DE1254748B

DE1254748B - Small electric direct current motor

Info

Publication number: DE1254748B
Application number: DE1958W0023214
Authority: DE
Inventors: Walter Schlenker
Original assignee: BUERK SOEHNE WUERTT UHREN
Current assignee: BUERK SOEHNE WUERTT UHREN
Priority date: 1958-04-26
Filing date: 1958-04-26
Publication date: 1967-11-23

Description

Elektrischer Gleichstrom-Kleinmotor Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Gleichstrom-Kleinmotoren, wie sie besonders zum Antrieb oder Aufzug von feinmechanischen Apparaten und Geräten, beispielsweise Uhren, benötigt werden.Small DC electric motor The invention relates to small electric direct current motors, such as those used especially for propulsion or elevators of precision mechanical apparatus and devices, such as clocks, are required.

Die bis jetzt zu diesem Zweck verwendeten Gleichstrom-Kleinmotoren weisen in der Regel Kontakte auf, die entweder als Kollektoren mit Kohleschleifkontakten ausgebildet sind und in Abhängigkeit von der jeweiligen Ankerstellung den einzelnen Windungen der Ankerwicklung Strom zuführen oder, bei Verwendung eines Massiv- oder Magnetankers (Schrittschaltmotor), einzelne Feldwicklungen ein-oder ausschalten.The small DC motors used up to now for this purpose usually have contacts, either as collectors with carbon sliding contacts are formed and depending on the respective anchor position the individual Windings of the armature winding supply current or, when using a solid or Magnetic armature (stepper motor), switch individual field windings on or off.

Um die Motoren ständig betriebsklar zu halten, müssen die Kontakte laufend überprüft, gereinigt bzw. erneuert werden. Dieser Nachteil fällt bei nur zeitweilig gebrauchten Geräten nicht allzusehr ins Gewicht, kann jedoch bei Geräten für Dauerbetrieb nicht in Kauf genommen werden. Bei derartigen Geräten führt nämlich der Ausfall der Motoren häufig zu empfindlichen Betriebsstörungen. Das gilt beispielsweise für Hauptuhren und für ständig in Betrieb befindliche Kontroll-, überwachungs- und Anzeigegeräte.In order to keep the motors operational at all times, the contacts continuously checked, cleaned or renewed. This disadvantage only applies to Occasionally used devices do not weigh too much, but can be with devices cannot be accepted for continuous operation. In such devices namely leads the failure of the motors often leads to serious malfunctions. This applies, for example for master clocks and for constantly in operation control, monitoring and Display devices.

Ein weiterer Nachteil der vorstehend erwähnten Gleichstrom-Kleinmotoren besteht darin, daß diQ Kontaktöffnungen und -schließungen auf in der Nähe befindliche Rundfunk- und Fernsehempfänger störend einwirken. Die Motoren müssen daher entstört werden. Das ist besonders - schwierig bei Schrittschaltmotoren mit Magnetanker, da bei diesen durch den rotierenden Magnetanker besonders hohe Spannungsspitzen induziert werden.Another disadvantage of the aforementioned small DC motors is that diQ contact openings and closings have a disruptive effect on radio and television receivers located in the vicinity. The motors must therefore be suppressed. This is especially - in difficult stepper motors with armature, as are induced in these particularly high by the rotating armature voltage spikes.

Um diesen Schwierigkeiten zu begegnen, werden für besonders empfindliche Geräte häufig Wechselstrom-Kleinmotoren verwendet. Das aber ist insofern nachteilig, als dadurch die Geräte von der zuverlässigen Netzstromversorgung stark abhängig werden.To face these difficulties, be particularly sensitive Devices often used small AC motors. But this is disadvantageous in that as this makes the devices heavily dependent on the reliable mains power supply will.

Es besteht sonach ein großer Bedarf an Gleichstrom-Kleinmotoren, die völlig kontaktlos, zuverlässig und wartungsfrei arbeiten.There is therefore a great need for small DC motors that work completely contactless, reliable and maintenance-free.

Hinsichtlich der Kontaktfreiheit bieten sich die in der heutigen Technik weitestgehend bekannten elektronischen Schaltungen, insbesondere Transistorschaltungen, an. Es ist auch bereits bekannt, solche Schaltungen zur Steuerung von Uhrenantrieben, insbesondere von Schwingankermotoren, zu verwenden. Derart gesteuerte Antriebe arbeiten zwar kontaktlos, haben jedoch den Nachteil, daß sie nicht selbst anlaufen können.With regard to the freedom from contact, those in today's technology offer themselves largely known electronic circuits, in particular transistor circuits, at. It is also already known to use such circuits for controlling clock drives, especially for oscillating armature motors. Drives controlled in this way work although contactless, they have the disadvantage that they cannot start up themselves.

Es gibt auch als Schrittschaltmotoren arbeitende Gleichstrom-Kleinmotoren mit kontaktloser Steuerung. Bei einer bekannten Ausführungsform solcher Motoren sind auf der gleichen Achse zwei um 901 gegeneinander versetzte zweipolige Dauer- bzw. Elektromagnetanker angeordnet, von denen der eine einen Arbeitsanker und der andere einen Steueranker bilden. Die beiden Anker befinden sich innerhalb zweier aus Weicheisen bestehenden, Luftspalte aufweisenden Ständer, die Steuer- bzw. Arbeitsspulen tragen. Die Arbeitsspulen stehen über eine Transistorschaltung mit einer Gleichstromquelle und mit den Steuerspulen so in Verbindung, daß bei der Ankerdrehung die in den Steuerspulen induzierte Spannung das Ein- und Ausschalten der Arbeitsspulen bewirkt.There are also small DC motors with contactless control that work as stepper motors. In a known embodiment of such motors, two two -pole permanent or electromagnetic armatures offset from one another by 901 are arranged on the same axis, one of which forms a working armature and the other a control armature. The two anchors are located within two columns made of soft iron, which have air gaps and which carry control or work coils. The work coils are connected via a transistor circuit to a direct current source and to the control coils in such a way that when the armature rotates, the voltage induced in the control coils causes the work coils to be switched on and off.

