DE1613176A1 - Drehschwingmotor - Google Patents
DrehschwingmotorInfo
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Description
Schwenningen a.W.
20.5.1969
EIEWZLE UHREIO1ABRIKEn GMBH
Schwenningen a.N.
Schwenningen a.N.
Drehschwingmotor
Die vorliegende Erfindung "bezieht sich auf einen drehzahlstabilen
Motor als Frequenznormal, welcher zwei gegeneinander verdrehbare Rotorhälften mit Magnetpolen
aufweist, die über ein elastisches G-lied miteinander
verbunden sind, wobei der Antrieb über Stromimpulse in Stromspulen erfolgt und mindestens eine Rotorhälfte mit
Steuerspulen einer elektronischen Schaltung zusammenarbeiten.
Es wurden bereits drehzahlstabile Motoren als Frequenznormal
vorgeschlagen, die aus zwei gegeneinander verdrehbaren
Rotorhälften bestehen, die über einen Torsionsstab elastisch miteinander verbunden sind. Jede der Rotorhälften
weist eine Anzahl Permanentmagnetpole auf. Jede der Rotorhälften arbeitet mit einem Weicheisenstator
zusammen, wobei der eine Stator dag Erregerapulensystem,
und der andere Stator das Arbeitaapulensystem trägt. Beide Spulensysteme sind über eine elektronische
Schaltung miteinander verbunden. Bei der Drehung des
Rotors werden dxioh die eine Rotorhälfte in der Steuerspule
Steuer'spannungen induziert, die verstärkt über die
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Sehwenningen a.M". . - §* -
·3
16Τ317 β
elektronische Schaltung.in der Arbeitsspule Stromimpulse
erzeugen, die antreibend auf die andere Rotorhälfte wirken. Die eine Rotorhälfte wird also angetrieben,
während an der anderen Rotorhälfte elektromagnetische Hemmkräfte zwischen Rotorhälfte und Stator
wirken. Die Antriebsmomente auf der einen Rotorhälfte und die Hemm- bzw. Störmomente auf der anderen Rotorhälfte
bewirken Torsionsschwingungen zwischen diesen beiden Rotorhälften (DBP 1 149 437).
Dieser bekannte Drehschwingmotor ist mit erheblichen Nachteilen behaftet. Von der technischen Seite aus ist
es außerordentlich schwierig, den Torsionsstab in beiden Rotorhälften einwandfrei zu befestigen. Eine einwandfreie
Befestigung ist wegen der geforderten Zeithaltung unbedingt erforderlich. Die Zeithaltung ist
auch in starkem Maße von der Temperatur abhängig, infolge der Veränderung der magnetischen Eigenschaften
der Rotoren mit der Temperatur. Weiterhin ist eine starke Empfindlichkeit gegen Lageänderungen festzustellen,
was bedingt ist durch die Durchbiegung der außerordentlich dünnen Torsionswelle. Infolge der dünnen
Torsionswelle und der relativ großen Massen der beiden Rotorhälften ist das System außerordentlich empfindlich
gegen Rütteleinflüsse und Stöße. Ein weiterer Nachteil ist darin zu sehen, daß die beiden Statoren
sehr genau zu den Rotorhälften justiert werden müssen.
Die Motoren haben außerdem die Eigenschaft, bei gleichbleibender Resonanzfrequenz in verschiedenen harmonischen
Drehzahlen laufen zu können. Zudem ist ein Selbst anlauf des Systems infolge der magnetischen Haltekräfte
nicht zu erreichen,
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Vermeidung
djfeser Nachteile,
009843/0503
KIENZiLE UHRENFABRIKEN GMBH
Schwenningen a,N. - «£. -
P 16 13 176.3 20.5.1969 ' 16 1 317Q
Bei einem drehzahlstabilen Motor als Frequenznormal der eingangs genannten Art wird erfindungsgemäß vorgeschlagen»
daß die Spulen I/uftspulen sind und auf
beide Rotorhälften gleichzeitig periodische dur'ch die Induktionsspannung in den Steuerspulen gesteuerteund
über eine elektronische Schaltung verstärkte Stromimpulse
der Stromspulen wirken, wobei beim Auftreten der Impulse, wenn in den Steuerspulen eine Spannung
induziert wird, die Magnetpole einer Rotorhälfte über den mit ihnen zusammenwirkenden Stroraspulen, die Magnetpole
de?.anderen Rotorhälfte dagegen unter dem 'Winkelt zu den mit ihnen zusammenwirkenden Stromspulen
stehen.
