DE2327242A1 - Kleine gleichstrommotoren - Google Patents

Description

PATENTANWALT ' -

DIPL-INÖ,

HELMUT ^DRTZ

6 Frankfurt am Main 70 SdwwKkenhohin27-TeL617079

28. Mai 1973 Gz/Ra./mti

Societe Suisse Pour L¹Industrie Horlogere Management Services S.A.

Kleine Gleichstrommotoren

Die vorliegende Erfindung betrifft die kleinen elektrischen Motoren, die von Primär- oder Sekundär-Batterien geringer Leistung gespeist werden können. Diese Motoren, mit Geschwindigkeitsreglern und Synchronisationseinrichtungen vereinigt, sollen den Forderungen des entsprechenden Gebietes der Technik genügen.

Hauptziel der Erfindung ist es, Motore geringen Volumens und verhältnismäßig niedrigen Preises zu schaffen, die verschiedenste Anwendungen auf dem Gebiete der Uhrenindustrie aufgrund des Umständes ermöglichen, daß es die gemeinsamen Teile gestatten, verschiedene Antriebsvorrichtungen mit konstanter Geschwindigkeit wirtschaftlich herzustellen, deren elektrischer Verbrauch äußerst gering ist, wobei diese Vorrichtungen mit Frequenzeinheiten vereinigt werden, die periodische Bezugssignale liefern.

Insbesondere betrifft die Erfindung einen magneto-elektrischen Mikromotortyp, der sich mit einer niedrigen Steuergeschwindigkeit dreht, die von einem Sender mit synchronisierendem Signal auferlegt wird, und der im wesentlichen einen ntultipolaren, sehr leichten Rotor sowie eine Statorwicklung aufweist, die von Stromimpulsen geringer Stärke durchflossen wird, wobei die Wirkungen dieser Ströme einerseits von der Geschwindigkeit des

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Rotors, andererseits von der Frequenz und der Phase des besagten synchronisierenden Signals abhängen.

Die Erfindung betrifft außerdem die Verwirklichung eines Motors des oben umrissenen Typs, der sich entweder mit einer konstanten Dauergeschwindigkeit oder diskontinuierlich drehen kann, wobei er nach Art eines schrittweise arbeitenden Motors wirkt.

Seit langem hat man vorgeschlagen, die Zeiger von Stundenwerken mittels synchronen Empfängern anzutreiben, die Schritt für Schritt wirksam werden, oder mittels Motoren, die eines selbständigen Laufes fähig sind, aber·Synchronisiereinrichtungen aufweisen, worunter sich solche verstehen lassen, bei welchen ein Vergleich und eine Sperrung von Phasen gegeben sind. Beispielsweise hat man die Geschwindigkeit eines klassischen Gleichstrommotors mit Hilfe einer Berichtigungseinrichtung stabilisiert, welche die Motorleistung gemäß der Differenz der Schließphasen von zwei in Serie wirksamen Unterbrechern, der eine mittels des Drehahkers des Motors, der andere mittels einer als Hilfssteuerung dienenden isochronen Elektrostimmgabel modifiziert. Jedenfalls haben zahlreiche Versuche gezeigt, daß die auf diesem Prinzip beruhenden bekannten Einrichtungen nicht befriedigen, wenn man sie bei kleinen tragbaren Geräten, wie Uhren, anwendet, wobei die Last der betrachteten Motoren von passiven Widerständen oder von sehr instabilen Gegenkopplungen gebildet wird.

Die zu lösenden Probleme sind insbesondere schwierig, wenn man sich vornimmt, die Stunde mechanisch mit Hilfe von Drehorganen sehr geringen Volumens anzeigen zu lassen sowie wenn die von der Energiequelle verlangte elektrische Leistung äußerst reduziert

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ist; dies ist bei elektronischen Armbanduhren der Fall, die.mit einer elektrischen Leistung arbeiten sollen, die im Mittel unter 10 Mikrowatt liegt.

Für diese Anwendung haben die bekannten Synchronisationsverfahren von Drehmotoren gewichtige Nachteile, nämlich:

a) die zu überwindenden Reibungen ändern sich beträchtlich, wenn die Motorachse unterschiedliche Stellungen zur Schwerkraft einnimmt; beispielsweise kann das passive Drehmoment eines einige Gramm wiegenden Rotors sich vom einfachen bis zum drei— fachen verändern, je nachdem ob die Achse vertikal oder horizontal liegt, woraus das Problem der Geschwindigkeitsregelung sehr kompliziert wird,

b) die Belastung des Motors wird erheblich erhöht, wenn der Rotor mit Hilfe von Auslöseeinrichtung, wie z.B. Kalenderwerken (Tag und Datum erscheinen in einem Fensterchen des Zifferblatts), tätig werden soll, ' - -

c) wenn der Motor derart ausgebildet ist, daß er kontinuierlich die augenblickliche maximale Last aus dem Uhrwerk überwinden kann, tritt beim normalen Gang ein Überschuß an Motorleistung auf, der ein Durchgehen des Motors und die dauernde Unterbrechung des Synchronismus hervorrufen'kann,

d) die Phase der Drehbewegung wird verändert, wenn das Uhrwerk eine heftige Ortsveränderung erfährt, oder wenn dieses Werk Schocks oder starke Erschütterungen erfährt; in diesen Fällen gerät der Gang des Motors stark durcheinander und kann sich der Rotor "entkuppeln" (man weiß, daß diese Störung häufig bei den

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— h —

üblichen Synchronmotoren der Art "Tonräder" auftritt, deren elektromagnetische Kopplung sich nach einer geringen Änderung der Phase des Rotors mit Bezug auf die Phase des Stromes umkehrt) ,

e) außerdem muß man die Unruheerscheinungen in Rechnung stellen/ die von den Geschwindigkeitsschwankungen verursacht werden, diese Schwankungen können sich vergrößern und das Außertrittfallen des Motors hervorrufen,

f) schließlich kann die Synchronisation aus verschiedenen Gründen gestört und unterbrochen werden, nämlich Schwankungen der Speisespannung der Motorwicklung, Änderungen der Umgebungstemperatur und der äußeren Magnetfelder, welche den magnetischen Rotor beeinflussen können, ferner Alterung, der Schmiermittel sowie Verschmutzung der Zapfen usw..

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, alle diese Mängel zu verhüten unter Anpassung und praktischer Nutzung verschiedener teilweise bekannter Vorrichtungen, die bisher nicht gleichzeitig verwendet wurden und daher nicht die Gesamtheit der erstrebten Ergebnisse erbrachten.

Der gemäß der vorliegenden Erfindung verwirklichte Motor ist durch die Kombination folgender Mittel gekennzeichnet:

a) Eine elektronische Synchronisiervorrichtung des Rotors, welche in jedem Augenblick die Phase seiner Bewegung und die Phas.e des Synchronisier signals vergleicht, wobei diese Vorrichtung automatisch eine Änderung der motorischen Impulse derart bewirkt, daß ihre Werte stark erhöht werden, wenn die passiven

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Widerstände und die Belastung des Motors größer werden, und sehr vermindert werden, wenn die augenblickliche Geschwindigkeit des Rotors die Steuergeschwindigkeit zu überschreiten sucht;

b) Mittel zur annähernden Regelung der Geschwindigkeit des Rotors sowie zur Verhinderung des Durchgehens des Motors durch ein zeitweises Schwächerwerden des Koppelmotors dank der Wirkung einer Statorwicklung, in welcher der magnetische Rotor eine Wechselspannung induziert, die mit der Geschwindigkeit derart wächst, daß die gegenelektromotorische Kraft die Speisespannung für eine leicht über dem Synchronismus liegende Geschwindigkeit erreicht;

c) Der multipolare Rotor ist durch mindestens einen sehr flachen Dauermagnet, der aus einem hochkoerzitiven Werkstoff besteht und viel Energie liefert (MB_mo ) stark polarisiert derart, die eine Samarium-Kobalt-Legierung sein kann, damit der Rotor leichter wird und die Verluste durch Reibung und Trägheit des Rotors geringer werden.

Die Aufrechterhaltung eines vollkommen stabil gesteuerten Ganges mit geringstem Verbrauch elektrischer Energie verlangt die gleichzeitige Anwendung der verschiedenen oben aufgezählten Mittel. Diese Mittel wirken wechselseitig aufeinander günstig ein, wie es im Laufe der folgenden Beschreibung die Analyse der Arbeitsweise typischer Apparate zeigen wird, die mit den Verbesserungen gemäß der Erfindung ausgestattet sind. Auch wird man feststellen, daß verschiedene Besonderheiten praktischer Ausführung die Kosten industrieller Herstellung zu senken gestatten.

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Aus den beiliegenden Darstellungen ergeben sich, in Form von Beispielen, die keine Beschränkungen bedeuten, verschiedene Ausführungsformen von erfindungsgemäß verbesserten Motoren, deren Einzelheiten des Aufbaues gemäß den besonderen Anwendungsbedingungen gestaltet oder abgewandelt sind.

Es zeigt:

Fig. i eine durch ein elektrisches Funktionsschema vervollständigte Skizze, die einen kleinen Drehmotor geringer Geschwindigkeit veranschaulicht, der von einem periodischen Bezugssignal synchronisiert wird, das von einem Quarzkristall-Oszillator geliefert wird, der mit einem elektronischen Frequenzteiler vereinigt ist,

Fig. 2 Diagramme, welche über die Zeit die Entwicklung der elektrischen Größen erkennen lassen, welche die Dauer der Stromabgaben ändern, welche die Triebkräfte des Motors hervorrufen,

Fig. 3 eine Schnittdarstellung durch die Achse eines miniaturisierten Motors, der mit Hilfe von kurzen äußerst schwachen Strömen arbeitet und insbesondere die Erkennbarmachung der Stunde, des Datums und des Tages in einer kleinen Quarzuhr dient,

Fig. 4 in Draufsicht, die eine der im Mikromotor nach der Fig. 1 verwendeten Rotorplatten, die lediglich vier Magnete äußerst verminderter Masse trägt.

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Fig. 5 und 6 Schnittansichten, die eine abgewandelte Ausführungsform des multipolaren Motors nach der Fig. i zeigen, wobei der Rotor acht prismatische Mikromagnete abwechselnder Polaritäten und der Stator vier Flachspulwicklungen aufweisen, die um den Rotor herum verteilt und von einer Hülle umgeben sind, die einen magnetischen Mantel bildet,

Fig. 7 perspektivisch, die hauptsächlichen Teile des Motors nach den Fig. 5 und 6,

Fig. 8 die Skizze eines Motors, der wie derjenige nach der Fig. 1 arbeiten kann und außerdem wie ein schrittweiser Empfänger großer Massenleistung verwendet werden kann, wobei der Aufbau des Motors einen heteropolaren Rotor geringen Trägheitsmoments aufweist, der mit fünf Paaren von Polstücken versehen ist, sowie einen polarisierten Stator großer magnetischer Permeabilität, der von zwei langen auf Kerne geringen Querschnitts aufgewickelte Spulen erregt wird,

Fig. 9 bzw. 10 im Aufriß und im Längsschnitt den Rotor des Motors nach der Fig. 8,

Fig. 11 bzw. 12 im Axialschnitt und im Querschnitt eine Abwandlung der baulichen Ausbildung des Mikromotors gemäß den Fig. 5 und 6, wobei

Fig. 13 gewisse Stücke in Einzeldarstellung wiedergibt,

Fig. lh bis 16 teilweise schematische Skizzen, welche die Anwendung der Erfindung zur Vervollkommnung eines üblichen

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Stundenwerkes des Typs mit mittels Transistor in Selbstbetrieb gehaltenem Pendelmotor,

Fig. 17, 18 und 19 eine abgewandelte Ausbildung des Motors nach der Fig. 8, mit der Kennzeichnung, daß der Rotor fünfzehn abwechselnde Polpaare aufweist und der Stator mit einer Gleichrichter— und Motorwicklung versehen ist, die einen langen geradlinigen Kern aus einem Werkstoff großer magnetischer Permeabilität umgibt,

Fig. 20 einen elektrischen Filter, der einen Kondensator zur Wirkung bringt, welcher die Aufgabe hat, die Möglichkeit eines Durchgehens des Motors zu vermeiden,

Fig. 21 eine elektromechanische Einrichtung, die einen Resonator aufweist, zum Zwecke, die Geschwindigkeit des Motors zu begrenzen,

Fig. 22 eine Baueinheit, die einem Frequenzteiler zugeordnet ist, der nur äußerst schwache Ströme freigibt,

Fig. 23 im Aufriß und im Seitenschnitt einen Mikromotor, der entsteht, indem ein Rotor der Art nach der Fig. 9 und ein multipolarer Stator vereinigt werden, der von einer einzigen konzentrisch zu diesem Rotor angeordneten Spule erregt wird,

Fig. 24 eine abgewandelte Ausführungsform des Motors nach der Fig. 11, mit der Kennzeichnung, daß der Rotor acht periphere sich abwechselnde Pole aufweist, während der Stator eine dreiphasige Wicklung mit sechs Flachspul— wicklungen trägt,

3 0 9 8 Λ 9 / 1 Ü Λ 0

Fig. 25 ein bei dreiphasigen Motoren des Uhrengebiets anwendbares Diagramm, wobei die Motoren von Impulsen geringer Dauer in Wirkung gesetzt werden,

Fig. 26 ein Schema sowie ein Diagramm, woraus sich ein Aufbau eines Motors ergibt, der Schritt für Schritt anläuft und hierauf wie das in den Fig. i und 2 wiedergegebene System wirkt, und

Fig. 27 schematisch einen Aufbau, der für Mötore anwendbar ist, die von einem sinusförmigen Signal synchronisiert werden, das einem Verteilnetz mit Wechselströmen praktisch konstanter Frequenz entnommen wird.

Auf der rechten Seite der Fig. i sind in Form eines Betriebsschemas die einem kleinen multipolaren Motor des im einzelnen von der Anmelderin im französischen Patent No. 1 535 489 beschriebenen und durch die Zusatzanmeldung vervollständigten Typs zugefügten Organe gezeigt, die unter dem Datum des l6, Jan. 1970 sowie unter der No. 70 Oi 600 hinterlegt worden ist. Dieser Motor hat die Aufgabe, die Zeiger und gegebenenfalls das Kaiender werk eines Stundenapparates hoher Präzision zu betätigen. Sein Rotor hat mindestens eine kreisförmige Platte 1, aus Eisen oder weichem Stahl, die auf einer Welle 2 befestigt ist, die sich sehr leicht dreht (eine Welle, die mit sehr feinen Zapfen ausgestattet ist, die von Steinlagern oder durch Rollenlager mit Miniaturkugeln geführt werden, in der Zeichnung nicht dargestellt).

