DE1638903A1 - Elektromotor,insbesondere zum Antrieb zeithaltender Geraete - Google Patents

Description

Herr Siegfried Urban, 73 Eßlingen (Neckar), Unterer laetzgerbach Nr. 9

"Elektromotor, insbesondere sum Antrieb seithaltander GerSte"

Die Erfindung betrifft einen Elektromotor» inabesondere sum Antrieb zeithaltender Geräte, dessen Läufer mit einem mechanischen Schwingungssystem zur Drehzahlregelung verbunden ist« das mit einem kippfähigen, im Tikte der mechanischen Schwingungen des Schwingungssysteme steuerbaren elektrischen Antriebssystem zusammenwirkt, die Triebiapulse für den Läufer erzeugt.

Eine Antriebtivorrlcihtnitur dieser Art für elektrische Uhr*n ist beispielsweise aus der OAS 1 206 366 bekannt, fiel dieser Vorrichtung ist der Läufer eines dauernd umlaufenden Elektromotors über einen Häderzug und eine Pufferfeder mit einem Hemmwerk verbunden, dessen Rotor bei der Drehbewegung in einer Steuerspule Spannungsstöße erzeugt, dit nach entsprechender Verstärkung einer Arbeitespule zugeführt werden, welche die den Rotor antreibenden Triebimpulse liefert. Bin grundsätzlicher Nachteil dieser Vorrichtung besteht darin, daß sie ein eigenes oszillierendes Hemmwerk benötigt, das als Gangordner wirkt und die Drehzahlregelung des Antriebsmptors Übernimmt, so daß dieser für den Antrieb eines zeit-

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haltenden Gerätes eisgesetzt werden kann. Der Herstellungeaufwand für einen solchen Gangordner ist verhältnismäßig groß; auch verfügt er über die einer oszillierenden Unruh grundsätzlich anhaftenden Nachteile hinsichtlich des Einflusses von Lagerreibung und ölvevharsuog auf die Ganggenauigkeit, üb nur einige zu benennen. Darüber hinaus wird de« ossiliierenden Teil des Hemmwerkes bei der Steuerung des elektrischen Antriebssysteme normalerweise kinetische Energie entzogen, die die Schwingung des oszillierenden Teiles verlangsamt» was für die Ganggenauigkeit unerwünscht ist und su komplizierten Einrichtungen, beispielsweise in Gestalt einer Abtastung des oszillierenden Teiles mittels einer Strahlungsquelle, wie es etwa in der DAS 1 210 beschrieben ist» geführt hat.

Abgesehen von kontaktlos gesteuerten mechanischen Schwingern, die als Gangordner eines zeithaltenden Gerätes dienen - etwa nach der DAS 1 166 101 bzw. der DAS 1 105 80* - und bei denen die Problematik der Zeigerfortschaltung besteht» die von einer eigenen Kraftquelle aus, beispielsweise einem Kebenuhrmotor, bewirkt werden muß, ist es auch bekannt, einen Blektromotor mit einem mechanischen Schwingungssystem zur Drehzahlregelung zu versehen. Sin solcher aus der BAS 1 149 44? bekannter Elektromotor verfügt über einen dauernd umlaufenden Lauf er mit mehreren Polpaaren, der mit einem mechanisch gekoppelten Zusatzläuf er

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OBlGINAL

bunden ist. Die Anordnung ist derart getroffen, daß die beiden Läuferteile mit der Verbiiidungsachse als Drehschwingungssystem ausgebildet sind, dessen Resonanzfrequenz im wesentlichen die Drehgeschwindigkeit des Läufers bestimmt. Der Zusatzläufer induziert hierbei in einer Steuerwicklung Spannungen, die über einen. Verstärker eine mit der Steuerwicklung mechanisch gekoppelte Erregerwicklung speisen.