Die Pole des Steuerpolsystems sind relativ zu den Polen des Arbeitsankers um etwa eine halbe Ständerpolteilung versetzt, und die Pole des Steuerankers erzeugen in der bzw. den auf den Ständer des Steuerpolsystems bei der Drehung des aus Arbeits- und Steueranker bestehenden Ankersystems eine derart gerichtete Steuerspannung für die Transistorschaltung, daß die Arbeitsspule während eines ersten, etwa einer halben Ständerteilung entsprechenden Teilschrittes auf den Arbeitsanker ein antreibendes Moment ausübt, dagegen während des danach folgenden, ebenfalls einer halben Ständerteilung entsprechenden Teilschrittes praktisch abgeschaltet wird. Diese Anordnung hat zur Folge, daß zwar der einmal in Lauf gesetzte Motor infolge der dem Anker innewohnenden Bewegungsenergie während der Phasen, in denen die Arbeitsspule abgeschaltet ist, weiterbewegt wird, daß er jedoch nicht anlaufen kann, wenn er in einer Ankerstellung eingeschaltet wird, in der die Arbeitsspule stromlos ist. Dieser bekannte Schrittschaltmotor muß daher in aller Regel nach dem Einschalten in Arbeitsdrehrichtung angestoßen werden. Bei einem ganz ähnlich aufgebauten bekannten Schrittschaltmotor ist zur Erzielung des Selbstanlaufes ein im Ruhezustand des Motors geschlossener Hilfskontakt vorgesehen, der bei bestimmter Drehzahl des Motors durch Fliehkraftwirkung abgeschaltet wird. Dieser Motor arbeitet also auch nur während des Laufes kontaktlos, nicht aber während des Anlaufes.The poles of the control pole system are relative to the poles of the working anchor offset by about half a stator pole pitch, and generate the poles of the control armature in the or on the stand of the control pole system during the rotation of the working and control armature existing armature system such a directional control voltage for the transistor circuit that the work coil during a first, about half a Stand division corresponding partial step on the working anchor a driving Moment exerts, on the other hand, during the following, also half a column division corresponding sub-step is practically switched off. This arrangement has to As a result, the engine once started as a result of the armature inherent Kinetic energy during the phases in which the work coil is switched off, is moved further, but that it cannot start when it is in an anchor position is switched on in which the work coil is de-energized. This well-known stepper motor must therefore usually be triggered in the working direction of rotation after switching on will. In a known stepper motor with a very similar structure is a closed in the idle state of the motor to achieve the self-start Auxiliary contact is provided, which at a certain speed of the motor by centrifugal force is switched off. This motor therefore only works contactlessly during the run, but not during the start-up.

Eine andere Lösung zur Erzielung des Selbstanlaufes besteht darin, mittels einer von Hand zu betätigenden Taste durch kurzzeitiges überbrücken des Transistors einen Startimpuls für die Arbeitsspule zu erzeugen und so den Anker anzuwerfen. Abgesehen davon, daß auch hier kein echter Selbstanlauf vorhanden ist, muß durch entsprechende Ausbildung des Stators oder durch Anordnung eines Hilfsmagneten dafür gesorgt werden, daß der Anker nach dem Ausschalten des Motors stets in derselben, für den Anlauf geeigneten Stellung stehenbleibt.Another solution for achieving self-start is to by means of a manually operated button by briefly bridging the Transistor to generate a start pulse for the work coil and thus the armature to start. Apart from the fact that there is no real self-start either, must be made by appropriate design of the stator or by the arrangement of an auxiliary magnet ensure that the armature is always in the same position after the engine has been switched off remains in a position suitable for start-up.

Es sei noch erwähnt, daß ein anderer kollektorloser Gleichstrommotor vorgeschlagen worden ist, bei dem auf einer gemeinsamen Drehachse ein als Impulserzeuger dienender, stabförmiger Doppelperrnanentmagnet und ein als Antriebsteil dienender sternförmiger Weicheisenanker angeordnet sind und bei dem die vom Impulsgeber erzeugten Impulse nach Verstärkung durch Transistoren dem Antriebsteil zugeführt werden. Hierbei weisen beim Impulserzeuger die Doppelpermanentmagneten an den diametral zur Drehachse gegenüberliegenden, dem Luftspalt benachbarten Enden gleiche Polarität auf und wirken induzierend auf kranzartig angeordnete Impulsspulen ein, während der Antriebsteil aus einem sternförmigen wicklungslosen Weicheisenanker mit kreisförmig C, um ihn herum angeordneten Elektromagneten besteht.It should also be mentioned that another brushless DC motor has been proposed in which on a common axis of rotation as a pulse generator Serving, rod-shaped double locking magnet and one serving as a drive part star-shaped soft iron armature are arranged and in which the generated by the pulse generator Pulses are fed to the drive part after amplification by transistors. Here at the pulse generator, the double permanent magnets point to the diametrically opposite the axis of rotation opposite ends adjacent to the air gap have the same polarity and act induction on pulse coils arranged like a ring, while the drive part made of a star-shaped winding-less soft iron anchor with a circular C around it there is arranged around electromagnets.

Auch dieser Gleichstrommotor bedarf zum Anlauf des Anstoßens.This DC motor also needs to be bumped in order to start up.

Es sei noch erwähnt, daß bei den vorerwähnten Schrittschaltmotoren die Transistoranordnung als Arbeitsstromrelais arbeitet.It should also be mentioned that in the aforementioned stepping motors the transistor arrangement works as an operating current relay.

Nun gibt es zwar bereits elektronische Stromschließeinrichtungen, die ähnlich wie ein Ruhestromrelais arbeiten, d. h. den im Lastkreis fließenden Arbeitsstrom mit Hilfe eines im Steuerstromkreis fließenden, entsprechend kleineren Steuerstromes abschalten, jedoch hat man derartige Schaltungen bei Gleichstrommotoren zum Zweck des Selbstanlaufens nicht benutzt.There are already electronic current locking devices that work in a similar way to a closed-circuit relay, i. H. switch off the working current flowing in the load circuit with the aid of a correspondingly smaller control current flowing in the control circuit, but such circuits have not been used in DC motors for the purpose of self-starting.