über dem Umfang der Platte 1 sind in gleichst Abstand acht kleine sehr flache Magnete fest angeordnet, wie 3, die aus einem Material bestehen, das durch ein Koerzitivfeld EL sowie durch

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ein Energieprodukt HB gekennzeichnet ist, die beide hohe

ΙΠαΧ

Werte haben. Die polaren Flächen der acht Magnete sind abwechselnd Nord (N) und Süd (S); sie laufen vor zwei flachen unbeweglichen Wicklungen vorbei, die zahlreiche Leiter aus sehr feinem Draht aufweisen, die ihrerseits zum großen Teil nach den Radien des Rotors ausgerichtet sind. Die erste Wicklung besteht aus einer der Aufnahme dienenden flachen Scheibenspule, deren Anschlüsse mit 4und 5 bezeichnet sind. Die zweite Wicklung besteht aus mindestens zwei flachen motorischen Seheibenspulen BM. und BM₂, die in Reihe liegen und mit dem Anschluß > der Quelle G und dem Anschluß 6 verbunden sind. Die Formen und die Lagen der Spule werden gemäß den Darstellungen und Erläuterungen in der Zusatzanmeldung JMo. 70 01 600 gewählt. Die Spulen BM₁ und BM₂ bilden die Motorwicklung zur Aufnahme von Gleichstromabgaben i , die von einer kleinen Batterie G geliefert werden, deren Klemmen + und - an die Motorwicklung bzw. den Emitter 7 eines Transistors TR angelegt sind (vorzugsweise des Typs NPN mit Silicium), dessen Kollektor mit der Klemme verbunden ist.

Das Ende 4 der Aufnahmespule ist mit der Basis 8 des Transistors TR einerseits und andererseits über einen Widerstand 10 mit dem positiven Pol der Quelle G verbunden, während das Ende über einen starken Widerstand 9 mit dem negativen Pol der Batterie verbunden ist. Die Rolle dieses Widerstandes ist wichtig. Tätsächlich unterbindet man während der nichtmotorischen Wechsel des Motors praktisch den Strom, der sonst in dem Kreis ( + , 10, BC, 9 und -) fließen würde. Die Einbeziehung ungewöhnlicher Werte, die wie die Werte von 100 und 200 Kiloabnormal erhöht sind, bildet eine der neuen Ideen der Erfindung. Hierauf sollte Bedacht genommen werden, um schwachen

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Stromverbrauch zu erzielen.

Die Basis 8 des Transistors empfängt dank dem Widerstand 10 eine positive Polarisationsspannung erhöhten Wertes. Diese Polarisationsspannung wird bestimmt, um die periodische Verwirklichung des Motorstromes i zu erleichtern, hindert aber nicht die Unterbrechung dieses Stromes zu nützlicher Zeit, damit der Rotor durch die im Sinne der Bewegung gerichteten Laplace-Kräfte beansprucht wird.

Die Vorrichtung, die soeben insgesamt beschrieben wurde, bildet einen selbsttätigen Motor, der unter den oben näher umrissenen Bedingungen arbeitet. Nach einem der kennzeichnenden Merkmale der vorliegenden Erfindung stabilisiert man die Geschwindigkeit des Rotors, indem man folgende Organe zufügt:

einen kleinen Schwinger 11 mit Quarz Q mit vorzugsweise konstantem N eines Typs, wie er bereits ständig in den QuarzchronomeTern verwendet wird,

einen Schwingungskreis 12, welcher die isochronen Schwingungen des Quarzes mit Hilfe der Batterie G aufrecht zu halten sichert, wobei dieser Kreis auch eine sehr empfindliche Korrektionsvorrichtung aufweist, welche die Wiedereinstellung der HilfSfrequenz JN gestattet (z.B. ein änderbarer Kondensator mit einem

Läufer 13» welcher den Benutzern des Stundenapparats, z.B. einer Uhr, gestattet, den Gang zu korrigieren, damit die Abweichungen unterhalb 0,05 Sekunden pro Tag bleiben),

einen elektronischen Frequenzteiler 14, eines aus laufender Fabrikation bekannten Modells, zu dem Zweck, den Synchronisationskreis bei einer Frequenz periodisch zu schließen, die

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untermultipel zur Hilfsfrequenz N des Quarzes liegt.

Der Synchronisationskreis des Rotors 1 wird in einfacher Weise verwirklicht, indem die Basis des Transistors TR mit dem negativen Pol der Stromquelle mittels eines periodischen Kontaktgebers 15 verbunden wird, welcher die Leiter 16 und 17 mit der niedrigen Frequenz N vereinigt, die vom Teiler 14 geliefert wird. "~~"

In dem vereinfachten Schema der Fig. 1 wird die Synchronisationssteuerung symbolisch durch die übliche Skizze eines beweglichen Kontaktgebers veranschaulicht, der die Aufgabe hat, die Lei— tungsteile 16 und 17 periodisch kurzzuschließen, doch sei darauf hingewiesen, daß das Organ 15 in Wirklichkeit eine statische Unterbrechereinrichtung mit Halbleitern, z.B. ein bipolarer Transistor oder vorzugsweise ein Feldeffekttransistor mit isoliertem Tor ist. Man weiß, daß ein solcher elektronischer Unterbrecher leicht einem Frequenzteiler des Monoblocktyps integriert, werden kann, der eine Reihe von Stufen mit Teilung durch zwei aufweist. Dank der Technologie MOS kann man in einfacher Weise am Ausgang des mit 15 symbolisierten Organes zwischen 16 und 17 Kurzschlüsse erzielen, die einander mit der konstanten Periode T = l/N folgen, wobei die Dauer dieses Kurzschlusses die Hälfte von T ist.

Die Erfahrung hat gezeigt, daß sich eine zufriedenstellende Synchronisation erzielen läßt, indem man die folgenden Werte wählt, welche die Verwendung normalisierter Organe gestatten, die von mehreren Herstellern elektronischer Bestandteile erzeugt werden: der Schwinger mit Quarz 12 schwingt mit der Frequenz

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N = 2 ■* Mz (oder 32 768 liz), der Teiler 14 weist zwölf binäre "Stufen oder Grade auf und liefert an seinem Ausgang ein Frequenzsignal N = 2? Hz (oder 32 Hz), der elektronische Unterbrecher l6-17~verbindet 32 mal pro Sekunde die Basis 8 von TR und die Klemme der Batterie G. Unter diesen Bedingungen nimmt der Rotor 1, der vier Polpaare aufweist, eine Geschwindigkeit an, die sich bei dem Wert von 32/4 = 8 Umdrehungen pro Sekunde stabilisiert.

Die Diagramme der Fig. 2 gestatten eine Erklärung dieses Ergebnisses.

Um die Arbeitsweise zu analysieren, sei zuerst vorausgesetzt, daß sich der Rotor 1 mit einer merklich konstanten Winkelgeschwindigkeit dc£/dt dreht (wobei (λ der Drehwinkel ist, der in Abhängigkeit von der Zeit t wächst). Wird nun zunächst die erlangte Arbeitsweise untersucht, wenn der Synchronisationskreis nicht teilnimmt, d.h. wenn die Klemmen l6 und 17 eine von der anderen isoliert bleiben. Die aus dem !Magneten des Rotors austretenden Induktionslinien (Linien parallel der Achse 2) schneiden die radialen Leiter und induzieren in der Aufnehmerspule BC eine elektromotorische Wechselkraft des Ausdrucks:

In dieser Beziehung (i) ist K, proportional der Windungszahl von BG wie der Polpaarzahl des Motors. 0 ist der von der Spule BC umfaßte änderbare magnetische Fluß. Im Laufe der Drehung

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hängen die Änderungen der Ableitung d0/dcC von der Größe und der Erstreckung bei den Polflächen N, S, N, S ..... der Rotormagnete ab. Wenn diese Polflächen in zweckentsprechendem Abstand angeordnet sind, erstreckt sich die die elektromotorische Kraft e, darstellende Kurve in sinusartiger Form, wie es das Diagramm (a) der Fig. 2 zeigt. Man bemerkt tatsächlich, daß die über die Zeit erfolgende Änderung der Ableitung d0/d<& schwächer ist, wenn sich die zwischen den Magneten eingeschlossenen leeren Räume gegenüber radialen Leiterbündeln befinden.

Der die motorischen Spulen BM. und BM₂ aufweisende aktive Kreis schließt sich, wenn eine genügend bedeutsame positive Spannung an die Basis des Siliciümtransistofs TR gelegt wird. Aufgrund der anfänglichen Polarisation infolge der Ableitung, die einen richtig gewählten Widerstand 10 enthält, werden die Motorströme i periodisch von der Batterie aufgebracht, sobald sich der Itotor 1 mit einer geringen Geschwindigkeit dreht. Die Verteilung der motorischen Impulse wird vorzugsweise mit kleinsten Basisströmen i, ausgelöst, zu weichem Zweck eine Aufnahmespule BC genommen wTrd, die eine große Zahl von Windungen aus sehr feinem Draht (Durchmesser höchstens 15 Mikron) aufweist. Befriedigen diese Bedingungen, stellt man fest, daß man kurze Abgaben von Motorströmen i freisetzen kann, die einander folgen, wie es das Diagramm (b) zeigt. Die Periode T_ffl dieser Abgaben entspricht der vom Rotor gesetzten Zeit, unfeinen Winkel von 90° zu durchlaufen, d.h. das Doppelte des Polschritts MS. Die Größe der Zacken zwischen den motorischen Abgaben i hängt von der Form der Kurve (a) ab und es läßt sich erreichen, daß die Dauer d", jeder Abgabe merklich geringer als die Dauer cf„ der Motorstromunterbrechungen ist.

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Der Rotor könnte sich mit der gewünschten Geschwindigkeit im Dauerbetriebsbereich drehen, wenn der Durchgang der Ströme i die Entwicklung einer Motorleistung sicherstellen würde, die"" streng gleich der Gegenleistung ist, die von den mechanischen Verlusten und von der Motorlast hervorgerufen wird, doch läßt sich dieses Gleichgewicht praktisch aus Gründen der Instabilität der passiven Widerstände nicht aufrechterhalten. Um die Geschwindigkeit zu regulieren, nimmt man daher Ausbildungsparameter, die eine überreichliche Motorleistung zu erzielen gestatten, wenn die Motorströme gemäß dem Diagramm (b) verwirklicht sind, und man läßt ferner die Synchronisationseinrichtung, die in der Fig. 1 links dargestellt ist, mitwirken, um in zweckentsprechender Weise die Dauerwerte cf. der Motorimpulse zu verringern.

Die zur Gewährleistung der Geschwindigkeitsregelung mittels des Quarzes beteiligten Erscheinungen oder Phänomene sind aus den Diagrammen e bis f der Fig. 2 entsprechend den Kurven (a) und (b) ersichtlich.

Die dicken horizontalen Linien des Diagramms (c) stellen die Halbperioden (T /2) dar, während deren sich der Synchronisationskreis schließt, welcher die Klemmen 8, 8¹, l6, 17 und 7 verbindet. Die Dauer der Abgaben von Motorströmen i hängt von der zwischen der Drehbewegung und der periodischen""Offnung des oben gekennzeichneten Synchronisationskreises bestehenden Phasenverschiebung ab.

Beispielsweise geben die Diagramme (d), (e) und (f) die Motorabgaben wieder, die immer zu den Zeiten t₂, t., tg ... beginnen,

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die einzig von synchronisierenden Organen 11, 12, lh und 15 abhängen. Jede Stromabgabe i wird unterbrochen, wenn die positive Spannung + e , von der Aufnahme&pule BC verursacht, aufgehoben wird. Die"~schraffierten Flächen auf der Zeichnung stellen die Elektrizitätsmengen c[ dar, die vom Transistor TR unter die Motorspulen BM. und BM₀ aufgeteilt werden.

In dem besonderen Fall der Wirkungsweise entsprechend dem Diagramm (d) sind die Zeitdauerwerte der Abgaben i die Hälfte der im Diagramm (c) angezeigten Zeitdauerwerte. """Gemäß einem der Merkmale der Erfindung wählt man die Ausbildungsparameter derart, daß der Betriebsbereich (d) die Motorleistung sowie die Gegenleistung annähernd auszugleichen gestattet, wenn der Motor normalerweise mit einer mäßigen Last arbeitet. Die Erfahrung zeigt, daß die mittlere Geschwindigkeit konstant bleibt, selbst wenn sich die Motorlast und die passiven Widerstände merklich ändern. Diese Geschwindigkeitsregelung stammt von weiter unten geschilderten Phänomenen.

Im Falle, daß eine Verminderung der passiven Widerstände eine Beschleunigung des Rotors hervorzurufen sucht, ist die Periode T der von der Aufnahmespule BC bewirkten Auslösung bestrebt kTeiner zu werden und die Zeitdauerwerte der Motorimpulse nehmen progressiv ab, wie es aus dem Diagramm (e) ersichtlich ist. Da der Motor weniger elektrische Leistung empfängt, ist die Zunahme der Geschwindigkeit automatisch begrenzt, da sich ein neuer stabiler Synchronisationsbereich dank der Abwandlung der Phase der Unterbrechungen von i mit Bezug auf unveränderliche Zeitabschnitte der Unterbrechungen.des Synchronisationskreises ausbildet.

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Ein umgekehrtes Phänomen tritt auf, wenn sich die Motorlast vergrößert, wobei eine progressive Minderung der momentanen Geschwindigkeit des Eotors hervorgerufen wird.Wie es das Diagramm ^f) zeigt, empfangen die Motorspulen immer größere Elektrizitätsmengen £ und demzufolge wächst die elektrische Leistung, was wiederum gestattet, die anfängliche Geschwindigkeit des vom Quarz gesteuerten Motors wieder herzustellen. Die Änderungen der Motorleistung übertragen sich allein durch Änderpngen der Phasenverschiebung der Drehbewegung im Hinblick auf* das Bezugssignal, das durch die periodische Unterbrechung des synchronisierenden Kreises gebildet wird.

Die wichtigen Änderungen der schraffierten Flächen q in den Diagrammen (e) und (f) zeigen, daß die Steuerung der Geschwindigkeit trotz der hinlänglich betonten Änderungen der passiven Kräfte und der mechanischen Arbeit, die dem Motor abverlangt werden, gewährleistet ist. Andere analoge Phänomene kommen außerdem hinzu, um die mittlere Geschwindigkeit zu stabilisieren, wenn die Spannung der Batterie G kleinen Schwankungen unterliegt.

Zahlreiche Versuche, die mit dem Gerät nach der Fig. 1 verwirklicht wurden, haben gezeigt, daß die Begründung der synchronen Arbeitsweise keine komplizierten und heiklen Wirkungsweisen wie solche erfordert, welche man in der Elektrotechnik anwendet, um das "Intrittfallen" der klassischen Synchronmotoren zu gewährleisten; Es genügt vielmehr, den Motor mit irgendeiner geringen Geschwindigkeit mittels eines leichten Impulses anzuwerfen, beim Start ist die Periode T_ groß mit Bezug auf die

_2. es Periode T der synchronisierenden Wirkung und/sind, unter diesen Bedingungen, die von der Batterie G gelieferten Stromabgaben

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durch die Schließvorgänge des elektronischen Unterbrechers 16-17 abgeschnitten. Wenn aber die Geschwindigkeit des Rotors gering ist, ist die gegenelektromotorische Kraft selbst sehr vermindert und hieraus ergibt sich eine Erhöhung der Stärke der Motorabgaben. Infolgedessen beschleunigt sich der Gang des Motors und man stellt fest, daß die Geschwindigkeit zu wachsen aufhört und sich stabilisiert, sobald die Arbeitsbedingungen entsprechend dem Diagramm (d) erzielt sind.