Bei diesem Motor stellen die permanent-magnetisch ausgebildeten Läufer, die sich an den beiden Enden der Toreionswelle befinden, das Trägheitsmoment dar, ™

während die Torsionswelle selbst die Federkraft des Drehschwingungsayetema liefert. Nachteilig bei diesem Elektromotor ist, daß er einen verhältnismäßig komplizierten Aufbau aufweist, der insbesondere eine Einregulierung der Resonanzfrequenz des Drehschwingungssyatems praktisch nur sehr schwer zuläBt. Auch ist die Unterbringung bei engen Platzverhältnissen nicht einfach, wie sie beispielsweise bei einer Armbanduhr gegeben sind. (

Xach einem früheren Vorschlag wurde bereits ein dauernd umlaufender Motor der eingange genannten Art geschaffen, der bei hervorragender Ganggenauigkeit über einen einwandfreien Aufbau und leichte Reguliermöglichkeiten verfügt, wobei gleichzeitig eine weitgehende TJnempfind-

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lichkeit gegenüber äußeren Einflüssen wie Fremdfeldern und Lagerabweichungen gegeben ist. Dieser Motor ist mit einem Läufer versehen, an dessen Umfang Schwingarme befestigt sind, die aus Flachbandfederstahl bestehen. Diese Schwingarme tragen an ihren freien, schwingungsfähigen Enden Permanentmagnete, die mit fest angeordneten Steuer- und Antriebsspulen zusammenwirken. Hit dieser Anordnung kann eine konstante Drehzahl erhalten werden, die durch die Eigenfrequenz der Schwingarme bestimmt ist. Der Motor arbeitet in der Weise, daß die Permanentmagnete beim Überstreichen der Steuerspulen in diesen Spannungen induzieren, die zur Steuerung eines Transistors benutzt werden, der seinerseits als Schalter für den Strom der Ani^iabsspulen wirkt.

Die Erfindung bezweckt, den Motor nach diesem früheren Vorschlag weiter zu verbessern, insbesondere zu erreichen, daß Unwuchterscheinungen, wie sie bei der Anordnung nach dem früheren Vorschlag noch auftreten können, ausgeschlossen werden. Erfindungsgemäß besteht das mechanische Schwingungssystem aus axial gefederten Singmagneten, die mit ringförmig um die Läuferachse angeordneten Steuer- und Antriebsspulen zusammenwirken, Zweckaäßigerweise ist das mechanische Schwingungssystem aus zwei gleichartigen, ringschalenförmigen, mit den öffnungen gegeneinander gerichteten Teilen gebildet, die je zwei konzentrisch angeordnete Ringmagnete tragen

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und von einem auf der Läuferachse befindlichen längs der Achse federnden elastischen Element auf Abstand gehalten sind. Als elastisches Element dient eine aus einem Teil bestehende oder aus mehreren Teilen zusammengesetzte, in der Mitte auf der Achse befestigte und an beiden Enden verstellbar auf der Achse angebrachte Schraubenfeder. Die Hingschalen sind zwischen den Befestigungsstellen mit der Feder verbunden. Die Ringschalen können auch mit Hilfe von Membranen oder mehreren, speichenähnlichen Blattfedern an der Achse befestigt sein. Die Membranen oder Blattfedern sind zweckmäßigen/reise für jede Ringschale in zwei Ebenen angeordnet. Zur Verstellung der Federspannung der Membranen können Zusatzfedern auf die Membranen oder Blattfedern einwirken oder es können Mittel vorgesehen sein, die die Federspannung durch Spreizen der Einspannstellen verändern. Die Schwingfrequenz der Ringschalen kann auch durch wahlweise anbringbare Zusatzmassen verändert werden. Die äußeren Ringmagnete schließen jeweils mit den inneren einen ebenfalls ringförmigen Luftspalt ein, und die den Luftspalten zugekehrten Magnetflächen bilden abwechselnd polarisierte Pole. In Höhe des Luftspaltes zwischen den äußeren und inneren Ringmagneten sind symetrisch zur Symetrieebene der Anordnung in einest dem Polabstand entsprechenden Abstand, zum Teil in die Luftspalte zwischen den Ringmagneten eintauchende Antriebs- und Steuerspulen angeordnet. Um bei kleinerem

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Luftspalt eine ausreichende Steuerspannung su erzielen, ist es vorteilhaft mehrere Steuerspulen vorzusehen. Die Steuerspulen wechseln dann zweckmaSigerweise mit den Antriebespulen ab. Im Prinzip ist allerdings eine Steuerspule ausreichend. Für den Antrieb und die Steuerung kann auch nur eine Ringspule vorgesehen sein, die in Höhe der Luftepalte wellenfr.naig so verlegt ist, daß die Wellenlänge de« halben mittleren Polabstand der Ringmagnete entspricht.