In einer Ausftthrungsform ist die Anordnung so getroffen,
daß beim Auftreten der Impulse die Magnetpole der einen Rotorhälfte über den Steuerspulen und relativ
unter dem Winkel oC zu den Stromspulen und die Magnetpole der anderen Rotorhälfte gleichzeitig über
den Stromspulen stehen.
In einer anderen Aus :ftihrungs form stehen die Magnetpole
der einen Rotorhälfte beim Auftreten der Impulse über den Steuer- und den Stromspulen, während die Magnetpole
der anderen Rotorhälfte relativ zu den Stromspulen unter dem Winkel<flC stehen.
Durch die Stromimpulse, die durch die Steuerspule Über
die elektronische Schaltung bewirkt werden, wird die
eine Rotorhälfte angetrieben, während die gleichen Stromimpulse in der anderen Rotorhälfte Störmomente
bewirken, die die !Drehe chwingung zwischen den beiden
Rotorhälften erregen. Biese Störmomente werden also elektromagnetisch erzeugt, wirken nur kurzzeitig und
zum richtigen Augenblick, Dadurch wird der Wirkungsgrad des Systems wesentlich erhöht. Außerdem erreicht
das System beim Anlauf außerordentlich rasch seine
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Schwenningen ä»N. """■"."-' -Sr <--
Resonanzfrequenz, in der es auch, "bei RUtteleinflüssen
und Stößen verbleibt. Als wesentlicher Vorteil ist noch zu erwähnen, daß dieses System von selbst anläuft, wenn
in der elektronischen Schaltung ein RC-Glied vorgesehen ist.
Die beiden Rotorhälften können entweder über eine Spiralfeder
oder über eine Wendelfeder miteinander verbunden sein. Hierdurch sind die Schwierigkeiten bei der Befestigung
der Feder und ihre ungünstigen Einflüsse auf die Zeithaltung des Systems umgangen. Bei dem so gestalteten
System ist es somit möglich, Rotorwellen zu verwenden, die sich nicht durchbiegen können, so daß der
Motor in allen Lagen betrieben werden kann.
Durch die Versetzung um den WinkeloC wird auch erreicht,
daß der Motor stets nur in einer Drehrichtung läuft. Die weiteren Vorteile des Systems werden anhand der
Zeichnungen erläutert.
Figur -1 zeigt ein System mit zwei übereinander angeordneten
Rotorhälften in der Seitenansicht.
Figur 2 zeigt die gleiche Anordnung in Draufsicht.
Figur 3 und Figur 4 zeigen ein weiteres System mit in
der gleichen Ebene rotierenden Magnetpolen.
Figur 5 zeigt eine Draufsicht auf das System nach Figur
und Figur 4.
Figur 6 stellt das System nach Figur 3 bis 5 in perspektivischer
Ansicht dar.
Figur 7 zeigt eine weitere Variante in der Anordnung der
Magnetpole und der Spulen.
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Schwenningen ,a.if.
P 16 13 176.3
20.5.1969
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Figur 8 stellt eLn System mit nur einer Stromspule dar,
während ,
Figur 9 dieses System in der Draufsicht zeigt,
!fach Figur 1 besteht der Motor aus zwei Rotorhälften 4
und 9« Die Welle 10 der Rotorhälfte 9 ist gelagert im
gestellfesten lager 13 und im lager 15 der Welle 11 der
Rotorhälfte 4, die ihrerseits noch gelagert ist!im ge-*
stellfesten lager 14. Beide Rotorhälften sind elastisch
miteinander verbunden über die Spiralfeder 6, die mit
ihrem inneren Ende bei 8 mit der Welle 10 und an ihrem äußeren Ende bei 7 mit der Rotorhälfte 4 verbunden ist.
Die Rotorhälfte 4 trägt Permanentmagnete 5»' die sich
über Luftspulen 1 und 2 drehen. Hierbei ist die Spule 1
die Steuerspule und die Spule 2 eine Stromspule. Beide Spulen 1 und 2 sind über eine elektronische Schaltung
miteinander verbunden. Bei der Drehung des Rotors werden durch die Magnete 5 in der Spule 1 Spannungen induziert, die einen Stromfluß in den Spulen 2 und 3 bewirken.