Die Erfahrung zeigt auch, daß sich der Rotor selbst synchronisiert, wenn man ihn mit einer übermäßigen Geschwindigkeit anwirft. In diesem Falle ist die Periode T viel kleiner als die

Bezugsperiode T und die Ströme i treten nur in langen Intervallen auf, wenn die von BC aosgesandten Steuersignale mit den Unterbrechungen des Synchronisationskreises übereinstimmen. Demzufolge werden die Motorimpulse unzulänglich, um den Gang mit großer Geschwindigkeit aufrechtzuerhalten. Es sei auch bemerkt, daß die Stärke der Ströme i abnimmt, wenn sich die Geschwindigkeit erhöht, diese Schwäclmng ergibt sich aus der Erhöhung der gegenelektromotorischen Kraft des Motors. Der Rotor dreht sich, indem er eine verminderte elektrische Leistung empfängt, immer weniger schnell und nimmt spontan den zuvor geschilderten gesteuerten Arbeitsbereich an, wozu auf die Diagramme (d), (e) und (f) verwiesen sei.

Man hat bemerkt, daß ,um jedes Risiko eines verlängerten Durchgehens des Motors nach der Fig. 1 zu verhüten, es unerlässlich ist, magneto-elektrische Organe bereitzuhalten, die mit einem

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guten elektrischen Wirkungsgrad arbeiten. Während des normalen Ganges soll die in der Wicklung BM.-BM₂ mittels der Magnete des Rotors induzierte gegenelektromotorische Kraft ziemlich nahe der Spannung der Batterie liegen. Befriedigt diese Bedingung, genügt eine kleine Erhöhung der Motorgeschwindigkeit, um den Strom i auszulöschen, was die rasche Rückkehr zum weiter oben analysierten synchronen Betriebsbereich gewährleistet. >

Wenn die in Fig'. 1 wiedergegebene Vereinigung von Organen bei einem kleinen schlichten Uhrmeßapparat angewendet wird, der von Zeit zu Zeit wichtige Arbeiten erfüllen soll (z.B. einen Zähler des Typs mit springenden Ziffern öder ein robuster Stundenumschalter), ist es vorteilhaft, normalerweise den Motor in einem Arbeitsbereich wirken zu lassen, der dem Maximum seiner Massenleistung entspricht. Man weiß, daß die mechanische Leistung die von einem magneto-elektrischen Aufbau gegebenen Volumens maximal ist, wenn die gegenelektromotorische Induktionskraft die Hälfte der Spannung der Energiequelle beträgt.

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Wenn der Motor unter diesen Bedingungen arbeitet, braucht man die Risiken eines Durchgehens des Rotors nicht zu befürchten, Veil die Wirkung des weiter oben erwähnten Stabilisators unzulänglich werden könnte. Dieses Störungsrisiko besteht auch, wenn der Apparat von einer Akkumulatorbatterie gespeist wird, deren Spannung unter gewissen Umständen den für eine normale Arbeitsweise vorgesehenen üblichen Wert erheblich überschreiten kann. Mit der vorliegenden Erfindung wird ein ergänzendes Mittel vorgesehen, welches die M&glichkeit einer Synchronisationsunterbrechung vollständig verhütet, die von einem zufälligen Überschreiten elektrischer Leistung hervorgerufen ist. Dieses Mittel besteht darin, den Organen gemäß' der Fig. 1 eine Sicherheitsvorrichtung hinzuzufügen, insbesondere eine Leistungs— bremse, die eingreift, wenn die Periode T hinsichtlich der Bezugsperiode T übermäßig abnimmt. Um dTe schädliche Energie zu absorbieren, lassen sich verschiedene an sich bekannte Systeme verwenden, insbesondere taehymetrische Regler, welche durch die Erhöhung der Zentrifugalkraft oder dadurch gesteuert werden, daß sie mittels eines mechanischen Oszillators in Resonanzschwingung versetzt werden, der mit dem multipolaren Rotor magnetisch gekoppelt ist. Beispielsweise kann man auf Einrichtungen zurückgreifen, die in dem von M. LAVET veröffentlichten Memorandum in den "Annales francaises de Chronometrie et de Micromecanique", Jahrgang 1971» Seiten 75-78 (Verlag der Soci&te Chronometrique de France et de 1'Observatoire de Besancon) beschrieben werden. Es ist möglich, die Ausbildung der hinzugefügten Bremsen zu vereinfachen, da es genügt, daß diese Organe ohne große Präzision wirken, wenn die Geschwindigkeit des Rotors sich um fünf bis zehn Prozent mit Bezug auf die normalerweise von dem Quarzmodell gesteuerte Geschwindigkeit erhöht. Das gelegentliche Durchgehen des Motors könnte außerdem

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mit Hilfe eines Reglers, der an die Motorwicklung BjML-BM₂_. angelegten Spannung (ein bekannter Regler, bei dem ein nichtlinearer Halbleiter verwendet wird) oder mittels eines Frequenzfilters üblichen Typs "Tiefpass" (mit Selbstinduktion und mit Kondensator in Anordnung zwischen der Aufnahmespule BC und der Basis des Transistors TR) verhindert werden. Dieses Filter würde es gestatten, die Verteilung der motorischen Impulse i im Falle verlängerten Überschreitens der Frequenz der mit Quarz ausgestatteten Steuereinrichtung entsprechenden Synchrongeschwindigkeit zu unterbinden.

Um die richtige Inbetriebsetzung des Apparates nach der Fig. 1 zu erleichtern, ist die Beigabe eines Organes vorgesehen, welches den Zweck hat, dem Motor den zweckgemäßen Drehsinn aufzuerlegen. Dieses Organ ist z.B. mit einem kleinen Nocken 16 mit Schneckenprofil ausgebildet, der von der Rotorwelle mittels eine's Zahntriebwerks und einer Lamelle 17 getrieben wird, die wie eine Sperrklinke wirkt,

Fig. 3 ist eine Schnittansicht durch die Achse eines winzigen vierpoligen Rotors, der sich insbesondere für elektronische Armbanduhren eignet. Dieser sehr leicht ausgebildete Rotor weist zwei kreisförmige Platten 18 und 19 auf, deren Durchmesser vorzugsweise kleiner als 7 mm ist. Jede Platte bildet das sehr permeable Joch von vier Mikromagneten 20, welche die Form von sehr flachen Ringteilen oder Parallelepipeden (Parallelflächner) haben. Die untere Platte ist im Grundriß aus der Teilansicht der Fig. 4 zu entnehmen. Die Platten weisen kreisförmige Stege auf, welche den Einbau der mittels Kleben, Schweißen oder Löten befestigten Magneten erleichtern, sind aus einem dünnen Blech ausgeschnitten (dessen Dicke unterhalb von zwei Zehntel Milli-

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meter liegt), das eine sehr hohe magnetische Induktion bis zur Sättigung bietet. Es läßt sich die bekannte Legierung 49 Fe, 49 Co, 2 V verwenden, deren Induktion bei Sättigung 20 000 Gauss erreicht. Das Volumen jedes Magneten ist kleiner als 2 xi χ 0,5 nun derart, so daß man die Verwendung eines Werkstoffs höheren Preises gestatten kann, wie die Legierung Platin-Kobalt oder die neue Legierung Samarium—Kobalt. Das Energie— produkt (HBi „„, des gewählten Werkstoffs sollte über acht Millionen Gauss-Oersted liegen. Die kurzen inneren Kraftlinien des Magneten sollen parallel zur Achse des Rotors gerichtet sein, wie es die Pfeile auf dem Schnitt der Fig. 3 zeigen. Die abwechselnden Hohlflächen N, S, N, S sollen über 90 Grad angeordnet sein, wie es aus Fig. 4 hervorgeht. Die Flachspulenwicklungen des Stators (BC, BM., BM„) haben vorzugsweise die in Fig. 4 punktiert angegebene Form? ihre Dicke ist kleiner als 1,5 nun, und die ebenen Luftspalte sind möglichst klein. Die Motorwelle, mit feinen Zapfen versehen (Durchmesser unter 0,1 nun), weist ein kleines Ritzel 22 und vorzugsweise einen schneckenförmigen Nocken 23 auf (sogenannter ^HGegenrücklaufnocken"), der mit einem leichten gegabelten Teil 24 zusammenwirkt, das aus nichtmagnetischem Werkstoff besteht und der dazu bestimmt ist, dem Rotor den zweckgemäßen Drehsinn aufzuerlegen. Dieses Teil 24 (allein links in der Fig. 4 dargestellt) ist ins Gleichgewicht gebracht und dreht sieh mit einer großen Freiheit wechselnder Bewegung geringer Amplitude während des Betriebes des Motors im normalen Sinne. Das Teil kommt nur im Augenblick des anfänglichen Startens des Motors zur Wirkung; ist die Wirkung vollendet, so wird z.B. der Uhr eine kleine Vers e t zung auf g e prag t.

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Der Mikromotor,nach den Fig. 3 und h läßt sich für die Darstellung der Stunde verwenden, und zwar vermittels einer Kombination von Organen analog derjenigen, die weiter oben unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 geschildert worden ist; vorzugsweise aber wird die Schließfrequenz des Synehronisationskreises, der die Klemmen 16 und 17 aufweist, vermindert. Mit Vorzug wählt man den Wert von 2 "= 16 Hz, so 'daß sich der Rotor mit einer aufgeprägten Geschwindigkeit von acht Umdrehungen pro Sekunde dreht. Das Zapfenwerk ist so ausgebildet, wie bei den mit Unruhe ausgestatteten üblichen Uhren, damit die Reibungen nur einen Verlust unterhalb von Mikrowatt ausüben. Vorzugsweise sind diese Uhren gegen Schockwirkungen geschützt. Um den elektrischen Stromverbrauch zu verkleinern, nimmt man Wicklungen aus sehr feinem emailliertem Draht (Durchmesser unterhalb von 25 Mikron für die motorischen Spulen BM₁-BMp und höchstens 15 Mikron für die Aufnahmespule BC). Die Widerstände iO und 9 werden experimentell bestimmt, damit die durch Joule-Effekt hervorgerufenen Verluste aus den in der Spule BC induzierten Strömen aufs Möglichste vermindert werden. Man kann diese Verluste sogar dadurch verringern, daß man in Reihe mit dem Widerstand 9 eine Diode legt, die sich dem Strömdurchgang für den nicht aktiven Wechsel der in der Aufnahmespule BC induzierten elektromotorischen Kraft entgegenstellt. So erreicht man, daß die Steuersignale unterbrochen sind, wenn die Klemmen 16 und 17 gegeneinander isoliert sind.

Die allgemeinen kennzeichnenden Merkmale der Arbeitsweise, wie sie in der Einleitung der vorliegenden Besehreibung dargelegt sind, lassen sich mit Hilfe verschiedener theoretisch äquivalenter Motorausbildungen verwirklichen. Beispielsweise geben

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die Fig. 5-7 der beiliegenden Zeichnung eine abgewandelte Ausführungsform des Motors nach der Fig. 1 wieder. Das Grundprinzip ist bewahrt, aber der Motor -ist auf seinem Umfang mit acht Mikromagneten 25 ausgestattet, deren Kraftlinien radial gerichtet sind. Diese Magneten sind auf einem kleinen ausgebauchten Joch 26 in Form einer Schale aufgeklebt. Dieses Teil sollte aus einem Werkstoff großer magnetischer Permeabilität bestehen. Die Magneten 25 und das Joch 26 sind in einem geformten Teil 27 aus isolierendem plastischen Werkstoff geringer Dichte angeordnet; das Steuertriebrad 28 kann mit dem Teil 27 gemeinsam geformt sein, wie es die perspektivische Darstellung der Fig. 7 erkennen läßt. Der Körper des Mikromotors wird vorteilhafterweise durch eine zylindrische Hülle 29 gebildet, deren Ausbildung und Anordnung aus der Schnittansicht der Fig. 6 hervorgehen. Diese Hülle bildet einen Mantel, welcher den Rotor gegen die äußeren Magnetfelder schützt; zu diesem Zweck besteht er aus einem ferromagnetischen Stoff folgender Eigenschaften: große Permeabilität, sehr schwaches Koerzitivfeld, erhöhter Widerstand zur Vermeidung der Verluste durch Foucault—Ströme. Beispielsweise hat der Mantel 29 die Form einer kleinen Schale, welche durch Formgebung aus einem Eisenpulver erzielt wird, das mit einem isolierenden Bindemittel agglomeriert ist. Auf einer Seite der Hülle 29 befindet sich eine enge Öffnung für den Durchtritt des gezahnten Rades 30 (aus nichtmagnetischem Werkstoff), das in das Zahnrad 28 eingreift. Der Mantel 29 trägt einen entfernbaren Deckel 31 aus sehr weichem Eisen. Die feinen Rotorzapfen werden von Lagern geführt, die in den festen Verschlüssen der Teile 29^f und 31 des Mantels enthalten sind.

An die innere zylindrische Oberfläche des iviantels 29 sind vier Flachspulwicklungen BM, BM¹, BC und BF angeklebt. Diese Wick-

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• - 25,-

lungen bilden aktive Leiterbündel, die zur Achse^N des Motors parallel liegen und sich in geringem Abstand vom multipolaren Rotor befinden. Die Breite der mittleren Windungen entspricht ungefähr dem Abstand der Achsen von zwei Polflächen Nord und Süd. Die eine der Wicklungen ist der Fig. 7 links perspektivisch zu entnehmen.

Drei der Wicklungen BM, BM¹ und BC spielen die Rolle der in Fig. i veranschaulichten Wicklungen. Die Ergänzungswicklung BF kann als Sicherheitsbremse dienen. Zu diesem Zweck sind ihre Enden mit einem nichtlinearen Widerstand verbunden, der nur einen geringen Wert annimmt, wenn die Geschwindigkeit des Motors den Steuerwert, der von der mit Quarz ausgestatteten Hilfssteuerung auferlegt werden.soll, merklich überschreitet. Die Bremsung stammt aus dem Energieverlust infolge der Erzeugung von Strömen, die durch den schnellen Vorbeilauf der Rotormagnete induziert werden.

