein- und Ausschaltendes Motors in Ab- hängigkeit vom Aufzugszustand der Antriebsfeder erfolgt, bei einem kollektorlosen Gleichstrommotor, dessen mindestens eine Wicklung über mindestens einen magnetfeldempfindlichen Kontakt, der durch relativ zwischen ihm in Abhängigkeit von der Rotordrehzahl bewegte Permanentmagnete schließ- und unterbrechbar ist, periodisch an eine Gleichstromquelle anschließbar ist, erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß dem magnetfeldempfindlichen Kontakt ein derart veränderbares Hilfsmagnetfeld zugeordnet ist, daß es ein Ein- und Ausschalten des Motors bewirkt.
Hierbei #erfolgt:die Veränderung des Hilfsmagnetfeldes durch Annäherung bzw. Entfernung eines Hilfsmagneten relativ zu dem magnetfeldempfindlichen Kontakt. Das periodische Schließen und öffnen des magnetfeldempfindlichen Kontaktes erfoigt durch das Streufeld eines mehrere Pole aufweisenden Permanentmagneten, der relativ zum Kontakt in Ab- hängigkeit von der Motordrehzahl bewegbar ist. Dieser Permanentmagnet kann gleichzeitig als Rotor dienen.
Erreicht die zum Antrieb des Uhrwerkes dienende Zugfeder die dem abgelaufenen Zustand entsprechende Mindestspannung (Vorspannung), so wird ,der Hilfsmagnet gegen den magnetfeldempfindlichen Kontakt bewegt. Die Kontakt-Lamellen erhalten dadurch eine Vormagnetisierung (Aw) bestimmter Größe. Die Ruhelage des Rotors ist so gewählt, daß der beim Kontakt befindliche Magnetpol des Rotors die Wirkung des Hilfsmagneten in bezug auf Kontaktschluß unterstützt. Die Spulen werden dadurch bestromt, so daß der Rotor sich zu drehen beginnt. Der nächstfolgende Magnetpol des Rotors erzeugt eine entgegengesetzte Magnetisierung des Kontaktes, wodurch der Kontakt öffnet, also der Stromkreis zu den Spulen wieder unterbrochen wird. Der darauffolgende, zum ersterwähnten Pol gleichnamige Magnetpol des Rotors schließt den Kontakt wieder. Die Spulen werden also von einem pulsierenden Gleichstrom durchflossen. Hat die zum Antrieb dienende Feder ihre Maximalspannung erreicht, wird der Hilfsmagnet vom Kontakt wegbewegt, so daß Kontaktschluß nicht mehr möglich ist, d. h. die Magnetisierung der Kontaktlamellen durch die Magnetpole des Rotors reichen nicht aus, den Kontakt zu schließen.
Im Rahmen der Erfindung ist es auch möglich, zwei magnetfeldempfindliche Kontakte zu verwenden, denen jeweils mindestens eine Arbeitsspule zu-Z, Creordnet ist. Wenn sich der Rotor dreht, ist jeweils ein Kontakt geöffnet und der andere geschlossen. Von den mindestens zwei Statorspulen ist dann immer eine bestromt und die andere nicht. Bei jedem Polwechsel an den Kontakten erhält also der Rotor einen Drehimpuls. Das Ein- und Ausschalten erfolgt wiederum durch Heranführen von Hilfsmagneten bei der Mindestspannung der Antriebsfeder bzw. durch Wegführen der Magnete bei der Maximalspannung der Feder.
Durch den Wegfall eines Kollektors ist der Motor bedeutend betriebssicherer. Ebenso entfällt der bei Kollektormotoren übliche komplizierte Ein- und Ausschaltmechanismus, denn über den oder die magnetfeldempfindlichen Kontakte erfolgt sowohl das Ein- und Ausschalten des Motors als auch die Steuerung des Motors beim Betrieb.
Der Ein- und Aussehaltmechanismus arbeitet also ohne zusätzliche Kontakte und ist somit sehr betriebssicher.
Der oder die magnetfeldempfindlichen Kontakte sind von allen äußeren Einflüssen geschützt. Sie sind in ein Glasrohr mit Schutzgasfüllung eingeschmolzen. Von Vorteil ist auch die mögliche hohe Drehzahl, da mit den Kontakten eine Schalthäufigkeit von 400 Hz noch sicher zu beherrschen ist.