Die Stromspulen 3 arbeiten hierbei mit den Permanentmagneten 24 der Rotorhälfte 9 zusammen. Da beim
Stromfluß durch die Spulen. 2 und 3 die Permanentmagnete
24. um den Winkelweg oC von den Spulen 3 entfernt sind,
wird auf die Rotorhälfte 9 ein Störmoment ausgeübt, die das aus den Massen 4 und 9, und der Rückstellkraft 6 bestehende
System in Drehschwingungen versetzt. Während
also beim Stromfluß die Spulen 3 ein Störmoment bewirken, erzeugt der gleichzeitig auftretende Strom durch .
die Spulen 2 ein Antriebsraoment auf die Rotorhälfte 4'.
Die gleiche Wirkung wird auch erzeugt bei der' Anordnung
nach Figur 7, bei der die Erregerspule 1 von den Permanentmagneten 5 und die S^tf umspulen 3 von-den Permanentmagneten
24 gleichzeitig Überschwüngen Werdens so
daß der Stromimpuls durch die Spulen 3 nunmehr die Rotor
6 -
Schwenningen a.Ή.
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20.5*1969
halfte 9 antreibt, während die Strom spule 2', die
gleichzeitig vom Strom durchflossen wird, um die Winkelstellung
öC von den Permanentmagneten 5 angeordnet ist. In diesem Fall wirkt also das Störmoment auf die Rotorhälfte
4, die gleichzeitig die Induktionsspannung erzeugt, während an der Rotorhälfte 9 das Antriebsmoment
wirkt.
In den Figuren 3 his 6 ist eine besonders raumsparende
Anordnung gezeigt. Hierbei sind die beiden Rotorhälften 4' und 91 ineinander geschachtelt, d.h. die Spulen 1, 2
und 3, sowie die Permanentmagnete 5 und 24 sind auf der gleichen Ebene angeordnet. Beide Rotorhälften 4* und 9'
sind über eine Wendelfeder 61 miteinander elastisch verbunden.
Die jeweiligen Ansteckpunkte der Wendelfeder 6' befinden sich bei 8· und 7*. Die Welle 10, auf der sich
das Abtriebsritzel 11 befindet, ist starr mit der Rotorhälfte 9· verbunden. Wie die Figur 3 zeigt, ist die
Welle 10 einmal im gestellfesten lager 13 und zum zweiten im lager 16 der Rotorhälfte 4' gelagert. Die lage
des Lagers 16 ist seinerseits bestimmt durch den gestellfesten Zapfen 12. Dieses lager 16 befindet sich vorzugsweise
im Massenmittelpunkt der Rotorhälfte 4'. Eine andere
lageranordnung ist in Figur 4 gezeigt, wobei die mit
der Rotorhälfte 9r verbundene Welle 10 einmal im gestellfesten
lager 13 und im gestellfesten Lager 14 gelagert ist. Die Rotorhälfte 41 ist ihrerseits über das Lager 17
auf der Welle 10 gelagert.
Bei der Anordnung nach Figur 3 bis Figur 6 übernimmt ein-
> mal die Rotorhälfte 41 die Steuerung und den Antrieb,
während auf die Rotorhälfte 9' das Störraoment wirkt,
während bei einer Drehung um 90 Grad Steuerung und Antrieb durch die Rotorhälfte 9'bewirkt werden, währen«!, das
Störmoment auf die Rotorhälfts 41 wirkt. Es- ist natürlich
auch möglich* daß die Spulenanordnung entsprechend der
Figur 7 getroffen ist. Die Anordnung nach Figur 3 bis 6
EIMZIiE tIHRMFABRlKEN GHBH - .'.*>.vSt[^. ,
Schwenningen a«,H9 ' '
P t6 13 176,3 20.5.1969 IfI 317Q
hat neben der geringen Bauhöhe den großen Vorteil, daß
ein relativ großes Antriebsmoment abgegeben wird.
Eine weitere bevorzugte Anordnung ist in Figur 8 und 9
dargestellt. Bei dieser Anordnung wird nur eine einzige Stromspule 21 verwendet, die mit beiden Rotorhälften 4'r
und 911 zusammenarbeitet. Die Steuerspule 1 arbeitet dagegen
nur mit den Permanentmagneten einer Rotorhälfte zusammen. Die Magnetpole 22 bzw. '2,3 der Rotorhälften 4lf
bzw. 9fl sind um den Winkelbetrag öC gegeneinander versetzt.