Der auf einen multipolaren Rotor einwirkende intermittierende Kupplungsmotor läßt sich auch mit Hilfe von Wicklungen verwirklichen, die mit ferromagnetisehen Kernen ausgerüstet sind, deren Permeabilität viel größer als diejenige von Luft ist. Die Fig. 8,9 und 10 zeigen eine Ausführungsform dieser Art, bei welcher die Hinzufügung von gut leitenden Kernen des magnetischen Flusses die Verwendung von zwei langen Motorwicklungen BM, BM¹ und zwei Aufnahmewicklungen BC, BC« wenig erhöhten Preises gestattet, da man einen emaillierten Draht verwenden kann, der einen viel größeren Durchmesser als derjenige der Flachspulen hat, die in den weiter oben beschriebenen Motoren verwendet werden. Dieser Draht wird leicht um lange geradlinige Kerne 32 und 33 gewickelt, die aus einem Werkstoff bestehen,

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der durch eine große magnetische Permeabilität und durch ein schwaches Koerzitivfeld gekennzeichnet ist. In diesen Kernen, deren Querschnitt kleiner als ein Quadratmillimeter sein kann, sind die Induktionslinien konzentriert, die von den permanenten und intermittierenden magnetomotorischen Kräften erzeugt sind, welche die Kopplung des Motors bewirkt. Die fraglichen Kerne bestehen vorzugsweise aus einem Stapel dünner Bleche, die ausgeschnitten und mit einem isolierenden Überzug bekleidet sind. Es lassen sich getemperte Legierungen auf der Basis von Eisen und Nickel verwenden, z.B. die unter den Namen "Anhyster" bekannte Legierung, die von den Acieries d'Imphy (Nievre) hergestellt wird. Der lamellierte magnetische Kreis des' Stators weist zwei Pakete aus geschnittenen Blechen auf, deren Umriß oder Verlauf die Erzielung von zwei Erstreckungen J>k und 35 zu erzielen gestattet, die Zähne aufweisen, deren Fomen aus Figur 8 hervorgehen. Die parallelen Kerne 32 und 33 weisen an ihren unteren Enden querlaufende Erstreckungen 36 und 37 auf, die einen Mantel bilden, der in zwei von einem engen Luftspalt getrennte Teile unterteilt ist. In der Mitte dieses Mantels ist ein kleiner, sehr koerzitiver Magnet 38 zylindrischer Form untergebracht, der von Kraftlinien durchsetzt wird, die zu einem Durchmesser parallel gerichtet sind. Dieser Magnet gestattet es, den gesamten Stator zu polarisieren, und man kann den Sinn und die Intensität der Magnetwirkung der Kerne verändern, indem man die Richtung der Linie der Nord-Süd-Pole abwandelt, die auf der Zeichnung mittels eines Teiles bezeichnet sind.

Der magnetoelektrische Aufbau gemäß der Fig. 8 erlaubt es, einen Rotor geringen Durchmessers zu betreiben, der fünf abwechselnde periphere Polpaare aufweist. Dieser Rotor ist geson-

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dert und in großem Maßstab aus den Fig. 9 und 10 zu entnehmen (Darstellungen im Aufriß und im Schnitt nach einer durch die Drehachse verlaufenden Ebene). Der Rotor besteht im "wesentlichen aus zwei Zahnkränzen 39 und 40, zwischen die ein bipolarer Mikromagnet 41 in Form einer dünnen Scheibe eingesetzt ist, dessen kurze innere Kraftlinien parallel zur Drehachse verlaufen. Die polaren Kränze sind aus einem dünnen Blech aus Eisen oder einer ferromagnetischen Legierung herausgeschnitten, deren Sättigungsinduktxon sehr hoch ist. Der Magnet 41 besteht aus einer Legierung, die durch ein koerzitives Feld und ein Energieprodukt (HB ) gekennzeichnet ist, die sehr hoch sind. Man kann entweder die Legierung Platin-Kobalt verwenden, nimmt vorzugsweise aber die Legierung Samarium-Kobalt (SmCo-). Diese Werkstoffe kann man, obwohl sie sehr teuer sind, zulassen, da man dem Magneten 41 ein kleines Volumen geben kann: beispielsweise einen Durchmesser kleiner als 3 mm und eine Dicke kleiner als 0,5 mm. Die aus den Polflächen des Magneten austretenden Induktionslinien gestatten es, die Kränze 39 und 40 zu sättigen, die ausgespart sind, um die abwechselnden Pole zu bilden.

An der Mitte des Kranzes 39 ist das kleine Zahnrad 42 befestigt, das mit einem der Zapfen 43 des Rotors versehen ist; der andere Zapfen 44 wird vom Kranz_s40 getragen. Die verschiedenen Teile des Rotors werden durch Klebung vereinigt; auf diese Weise erzielt man eine, sehr leichte und viel Magnetkernmaterial ausgestattete Gesamtheit, deren Serienherstellung und Justierungen einfach sindi ,

Die Erfahrung zeigt, daß die Form der Polzähne des Rotors bei deji Qualitäten und Brauchbarkeiten des Motors eine sehr wichtige Rolle spielt. Man hat gefunden, daß es vorteilhaft ist, die in

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Fig. 9 veranschaulichte Zahnung zu wählen. Man sieht, daß die Hälfte des Endes jedes Zahnes konzentrisch zur Drehachse und die andere Hälfte^ leicht exzentrisch liegen. Die Polkränze sind derart ausgebaucht, daß der aktive Umfang des Rotors einem kontinuierlichen Kreis nahekommt. Die Abstände zwischen den Flanken der benachbarten Zähne entgegengesetzter Polaritäten M und S sollen sehr gering sein.

Wie Fig. 8 zeigt, sollen die Formen der inneren Zähne des Stators dem Umriß der mit Magnetteilen ausgestatteten Kränze des Rotors entsprechen. Jede Polerstreckung 34 oder 35 weist drei Polzähne auf, deren aktive Enden teilweise exzentrisch sind. Bei Abwesenheit von Erregerstrom sowie unter dem alleinigen Einfluß des kleinen Polarisationsmagneten 38 soll sich der Rotor spontan in die eine der Stellungen ausrichten, wie sich die zur Drehachse konzentrischen Zahnteile eine zur Außenfläche der anderen ausrichtet. Diese Stellungen entsprechen tatsächlich dem Minimum des magnetischen Widerstands der Luftspalte zwischen dem Rotor und dem Stator. Diese so erzielte magnetische Rückkopplung wird leicht auf den richtigen und ausreichenden Wert geregelt, welcher gestattet, den Rotor in eine zweckgemäße Ausgangsstellung zu bringen. In jedem Falle muß man vermeiden, den Rotor durch eine dauernde zu sehr ausgeprägte Magnetwirkung des Stators zurückzuhalten. Die Verminderung dieser Magnetwirkung läßt sich leicht erzielen, indem man die Ausrichtung des zylindrischen Magneten 38 ändert, der in den Mantel des Stators eingefügt ist.

Man stellt fest, daß sich der auf diese Weise verwirklichte Motor in einem einheitlichen Sinne einer sehr ruckfreien Bewegung und sogar praktisch gleichförmig unter dem Einfluß einer

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Reihe von Impulsen in einheitlicher Richtung verlaufender sehr schwacher Ströme dreht, die periodisch in die Wicklung BM, BM' geschickt werden. Es genügt, daß der Sinn des Stromes und seine Intensität derart sind, daß der Fluß, den sie in den Wicklungen hervorrufen, einen Sinn hat, der entgegengesetzt zum Polarisationsfluß ist und daß er über dem letzteren liegt derart, daß er die Umkehr der Richtung des Magnetflusses in den Kernen 32 und 33 hervorruft; die Umkehr der Polarität der Zähne des Stators ruft tatsächlich die Umkehr der Richtung der Zug- und Rückstoßkräfte zwischen den benachbarten Polen des Stators und des -Rotors hervor. Überdies vollzieht sich, dank der exzentrischen Form der Enden der festen und bewegbaren Pol— zähne die Drehung immer im Sinne des Pfeiles 45. Eine kurze Stromabgabe läßt den Rotor mit einem Winkel von 36 Grad sich vorbewegen und während der Unterbrechung dieses Stromes gewährleistet der kleine Magnet 38 die Fortsetzung der Bewegung um 36 Grad, wobei die Polzähne ihre relativen Stellungen wieder einnehmen. Diese Arbeitsweise setzt sich ohne Anhalten fort,, bis die Frequenz der Motorimpulse genügend groß ist. Der Motor nach der Fig. 8 kann also in der anhand der Fig. 1 und 2 beschriebenen Kombination von Organen verwendet werden.

Der Aufbau nach der Fig. 8 gestattet es, dank der hohen magnetischen Permeabilität der Kerne der Wicklungen verhältnismäßig bedeutende magnetische Flüsse ins Spiel zu bringen. Er eignet sich daher besonders für horometrische Apparate und Geräte, die verhältnismäßig starke Motore erfordern (im Falle, daß bei Uhren, insbesondere großen Uhren, automatische Vorgänge ausgelöst werden müssen, wie plötzliche Versetzungen von Verschlüssen und "Typenrädern", die Zahlen tragen, Betätigungen oder Steuerungen von robusten Schaltern, Betätigung von schweren

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Zeigern, Abdruck der Stunde und des Datums u.a.m.).

Der Motor nach der Fig. 8 bietet außerdem den Vorteil, daß er sieh als schrittweiser Empfänger ausgezeichneten Wirkungsgrades, insbesondere bei der Stundenwiedergabe eignet. Er kann entweder mit Impulsen oder mit weiter auseinanderliegenden Impulsen einheitlich gerichteter Ströme oder mit Hilfe von umgekehrten Strömen, z.B. alle Sekunde arbeiten. In diesem letzteren Fall kann man den Magnet 38 durch ein Weicheisenteil ersetzen, das in den Mantel 36-37 des Stators eingesetzt ist.

Die Fig. 11 und 12 sind diametrale und transversale ■Schnittansichten, die eine abgewandelte Ausführungsform des weiter oben anhand der Fig. 5 und 7 beschriebenen Mikromotors wiedergeben. Die hauptsächliche Änderung betrifft den Rotor mit fünf abwechselnden peripheren Polpaaren. Dieses Organ läßt sich mit Hilfe eines einzigen bipolaren Magneten in Form eines flachen Ringes 46 verwirklichen. Dieser Magnet besteht aus einem Werkstoff, der durch ein koerzitives Feld sowie durch eine remanente Induktion gekennzeichnet ist, die beide sehr erhöht sind; er ist parallel zur Achse des Rotors bis zur Sättigung polarisiert.

Der ringförmige Magnet ist zwischen zwei gezahnte Teile 47 und 48 eingesetzt, die zwei polare Kränze bilden, die untereinander um 36 Grad versetzt sind. Diese Teile sind aus einem dünnen Blech aus duktilem ferromagnetisehen Werkstoff, z.B. aus sehr permeablem\Weiehstahl ausgeschnitten, oder besser aus einer Legierung auf der Basis von Eisen-Kobalt, die dank des Einflusses des koerzitiven Ringes 46 befähigt ist, eine starke

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Dauermagnetwirkung aufzunehmen und festzuhalten. Die Enden der Zähne der Pplwangen sind durch Ausnehmung rückgekrümmt, wie es gesondert und perspektiv die eine der Ansichten der Fig. 11 zeigt. Die Rotorwelle weist einen Kragen 46' auf, der einen genügend großen Durchmesser hat und zwischen den Teilen 47 und 48 eingeschlossen ist, wobei die Elemente des Rotors durch Klebung miteinander vereinigt sind. Auf den Skizzen sieht man, daß die rückgekrümmten Polzungen eine kreisförmige Linie von Polflächen bilden, die abwechselnd Nord und Süd ergeben, wie bei dem Rotor nach der Fig. 7, der Zusammenbau der Teile ist aber viel einfacher. Überdies ist es möglieh, auf diese Weise das Trägheitsmoment und das Rotorgewicht herabzusetzen, vor allem, wenn man sich eines Magneten aus einem Werkstoff hoher Qualität, wie der SmCo^, bedient.

Der Stator des Motors nach den Fig. 10 und 11 wird von einem Mantel aus zwei Teilen 49 und 50 getragen, die mit Befestigungsflanschen 51 und 52 versehen sind. Dieser Mantel läßt sich wirtschaftlich durch Formgebung aus einem plastischen Werkstoff (vorzugsweise transparenter Werkstoff) herstellen. Im Inneren des Mantels 49 ist dem Schnitt gemäß eine Statorwicklung angeordnet, die z.B.. aus einer kreisförmigen Reihe von fünf oder sechs Flachspulenwicklungen-Platten 53 besteht, die in geringem Abstand von den Polflächen des Rotors angeordnet sind. Die eine der Spulen ist aus der Fig. 13 oben und perspektiv zu erkennen. Sie läßt sich wirtschaftlich mit emailliertem Draht unter der Handelsbezeichnung "Thermofix" herstellen (Draht, der mit thermoplastischem Lack oder Firniß im Leimverfahren bedeckt ist, nachdem die Spulen aufgebracht sind durch einfache Erwärmung der Wicklung). Vor der Montage kann man mit Hilfe einer automatischen Sondermaschine mehrere Flachspulen 53 konfektionieren,

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die miteinander über den nicht unterbrochenen Leitungsdraht verbunden sind, was die Zahl der Lötstellen des feinen Drahtes zu verringern gestattet. Alsdann wird die Statorwicklung in den Mantel 49 eingeklebt, der innere Aussparungen 54 aufweist, wodurch die Anordnung der aktiven Leiterbündel erleichtert wird.

Das äußere Ende 49 ist von einem Deckel 55 aus Eisen oder einer Eisen-Nickel-Legierung bedeckt, der einen Schirm oder Abschirmung bildet, welche den Rotor gegen den Einfluß der äußeren Magnetfelder schützt. Dieser Deckel kanalisiert außerdem die Kraftlinien, die aus den Polzähnen 47 und 48 austreten und verbessert die aktiven Magnetkreise, welche die Laplacefträfte hervorrufen. Der innere Rand 56 des Mantels 55 könnte Zähne aufweisen zu dem Zweck,eine kleine magnetische Zugkopplung hervorzurufen, die auf den Rotor einwirkt.

Die feinen Zapfen des Rotors werden vorzugsweise von Stopf— lagern 57 geführt, die elastische Stoßlager bilden, die mit Lagerschalen aus plastischem selbstschmierenden Werkstoff ausgestattet sind. Der eine der Zapfen ist verlängert und gestattet die Anordnung eines Steuergetrieberades 58. Der Motor nach den Fig. 11 bis 13 genügt verschiedenen Anwendungen (selbsttätiger Motor, der synchronisiert werden kann, Schritt für Schritt arbeitender Empfänger mit Dauerdrehung oder ruckweiser Drehung ...). Dieser Motor kann auch leicht miniaturisiert werden: z.B. kann man einen multipolaren Rotor serienweise bauen, dessen äußerer Durchmesser kleiner als vier Millimeter ist.

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Die Pig. 14 bis 16 geben die hauptsächlichen Organe eines kleinen Motors wieder, mit Steuerung, z.B. .Nachlaufsteuerung, der sich insbesondere zur Vervollkommnung eines Uhrtyps eignet, der heutzutage sehr verbreitet ist. Die Unruhe dieser Uhren weist zwei Platten-Endstücke 49 und 60 auf, die auf einer Vertikalwelle 6l fest angeordnet sind. Die Horizontalachse des Sekundenzeigers 63 läßt man mit Hilfe einer Übertragung mit Motoranker sich vorbewegen, der auf ein mit dem Wellengetrieberad 64 fest verbundenen Hemmrad einwirkt, das mit dem Zahnrad 65 kämmt. Die Platten der Unruhe sind mit kleinen* prismatischen bipolaren Magneten ausgestattet, auf die eine Flachspulwicklüng 66 einwirkt (die Spule schließt eine Motorwicklung BM und eine Aufnehmerwieklung BC ein).