Die Erfindung zielt darauf ab, einen auf dem Prinzip der bekannten elektrischen Schrittschaltmotoren mit Arbeitspolsystem, Steuerpolsystern und elektronischer gegenseitiger Beeinflussung der beiden Systeme beruhenden Motor zu schaffen, der bei einfachem, betriebssicherem Aufbau ohne besondere Zusatzeinrichtungen selbst anlaufen kann.The invention aims to provide one on the principle of the known electric stepper motors with working pole system, control pole system and electronic mutual influence of the two systems based engine to create the with a simple, operationally reliable structure without any special additional equipment itself can start.

Das wird bei einem solchen Motor erfindungscr gemäß dadurch erreicht, daß die kontaktlose Schalt vorrichtung während jedes ersten, ein antreibendes Moment auf den Arbeitsanker erzeugenden Teilschrittes von etwa einer halben Ständerpolteilung ohne Einwirkung der in der Steuerspule induzierten Spannung ausschließlich durch das Potential der angelegten Gleichspannungsquelle nach Art eines kontaktlosen Ruhestromrelais in den stromdurchlässigen, die Arbeitsspule einschaltenden Zustand gesteuert ist und während jedes zweiten Teilschrittes infolge der zusätzlichen Einwirkung des in der Steuerspule, erzeugten Induktionsstromes auf den Steuerkreis der kontaktlosen Schaltvorrichtung die Stromzuführung zur Arbeitsspule im wesentlichen unterbindet.According to the invention, this is achieved in such a motor by that the contactless switching device during each first, a driving moment on the working armature generating partial step of about half a stator pole pitch without the influence of the voltage induced in the control coil the potential of the applied DC voltage source in the manner of a contactless closed-circuit relay is controlled in the current-permeable, the working coil switching on state and during every second sub-step as a result of the additional action of the in the control coil, induction current generated on the control circuit of the contactless Switching device, the power supply to the work coil essentially prevents.

Diese Gestaltung hat zur Folge, daß der Motor in beiden Phasen angetrieben wird. Wählt man beispielsweise die Durchflutung des Elektromagnetsystems, d. h. des Arbeitspolsystems, etwa doppelt so hoch wie die des Dauermagnetsystems, d. h. des Steuerpolsystems, dann wirkt auf den Anker des Elektromagnetsystems während eines Teilschrittes zwar das doppelte Drehmoment, jedoch wird dieses durch das ihm entgegenwirkende einfache Drehmoment des Ankers des Dauermagnetsystems auf den einfachen Wert begrenzt.This design has the consequence that the motor is driven in both phases. If one chooses, for example, the flow through the electromagnetic system, d. H. of the working pole system, about twice as high as that of the permanent magnet system, d. H. of the control pole system, then double the torque acts on the armature of the electromagnetic system during a partial step, but this is limited to the single value by the counteracting single torque of the armature of the permanent magnet system.

Nach Ausschalten des Elektromagnetsystems treibt das Dauermagnetsystem seinen Anker für den nächsten Teilschritt ebenfalls mit einfachem Drehmoment an, d. h., während aller Teilschritte werden die beiden Anker mit gleichem Drehmoment angetrieben.After switching off the electromagnetic system, the permanent magnet system drives its armature for the next sub-step also with a simple torque, i. In other words, the two armatures are driven with the same torque during all sub-steps.

Vorteilhafte Schaltungen der als kontaktlose Schalteinrichtung dienenden Transistorschaltung sowie die konstruktive Gestaltung des erfindungsgemäßen Schrittschaltmotors ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung. Hierbei sei hervorgehoben, daß durch besondere bauliche Gestaltung des Elektromagnetsystems und des Dauerinagnetsystems dafür gesorgt wird, daß die Anker nach dem Ausschalten des Motors stets in derselben Relativstellung der Pole stehenbleiben.Advantageous circuits of the serving as a contactless switching device Transistor circuit and the structural design of the stepping motor according to the invention result from the description below. It should be emphasized that due to the special structural design of the electromagnet system and the permanent magnet system it is ensured that the armature is always in the same position after the motor has been switched off Relative position of the poles remain.

Die Abbildungen zeigen ein Ausführungsbeispiel der Erfinduna und stellen im einzelnen dar: Ab b. 1 sowohl beim Arbeits- als auch beim Steuerpolgestell verwendete Polscheiben mit schmalen Polhörnern, Ab b. 2 sowohl beim Arbeits- als auch beim Steuerpolgestell verwendete Polscheiben mit breiten Polhörnern, Ab b. 3 das Arbeitspolgestell mit den zugehörigen Polscheiben einschließlich dem Arbeitsanker in Ruhestellung, A b b. 4 das Steuerpolgestell mit den zugehörigen Polscheiben, einschließlich dem Steueranker in Ruhestellung, Ab b. 5 eine Seitenansicht des Motors im Schnitt, A b b. 6 den vollständigen Anker in Perspektive (Arbeits- und Steueranker der besseren Sichtbarkeit wegen auseinandergezogen), Ab b. 7 das Prinzipschaltbild des Motors mit Eintaktsteuerung, Ab b. 8 das Prinzipschaltbild des Motors mit Gegentakt-Steuerung, Ab b. 9 das Schaubild des Arbeitsankerdrehmomentes in Abhängigkeit von dem zurückgelegten Ankerweg, Abb. 10 das Schaubild des Steuerankerdrehmomentes in Abhängigkeit von dem zurückgelegten Ankerweg, A b b. 11 die Resultierende der in den A b b. 9 und 10 gezeigten Drehmomentskurven (Motordrehmomentskurve), Ab b. 12 die Abhängigkeit des Ruhestromes JR vom zurückgelegten Ankerweg s.The figures show an embodiment of the invention and represent in detail: Ab b. 1 pole disks with narrow pole horns used both in the working pole frame and in the control pole frame, Fig. B. 2 b both at work and used in Steuerpolgestell pole disks with wide pole horns, Ab. 3 the working pole frame with the associated pole discs including the working armature in the rest position, A b b. 4 the control pole frame with the associated pole discs, including the control armature in the rest position, from b. 5 is a side view of the engine in section, A b b. 6 the complete anchor in perspective (working and control anchor pulled apart for better visibility), Fig. B. 7 the basic circuit diagram of the motor with single-cycle control, from b. 8 the basic circuit diagram of the motor with push-pull control, from b. 9 the diagram of the working armature torque as a function of the armature travel covered, Fig. 10 the diagram of the control armature torque as a function of the armature travel covered, A b b. 11 the resultant of the in A b b. 9 and 10 shown torque curves (engine torque curve), Ab b. 12 the dependency of the quiescent current JR on the armature travel covered s.