Die beiden Spulen 1 und 21 stehen einander gegenüber, was der Anordnung nach Figur 2 und 5 entspricht. Die Spule
21 kann.jedoch auch um äen Winkelbetrag dC aus dieser lage
gedreht sein, und nimmt dann "die lage 21* 'ein, wobei dann
die Wirkungsweise derjenigen nach Figur 7 entspricht. Besonders vorteilhaft ist die getroffene lageranordnung,
wobei die Welle 25» die im leger 13 und 14 gelagert ist,
mit der Wendelfeder 6* In ihrer Mitte, also an ihrem
Schwingungsknoten verbunden ist. Die Verbindung zwischen
Welle 25 und Wendelfeder 6« erfolgt Über die Scheibe Die Abstimmung des Drehschwingsystems auf seine Sollfrequenz
erfolgt hierbei über denRtiekerzeiger 20, der auf der
Buchse 19 drehbar gelagert ist und duroh den die aktive
Länge der Spiralfeder 6* verändeit werden kann. Die Anordnung nach Figur 8 hat den großen Vorteil, daß die Abstimmung
auf die Sollfrequens5 während des Stillstandes des Drehschwingsys'tems
erfolgen kann. Die Welle 25 wird hierbei über das Ritzel 11 festgehalten und die Rotorhälfte 4'f
in Schwingungen versetzt, die sich dann selbst unterhalten. Bei diesen Schwingungen im Stand kann dann der Rückerzeiger
20 verstellt werden, bis die gewünschte SollfrequeE erhalten
ist. ' -; ". --..-■ '-. :■ v . ;.; y ;
Als wesentlich ist nochi zu erwähnen, daß die Befestigung
der Feder 6 bzw. 6* an den Befestigungsstellen 7 bzw* 7f
und 8 bzw. 8* spannungsfrei erfolgt, was beispielsweise
durch Kleben vorgenopaien werden kann* Die Feder 6 bzw.
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Schwenningen a.N.
behält somit auch nach der Befestigung ihre natürliche Kurve bei, was sehr wesentlich für die Zeithaltung ist.
Die Versuche mit den dargestellten Systemen haben gezeigt,
daß diese ausschließlich nur in ihrer Sollfrequenz und Solldrehzahl
arbeiten. Ein Betrieb in harmonischen Drehzahlen ' ist ausgeschlossen, was bedingt sein- dürfte durch die relativ
geringe Eigenfrequenz des Systems und die großen Pol- bzw. Spulenabstände.
Einen einwandfreien Selbstanlauf in nur einer Drehrichtung·
erhält man, wenn man bei der elektronischen Schaltung ein RG-Glied vorsieht, wobei dann die elektronische Schaltung
beim Stillstand des Rotorsystems in einer Eigenfrequenz schwingt, die etwas unterhalb der Eigenfrequenz der mechanischen
Schwingungen liegt.
009843/0563
Claims (1)
- Schwenningen a,N, * 'Patentansprüche1. Drehzahlstabiler Motor als Frequenznormal eines zeithaltenden elektrischen Geräts, welcher zwei gegeneinander verdrehbare Rotorhälften mit Magnetpolen aufweist, die über ein elastisches Glied miteinander verbunden sind, wobei der Antrieb über Stromimpulse erfolgt und mindestens eine Rotorhälfte mit Steuerspulen einer elektronischen Schaltung zusammenarbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß die Spulen (i, 2, 2«, 3, 21, 21») Luftspulen sind und auf beide Rotorhälften (4, 4!, 4", 9, 9', 9") gleichzeitig periodische, durch die Induktionsspannung in den Steuerspulen (1) gesteuerte und über eine elektronische Schaltung verstärkte Stromimpulse, der Stromspulen (2, 2 ■ ·, 3, 21,21') wirken, wöbei be im Auftreten der Impulse, wenn in den Steuerspulen eine Spannung induziert wird, die Magnetpole einer Rotorhälfte über den mit ihnen zusammenwirkenden Stromspulen, die Magnetpole der anderen Rotorhälfte dagegen unter dem Winkel e£ zu den mit ihnen zusammenarbeitenden Stromspulen stehen. '-'■--..