Eine derartige Uhr weist anstelle einer Unruhe mit Spiralfeder einen Rotor eines Motors auf, der wie die in Fig. 1 wiedergegebene Vorrichtung arbeitet. Dies wird in einfacher Weise erzielt, indem auf die Platten 59 und 60 - an der Stelle der bipolaren prismatischen Magnete - zwei multipolare Magnete 68 und 69 in Form von Ringen aufgeklebt werden. Der eine dieser Magnete ist im Grundriß aus der Fig. 15 zu ersehen. Auf der ebenen benachbarten Oberfläche der Spule 66 bildet man acht Pole aus, abwechselnd N (Nord) und S (Süd). Man könnte offensichtlich auf jede Platte 8 kleine bipolare Magnete sehr hoher Qualität kleben, wie bei dem Rotor des Apparates nach Fig. 1, aber man kann sich - für eine verhältnismäßig voluminöse kleine Pendeluhr mit Magneten zufrieden geben, die aus einem wenig kostspieligen koerzitiven Material bestehen, da die zur Verfügung stehende Energiequelle G reichlich ist; mehr noch, die Durchtrittoberflächen der magnetischen Flüsse sind größer als im Fälle von miniaturisierten Rotoren. Man kann also, um die oktopolaren Induktoren 68 und 69 zu bilden, einfache Ronden

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verwenden, die aus einem Blatt aus magnetischem Kautschuk herausgeschnitten sind* Beispielsweise kann man das neue Material verwenden, das im Handel unter der Bezeichnung "Ferriflex 4" erhältlich ist (ein mit Barium-oder Strontium-Pulver beladenes Blatt, gekennzeichnet durch ein koerzitives Feld, das größer als 2000 Oersted ist und eine Remanenz der Größenordnung von 2500 Gauss hat).

Um die Vertikalwelle 6l zu führen, kann man die üblichen Lager beibehalten. In jedem Falle versieht man vorzugsweise das untere Lager 70 mit einem kleinen Stützteil 70 mit magnetischem Rückstoß. Dieses Organ bei Elektrizitätszählern schon laufend verwendet, übt auf einen kleinen Magnet 71» der von der Welle 6l getragen wird, eine Kraft aus, die von unten nach oben gerichtet ist und deren Größe sehr nahe dem Gewicht des Rotors gewählt wird. Andererseits umgibt man den unteren Teil der Welle 6l mit einer Schraubenfeder aus nicht oxydierbarem Stahldraht 72, um eine Schraube ohne Ende geringer Ganghöhe zu verwirklichen. Diese kämmt mit einem tangential eingreifenden Zahnrad 731 welche das Hemmrad der mit Pendel oder Unruhe ausgestatteten Pendeluhren besetzt. Auf diese Weise kann man den Sekundenzeiger 63 über eine sehr einfache Übertragung geringer Kosten in eine fortgesetzte Bewegung antreiben. Die übrigen Verzahnungen des Räderwerks sind nicht abgewandelt.

Die Wicklungen BC und BM sind in einer Flachscheibenspule 66 vereinigt, deren mittlerer Durchmesser annähernd gleich dem Abstand von zwei einander folgenden Polen N und S des Rotors ist. Die Durchmesser der Drähte werden so gewählt, daß man die oben anhand der Diagramme der Fig. 2 analysierte Arbeitsweise erhält.

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Die Flachscheibenspule 66 sowie die Organe 11 bis 15 (gekapselter Quarz, Oszillator und Frequenzteiler .«.) sind auf einem Plattenträger 6? aus Isolierwerkstoff fest angeordnet. Die Verbindungskreise können auf dieser Platte aufgedruckt sein, deren Ersatz ist sehr einfach und gestattet schwierige und kostspielige Reparaturen zu vermeiden.

Man wird bemerken, daß die mit Quarz ausgestattete Zeitsicherung nach der Fig. 1-6 zum großen Teil mit Hilfe von Werkzeug hergestellt wird, das bereits für die billige Herstellung von Uhren mit Pendel oder Unruhe geschaffen wurde. Die neuen, weiter oben beschriebenen Mittel gestatten also die tatsächlichen Kosten der Quarzchronometer beträchtlich zu verringern. Mit Bezug auf die frühere Technik gewinnt man überdies die folgenden Vorteile:

a) Die Anzeige der Stunde wird mittels eines kleinen vollkommen verläßlichen Motors gewährleistet, da man die intermittierende Übertragung durch Motoranker und Hemmrad unterdrückt hat (heikle Übertragung, die, wenn sie verwendet wird, zu häufer Entregelung führt, so daß die Sekundenzeiger großen Radius nicht richtig zum Arbeiten gebracht werden können);

b) Der Energieverbrauch ist sehr verringert, da sich die Welle 6l mit schwachen Reibungsverlusten dreht und nicht die Verwendung eines instabilen Sehmiermittels erfordert; es genügt eine elektrische Leistungsausbeute e/U der Größenordnung von 20 % zu erzielen, um auf der Welle des Sekundenzeigers 62 einen Kopplungsmotor verwirklichen zu können, der viel höhere Wirksamkeit hat als derjenige, der durch die üblichen Bewegungen

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mit Unruhe oder Pendel zuzulassen ist; überdies regeln sich die Zeitdauerwerte der Motorimpulse automatisch mit geringsten Größen, gemäß der Gegenkopplung, die vom Räderwerk der Zeiger ausgeübt wird;

c) Die Lebensdauer der Batterie G mit üblichem Format kann

drei Jahre überschreiten;

d) Die Arbeitsweise ist absolut geräuschlos.

Der in den Fig. lh und 15 veranschaulichte Motor eignet sich für Wanduhren mit Zifferblättern, deren Durchmesser 30 cm erreichen kann. Auch lassen sich viel kräftigere Stundenbewegungen verwirklichen, indem man einige Abwandlungen an den magneto-elektrisehen Organen vornimmt; z.B. die Qualität der Magnete 68 und 69 verbessert, die einzige Spule 66 durch mehrere Flaehscheibenspulen ersetzt, die angeordnet werden, wie es Fig. 1 erkennen läßt, das Volumen der Batterie vergrößert oder eine Akkumulatorenbatterie verwendet. Eine derart verbesserte Ausführungsform eignet sich insbesondere für folgende Anwendungen und Apparate:

1) Unmittelbare Ablesung der Stunde und des Datums durch sehr sichtbare Ziffern und Inschriften, die mit j±üfe von Mechanismen aus laufender Fabrikation äußerst rasch überwechseln;

2) Antrieb starker Minutenwerke, was die Ausführung großer Wanduhren mit einer oder mehreren Flächen wie: öffentliche Uhren, Uhren an Giebeln von Gebäuden, Turmuhren, Aushängeuhren, Werbeuhren, große Anzeigezifferblätter für verstrichene Zeit an Sportfeldern ...;

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3) Antrieb von Nachriclitenträgern für die Registrierung der Stunde oder von Zeitintervallen, Steuerung von Druckwerken oder zur Anzeige der Stunde und des Datums (Kontrolluhrsysteme, Rundenkontrollen, Parkometer, Sprechuhren .,..);

h) Wechseluhren zum Wechseln von Tarifen, Programmwerken, zeitgesteuerte Unterbrecher mit vorgängiger Bezahlung (für Apparate zur Aufstellung)., chronometrische Relais mit sehr kräftigen .Kontaktgebern und Auslösevorrichtungen;

5) Steuerautomaten von Dekorationsuhren;

6) UhrSteuerungen mit Schlagwerken für Stunden und Halbstunden oder Glockenwerke.

Für diese letzte Anwendung kann man das Steuerprinzip anwenden, das in dem alten französischen Patent No. hkh 818 vom 10. Juni 1912 (Ch. O¹KEENAN) offenbart ist, demzufolge das Minutenwerk der Zeiger sowie der Wiederaufziehmechanismus der Schlagwerke von einem einzigen kleinen Elektromotor betätigt werden. Bei diesem System hatte der Erfinder einen Geschwindigkeitsregler mit mechanischer Hemmung übernommen, während die vorliegende Erfindung die unmittelbare Verwendung eines Nachlaufmotors gestattet, der verhältnismäßig kräftig ist und sich mit einer von einem periodischen Signal gesteuerten Geschwindigkeit dreht, das von einer Mutteruhr hoher Präzision oder von einer kleinen Quarzhilfssteuerung oder auch durch eine radioelektrische Sendung mit Normalfrequenz geliefert werden kann. .

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Ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, kann man den oben geschilderten elektromagnetischen Ausführungsformen verschiedene Änderungen zuteil werden lassen. Insbesondere könnte der Motor nach der Fig. 8 mit zahlreichen Polen versehen sein, was es erlaubt, ihn mit einer verhältnismäßig schwachen Steuer— geschwindigkeit arbeiten zu lassen (unterhalb fünf Umdrehungen pro Sekunde). Fig. 17 gibt als Beispiel einen kleinen Motor wieder, dessen Rotor stark mit Magneten ausgestattet, gleichwohl sehr leicht, fünfzehn Paare abwechselnder Pole aufweist. Dieser Rotor ist - sehr vergrößert - den Fig. 18 und 19 zu entnehmen (Durchmesserschnitt und Aufriss).

Wie die Gesamtansicht im Aufriss der Fig. 17 zeigt, ist der Rotor beinahe vollständig von einem Stator umgeben, der zwei polare Ausnehmungen 74 und 75 aufweist, wobei sich jede über einen Bogen von annähernd 180 erstreckt. Jede Ausnehmung ist mit fünf inneren Zähnen versehen, deren Zwecke denjenigen der Statorzähne des Motors nach der Fig. 8 entsprechen. Die Ausnehmungen 74 bzw. 75 gehören zu einem langen gradlinigen Kern 76, auf welchem die Wicklungen BM, BC, BM' und BC angeordnet sind. Diese Wicklungen haben die motorischen und gleichrichtenden Wirkungen, die weiter oben hinsichtlich der Motoren nach Fig. 1 und 8 dargelegt sind. Man bemerkt, daß die übernommenen Verhältnisse und Maßstäbe (lange Wicklungen kleinen Durehmessers) die Anzahl von Drähten zu vermehren gestatten,-unter Vermeidung der Verwendung von sehr feinen und sehr teuren Leitern, überdies sind die Verluste durch Joule-Effekt vermindert. Die ferromagnetischen Teile des Stators bestehen aus Blechen aus Legierungen auf der Basis von Eisen und JNickel, gekennzeichnet durch eine große Permeabilität und ein sehr

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schwaches Koerzitivfeld, was erlaubt, die"Dichte des Flusses, der sich im Kern 76 periodisch umkehrt, zu vergrößern.

Der Rotor weist zwei dünne Polplatten 77 und 78 auf, außen gezahnt, wie es die Zeichnung erkennen läßt. Diese Platten bilden die Wangen eines bipolaren Magneten in Form einer dünnen Scheibe 79» die vorzugsweise aus der neuen Kombination auf der Basis von Samarium und Kobalt besteht, deren charakteristisches Energieprodukt (BH ) ungefähr fünfzehn Millionen Gauss—Oersted erreicht. Mit diesem Material hoher Qualität, dessen Koerzitivfeld 5000 Oersted übersteigt, ist es möglich, die Länge der inneren, zur Rotorachse parallelen Kraftlinien beträchtlich derart zu vermindern, daß die Poükränze mit fünfzehn Zähnen 77 (Nord) und 7Ö (Süd) in geringen Abstand (z.B. auf 0,5 mm) angeordnet werden. Diese gezahnten Teile werden einfach aus Eisen oder duktilem Stahl ausgeschnitten, es ist nicht notwendig, ihre Enden zuruckzukrummen, sie werden auf einen wabenbildenden Sitz 80 gezogen, indem man sie um die Hälfte des Zahnschnittes p, d.h. um 36O°/3O = 12° versetzt. Die ferromagnetischen Teile des Stators können aus zwei Paketen ausgeschnittener dünner Bleche bestehen und es genügt, daß die Dicke jedes Pakets gleich der Dicke ep_ des Rotors ist.

Ein Umriss der Verzahnungen ist den Fig. 15 und l6 zu entnehmen: die Breite der Zähne ist gleich derjenigen der Lücken. Die äußere aktive Oberfläche jedes Polzahnes ist konzentrisch zur Rotorachse oder leicht exzentrisch, wie im Falle des Motors nach den Fig. 8 bis 10. Die Zähne der Ausnehmung Ik befinden sich gegenüber den Zähnen N (Nord) des Rotors, wenn sich die Zähne der Ausnehmung 75 gegenüber den Zähnen S (Süd)

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des Rotors befinden. ,Sind diese Bedingungen erfüllt, stellt man fest, daß sich der Motor sehr leicht dreht, ohne durch die übermäßigen Änderungen der Reluktanzen der Luftspalte zwischen den festen und den beweglichen Zähnen behindert zu werden.

Die normale Arbeitsweise des Motors ist gegeben, wenn die magneto-motorischen Kräfte der Wicklungen einen Magnetfluss erzeugen, der sich periodisch umkehrt, wobei jede Flußumkehr den Vorwärtslauf des Rotors im Sinne f um einen Winkel p/2 bewirkt, wobei ρ der Zahnschritt ist. Wenn die Frequenz der Flußumkehrungen niedrig ist, hat der Rotor - einer Art pulsierenden Kopplung unterworfen - das Bestreben, einen stoßweisen Vorwärtslauf anzuführen. Man muß also das Auftreten schädlicher Schwingungen befürchten, wie diejenigen, welche die Arbeitsweise der von Wechselstrom gespeisten industriellen Synchronmotore. Diese Vorgänge werden in den elektrotechnischen Abhandlungen analysiert und man weiß, daß sich derartige Schwingungen vergrößern und das Außertrittfallen des Rotors bewirken können. Um diese Unzulänglichkeit zu beheben; ist die Anordnung einer - an sich bekannten —. Dämpfungsvorrichtung vorgesehen, die aus einem kleinen zum Rotor koaxialen Schwungrad besteht. Dieses Schwungrad ist mit Hilfe einer Spiralfeder 82 mit den multipolaren Kränzen verbunden,, Das Schwungrad kann sich mit Bezug auf die Welle drehen und es ist, um das Heißlaufen oder Festfressen zu verhüten, mit einer Nabe aus selbstschmierendem Werkstoff ausgestattet. Der maximale" Drehwinkel des Schwungrades mit Bezug auf die Welle ist mit Hilfe eines Gestänges 84, das mit einem gewissen Spiel in einem Loch der angetriebenen Masse läuft, festgelegt.

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Die Dämpfung der störenden Geschwindigkeitsschwingungen ergibt sich aus folgenden Erscheinungen: sobald die elektromagnetische Motorkopplung zur Anwendung gelangt, sucht der Rotor 77-78-79 eine beschleunigte Drehbewegung anzunehmen, während das Schwungrad 81 eine gleichförmige Geschwindigkeit zu bewahren sucht, hieraus ergibt sich ein Gleiten des !Schwungrades mit Bezug auf die Rotorwelle; ein Gleiten im umgekehrten Sinne findet statt, wenn die elektromagnetische Kopplung unterbrochen ist, während das Schwungrad seine Drehung fortsetzt. Die kleinen Gleitbewegungen des Schwungrades bedingen Reibungen und veränderliche Spannungen der Spirale 83. Die Erfahrung zeigt, daß diese Wirkungen^ obwohl sehr schwach, doch eingreifen, um die Beschleu- nigungen zu vermindern und die Geschwindigkeit des ganzen Rotors zu vergleichförmigen. Auf diese Weise verbessert man die Gangsicherheit des synchronisierten Motors und? vermeidet die Stöße der Zähne des Zahnrades 25 auf die Zähne des ersten Rades des angetriebenen Mechanismus.