Der als Ausführungsbeispiel der Erfindung gewählte Motor besteht funktionell aus den in den Ab b. 3 und 4 dargestellten Baugruppen, also aus dem Arbeitspolgestell mit Arbeitsanker einerseits und aus dem Steuerpolgestell mit Steueranker andererseits. Die Polscheiben 5 b, 6 b und 5 c, 6 c bilden mit der Arbeitsspule zusaminen das Arbeitspolgestell, während die Polscheiben 5, 6 und 5a, 6a die Steuerspule 3 zum Steuerpolgestell ergänzen (Ab b. 5). The engine selected as an embodiment of the invention is functionally composed of those shown in Ab b. 3 and 4 illustrated assemblies, that is, from the working pole frame with working armature on the one hand and from the control pole frame with control armature on the other hand. The pole disks 5 b, 6 b and 5 c, 6 c together with the work coil form the work pole frame, while the pole disks 5, 6 and 5a, 6a complement the control coil 3 to form the control pole frame (from b. 5).

Die Lage der Polscheiben 5 und 6 zu den Polscheiben 5 a und 6 a sowie 5 b, 6 b zu 5 e, 6 c ist aus den Ab b. 3 und 4 nicht ersichtlich. Alle hintereinander mit Zwischenabständen aufgereihten gleichartigen Polscheiben decken sich in ihrer Lage. Das Arbeits- sowie das Steuerpolgestell liegen axial hintereinander spielfrei in einem runden Gehäuse 1 aus magnetisch nicht leitendem Werkstoff (A b b. 5). Die Polscheiben werden durch eine aus der Zeichnung nicht ersichtliche, in die Nuten 21 (A b b. 3 und 4) ragende Längsrippe im Gehäuse gegen Verdrehen geschützt. Die Distanzringe 18, 20 und 21 (A b b. 5) fixieren das Arbeits- und das Steuerpolgestell in Axialrichtung, die Weicheisenringe 19 und 7 halten die Polscheiben 5, 6 und 5 a, 6 a sowie 5 b, 6 b und 5c, 6c planparallel und sorgen für den magnetischen Rückschluß innerhalb des Steuer- und des Arbeitspolgestelles.The position of the pole disks 5 and 6 to the pole disks 5 a and 6 a and 5 b, 6 b to 5 e, 6 c is from Ab b. 3 and 4 not visible. All pole disks of the same type lined up one behind the other with spacings between them are identical in their position. The working and the control pole frame are axially behind one another without play in a round housing 1 made of magnetically non-conductive material (A b b. 5). The pole disks are protected against rotation by a longitudinal rib in the housing, which cannot be seen in the drawing and protrudes into the grooves 21 (A b b. 3 and 4). The spacer rings 18, 20 and 21 (A b b. 5) fix the working and control pole frames in the axial direction, the soft iron rings 19 and 7 hold the pole disks 5, 6 and 5 a, 6 a and 5 b, 6 b and 5 c, 6c plane-parallel and ensure the magnetic return within the control and working pole frame.

Der in A b b. 6 perspektivisch dargestellte Anker ist im Zentrum des Gehäuses 1 sowie im Zentrum des Gehäusedeckels 4 leicht drehbar gelagert.The one in A b b. 6 anchor shown in perspective is mounted in the center of the housing 1 and in the center of the housing cover 4 so as to be easily rotatable.

Der Steueranker besteht aus zwei Steuerankerscheiben 8 und 9 (Ab b. 6), welche jeweils an einer Planseite eines axial aufmagnetisierten Dauennagneten 10 anliegen. Die beiden Steuerankerscheiben 8 und 9 decken sich in ihrer Lage. Die drei Flügel der vorderen Steuerankerscheibe 8 nehmen durch ihre Lage am Dauermagneten 10 nördliche, die drei Flügel der Steuerankerscheibe 9 südliche Polarität an (A b b. 6). Da sich durch Schichtung der Polscheiben 5 mit 6, 5a mit 6a, 5b mit 6b, 5c mit 6c (Abb. 1 und 2 sowie 5) der Materialquerschnitt der Polhörner a, b, c (A b b. 3, 4 sowie Schnitt C-D) in axialer Richtung stufenweise verringert, nimmt der Steueranker in Ruhelage die in Ab b. 4 gezeichnete Stellung ein. Der Feldlinienfluß des Dauermagneten 10 ist geschlossen über die Polflügel der Steuerankerscheibe 8, die Polhörner a, b und c (Abb. 4), die Polscheiben 5 und 6 (A b b. 5), den Weicheisenring 19, die Polscheiben 5 a und 6 a (A b b. 5) und die Steuerankerscheibe 9. The control armature consists of two control armature disks 8 and 9 (from b. 6), which each rest on a flat side of an axially magnetized permanent magnet 10 . The two control armature disks 8 and 9 coincide in their position. Due to their position on the permanent magnet 10 , the three wings of the front control armature disk 8 assume northern polarity, and the three wings of the control armature disk 9 assume southern polarity (A b b. 6). Since the layering of the pole disks 5 with 6, 5a with 6a, 5b with 6b, 5c with 6c (Fig. 1 and 2 and 5), the material cross-section of the pole horns a, b, c (A b b. 3, 4 and section CD ) gradually decreased in the axial direction, the control armature in the rest position takes the position shown in Ab b. 4 position shown. The field line flux of the permanent magnet 10 is closed by the pole wings of the control armature disk 8, the pole horns a, b and c (Fig. 4), the pole disks 5 and 6 (A b b. 5), the soft iron ring 19, the pole disks 5 a and 6 a (A b b. 5) and the control armature disk 9.