■-■:"?. Motor nach Anspruch 1S dadurch gekennzeichnet, daß beim Auftreten der Impulse die Magnetpole der feinen Rotorhälfte gleichzeitig über den Steuer- und Stromspulen (1, 2, 21) und die Magnetpole der anderen Rotorhälfte relativ zu den Stromspulen (3, 21) unter dem Winkel cC stehen.Schwenningen a,N. . , . ; ■" , ··· · ■3. Motor nach Anspruch 1", dadurch gekennzeichnet, da beim Auftreten der Impulse die Magnetpole der einen Rotorhälfte über den Steuerapulen (1) und relativ unter dem Winkel oQ zu den Stromspulen (21, 21·*·) und die Magnetpole der anderen Rotorhälfte gleichzeitig über den Stromspulen (3, 21') stehen.4. Motor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Pole (5, 24) gleichmäßig am Umfang verteilt und die Spulen (3) unter dem Winkel dC versetzt zu den Polen (24) der Rotorhälfte (9, 9') angeordnet sind, wenn bei entspanntem elastischem Glied (6, 6') die Pole der Rotorhälfte (4, 4') über den Spulen (1, 2) stehen.5. Motor nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Pole (5, 24) gleichmäßig am Umfang verteilt sind und die Spule (2f) um den Winkelt versetzt zu den Polen (5) der Rotorhälfte (4, 41) angeordnet ist, wenn bei entspanntem elastischem Glied (6, 61) die Pole (5) über den Steuerspulen (1) und die Pole (24) der anderen Rotorhälfte (9, 91) gleichzeitig über den Spulen (3) stehen.6. Motor nach Anspruch 1 bis 3» dadurch gekennzeiiinet, daß die gleichmäßig am Umfang verteilten Pole (23) des Rotors (9MI) gegenüber den gleichmäßig am Umfang verteilten Polen (22) des Rotors (4fl) um den Winkelcf versetzt sind.7T Motor nach Anspruch 1,2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erregerspule (1) und die für beide Rotoren (411, 9ft) gemeinsame Stromspule (21) einander gegenüber angeordnet sind.Sehwenningen a.N. ' ..JA8. Motor nach Anspruch 1, 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die für beide Rotoren (41S 9'*) gemeinsame Stromspule (21') gegenüber der Erregerspule. (1) um den Winkel cC versetzt ist.9. Motor nach Ansprüöh 1? 2 und A9 dadurch gekennzeichnet, daß beide Rotorhäliteii (4, 9) Übereinander angeordnet und über eine Spiralfeder (6) miteinander elastisch verbunden sind, wobei dae eine linde der Rotorwelle (10) der Rotorhälfte (9*) in der Welle < 11) der Rotorhälfte (4) gelagert ist und die Spulen (1, 2) mit dem Rotor (4) und die Spulen (3) mit dem Rotor (9) zusammenarbeiten.10. Motor nach Anspruch 1, 2 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Pole (5, 24) 4er Rotorhälften (4·, 91) in einer Ebene angeordnet und mit den in gleicher Höhe angeordneten Spulen (1, 2, 3) eusammenwirkeii.11. Motor nach Anspruch 6, 7 und 10, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Rotorhälften (4* 41, 4", 9, 9% 9'f) Über eine Wendelfeder (6f) miteinander elastisch verbunden sind.12. Motor nach Anspruch6> 7, 9 bis 11, dadurch gekenneeichnet, daß die Welle (10) der Rotorhälfte (9? 9', ^"f) in einem geötellfeeten leger(13) und einem lager (16) der anderen Rotorhälfte (4, 4*, 4*1) gelagert ist, dessen lage seinerseits durch einen gestellfesten Zapfen (12) bestimmt ist,13. Motor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das leger (16) im Massenmittelpunkt der Rotorhälfte (4, 4', 4',1X angeordnet 1st.0 09843/0563Sehwenningen a*N*- , . IdIo I / q14. Motor nach Anspruch 6, 7, 9 "bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (10) der Rotorhälfte (9, 9', 91V) in gestellfesten Lagern (13, 14) gelagert und die Rotorhälfte (4-, 4f, 4") auf dieser Welle (10) gelagert ist.15. Motor nach Anspruch 6, 7, 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Wendelfeder (6·) in ihrer Mitte über eine Scheibe (18) mit der Welle (25) verbunden ist, auf der die Rotorhälften (4, 41, 4", 9, 9% 9lf) gelagert sind.16. Motor nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß auf eine Buchse (19) der Scheibe (18) ein die aktive Länge der Feder (61) veränderbarer Regulierzeiger (20) angeordnet ist.ORIGINAL INSPECTED009843/Q563Lee rs er te
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
SH | Request for examination between 03.10.1968 and 22.04.1971 |