Um einen kleinen verhältnismäßig kräftigen Stundenäpparat zu vervollkommnen, der auf dem weiter oben anhand der Fig. 1 und 2 geschilderten Prinzip beruht, verwendet man vorteilhafterweise den Anzeigemotor nach den Fig. .17 bis 19, wobei man die weiter unten dargelegten Besonderheiten der Speisung anwendet. _%-

Der Stator weist zwei motorische Wicklungen BM und BM' sowie zwei Aufnahmewicklungen BC und BC auf. Beim selbsttätigen Gang während einer Drehung eines halben Zahnschritts (p/2), ruft die Gruppe der Spulen BM-BC einen magnetischen Fluß + 0 hervor, der in einem gewissen Sinne wirkt; während der folgenden

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Drehung von p/2 ruft die Gruppe BM¹-BC¹ einen Fluß - 0 hervor, der im umgekehrten Sinne zum vorher genannten gerichtet ist. Infolgedessen üben die elektromagnetischen wotorkörper ihren Einfluß nacheinander auf den Rotor mit äußer&t kurzen Unterbrechungen aus. Um die Synchronisation des auf diese Weise selbsttätig betriebenen Rotors zu verwirklichen, wird ein Vibrationsquarz Q verwendet, z.B. mit der Frequenz 2 ^ = 32 768 Hz, der einer Vorrichtung (Organ 12-14 nach der Fig. 1) zugeordnet wird, welche die Frequenzhilfssteuerung durch 2 (oder 512) teilt und auf diese Weise ein Frequenzsignal 2 oder 64 Hz liefert. Arbeitet eine Vorrichtung dieser - an sich bekannten Ausführung bei dieser Frequenz, so liefert sie zwei Serien von intermittierenden Signalen (sogenannte rechteckige Signale), die untereinander um eine Halbperiode außer Phase liegen und jeweils auf die von den Aufnahmewicklungen BC und BC des Stators freigesetzten Ströme einwirken« Aufgrund der früher analysierten Erscheinungen nimmt der Rotor 77-78-79, der fünfzehn Polpaare aufweist, eine Steuergeschwindigkeit an, die fünfzehnmal schwächer als die Frequenz 64 Hz, d.h. 4,266 Umdrehungen pro Sekunde (oder 256 Umdrehungen pro Minute) ist. Man bemerkt, daß der Motor schwache neuerliehe Impulse 30 mal pro Umdrehung aufnimmt; die geringe Geschwindigkeit der Rotorwelle gestattet es, die durch mechanische Reibungen hervorgerufenen Verluste zu vermindern und die vollkommene Erhaltung der Zapfen zu gewährleisten. Die Verlässlichkeit des Motors ist ausgezeichnet, da sich die Dauer der Motorimpulse automatisch nach der Last des Motors regelt. Überdies werden die schädlichen Geschwindigkeitsschwingungen durch den Schwungraddämpfer 81 vermieden. Das System, das soeben geschildert worden ist, eignet sich mithin insbesondere für Gebrauchsapparate, welche die Bewahrung einer streng konstanten Winkelgeschwindigkeit verlangen (Antrieb

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von Magnetbändern, Anzeige der Stunde mit hundertstel Sekunde, genaue Messung kleiner Zeitintervalle, und anderes mehr ...).

Die anhand der Fig. 2 gegebenen Erläuterungen zeigen, daß die kurz zuvor geschilderten multipolaren Motoren mit Hilfe der in Pig. I schematisch wiedergegebenen Vorrichtung selbsttätig arbeiten und synchronisiert werden können. Man könnte, wohlverstanden, zu anderen elektronischen Ausführungsformen zurückkehren, welche dasselbe Endergebnis liefern, d.h. durch , den Vergleich der Phasen der Bewegung des Rotors und des Synchronisationssignals, das Intrittfallen des Rotors bei einer niedrigen Frequenz N. die mit konstantem Bezug auf die Hilfsfrequenz N des Quarzes Q oder, jede andere Noraialfrequenz gewährleistet. Es ist dargelegt worden, daß der multipolare^ Rotor, der eine Last ohne Eingriff der Synchronisationsvorrichtung antreibt, mit Hilfe seiner Aufnahmespule BC eine Signalspannung hervorruft, deren Periode T ist. Diese Spannung entspricht einer Frequenz N = l/T.» die man gemäß den folgenden Darlegungen "freie Motorfrequenz" nennen kann. Die Synchronisationsvorrichtung oder "Synchroniseur" hat zur Wirkung N gleich der Frequenz N des vom Teiler lh gelieferten Bezugssignals zu machen. Zu diesem Zweck verkürzt der Synchroniseur mehr oder weniger, die Dauer der Abgaben von Motorströmen i, wie es die Diagramme (d), (e) und (f) der Fig. 2 zeigen; die Motororgane müssen also derart ausgebildet sein, daß sie einen Überschuß an mechanischer Leistung liefern, wenn der Synchroniseur nicht wirkt. Weiter oben hat man gesehen, daß eine zu bedeutende elektrische Leistung in gewissen Fällen die spontane Verwirklichung des synchronen Arbeitsbereichs verhindern kann, und daß sich daraus die Notwendigkeit rechtfertigt, zu einer Begrenzung der Motorleistung zurückzu-

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- kh -

kehren, wenn die Frequenz lsi des freien Motors die Bezugsfrequenz JM sehr überschreitet.

Um das Intrittfallen in den schwierigen Fällen zu gewährleisten, ist nach der Erfindung die Anordnung einer Sicherheitsbremse vorgesehen, welche die Motorkopplung vermindert, wenn die

Differenz N -N zu bedeutend ist. Diese Bremse kann aus einem ms

schwingenden Blatt oder einer passiven Stimmgabel bestehen, die mit dem Rotor magnetisch gekoppelt ist; in diesem Fall wird die Eigenfrequenz des Resonators derart bestimmt, daß die mechanische Resonanz auftritt, wenn 3Sl JSI überschreitet, ein Teil des als Bremse verwendeten Vibrators kann den Rotor am Ende des Laufs berühren und eine sehr wirkungsvolle intermittierende Reibung hervorrufen.

Man kann 'auch wieder ein elektrisches Frequenzfilter nehmen, wie es als Beispiel anhand der Fig. 20 näher erläutert worden ist. Diese Vorrichtung wirkt in folgender Weise: sucht der Motor "durchzugehen", wird der von der Aufnahmewicklung tiC erzeugte Strom in einen Kondensator C passend gewählter Größe abgeleitet. Hierdurch kann der in die Basis des Transistors TR geschickte Strom vermindert werden, was die Abschwächung der elektromechanischen Kopplung bewirkt. Wohlverstanden könnten weiter ausgearbeitete Frequenzfilter - den Elektronikern bestbekannt - eine radikalere Verminderung des Steuerstromes bewirken.

Fig. 21 zeigt eine andere Ausführungsform, die es gestattet, die Wirkungen einer Sicherheitsbremsung mit Hilfe eines schwingenden Blattes 86, das mit einem kleinen Magneten 87 ausgestattet ist, der vom multipolaren Rotor 1 des Motors periodisch

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angezogen wird, zu steigern. Eine Wicklung BS, nahe dem Magneten 87 angeordnet, ruft eine Wechselspannung hervor, sobald das Blatt 86 in Resonanz tritt. Die Enden von BS sind mit dem Emitter und mit der Basis eines Hilfstransistors tr verbünden, welcher BC kurzschließt, wenn er gesättigt ist. Durch eine zweckentsprechende Winkelverstellung des ganzen Blattes oder Lamelle 86 und der Wicklung 87 mit Bezug zum Stator läßt sich leicht erreichen, daß diese Sättigung derart eingreift, daß die motorischen Wechsel unterbrochen werden. Man bemerkt, daß das Eingreifen BS keine sehr genaue Regejung der Eigenfrequenz des Blattes 86 erfordert, weil die Stabilisierung der Geschwindigke.it des Rotors letztlich durch den Quarzsynchroniseur bewirkt« wird.

Bei den Anwendungen auf dem Uhrengebiet, wie d,ort, wo die Widerstandskopplung sehr gering ist und sich kaum ändert, kann man sich damit zufriedengeben, die Motorwicklungen wie BM. und BM₂ einzustellen, um eine Grenzgeschwindigkeit zu erzielen, die aufgrund der Ausführungsform eine Selbstsynchronisierung in allen Fällen gewährleistet. Unter "Selbstsynchronisierung" in allen Fällen versteht man, daß der Motor einen wachsenden Arbeitsbereich annimmt, wenn man ihn mit dem in Wirkung stehenden Synchroniseur anläßt, und daß seine Frequenz αμΐοηίαΐϊβοΐι gleich N wird, während,wenn man den Synchroniseur aussschaltet und wenn man ihn von neuem einschaltet, die Motorfrequenz, die M überschritten hat, abnimmt, um von neuem gleich der von dem Quarz gesteuerten Frequenz JJ zu werden.

Eine Einstellung läßt¹ sich dadurch erzielen, daß man die Größe des Widerstandes 9 in Reihe mit der Aufnahmewicklung BC ändert, oder auch einen Widerstand vorsieht, der mit dem Leistungskreis in Reihe liegt. Man hat im Laufe von Versuchen festgestellt, daß man die Selbstsynchronisation in allen Fällen mit einer

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Spielbreite der Änderung des Einstellwiderstandes gewährleisten kann, wenn hierbei 250 Ohm für eine unter einer Spannung von 1,5 Volt bewirkten Speisung erreicht werden kann. Auf diese Weise gelangt man zum automatischen Synchronisieren eines Mikromotors für die Uhrenzwecke bei einer Frequenz von 32 Hz, wobei die Frequenz des freien Motors (ohne Synchroniseur) in der Nachbarschaft von 50 Mz liegt. Andererseits entspricht die Spielbreite möglicher Änderung des der- Einstellung dienenden Reihenwiderstandes der Spannungsänderung, welche die den Motor speisende Batterie haben kann.

Wenn der am Ausgang des Frequenzteilers zur Verfugung stehende Strom sehr schwach ist, beispielsweise in der Größenordnung von 10 Nanoampere, wird gemäß der Erfindung ein Zwischentransistor tri vorgesehen, wie Fig. 22 zu entnehmen ist. Ist der Ausgang l6 des synchronisierenden Signales mit Bezug auf den negativen Pol der Energiequelle positiv, so ist der Hilfstransistor tri gesättigt und blockiert den Leistungstransistor TR; der Motor ist hierdurch außer Wirkung. Wenn das Signal am Potential Null ist, so ist der Transistor tri blockiert und die Aufnahmewicklung BC nicht mehr kurzgeschlossen, der Motor kann sich frei drehen.

Die Erfahrung zeigt, daß man zwischen dem Ausgang 16 und der Basis von tri einen genügend starken Widerstand 89 in der Größenordnung von 600 Kilo-Ohn vorsehen auß, daait das Signal nicht zerstört wird. Andererseits muß man den Transistor tri an den Anfang der Leitung führen, indea nan ihn Bitteis einer Brücke ■it Widerständen 90 und 91 polarisiert. Die Erfahrung zeigt weiter, daß sich die günstigsten Werte gegen 600 bzw. 300 Kilo-Ohm ergeben.

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- hi -

Aus dem Schema der Fig. 22 ist außerdem eine Vorrichtung zu ersehen, welche die Verbesserung der Leistung oder des Wirkungsgrades des Motors gestattet, indem die Breite cT der Abgaben von Motorströmen i , die auf dem Diagramm (b) der Fig. 2 wiedergegeben sind, vermindert wird. Dieses Ergebnis wird mit Hilfe der Kondensatoren C, und C^ erzielt: C. ist dem Widerstand 9 parallel geschaltet und C^ liegt zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors TR. Die Wirkung dieser Kondensatoren C. und C₂ ist folgende: C. ruft eine Phasenverschiebung hervor, welche den motorischen Impuls in seinem hinteren Teil vermindert, während C₂ eine Phasenverschiebung erzeugt, welche diesen Impuls in seinem vorderen Teil vermindert. Die vereinigten Wirkungen der beiden Kondensatoren haben also als Ergebnis, die Dauer des Motorimpulses zu vermindern und sie zwischen die zwei Rechteckimpulse zu zentrieren, die sie zwischen sich einschließen. Der Strom wird daher nur ausgesandt, wenn die gegenelektromotorische Kraft bedeutend ist, was für das Anwachsen der Leistung des Motors sehr günstig ist.

Die Anpassung der mit den oben geschilderten Einrichtungen vervollkommneten Motoren kann gewisse bauliche Abwandlungen erfordern, die es gestatten, daß einerseits der Raumbedarf der Organe vermindert wird, andererseits die motorische Leistung' erhöht wird. Die Fig. 23 bis 25 zeigen besondere Ausführungsbeispiele, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung bleiben.

Der in Fig. 23 wiedergegebene Motor ist so ausgeführt, daß der weiter oben anhand der,Fig. 9 und 10 geschilderte multipolare Rotor beibehalten ist. Die Elemente dieses Rotors sind mit den früher benutzten Bezugsziffern bezeichnet. Die Änderung betrifft allein den kreisförmigen Stator, welcher den Rotor völlig um-

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gibt. Dieser Stator ist mit fünf Paaren schmaler Polstücke 93, 94 ausgestattet, die von einer einzigen ringförmigen Wicklung 92 erregt werden. Diese Polstücke bestehen aus kleinen Metallzungen großer magnetischer Permeabilität, die zurüekgekrümmt und schuppenförmig ausgebildet sind, wie es die Skizze erkennen läßt. Man sieht, daß die magnetischen Kreise des Stators durch die Vereinigung der Teile 93, 94 und 95 verwirklicht werden. Diese Teile werden durch Schneiden, Stanzen, Ziehen oder dergl. aus Blech aus sehr weichem Eisen oder durch Formung aus ferromagnetischen Pulvern billig hergestellt, die mittels eines isolierenden Bindemittels agglomeriert sind. Wenn die Wicklung 92 von einem Strom durchlaufen wird, werden die Zähne des Stators zeitweilig in Magnetwirkung gesetzt, wie es die Induktionslinien erkennen lassen, die auf der Schnittansicht der Fig. 23 punktiert wiedergegeben sind. Die Polaritäten ändern sich, wenn der Erregerstrom umgekehrt wird, bei diesen Bedingungen dreht sich der Rotor durch aufeinanderfolgende Stöße in einheitlichem Sinne, wie es das früher mit Bezug auf Fig. 8 geschilderte System erkennen läßt.