Der mit dem Steueranker auf einer geineinsamen Welle sitzende Arbeitsanker besteht aus Arbeitsankerscheibe 11, Weicheisenkern 13 und Arbeitsankerscheibe 12 (A b b. 6). Die Stellung des Arbeitsankers in Ruhelage ist aus A b b. 3 ersichtlich. Die linken Kanten der einzelnen Polflügel stehen ungefähr auf der Höhe der Anfangskanten e, f, g der abgestuften Polhörner (A b b. 2, 3, Schnitt C-D).The working anchor, which is seated on a single shaft with the control anchor, consists of working anchor disc 11, soft iron core 13 and working anchor disc 12 (A b b. 6). The position of the working anchor in the rest position is shown in A b b. 3 can be seen. The left edges of the individual pole wings are approximately level with the starting edges e, f, g of the stepped pole horns (A b b. 2, 3, section CD).

Wird der Motor über Schalter 26 (Ab b. 7) an Spannung gelegt, so fließt vom Minuspol der nicht dargestellten Batterie über den Widerstand R sowie über die Basis und den Ernitter des Leistungstransistors Tr, ein geringer Ruhestrom zum Pluspol der Batterie. Dieser geringe Ruhestrom ruft in dem Kollektor-Emitter-Kreis desselben Transistors einen dem Verstärkungsfaktor entsprechend höheren Ruhestrom hervor, die Arbeitsspule 2 wird also von einem Ruhestrom JR durchflossen. Durch die aus Ab b. 3 ersichtliche Ruhelage des Arbeitsankers 11/12/13 (A b b. 5) nahe den Polhornkanten e, f, g (A b b. 3) läuft der Motor entgegen dem Uhrzeigersinn und mit eindeutiger Drehrichtung an. Da der fest auf der Ankerwelle sitzende, in seiner Form und Ausführung eingangs beschriebene Steueranker 8/9/10 entgegen seinem Haltemoment aus seiner Ruhelage gerissen wird, wird in Steuerspule 3 eine Spannung induziert.If the motor is connected to voltage via switch 26 (Ab b. 7) , a small quiescent current flows from the negative pole of the battery (not shown) via the resistor R and via the base and the emitter of the power transistor Tr to the positive pole of the battery. This low quiescent current causes in the collector-emitter circuit of the same transistor a quiescent current that is higher in accordance with the gain factor; a quiescent current JR therefore flows through the work coil 2. Through the from Ab b. 3 visible rest position of the working anchor 11/12/13 (A b b. 5) near the pole horn edges e, f, g (A b b. 3) , the motor starts counter-clockwise and with a clear direction of rotation. Since the control armature 8/9/10 , which is firmly seated on the armature shaft and described in its shape and design, is torn from its rest position against its holding torque, a voltage is induced in control coil 3.

Die im Basis-Emitter-Kreis des Steuertransistors Tr, liegende Steuerspule 3 ist so polarisiert, daß die in ihr während des Anlaufs (Stellung 0 bis 2 in A b b. 9) induzierte Spannung durch die Sperrwirkung des Transistors Tri in einer Richtung (Emitter-Basis-Strecke) den hohen Ausgangswiderstand des Steuertransistors Tri im Kollektor-Emitter-Kreis nicht verändert. Es fließt folglich kein Kollektor-Emitter-Strom. The control coil 3 located in the base-emitter circuit of the control transistor Tr, is polarized so that the voltage induced in it during start-up (position 0 to 2 in A b b. 9) by the blocking effect of the transistor Tri in one direction (emitter -Base route) does not change the high output resistance of the control transistor Tri in the collector-emitter circuit. As a result, no collector-emitter current flows.

Nach einer Sechstelumdrehung jedoch, also von Ankerstellung 2 in Ab b. 10 an wechselt die in der Steuerspule 3 induzierte Spannung ihre Polarität. Die Folge dieses Polaritätswechsels ist ein plötzliches Ab- sinken des Basis-Emitter-Widerstandes in Steuertransistor Tril Es fließt folglich ein Steuerstrom von der Steuerspule 3 über die Basis zum Emitter und zurück zum anderen Steuerspulenende. Durch diesen Stromfluß sinkt der Kollektor-Emitter-Widerstand ab. Es fließt ein Strom von Minus der Stromquelle, über Widerstand R, den Kollektor des Transistors Tri zum Emitter und zurück zum Pluspol der Stromquelle. Dieser plötzliche Stromstoß verursacht in Widerstand R einen relativ kräftigen Spannungsabfall, so daß das Potential an der Basis des Leistungstransistors Tri stark in positiver Richtung verschoben wird. Da nun zwischen der Basis des Leistungstransistors Tr., und dessen Emitter kein nennenswertes Spannungspotential mehr besteht, saugt die Basis in Richtung Emitter praktisch keinen Strom mehr ab. Durch diesen Rückgang des Basis-Emitter-Stromes sinkt der Strom im Kollektor-Emitter-Kreis um ein dem Verstärkungsfaktor entsprechendes Vielfaches, d. h. praktisch bis nahe an den Nullwert ab.After a sixth of a turn, however, from armature position 2 in Ab b. 10 on, the voltage induced in the control coil 3 changes its polarity. The result of this polarity reversal is a sudden decrease waste of the base-emitter resistance in control transistor Tril It therefore flows a control current from the control coil 3 on the base to the emitter and back to the other control coil end. This flow of current causes the collector-emitter resistance to drop. A current flows from the negative of the current source, via resistor R, the collector of the transistor Tri to the emitter and back to the positive pole of the current source. This sudden current surge causes a relatively large voltage drop in resistor R, so that the potential at the base of the power transistor Tri is strongly shifted in the positive direction. Since there is no longer any significant voltage potential between the base of the power transistor Tr., And its emitter, the base sucks practically no more current in the direction of the emitter. As a result of this decrease in the base-emitter current, the current in the collector-emitter circuit drops by a multiple corresponding to the gain factor, i.e. H. practically to close to the zero value.

Die Wirkungsweise der Transistorschaltung entspricht also im wesentlichen der eines einfachen Ausschalters. Von Stellung 0 bis 2 (A b b. 10) fließt durch die Arbeitsspule 2 (A b b. 7) ein mit JR bezeichneter Ruhestrom. Von Stellung 2 bis 0 (A b b. 10) wird dieser Ruhestrom nahezu ausgeschaltet, in Stellung 0 wieder eingeschaltet usw. (s. auch Ab b. 12).The mode of operation of the transistor circuit essentially corresponds to that of a simple switch. From position 0 to 2 (A b b. 10) flows through the work coil 2 (A b b. 7), a quiescent current designated by JR. From position 2 to 0 (A b b. 10) this quiescent current is almost switched off, in position 0 it is switched on again, etc. (see also Ab b. 12).