Anhand der Zeichnung ist die Erfindung näher erläutert. Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch den Motor, während Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Bingschale wiedergibt. Xn Fig. 3 ist ein anderes Ausführungsbeispiel dargestellt.

Der in Fig. 1 und 2dargestellte Elektromotor besteht aus zwei Ringschalen 1 und 2 (Fig. 1), die je zwei Ringnagnete 1a und 1b bzw. 2a und 2b enthalten und für diese Magnete den Rückschluß bilden. Die Ringmagnete 1a und 2a befinden sich an der Innenseite der äußeren Seitenwand 1e bzw. 2e der Ringschalen Λ und 2, während die Ringmagnete 1b und 2b auf ihren inneren Seltenwänden 1d und 2d sitzen. Die Ringmagnete 1a und 1b schließen einen Luftspalt 1e ein, während die Ringmagnete 2a und 2b einen gleichartigen Luftspalt 2e bilden. Die Ringschalen 1 und 2 sind mit öffnungen 3 und 4 verschiebbar auf einer

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nur angedeuteten Achse 5 gelagert* Die Singschalen stehen außerdem mit einer Feder 6 in Verbindung, die einerseits in der Mitte an der Stelle 7 «it der Achse verbunden ist und außerdem an den Enden auf der Achse verstellbar angeordnete Stützpunkte 8 und 9 hat. Die Bingechalen 1 und 2 sind etwa in der lutte zwischen den Stützpunkten 7 und 8 bzw. 7 und 9 »it der Feier 6 verbunden. Die Ringschalen 1 und 2 sind also durch die gefederte Lagerung in der Lage, auf der Achse β in Achsrichtung zu schwingen. Durch Verstellen der Stützpunkte 8,9 kann die Federspannung verändert und dadurch die Schwingungsfrequenz beeinflußt werden. Auf der Sjutetrieebene zwischen den beiden Ringschalen Bind in Höhe der Luftspalte 1e und 2e flache Ringspulen 10 bis 1? angeordnet, die teilweise in die Luftspalte 1e und 2e eintauchen. Die Anordnung der Hingspulen und die Folarieierung der Rlngaagnete ist aue Fig. 2 zu erkennen. Die Mittelpunkte der Spulen haben einen Abstand voneinander, der dem mittleren Polabstand der Ringmagnete entspricht, und sie haben abwechselnden Wicklunge- ' 8inn. Sine dieser als Antrlebsspulen dienenden Ring-' / spulen ist mit einer Steuerspule 16 kombiniert. Die Antriebsspulen liegen in nicht dargestellter Welse im Kollektorkreis eines Transistors, dessen Basisspannung von der.Steuerspule 16 beeinflußt wird.

Wird die Achse 5 in Umdrehung versetzt, so werden die Hingschalen 1 und 2 über die fest auf der Achse ange-

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brachte Feder 6 mitgenommen. Die Magnetpole überstreichen die Steuerspule 16 und induzieren in dieser Spule eine Wechselspannung. Die Spule 16 ist so angebracht, daß bei Verwendung eines Schalttransistors für die Steuerschaltung die eine Halbwelle den Transistor gerade dann leitend macht, wenn die Pole mit richtiger Magnetisierung im Bereich der Antriebs« spulen 10 bis 15 sind. Da die Mittelpunkte der Antriebsspulen außerhalb der Magnete liegen, werden die Magnete und damit auch die Ringschalen, auf die Symetrieebene zubewegt und erhalten außerdem ein Drehmoment. In der anderen Halbwelle sind die Antriebsspulen stromlos, da die in der Steuerspule erzeugte Spannung den Transistor sperrt. Die Feder 6 kann jetzt zurückschwingen, bis beim nächsten Impuls die Antriebsspulen wieder erregt werden. Der durch die Bingechalen gebildete Läufer wird also in Schwingung versetzt, wobei seine Drehbewegung auf«· rechterhalten wird. Die Schwingungszeit ist dabei bestimmt durch die Federkonetante und die Masse der Bingechalen mit Magneten. Die Steuerung der Antriebsspulen kann auch mit Hilfe von zwei im Gegentakt arbeitenden Transistoren erfolgen, wobei von der in der Steuerspule induzierten Spannung die eine Halbwelle den einen Transistor und die andere den anderen durchlässig schaltet. Der Erregerstrom für die Antriebsspulen müßte in diesem Falle im Takt der Steuerspannungen, umgepolt werden. Bei dieser Schaltung wird eine nur halb so große Rotationsgeschwindigkeit der Ringschalen erhalten.