Diese Art der schrittweisen Arbeitsweise ist den leicht exzentrischen Formen der Pole des Rotors und der kleinen Zungen des Stators zu danken. Außerdem stellt man fest, daß, nach jedem Durchgang von Strom, dem eine Unterbrechung des Kreises folgt, der schwache remanente Magnetismus, der in den kleinen Weicheisenzungen weiterbesteht, den Rotor leicht anzuhalten und die Winkelversetzungen zu begrenzen sucht. Diese Wirkung kommt einer Bremsung gleich, welche das Durchgehen des Rotors günstig hindert, der durch den periodischen synchronisierenden Strom in Nachlaufsteuerung bleiben soll.

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Die Volumenleistung des Empfängers nach Fig. 7 ist verhältnismäßig groß, weil die Motorkopplung aus magnetischen Rückstößen und Anziehungen stammt, die gleichzeitig zwischen allen Polen des Stators und des Rotors stattfinden. Infolgedessen gestattet ein Mikromotor des betrachteten Typs, dessen Gesamtdurchmesser kleiner als 7 mm ist und dessen Dicke lediglich 2 mm beträgt, mit Sicherheit die drei Zeiger und den Datengeber einer kleinen Armbanduhr zu betätigen, die von einem Schwinger mit Quarz oder Stimmgabel aus Elinvar-Legierung hilfsgesteuert wird. Die Anwendung der Erfindung gestattet die Dauer der Stromimpulse zu verkürzen und die Arbeitsweise mit einer winzigen Batterie zu gewährleisten, deren Spannung zwischen 1,6 und

I Volt schwanken kann.

Wendet man dieselben Ausführungsprinzipien an, kann man mehrphasige Motoren verwirklichen, die sich in einheitlichem Sinne drehen und deren Leistung viel höher ist als diejenige der früher beschriebenen Motore. Fig. 24 gibt ein Beispiel eines dreiphasigen Motors wieder, der von drei Impulszügen (i., ig, i~) in Wirkung gesetzt wird, die um ein Drittel der Periode T eines synchronisierenden Signalgenerators außer Phase liegen.

Der betrachtete Mikromotor (Fig. 24) weist einen Rotor mit acht abwechselnden Polen auf, deren Ausbildung derjenigen des Rotors entspricht, der in den früher beschriebenen Figuren

II und 12 wiedergegeben ist. Dieser Rotor besteht aus einem axialen Magneten hoher Güte, der sehr flach ist, auf den zwei winzige Scheiben aus weichem Eisen geklebt sind, die über ihre Umfange durch kleine Zungen verlängert sind, die im Winkel zurückgefaltet sind. Diese Teile bilden eine kreisförmige Reihe von acht Polzähnen N , S., N₂ „... S., mit starker Magnetwir-

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kung. Der so geschaffene Rotor wird mit geringen Dimensionen (äußerer Durchmesser kleiner als 5 mm) leicht hergestellt. Er kann sich schrittweise mit einer mehr oder weniger stoßweisen Bewegung in einem Stator ST aus einem Werkstoff großer magnetischer Permeabilität drehen. Verschiedene Herstellungsarten sind möglich? Stapelung ausgestanzter Bleche, massiver Kranz durch Formgebung aus ferromagnetischen Pulvern starker Widerstandsfähigkeit. Dieser Stator ST weist sechs innere Kerne auf mit geringer Ausladung und Anordnung gemäß sechs Radien zu 60 , wie es Fig. 24 erkennen läßt. Diese.Kerne oder festen Polstücke sind mit den Buchstaben P., _, P„, . , P, und ₂ markiert. Die ausladenden Pole wie P. und pi sind auf einem Durchmesser des Stators angeordnet. Zwischen den Polen befinden sich Vorsprünge der aus Fig. 2k ersichtlichen Form. Man bemerkt auf dieser Skizze auch, daß die radialen Luftspalte verhältnismäßig bedeutend sind. Um die ausladenden Pole des Stators ST sind sechs vorgefertigte Scheibenspulenwicklungen angeordnet, deren Dicke größer als die Länge der Wicklungskerne sind; jedenfalls sind die inneren Flächen dieser Wicklungen so angeordnet, daß sie den Rotor nicht stören.

Die Wicklung, welche die erste Phase des Motors bildet, besteht aus den Spulen B. und b., die auf den Polen P. und pl angeordnet sind, die einander diametral gegenüberliegen. Die'zweite Phase besteht aus den Spulen b~ und B_ und ist 60° versetzt. Die dritte Phase besteht aus den Spulen B₂ und b„, die mit Bezug auf die zweite Phase weitere 60° versetzt sind. Bei jeder Phase sind die Spulen in Reihe geschaltet und die Verbindungen derart vorgenommen, daß die elektromagnetischen Kräfte auf den Rotor übereinstimmende Kopplungen ausüben, beispielsweise ricütet sich, wenn a. und b. von einem Strom i. durchflossen

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werden, der Rotor derart aus, daß die Polzähne N. und N gegenüber den Statorpolen P. und pi liegen. Die Induktionslinien nehmen die Formen an, die aus Fig. 24 punktiert zu entnehmen sind.

Die Motorausbildung, die soeben geschildert worden ist, läßt sich vorteilhafterweise bei kleinen Uhrmotoren anwenden, die von drei Wechselströmen betätigt oder synchronisiert werden, die untereinander um ein Drittel der Periode T außer Phase liegen. Die in die dreiphasige Wicklung geschickten Motorstromlieferungen können eine sehr verkürzte Dauer ^t gemäß dem Diagramm der Fig» 25 haben. Insbesondere kann man in günstiger Weise die Dauergrößen der Impulse mit Hilfe des anhand der Fig. 1 und 2 geschilderten Verfahrens vermindern, die sich auf einen einphasigen Motor bezieht. Weiter unten wirjd die Erläuterung auf die'stoßartige Arbeitsweise in einheitlichem Sinn (Schritt für Schritt) beschränkt, die mit Hilfe von drei einheitlich gerichteten Impulszügen verwirklicht ist, wobei als Ursprung der Zeitpunkt 0, welcher der Aufnahme der Elektri— zitätsmenge ql durch die Wicklung der ersten Phase des Stators folgt (Wicklung aus den in Reihe liegenden Spulen B. und bl).

Zum Zeitpunkt 0 wird der Motor in die Stellung minimaler Reluktanz gebracht, die in' Fig. 24 wiedergegeben ist. Die Pole N. und N_ sind in dieser Stellung durch die remanente Induktion des ferromagnetischen Stators ST leicht angehalten. Nach einem Zeitintervall T/3 wird ein Impuls q2 in die zweite Phase eingetragen, die aus den Spulen B₂ und b~ besteht. Das Statorpolstück P„ nimmt sehr rasch die Südpolarität an und zieht den Zahn No des Rotors an; ebenso zieht der Pol P₂ des Stators den Zahn Ni₁ des Rotors an; unter diesen Bedingungen empfangen die

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permanenten Pole N„ und N, tangentielle Anziehungskräfte. Der Rotor wird daher in dem vom Pfeil f angegebenen Sinne angeworfen. Nach der Unterbrechung i. wird der anfängliche mechanische Impuls durch die Wirkung des remanenten Magnetismus der Polstücke P₂ und p2 verlängert, bis die Zähne N₂- und N. sich vor die besagten Pole stellen, d.h. vor die Kerne P₂ und p2, die von den Spulen B₂ bzw. b2 umgeben sind.

Der Vorwärtslauf des Rotors infolge des Impulses qi wird auf diese Weise vollständig auf 30° beschränkt, d.h. auf ein zwölftel Umdrehung. Der Rotor wird in der betrachteten Stellung voll unbeweglich gemacht, da, wenn die Drehung anhält, die elektromagnetischen Anziehungskräfte ihre Richtung ändern und Np vor P₂ zurückführen würden. Die Haltekopplung oder "Indexkopplung" wird nach Belieben bestimmt, indem die Luftspaltbreiten mehr oder weniger groß genommen werden; die optimalen Dimensionen werden zufolge der Versuche mit dem Prototyp unter den Bedingungen praktischer Anwendung bestimmt. Wenn das Rückführdrehmoment sehr gering gewählt wird, können am Ende jeden Laufes einige Winkelschwingungen des Rotors um seine Gleichgewichtsstellung auftreten, jedenfalls aber zeigt die Erfahrung, daß die Amplitude der Schwingungen immer gering bleibt und nicht stört. Dies hat seine Ursache in folgendem:

1) Das Trägheitsmoment des Rotors ist auf einen geringen Wert vermindert;

2) Der Winkellauf nach jedem Impuls ist ebenfalls sehr vermindert (Lauf von nur 30°);

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3) Im Laufe jedes Antriebs unter dem Einfluß einer sehr kurzen Stromabgabe nehmen die elektromagnetischen Kräfte spontan zur selben Zeit wie der magnetische Fluß ab derart, daß der Rotor am Ende des Laufes nur eine geringe kinetische Energie aufgenommen hat, deren Umsetzung infolge der Reibung der Zapfen sehr rasch vonstatten geht.

.Nach den oben analysierten Vorgängen und Erscheinungen durchläuft ein kurzer Strom i_ die dritte Phase B,, b„ und ruft eine neue Vorwärtsbewegung des Rotors um einen Winkel von 30° hervor. Dieselbe Arbeitsweise setzt sich in einheitlichem Sinne + fort und man sieht, daß die drei gleichgerichteten Impulszüge den Rotor 8 mit 8 Polen um einen Gesamtwinkel von 90° in einer Zeit T zur Drehung bringen. Zum Beispiel läuft, wenn die auf jede Phase einwirkenden Impulse um T= 3 Sekunden aufeinanderliegen, der Motor um ein zwölftel Umdrehung jede Sekunde weiter. Die der Energiequelle abverlangte mittlere Leistung ist ebensosehr vermindert wie die Beziehung Λt/T kleiner ist.

Die früher geschilderten magneto-elektrischen einphasigen und_ mehrphasigen Ausführungsformen können mit verschiedenen bekannten Selbstbetriebs- und Geschwindigkeitsregelungs-Einrichtungen ausgerüstet werden. In diesen Fällen gestattet die vorliegende Erfindung die Rotoren mit einer größeren Präzision mit Hilfe von Korrekturorganen zu synchronisieren, die in vorteilhafter Weise hinter einem Vergleich der Phasen der Drehbewegung und mit einem schwachen Bezugssignal wirken. Als Beispiel zeigt die Ansicht a) der Fig. 26 schematisch einen Steuerkreis mit zwei Transistoren, welcher die Synchronisierung eines Motors zu verwirklichen gestattet, der im wesentlichen aus einem Rotor A und einer Motorwicklung BM besteht. Der Steuerkreis weist

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zwei Transistoren tr und TR auf. Die Basis des ersten Transistors tr wird von den Signalen der Bezugsfrequenz wirksam gemacht, die aus einer Änderung unipolarer Spannung emit Bezug auf zyklische Einheit bestehen. Dieses Signal ist dem Diagramm bj der Fig. 26 zu entnehmen. Der erste Transistor tr speist die Basis des zweiten Transistors TR, welcher den Strom i in der Wicklung BM des Motors umschaltet. Im Augenblick,wo der Rotor hochzulaufen beginnt, wird die Änderung der Stärke des Motorstromes durch das Diagramm'c) dargestellt und, wenn der Kollektor C von TR mit der Basis ba von tr über einen starken Widerstand R vereinigt ist, kann der Motor frei weiterlaufen, indem er gewissermaßen "autosynchron" arbeitet. In jedem Falle wird dieser Motor bei den entsprechenden Werten oder Größen der einzelnen Bestandteile anschließend synchronisiert, weil die an die Basis von tr angelegten Signale so wirken, daß sie diesen Transistor blockieren und infolgedessen R, wenn die Signalspannung positiv ist. Die Motorabgabe i befindet sich daher während der positiven Wechsel des Bezugssignales gekappt, wie es das Diagramm d) zeigt. Man erzielt daher eine Synchronisation, die sich aus der Begrenzung der Phasenverschiebung durch das Verfahren ergibt, das am Anfang der vorliegenden Offenbarung unter Bezug auf Fig. 2 geschildert wird.

Man sieht daher, daß ein schrittweiser Rotor, wie er zuvor erläutert worden ist, in gleicher Weise in kontinuierlicher Drehung arbeiten kann, synchronisiert, wie es die Nachlaufmotoren sind. Die erste Arbeitsweise vollzieht sich im Anlauf, was den Anstoß des Motors erleichtert, aber zum Preis eines verhältnismäßig bedeutenden Verbrauchs an Strom. Die zweite Arbeitsweise, die automatisch eingreift, nachdem einmal der Rotor angestoßen ist, gestattet es den Speisestrom der Motorwicklung BM derart zu dosieren, daß man den für das Arbeiten

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'gerade notwendigen Energieaufwand erzielt_β Auf diese Weise läßt sieh eine ausgezeichnete Leistungsfähigkeit oder Wirkungsgrad bei normalem Arbeitsbereich gewinnen.

Bei dem Prinzipschema nach der Fig. 2? hat man eine Abwandlung der früheren Bauweise wiedergegeben, wo die Synchronisations— signale, welche den Motor im Anlauf speisen, sinusförmige Signale sind, die z.B. an einem Verteilernetz für Wechselstrom mit einer praktisch konstanten Frequenz von 50 Hz. abgenommen werden. Eine besondere Neuheit des Aufbaues zielt darauf, daß es dasselbe Netz sein kann, welches den Motor dank einer Gleichrichtung einer zweckentsprechend verminderten Spannung speist (Brücke mit Dioden Red). Ein Akkumulator G kann den Betrieb im Falle einer Störung des Netzes gewährleisten. Offensichtlich könnte man auch von einem Hilfsregler oder einem MiIfsoszillator Gebrauch machen ( auf dem vereinfachten Schema nicht dargestellt) , um die Geschwindigkeit des Rotors A während der Unterbrechung der Netzspannung zu stabilisieren.

Die zuvor im einzelnen geschilderten Ausführungsbeispiele geben den grundlegenden Gedanken der Erfindung wieder und die Sachverständigen können sie zur Lösung von besonderen Problemen mit äquivalenten Ausführungen sowie unter Nutzung von Entwicklungen anwenden, die aus der bekannten Technik der mechanischen, magnetischen und elektronischen Gebiete entnommen sind.