A b b. 9 zeigt die ungefähre Drehrnomentkurve des Arbeitsankers 11/12/13. Durch die an sich bekannte asynimetrische Querschnittsausbildung der Polhörner a, b, c des Arbeitspolgestelles wird der Arbeitsanker 11/1243 eindeutig in Pfeilrichtung gezogen, d. h., nach dem Einschalten wirkt auf den Arbeitsanker 11/12/13 die Kraft P,. Wie aus der Kurve ersichtlich ist, steigt das Drehmoment an, erreicht in Stellung 1 seinen Höchstwert, um in Stellung 2 auf 0 abzusinken. Durch den aus Ab b. 12 erkennbaren Reststrom (von 2 über 3 bis 0) wird das Drehmoment zwischen 2 und 0 leicht negativ. A b b. 9 shows the approximate torque curve of the working anchor 11/12/13. As a result of the known asynimetric cross-sectional design of the pole horns a, b, c of the working pole frame, the working anchor 11/1243 is clearly drawn in the direction of the arrow, ie. That is , after switching on, the force P, acts on the working anchor 11/12/13. As can be seen from the curve, the torque increases, reaches its maximum value in position 1 and drops to 0 in position 2. Through the from Ab b. 12 recognizable residual current (from 2 to 3 to 0) , the torque between 2 and 0 is slightly negative.

Während dieser Schaltschrittphase wirkt der Steueranker - auf derselben Welle mit dem Arbeitsanker 11/12/13 sitzend (s. Ab b. 6) - drehmomenthemmend. Die Drehmomentkurve des Steuerankers verläuft also von Stellung 0 bis 2 in negativer Richtung (Ab b. 10). During this switching step phase affects the control anchor - on the same shaft with the labor anchor 11/12/13 sitting (s. From b. 6) - torque locking. The torque curve of the control armature therefore runs from position 0 to 2 in the negative direction (Fig. 10).

Durch Addition der Kurvenwerte aus A b b. 9 und 10 ergibt sich als Resultierende das tatsächliche Anlaufdrehmoment von Stellung 0 bis Stellung 2 (s. Ab b. 11, Stellung 0 bis 2).By adding the curve values from A b b. 9 and 10 , the resultant is the actual starting torque from position 0 to position 2 (see from b. 11, position 0 to 2).

Von Stellung 2 ab wird der Ruhestrom JR mittels der Transistorschaltung nach Ab b. 7 auf zuvor beschriebene Art nahezu abgeschaltet. Die Drehmomentkurve des Arbeitsankers 11/12/13 endet somit unter Vernachlässigung des unbedeutenden Reststromes in Stellung 2. Da jedoch - wie dies aus Ab b. 10 ersichtlich ist - das Drehmoment des Steuerankers 8/9/10 in den positiven Bereich wandert, füllt das positive Drehmoment des Steuerankers 8/9/10 die Drehmomentlücke des Arbeitsankers 11/12/13 aus (s. Ab b. 11). Der Steueranker 8/9/10 übt daher eine glättende Wirkung auf die Gesamtdrehmomentkurve (Ab b. 11) aus. Die Masse des Motorankers 8/9/10 und 1142/13 kann folglich sehr klein gehalten werden, was wiederum den lästigen Auslauf des Motorankers nach dem Ausschalten wesentlich verkürzt.From position 2 onwards the quiescent current JR is set by means of the transistor circuit according to Ab b. 7 almost switched off in the manner described above. The torque curve of the working armature 11/12/13 thus ends, neglecting the insignificant residual current in position 2. However, since - as shown in Fig. B. 10 can be seen - the torque of the control armature 8/9/10 migrates into the positive range, the positive torque of the control armature 8/9/10 fills the torque gap of the working armature 11/12/13 (see Fig. 11). The control armature 8/9/10 therefore has a smoothing effect on the total torque curve (Fig. 11) . The mass of the motor armature 8/9/10 and 1142/13 can consequently be kept very small, which in turn significantly shortens the annoying runout of the motor armature after switching off.

Die von der Drehmomentkurve nach Ab b. 11 eingeschlossene schraffierte Fläche stellt als Produkt der dem Drehmoment direkt proportionalen Kraft P und dem Ankerweg s das Arbeitsvermögen pro Schaltschritt dar.The from the torque curve according to Ab b. The hatched area enclosed in 11 represents the work capacity per switching step as the product of the force P, which is directly proportional to the torque, and the armature travel s.

Da die Steuerung der Transistoren eine Bewegung voraussetzt, fällt die Steuerung bei überlastung bis zum Stillstand aus. Bei zu starker Belastung »klammern« sich die Polflügel 11/12 des Arbeitsankers an die nächstliegenden Polhörner des Arbeitspolgestelles, dessen Arbeitsspule 2 bei Stillstand des Ankers vom Strom JR durchflossen wird. Erst nach dem Ausschalten des Motors geht der Anker durch das Drehmoment des Dauermagneten 10 wieder in Anlaufstellung. Der an sich bekannten Magnetkupplung 15/16/17 fällt nun die Aufgabe zu, den Motor vor überlastung zu schützen. Wird der fest mit Weicheisenbügel 16 verbundene, lose auf Welle 14 gelagerte Trieb 15 zu stark abgebremst, so reißt der Feldlinienfluß des wie in A b b. 5 dargestellt aufmagnetisierten Magneten 17 über den Weicheisenbügel 16 ab, so daß die Kupplung durchrutscht. Ferner kann durch diese Magnetkupplung 15/16/17 der Anker nach dem Ausschalten des Motors stets sicher in Anlaufstellung ziehen, auch dann, wenn beispielsweise das an Trieb 15 angelegte Gegendrehmoment das Drehmoment des Steuerankers 8!9!10 zeitweilig übersteigen würde.Since the control of the transistors requires movement, the control fails in the event of an overload until it comes to a standstill. If the load is too high, the pole wings 11/12 of the working armature "cling" to the closest pole horns of the working pole frame, the work coil 2 of which is traversed by the current JR when the armature is at a standstill. Only after the motor has been switched off does the armature return to the start-up position due to the torque of the permanent magnet 10. The magnetic coupling 15/16/17 , known per se, now has the task of protecting the motor from overload. If the drive 15, which is firmly connected to the soft iron bracket 16 and is loosely mounted on the shaft 14, is braked too much, the flux of the field lines breaks as in A b b. 5 shown magnetized magnet 17 over the soft iron bracket 16 , so that the clutch slips. Furthermore, with this magnetic coupling 15/16/17, the armature can always safely pull into the starting position after the motor has been switched off, even if, for example, the counter torque applied to drive 15 would temporarily exceed the torque of the control armature 8! 9! 10.