Eine sichere Kontaktgabe wird immer bewirkt, da der Kontaktdruck relativ groß ist. Das Geräusch von Bürsten und Schleifringen tritt hier nicht auf, so daß die sonst bei Uhren mit Motoraufzug erforderlichen Geräuschdämpfungsmaßnahmen entfallen können.
Ein Selbstanlauf des Motors ist miteinfachen Mitteln möglich. Eine eindeutige Drehrichtung des Motors erhält man durch entsprechende Stellung der Spulen zu den Polen des Rotors. Durch die hohe Schaltpunktsgenauigkeit wird unter anderem der Energieverbrauch gering gehalten, d. h., der Wirkungsgrad ist relativ hoch.
Die Bilder veranschaulichen einige Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Motors.
A b b. 1 zeigt eine Draufsicht auf einen Motor mit einem Kontakt und einer Arbeitsspule. Die Seitenansicht ist in A b b. 2 und die Schaltung in A b b. 3 gezeigt. A b b. 4 zeigt den an der Spule gemessenen Spannungsverlauf. A b b. 5 zeigt eine Draufsicht auf einen Motor mit 2 Kontakten und 2 Spulen. A b b. 6 und 7 sind Schnitte bzw. Seitenansichten und A b b. 8 die Schaltung dieses Motors. In A b b. 9 ist der an den Spulen auftretende Spannungsverlauf gezeigt.
In A b b. 1 ist Teil 1 der magnetempfindliche Kontakt, der gegenüber dem aus einer oder zwei Magnetscheiben bestehenden Rotor 2 feststeht. Der Kontaktl schließt und öffnet den Stromkreis zur Arbeitsspule3. Wenn die Aufzugsfeder ihre Mindestspannung erreicht hat, wird der Hilfs- oder Steuermagnet 4 gegen den Kontakt 1 geführt. Die Ruhestellung des Rotors ist dabei so gewählt, daß der Magnetfluß des Rotors und der Magnetfluß der Hilfsmagnete einen Kontaktschluß bewirken. Dadurch wird die Spule 3 bestromt, und der Rotor erhält einen Drehimpuls in Pfeilrichtung. Beim Polwechsel am Kontakt 1, d. h. beim Wechsel vom Nordpol zum Südpol in der Darstellung der A b b. 1 öffnet der Kontakt wieder.
Die Ab b. 2 zeigt die Seitenansicht des Motors nach A b b. 1. Sie zeigt den Kontakt in geschlossenem Zustand, d. h., die Magnetflüsse des Hilfsmagneten 4 und der Rotorscheiben 2' und V' sind so gerichtet, daß der Kontakt schließt. Bei Polwechsel durch die Drehung des Rotors ist der Magnetfluß des Rotors entgegengesetzt zu demjenigen des Hilfsmagneten gerichtet, so daß der Kontakt öffnet. Zu bemerken ist dabei, daß nur das Streufeld des Rotors zum öffnen und Schließen des Kontaktes ausgenützt wird.
A b b. 3 zeigt das Schaltbild des vorerwähnten Motors, wobei die Batterie durch den Teil 5 dargestellt ist. Zur Funkenlöschung wird ein RC-Glied verwendet.
In A b b. 4 ist der Stromverlauf durch die Spule 3 gezeigt.
In A b b. 5 ist die Draufsicht auf einen Motor mit 2 magnetfeldempfindlichen Kontakten 6 und 7 und mindestens 2 Spulen 8 und 9 gezeigt. Die Bewegung der Hilfsmagnete 10 und 11 erfolgt wiederum in Ab- hängigkeit vom Spannungszustand der Aufzugsfeder, d. h., die Magnete werden bei der Mindestspannung der Feder zum Kontakt 6 bzw. 7 bewegt und bei Vollaufzug von diesem weggeführt. Die Spulen sind zum Rotor, der wiederum aus einer oder zwei Magnetscheiben besteht, so angeordnet, daß bei Impulsgabe eine eindeutige Drehrichtung erzielt wird (s. Pfeil). Die Hilfsmagnete sind so gewählt, daß bei der gezeigten Stellung der Kontakt 6 geschlossen und der Kontakt 7 geöffnet ist. Dadurch fließt durch die Spule 8 ein Strom, während die Spule 9 stromlos ist. Es ist natürlich auch möglich, daß der Kontakt 7 bei einem Südpol steht, jedoch muß dann der Hilfsmagnet 11 umgepolt sein.
Ab b. 6 und 7 zeigen Schnitte bzw. Seitenansichten des Motors mit einem aus zwei Scheiben 2', Z' bestehenden Läufer.