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Claims (21)

Patentansprüche

1. /Kleiner magnetoelektrischer Motor zur Anwendung bei vielerlei Uhren, des Typs mit einer Drehung bei einer mittleren Geschwindigkeit aus einer von einem Sender eines synchronisierenden Signals aufge-prägten Steuerung, wobei die Drehung des Motors gleichförmig oder intermittierend (schrittweiser Motor) sein kann, des Typs, der einen multipolaren Rotor sowie eine Statorwicklung aufweist, die von Stromimpulsen geringer Leistung durchflossen wird, wobei die Werte dieser Ströme einerseits von der Geschwindigkeit und der Stellung des Rotrs und andererseits von der Phase des synchronisierenden Signals abhängen, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Mittel:

a) eine elektronische Synchronisationsvorrichtung, die in jedem Augenblick die Phase der Drehbewegung und die Phase des Synchronisationssignals vergleicht, wobei diese Vorrichtung automatisch eine Abwandlung der Motorimpulse derart bewirkt, dass ihre Werte erhöht werden, wenn die passiven Widerstände sowie die Motorlast größer werden, und vermindert werden, wenn die augenblickliche Geschwindigkeit des Rotors die Steuergeschwindigkeit zu überschreiten sucht;

b) Mittel zur annähernden Regelung der Geschwindigkeit des Rotors sowie zur Verhinderung des Durchgehens des Motors durch eine zeitweilige Abschwächung der Motorkopplung dank der Wirkung eines Spulensystems des Stators, bei welchem der mit Magnetkörpern ausgestattete Rotor eine Wechselspannung induziert, die mit der Geschwindigkeit derart wächst, dass die gegenelektromotorische Kraft die Speisespannung für eine leicht oberhalb des Synchronismus liegenden Geschwindigkeit erreicht;

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c) der Multipolare Rotor ist stark durch mindestens einen sehr flachen und sehe leichten- Dauermagneten polarisiert, der aus einem hochkoerzitiven Material großer Produktenergie HB besteht, wie Samarium-Kobalt, um das Gewicht des Rotors sowie die durch Reibung und Trägheit des Motors bedingten Verluste z,u vermindern.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er Mittel aufweist, die es gestatten, ihn als Aufnehmer arbeiten zu lassen, indem seine Wicklung unmittelbar von einem Teiler der Hilfsfrequenz gespeist wird, dem ein Arbeitskreis üblicher Form folgt. ⁱ

3. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Vorrichtung aufweist, welche der Umkehr des normalen Dreh-

' Sinnes des Motors entgegenwirkt.

4. Motor nach Anspruch 1. zur Anwendung auf ein batteriebetriebenes Sturidenwerk, das von einem Hilfsschwinger wie ein Quarz synchronisiert wird, in Zuordnung zu einem elektronischen Frequenzteiler, des Typs mit einer Aufnahmewicklung, in welcher Spannungen induziert werden, welche die Stromverteilung auf Motorwicklungen steuern, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnehmerwicklung des Stators, zum Zwecke die Geschwindigkeit und die Stellung des Rotors festzulegen, mit der Steuerelektrode eines statischen Relais mit Halbleitern verbunden ist, welches die Motorströme liefert, und das die besagte Aufnehmerwicklung ausserdem mit einem statischen Kontaktorgan verbunden ist, das von dem synchronisierenden Signal derart gesteuert wird, dass es auf das Relais ein-

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wirkt, welches die Motorströme verteilt, indem es in die Einrichtung von jedem dieser Motorströme Verzögerungen einführt.

5. Kleiner Motor nach den Ansprüchen 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass das statische Relais, welches die Motorimpulse verteilt, ein Transistor ist, dessen Basis und Emitter entsprechend mit den Klemmen der Aufnehmerwicklung über einen starken Widerstand verbunden sind, dass die Basis und der Emitter des Transistors periodisch mit Hilfe des statischen Kontaktorgans kurzgeschlossen werden, das von dem Signal gesteuert wird, das aus dem Teiler der Hilfsfrequenz austritt, und dass die Basis des Transistors mittels eines Nebenschlusses, der einen starken Widerstand enthält, in dem Sinne "durchlaufend" polarisiert wird.

6. Miniaturisierter Motor sehr flacher Ausführung, nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor aus zwei winzigen, sehr permeablen Platten besteht, mit Durchmesser kleiner als 8 mm, wobei die eine von ihnen mindestens nahe den Rändern der in Betracht stehenden Oberflächen vier prismatische Magnete aus sehr koerzitivem Material mit hoher magnetischer Energie trägt, wie Samarium-Kobalt, wobei die inneren Kraftlinien der Magnete parallel zur Motorachse verlaufen und sehr kurz sind, beispielsweise unterhalb von einem 1./2 mm.

7. Kleiner Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der multipolare Rotor mehrere bipolare Mikromagnete geringer Länge aufweist, die radial angeordnet und in einem kleinen zylindrischen Teil aus platischem Werkstoff eingesetzt sind,

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das mit einem Steuerzahnrad zusammengeformt ist, wobei dieses geformte Teil eine Schale aus Eisen enthält, welche das innere Magnetjoch der radialen Magnete bildet, dass der Stator aus einer kreisförmigen Reihe von flachen Scheibenspulenwicklungen besteht,, die am Inneren eines Mantels in Form eines kreisförmigen Kastens angeklebt sind, der zum großen Teil aus einem Werkstoff auf der Grundlage weicher ferromagnetischer Pulver besteht, die mittels eines isolierenden Bindemittels agglomeriert sind, wobei der Mantel eine große Permeabilität, ein äusserst kleines koerzitives Feld sowie einen sehr erhöhten Leitungswiderstand besitzt, und dass der Mantel eine seitliche sehr enge Öffnung aufweist, welche den Durchtritt des gezahnten Steuerrades der vom Motor getriebenen mechanischen Einrichtung gestattet.

8. Kleiner Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der multipölare Rotor aus zwei gezahnten Scheiben geringerer Dicke besteht, wobei die Breite der Zähne nahe der Breite der Luftspalte liegt, die Scheiben aus einem duktilen Material großer magnetischer Permeabilität bestehen, das mit Hilfe eines inneren dipolaren Magneten in starke Magnetkraft versetzt wird, welcher die Form einer dünnen Scheibe hat, die von sehr kurzen Kraftlinien durchsetzt wird, beispielsweise herunter zu einem Millimeter, parallel zur Achse des Motors, wobei die gezahnten Magnetscheiben Nord und Süd für den inneren Magnet angewendet und um einen halben Zahnschritt versetzt sind, wobei die Rotorwelle mit feinen Zapfen versehen ist und das Steuertriebrad des Motors trägt, und dass der Stator aus zwei Paketen sehr weicher ferromagnetischer Bleche besteht, die nach einem Umriss geschnitten sind, der innen polare gezahnte Ausnehmungen zu erzielen gestattet,

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welche den Rotor völlig umgeben derart, dass verhältnismäßig lange Kerne, welche die Wicklungen des Motors tragen, durch ein ausgeschnittenes Joch miteinander veKinigt sind, in das ein kleines zylindrisches Stück, beispielsweise ein bipolarer Dauermagnet eingesetzt ist, der richtbar ist und bei Abwesenheit von Strom den Stator polarisieren und den Rotor einstellen kann.

9. Kleiner Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der multipolare Rotor aus zwei Scheiben besteht, die durch Zungen aus duktilem, sehr permeablen, stark magnetisiertem Werkstoff verlängert sind und abwechselnde Polstücke bilden, die einen inneren sehr koerzitiven Magneten in Form eines kleinen Ringes umgeben, der von kurzen Kraftlinien parallel zur Achse durchsetzt ist, und dass der Stator aus einem Gehäuse aus platischem Werkstoff besteht, in dessen Innerem durch Klebung eine Reihe von flachen Scheibenspulenwicklungen befestigt sind, wobei das Gehäuse von einem schalenförmigen Teil überdeckt ist, das einen Schirm magnetischen Schutzes bildet.

10. Kleiner Motor nach Ansprüchen 1, 3 und 5, insbesondere zur Verwirklichung gewisser üblicher Bewegungswerke von Uhren mit Unruhe - oder Pendelmotoren mit vertikalen Wellen, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor aus zwei Platten aus Eisen besteht, von denen eine mindestens einen multipolaren sehr koerzitiven Magneten in Form eines dünnen Ringes trägt, der von Bündeln von Kraftlinien abwechselnden Sinnes parallel zur Achse durchsetzt wird, dass der Stator mindestens eine Scheibenspulenwicklung aufweist, die gegenüber den Magneten

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des Rotors angeordnet ist und Aufnahme- und Motorwicklungen umschließt, dass die vertikale Welle des Motors, vorzugsweise von einer Lagerpfanne mit magnetischem Rückstoß abgestützt, mit einer endlosen Schraube ausgerüstet ist, die mit einem tangentialen Rad kämmt, welches die Steuerung der Zapfen gewährleistet, deren konzentrische Achsen horizontal liegen,und dass die Scheibenspulenwicklung von einer unbeweglichen isolierenden Platte gehalten wird, die «ausserdem einen kleinen Hilfsschwinger sowie einen sehr kleinen Frequenzteiler abstützt.

11. Kleiner Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der multipolare Rotor zwei kleine Scheiben aus Eisen aufweist, die zu Zähnen ausgeschnitten sind, wobei diese gezahnten Scheiben mittels eines inneren sehr koerzitiven Magneten in Form eines dünnen Ringes, der von kurzen Kräftlinien z.B. einer Länge von weniger als 1 mm parallel zur Achse durchsetzt ist, stark magnetisiert sind, wobei die Rotorscheiben Zahnungen aufweisen, die entsprechend bis zur Sättigung Nord und Süd magnetisiert und in halben Zahnschritt versetzt sind und die Zähne, deren Zahl größer als 10 ist, Breiten gleich den Luftspalten haben und einen Kranz mit abwechselnden Polen geringen äusseren Durchmessers bilden (Durchmesser kleiner als 10 mm), dass der multipolare Rotor ein koaxial angeordnetes Dämpfungsschwungrad mit Hilfe einer elastischen Verbindung mit begrenztem Winkelweg antreibt, und dass der Stator innen mit zwei polaren gezahnten Ausnehmungen versehen ist, welche den Rotor umschlingen, wobei diese Ausnehmungen mit einem langen eeitlich angeordneten Kern verbunden sind, der mit Aufnahme- und Motorwicklungen ausgestattet ist.

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12. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er im Steuerkreis eine Filtereinrichtung aufweist, die eiie Verminderung der Motorkopplung sogar ihre Umkehr oberhalb einer Geschwindigkeit" in der Nachbarschaft der von der Frequenz des Bezugssignals aufgeprägten Steuergeschwindigkeit hervorruft.

13. Motor nach Ansprüchen 1 und 12, ,dadurch gekennzeichnet, dass er eine Hilfsvorrichtung für Geschwindigkeitsregelung auf-

. weist, die mindestens aus einer schwingenden Lamelle besteht, die ein magnetisierbares Teil trägt, das nahe dem Rotor angeordnet ist, wobei d^e schwingende Lamelle mit dem Rotor in Berührung kommen kann, um die Bremsung zu verstärken, die durch die Resonanz der schwingenden Lamelle hervorgerufen wird, was das Durchgehen des Rotors' verhindert.

14. Motor nach Ansprüchen 1 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass er ein elektromechanisches Filter aufweist, das mindestens aus einer schwingenden Lamelle besteht, die von dem Rotor erregt wird und einen Strom in einer Wicklung induziert, die mit dem Umschalttransistor derart verbunden ist, dass die Motorwechsel blockiert werden, wenn die Steuergeschwindigkeit überschritten ist.

15. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er zwei synchronisierende, gestufte Vorrichtungen aufweist, die aus sich einen Synchronisiereffekt auf ein Frequenznormal hat, wobei das Normal weniger guter Qualität benutzt wird, um eine Verminderung der Stoßkopplung zu bewirken, wodurch das Durchgehen des Rotors verhindert wird, während das Normal höherer Qualität die strenge Synchronisation des Rotors gewährleistet. - ...

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16. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Verstärkerzwischenstufe aufweist, die z.B. einen Transistor hat, der nach Alles oder Nichts arbeitet und der Trennung des Frequenzteilers von den Kommutierkreisen des Motors dient.

17. Motor nach Ansprüchen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Synchronisationsvorrichtung einen Phasenschieber auf-'weist,, der insbesondere aus zwei Kondensatoren besteht, welche die Dauerwerte der Motorabgaben beträchtlich zu vermindern gestattet, indem nur die mittleren Teile bewahrt bleiben, wobei diese zwei Kondensatoren entsprechend einerseits zwischen der Basis des Umschalttransistors und einem Pol der Stromquelle und andererseits zwischen der Aufnehmerspule und der betreffenden Quelle angeordnet sind.

18. Kleiner Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor einen Kranz mit Polzähnen mit abwechselnd Nord- und Süd-Magnetisierung aufweist, wobei der Kranz von einem Stator umgeben ist, der einen ringförmigen Mantel aus ferromagnetischer sehr permeabler Legierung bildet., der eine flache kreisförmige zum Rotor koaxiale Spule enthält, wobei die innere Oberfläche des Stators aus einer kreisförmigen Reihe von verschachtelten Polstücken gebildet ist, wobei

die Hälfte dieser Polstücke mit einer der Seiten des Statormantels, die andere Hälfte mit der anderen Seite des Mantels verbunden sind, wobei die besagten festen und beweglichen Polflächen sehr leicht exzentrisch sind derart, dass unter dem Einfluss eines schwachen,die Statorwicklung durchlaufenden

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Wechselstromes der Rotor sich im einheitlichen Sinne durch aufeinanderfolgende Stöße der Hälfte seines Zahnschritts -vorwärtsbewegt.

19. Kleiner Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor einen axialen bipolaren Magneten aufweist, der von zwei dünnen Scheiben umgeben ist, von denen jede durch vier rückgekrümmte Zungen verlängert ist, die bis zur Sättigung magnetisiert und verschachtelt sind, um einen Kranz mit abwechselnd Nord-- und Südpolen zu bilden, dass der Stator aus ferromagnetischem sehr permeablen Werkstoff den Rotor umgibt und sechs ausladende Polstücke aufweist, die radial vor dem Kranz der acht abwechselnden Pole des Rotors angeordnet sind, dass die Wicklung des Stators aus sechs Spulen besteht, die entsprechend die ausladenden Pole des Stators umgeben, wobei die Spulen in drei Gruppen unterteilt sind, welche die Phasen einer dreiphasigen Wicklung bilden, die um den Rotor verteilt ist, wobei die dreiphasige Wicklung drei periodische untereinander um ein Drittel einer Periode phasenverschobene Impulszüge empfängt, die aufeinanderfolgenden Impulszüge auf diese Weise den Rotor in einheitlichem Sinne sich drehen lassen, wobei die Drehungen auf einen kleinen Bruchteil der vollen Umdrehung beschränkt sind.

20. Kleiner Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er im Anlauf wie ein klassischer schrittweiser Motor mit Hilfe von starken periodischen Stromimpulsen gespeist wird, die von dem Teiler der Hilfsfrequenz geliefert werden, dann nach diesem Anstoß wie ein selbstlaufender Motor und

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mit Hilfe von kurzen Strömen synchronisiert weiterläuft, die durch die Aufriehmerwicklung sowie durch die gegenelektromotorische Kraft abgeschwächt sind, welche der magnetisierte Rotor in den Statorwicklungen induziert, wobei diese normale Arbeitsweise eine automatische Minderung der verbrauchten elektrischen Leistung sicherte .

21. Kleiner Motor.nach Ansprüchen 1 und 20, in Anwendung auf eine Uhr, die von einöm Wechselstromnetz gespeist wird, dadurch gekennzeichnet, dass Hilfsfrequenz und die Motorenergie normalerweise über das Netz abgenommen^ werden und dass bei zufälliger Unterbrechung der Netzspannung der Gang des Motors durch einen kleinen Akkumulator und einen mitwirkenden Hilfsschwinger aufrechterhalten wird.

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