Wird der Motor gemäß vorliegender Erfindung nach der Schaltung in Ab b. 8 angeschlossen, so weicht die Wirkungsweise etwas von dem zuvor nach Ab b. 7 beschriebenen Ausführungsbeispiel ab: Nach dem Einschalten wird die Sekundärwicklung des Transformators T von einem Ruhestrom durchflossen. Dieser die Basis-Emitter-Strecke des Transistors Tr. durchfließende Ruhestrom verringert den Widerstand zwischen Kollektor und Emitter, so daß die Arbeitsspule 2 von einem kräftigen Arbeitsstrom durchflossen wird. Dieser Arbeitsstrom wirft den Arbeitsanker an. Der auf derselben Welle sitzende Steueranker 8, 9, 10 induziert eine Spannung in der Steuerspule 3. Je nach Polarität dieser induzierten Spannung fließt im Basis-Emitter-Kreis des einen oder anderen Steuertransistors ein Strom. Es sei angenommen, daß während des Anlaufes, also von Stellung 0 bis 2 in Ab b. 9 und 10, im Transistor Tr, , ein Basis-Emitter-Strom fließt. Dieser Basis-Emitter-Strom ruft einen entsprechend verstärkten Strom vom Minuspol der Stromquelle über die untere Primärspulenhälfte des Transformators T, über den Kollektor, den Emitter zum Pluspol der Stromquelle hervor. Den die Primärspule des Transformators T durchfließende Kollektor-Emitter-Strom des Transistors Tri a wird dem in der Sekundärspule des Transformators T fließenden Gleichstrom (Basis-Emitter-Strom des Leistungstransistors Tr.) verstärkend überlagert. Der durch die Arbeitsspule 2 fließende Strom steigt somit ebenfalls an. Von Stellung 2 bis 0 hingegen ist der Transistor Trl" gesperrt. Der Stromfluß geht über Transistor Trl, wodurch der um den Verstärkungsfaktor höhere, jetzt die obere Hälfte der Primärspule des Transforinators T durchfließende Kollektor-Emitter-Strom ebenfalls die umgekehrte Richtung aufweist. Der Kollektor-Emitter-Strom des Steuertransistors Tr, drosselt durch überlagerung somit den Basis-Emitter-Strom des Leistungstransistors Tr. praktisch bis auf 0. Der Widerstand der Kollektor-Emitter-Strecke des Leistungstransistors Tr. steigt dadurch so hoch, daß in der Arbeitsspule 2 praktisch kein Strom mehr fließt. Von Stellung 0 in Ab b. 9 an wiederholt sich der beschriebene Wechsel von neuem.If the motor according to the present invention according to the circuit in Ab b. 8 connected, the mode of operation differs somewhat from that previously described in Fig. B. 7 described embodiment from: After switching on, the secondary winding of the transformer T is traversed by a quiescent current. This quiescent current flowing through the base-emitter path of the transistor Tr. Reduces the resistance between the collector and the emitter, so that the working coil 2 has a strong working current flowing through it. This working current raises the working anchor. The control armature 8, 9, 10 sitting on the same shaft induces a voltage in the control coil 3. Depending on the polarity of this induced voltage, a current flows in the base-emitter circuit of one or the other control transistor. It is assumed that during the start-up, ie from position 0 to 2 in Ab b. 9 and 10, the transistor Tr, a base-emitter current flows. This base-emitter current causes a correspondingly increased current from the negative pole of the power source via the lower primary coil half of the transformer T, via the collector, the emitter to the positive pole of the power source. The collector-emitter current of the transistor Tri a flowing through the primary coil of the transformer T is superimposed in an amplifying manner on the direct current flowing in the secondary coil of the transformer T (base-emitter current of the power transistor Tr.). The current flowing through the work coil 2 thus also increases. From position 2 to 0, on the other hand, the transistor Trl "is blocked. The current flows through the transistor Trl, which means that the collector-emitter current flowing through the upper half of the primary coil of the transformer T, which is higher by the gain factor, also has the opposite direction. The collector Emitter current of the control transistor Tr, thus throttles the base-emitter current of the power transistor Tr. Practically down to 0. The resistance of the collector-emitter path of the power transistor Tr. Rises so high that in the work coil 2 practically no more current flows. From position 0 in Fig. 9 onwards, the described change is repeated anew.

Nach Schaltung 8 wird somit erreicht, daß der das Drehmoment des Motors direkt beeinflussende, die Arbeitsspule 2 durchfließende Strom je nach Stellung des Ankers abwechselnd verstärkt oder bis praktisch zum Nullpunkt gedrosselt wird.According to circuit 8 it is thus achieved that the current flowing through the work coil 2, which directly influences the torque of the motor, is alternately amplified or throttled down to practically zero, depending on the position of the armature.

Ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen, kann der vorliegende Motor auch mit nur einem Transistor mit entsprechend hoher Stromverstärkung gesteuert werden. Bei einer derartigen Schaltung wird der Ruhestrom in den Arbeitsspulen durch negatives Anheben der Basis über einen Widerstand erreicht, während die Steuerspule unverändert im Basis-Emitter-Kreis und die Arbeitsspule im Kollektor-Emitter-Kreis verbleibt.Without departing from the inventive concept, the present engine can also controlled with only one transistor with a correspondingly high current gain will. With such a circuit, the quiescent current in the work coils is through negative lifting of the base via a resistor is achieved while the control coil unchanged in the base-emitter circuit and the work coil in the collector-emitter circuit remains.