Das Schaltbild des Motors ist in A b b. 8 gezeigt. Wiederum dient ein RC-Glied zur Funkenlöschung. Sollen die Motoren drehzahlstabil sein, kann dies leicht durch eine Zenerdiode 12 erreicht werden.
Die Ab b. 9 zeigt den Strom durch die Spulen 8 und 9.
Im Rahmen der Erfindung ist es natürlich möglich, mehrere Spulen und mehrere magnetfeldempfindliche Kontakte zu verwenden. Ebenso ist es möglich, die Polung der Rotorscheiben anders auszubilden und die Spulen in entsprechender Weise anzuordnen.

Claims

Patentansprüche: 1. Kollektorloser dleichstrommotor, dessen mindestens eine Wicklung über mindestens einen magnetfeldempfindlichen Kontakt, der durch relativ zwischen ihm in Abhängigkeit von der Rotordrehzahl bewegte Perinanentmagnete schließ- und unterbrechbar ist, periodisch an eine Gleichstromquelle anschließbar ist, vorzugsweise in der Anwendung als Antriebsmotor bei indirekt angetriebenen elektrischen Uhren, bei denen das Ein- und Ausschalten des Motors in Abhängigkeit vom Aufzugszustand der Antriebsfeder erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß dem magnetfeldempfindlichen Kontakt (1, 6) ein derart veränderbares Hilfsmagnetfeld (4, 10) zugeordnet ist, daß es ein Ein- und Ausschalten des Motors bewirkt.
2. Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Veränderung des Hilfsmagnetfeldes durch Annäherung bzw. Entfernung eines Hilfsmagneten (4, 10) relativ zu dem magnetfeldempfindlichen Kontakt erfolgt. 3. Gleichstrommotor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das pcriodische Schließen und öffnen des magnetfeldempfindlichen Kontakts durch das Streufeld eines mehrere Pole aufweisenden Permanentmagneten erfolgt, der relativ zum Kontakt in Abhängigkeit von der Motordrehzahl bewegbar ist. 4. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mehrere Pole aufweisende Permanentmagnet als Rotor dient und Kontakt sowie Arbeitsspule (3, 8, 9) feststehen. 5. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ruhelage des Rotors derart ist, daß der beim Kontakt befindliche Magnetpol des Rotors die Wirkung des Hilfsmagneten in bezug auf Kontaktschluß unterstützt. 6. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor aus zwei lateral magnetisierten Scheiben (2', T') besteht, zwischen denen die Antriebsspule angeordnet ist. 7. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetfeldempfindliche Kontakt außerhalb des räumlichen Bereichs des Rotors angeordnet ist. 8. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Kontakt in der Nähe der Arbeitsspule angeordnet ist und das während des Stromflusses entstehende Magnetfeld der Spule die Wirkung des Streufelds des Permanentmagneten auf den Kontakt verstärkt. 9. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebssystern aus mindestens einem magnetfeldempfindlichen Kontakt und mindestens einer zugeordneten Arbeitsspule besteht. 10. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Antriebssystern aus zwei magnetfeldempfindlichen Kontakten besteht, denen jeweils mindestens eine Arbeitsspule zugeordnet ist. 11. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Annähern und Entfernen des Hilfsmagneten vom Kontakt in Abhängigkeit vom Aufzugszustand der Antriebsfeder für das Uhrwerk erfolgt. 12. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur Arbeitsspule eine zur Drehzahlstabilisierung dienende Zenerdiode (12) liegt. 13. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu den Arbeitsspulen ein R-, C- oder RC-Glied zur Funkenlöschung liegt. 14. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Schließen des magnetfeldempfindlichen Kontaktes und der dadurch bedingte Stromfluß durch die Spule zu dem Zeitpunkt erfolgt, in dem sich die Spule zwischen zwei in Drehrichtung aufeinanderfolgenden ungleichnamigen Polen der Rotorscheibe belmdet. 15. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1, 3 bis 10 und 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfsmagnet feststeht und das Hilfsmagnetfeld durch ein vom Aufzugszustand der Antriebsfeder abhängig bewegbares Weicheisenteil erzeugt ist, das den Magnetfluß zwischen Hilfsmagnet und Kontakt bildet. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 718 353, 1097 912; deutsche Auslegeschrift Nr. 1050 275; USA.-Patentschrift Nr. 3 056 868.