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Der Motor nach Fig. 3 ist ähnlich aufgebaut wie der nach Fig. 1 und 2. Sich entsprechende Teile sind daher mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die die Hingmagnete 1a und 1bbzw. 2a und 2b enthaltenden Ringschalen bzw. 2 werden mit Hilfe von Membranen 1f und 1g bzw. 2f und 2g auf der Achse 5 gehalten. Bs sind für jede Hingschale zwei Membranen vorgesehen, damit Kippbewegungen der Hingschalen vermieden werden. Die Membranen sind mit Hilfe von Befestigungsmitteln 1h, 1i bzw, 2h, 21 an der Achse 5 gebracht. Die Befestigungsmittel sind I zweckmäßigerweise so ausgebildet, daß sich mit ihrer Hilfe die Federspannung der Membranen verändern läßt. Sie können so ausgebildet werden, daß sie sich gegeneinander auf der Achse 5 verschieben und an ,leder Stelle feststellen lassen. Sie können aber auch Mittel enthalten, die ein Spreizen in radialer Richtung zulassen« Bei fest auf der Achse 5 angebrachten Befestigungselement en 1h und 11 bzw. 2h und 21 sind zur Veränderung der Spannung der Membranen kegelstumpfförmige Zusatz- j federn 1? und 18 vorgesehen, die eich einerseits an den Membranen 1f bzw. 2f und andererseits an auf der Achse verstellbaren Anschlägen 19 und 20 abstützen.

Der Motor nach Fig. 3 ist Insofern vorteilhafter als der nach Fig. 1 und 2, weil durch die Schwingbewegung der Ringschalen kei&o störende Lagerreibung auftritt. Die Lageretellen der Ringechalen sitzen fest auf der AcLse 5_t ·ο daß keine Reibungsverluste auftreten können.

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Die Schwiagungefrequens der Membranen kann auch noch durch Zusatssassen verändert werden, die in nicht dargestellter Weise an den Blngschalen 1 und 2 anzubringen wtren.

Anstelle der ringförmigen Antriebsspulen 10 bis 15 kann auch ein» einsige wellenförmig ausgebildete Ring— spule, die sieh In Höhe der Luftspalte le und 2e kreisförmig ect, verwendet werden· Die Wellenlänge dieser f&ngspule entspricht dem mittleren halben FoI-abstand ds ν fiingmagnete.

Die erflndungsgesIBe Anordnung ist besonders vorteilhaffc, weil hierbei kein· Fliehkraft· auftreten, die in dl· SeHwingfrequens eingehen kennen· Bs wird somit eine gtt· Fr«4uenskonstans erslelt. Wenn die Anordnung so getroffen Ist, daß die Rlngsehsl·»· mir durch die Federn gehalten werden, können besondere lager, durch die störende Lagerreibuag hervorgerufen wird, entfallen. Dl· Sollfrequtbs liat sieh einfach durch Verändern der Federvorspannung einregulieren. Duron Verwendung von RlagmsgBStAn ttsd extrem flachen Antriebs- und Steuerspulen 1st es möglich, den Luftspalt zwischen den Hingmagneten klein zu halten, wodurch eine hohe Felddichte 4M Dsnefmagnetfeldes ersielt wird. Die Magnete können daher verhlltalsmlllg klein gemalten werden. Infolge Ass geringen Luftspsltes wird auch sin guter Wirkungsgrad ersielt, da dl· Spulenoberflachen in hohem Maße von den Feldlinien der Slngsagnete überdeckt werden.