Ferner besteht nach vorliegender Erfindung die Möglichkeit, den Steueranker 8/9/10 so auszubilden, daß die Magnetpole mit abwechselnder Polarität auf bekannte Art auf dem Ankerumfang liegen. Bei dieser Anordnung sind jedoch zwei abwechselnd arbeitende Steuer- und Arbeitsspulen mit je einer besonderen Transistorsteuerung notwendig. Der Selbstanlauf wird bei dieser Anordnung durch Ruheströme in jeder der beiden Arbeitsspulen sowie durch Vorzugsrichtun g mittels asymmetrischer Polhornausbildung entsprechend dem beschriebenen Ausführungsbeispiel erreicht.Furthermore, according to the present invention, there is the possibility of designing the control armature 8/9/10 in such a way that the magnetic poles with alternating polarity lie on the armature circumference in a known manner. In this arrangement, however, two alternately working control and working coils, each with a special transistor control, are necessary. The self-starting, in this arrangement by quiescent currents in each of the two working coils and by Vorzugsrichtun g achieved by asymmetric Polhornausbildung according to the described embodiment.

Gemäß vorliegender Erfindung ist es ferner möglich, den Motor mit quer zur Ankerachse liegenden Spulen und mit geschichteten Polgestellen bekannter Ausführung auszustatten sowie die Drehzahl durch entsprechende Wahl der Polpaarzahl des Steuer- und Arbeitsankers auf den entsprechenden Verwendungszweck abzustimmen.According to the present invention, it is also possible to use the engine Coils lying transversely to the armature axis and with layered pole positions are known Execution to equip as well as the speed by appropriate choice of the number of pole pairs to match the control and working anchor to the corresponding purpose.

Ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen, kann sowohl der Steuer- als auch der Arbeitsanker als Außenläufer ausgebildet werden.Without leaving the concept of the invention, both the tax as well as the working anchor can be designed as an external rotor.

Claims

Claims: 1. Small electric direct current motor with a working pole system driving a multi-pole working armature step-by-step, which has at least one switching device fed from a direct voltage source via a contactless switching device, preferably designed as a transistor circuit, and with a multi-pole working coil mechanically connected to the multi-pole working armature and assigned to a control pole system Control armature, in which the poles of the control pole system relative to the poles of the working pole system or the poles of the control armature relative to the poles of the working armature are offset by about half a stator pole pitch and the poles of the control armature in at least one control coil arranged on the control pole system as a result of the rotation of the An armature system consisting of work and control armature induce a control voltage directed in such a way for the contactless switching device that the work coil in each case during a first, approximately half a hour änderpolteilung exerts corresponding sub-step to the working anchor a driving moment and during the second, also a half Ständerpolteilung corresponding sub-step is practically turned off, d a d u rch g e k ennzeichnet that the contactless switching device during each first, a driving moment on the work anchor generating substep of about half a stator pole pitch without the action of the voltage induced in the control coil is controlled exclusively by the potential of the applied DC voltage source in the manner of a contactless closed-circuit relay into the current-permeable, the working coil switching state and during every second partial step as a result of the additional action of the induction current generated in the control coil on the control circuit of the contactless switching device, the power supply to the work coil is essentially cut off.

2. Motor according to claim 1, characterized in that the base of a transistor (Tr #), in the collector-emitter circuit of which the work coil (2) is located, via a resistor (R) to the emitter of the transistor (Tr.) opposite pole of the DC voltage source is connected and the control coil (3) is connected to the sub-circuit containing the resistor (R) in such a way that the control current flowing through it is close to the voltage potential between the base and emitter due to the control current increase caused by the armature movement shifts the zero value. 3. Motor according to claim 2, characterized in that the base of a power transistor (Tr,), in the collector-emitter circuit of which the work coil (2) is located, to a connection point of a connected to the direct current source, containing at least one resistor (R) Voltage divider circuit is connected and that the same connection point is connected to the collector-emitter circuit of a control transistor (Tr,), in whose base circuit the control coil (3) is located. 4. Motor according to claim 2, characterized in that the base of a power transistor (Tr), in the collector-emitter circuit of which the work coil (2) is located, via the secondary winding of a transformer (T) with the primary winding tapped in the center The pole of the DC voltage source opposite the emitter is connected, the free ends of the transformer primary winding tapped in the center being connected to the two collectors of two push-pull control transistors (Tr1, Tr ",) whose bases are connected to the free ends of the two identical Halves divided control coil (3) are guided, and the connection line between the emitters of the two control transistors (Tr, Trl ") with the junction of the two halves of the control coil (3) and with the positive pole of the DC voltage source and the center tap of the transformer primary winding is connected to the negative pole of the DC voltage source. 5. Motor according to one of claims 1 to 4, characterized in that the permanent magnet system has an axially magnetized core part (10) and the drive armature system has an axial core part (13) made of soft iron and that on the opposite end faces of the two core parts (10, 13 ) a Polhompaar at least one each (8, 9; 11, 12) arranged such that the Polhompaar (8, 9) of the permanent magnet system to the Polhornpaar (11, 12) of the driving electromagnet system is angularly displaced. 6. Motor according to one of claims 1 to 5, characterized in that the pole horns of the driving electromagnet system or of the control pole system associated with the permanent magnet system are designed asymmetrically in the same tangential direction, for example weakened with respect to their effective cross-section or provided with projections. 7. Motor according to one of claims 1 to 6, characterized in that the work coil (2) and the control coil (3) are designed as the armature (10, 13) surrounding toroidal coils, the poles of which consist of pole disks arranged on both sides with pole horns of different widths and the magnetic return path of which is formed by soft iron rings seated between the pole disks and resting on the housing, or by the housing itself. 8. Motor according to one of claims 1 to 7, characterized in that a slip clutch (15, 16, 17) which is adapted to its torque and which slides in the event of overload is applied to the armature shaft (14). 9. Motor according to claim 8, characterized in that the slip clutch is designed as a magnetic clutch. Documents considered: German Patent No. 966 290; French additional patent specification No. 65 772; French Patent Specification No. 1,143,675. . USA. Patent Nos 2,719,944, 2,722,649, 2,753,501; Electronics, January 1956, p. 137. Prior patents considered: German Patents Nos. 1075 207, 1099 628.