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Die Störanfälligkeit gegenüber Fremdmagnetfeldern -~~ ist bei dieser Anordnung deshalb auch gering. Die Drehzahl des Läufers läßt sich bei der erfindungsgemäßen Anordnung in einfacher Weise durch eine Vergrößerung der Polzahl der Ring&agnete unter Beibe- —

haltung einer hohen Schwingfrequenz herabsetzen. Eine niedrige Drehzahl ist für bestimmte Anwendungsfälle von Vorteil. Untersetzungsgetriebe lassen sich auf diese Weise einsparen. Vorteile sind auch bei der Spulenherstellung zu erzielen, wenn die Spulen in Druck- bzw. Ätztechnik hergestellt werden.

11 Seiten Beschreibung

9 Patentansprüche
1 Blatt Zeichnung mit 2 Fig.

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Claims (7)

1. Herr Siegfried Urban, 73 Eßlingen (Neckar),

   Unterer Metzgerbach Kr. 9

   Patentansprüche ι

   1« Elektromotor, insbesondere sum Antrieb zeithaltender Geräte, dessen Läufer Bit einem mechanischen Schwingungssystem zur Drehzahlregelung verbunden ist, das mit einem kippfähigen im Takt der mechanischen Schwingungen des Schwingungssyetems steuerbaren elektrischen Antriebssystem zusammenwirkt, welches Triebimpulse für den Läufer erzeugt, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanische Schwingungssystem aus axial gefederten Ringmagneten (1a, 1b, 2a, 2b) besteht, die mit ringförmig um die Läuferachse (5) angeordneten Steuer- und Antriebespulen (10 - 16) zusammenwirken.
2. 2. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das mechanische Schwingungesystem aus zwei gleichartigen ringschalenförmigen, mit den Öffnungen gegeneinander gerichteten Teilen (1,2) besteht, die je zwei konzentrisch angeordnete Ringmagnete (1a, 1b, bzw. 2a, 2b) tragen und von einem auf der Läuferachse (5) befindliche^ längs der Achse federnden elastischen Element (6) auf Abstand gehalten sind.

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3. 3. Elektromotor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ala elastisches Element eine aus eine« Teil bestehende oder aus mehreren Teilen zusammengesetzte, in der Mitte auf der Achse befestigte und an beiden Enden verstellbar auf der Achse angebrachte Schraubenfeder (6) dient und die Ringschalen (1, 2) zwischen den Befestigungestellen (7, 8, 9) mit der Feder (6) verbunden sind.
4. 4· Elektromotor nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bingschalen 1 und 2 mit Hilfe von Membranen 1f, 1g bzw. 2f, 2g oder mehreren, speichenahnlichen Blattfedern an der Achse (5) befestigt sind.
5. 5. Elektromotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ringachale mit in zwei !benen angeordneten Membranen oder Blattfedern ©a der

   Achse gehalten ist. i
6. 6. Elektromotor nach Anspruch 4 und 5« dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen oder Blattfedern in ihrer Federspannung durch Zusatzfedem, die verstellbar auf der Achse angebracht sind tmd auf dl« Membranen, bzw. Battfedern einwirken oder durch die Spannung der Membranen bzw. der Blattfedern selbst beeinflussende Mittel (Mittel sur Spreizung der BefestiguBgsstellen) verstellbar sissd.

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7. 7. Elektromotor nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die äußeren Ringmagnete (1a, 2a) jeweils mit den inneren (1b, 2b) einen ebenfalls ringförmigen Luftspalt (1e bsw. 2e) einschließen und die den Luftspalten zugekehrten Uagnetflachen abwechselnd polarisierte Pole bilden.

   8« Elektromotor nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich der zwischen den äußeren und inneren.Ringmagneten (1a, 1b), 2a, 2b) verlaufenden Luftspalte (1e, 2e) syaetrisch zur Sgrmetrieebene der Anordnung, in einem den Polabstand entsprechenden Abstand, zum Teil in die Luft spalte zwischen, den Ringmagneten eintauchende Antriebe- und Steuer spulen angeordnet sind·

   9· Elektromotor nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß für den Antrieb nur eine Ringspule vorgesehen 1st, die in Höhe der Luftepalte der Ringmagnete wellenförmig so verlegt; ist, daß die Wellenlänge dem mittleren halben Polabstand der Ringmagnete entspricht·

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