DE2753749B2 - Schwingankermotor - Google Patents

Description

Ansteuerung eines Schwingankermotors;

F i g, 4 drei teilweise geschnitten dargestellte Rasierapparate, von denen zwei mit der erfindungsgemäOen Einrichtung ausgestattet sind.

In der Fig. 1 ist ein Trockenrasierapparat 1 im Längsschnitt gezeigt, bei dem die Scherfolie entfernt ist Dieser Trockenrasierapparat weist ein Gehäuse 2 auf, das an seinem oberen Ende mit einem Messerblock 3 und in seinem Inneren mit einem Schwingankermotor 4 versehen ist

Dieser Schwingankermotor 4 besteht im wesentlichen aus einem Weicheisenkern 5 mit zwei Schenkeln, zwei Spulen 6, 7, die auf diesen Schenkel angeordnet sind, einer Ankerführung 8 und einem Anker 9. Der Weicheisenkem 5 mündet an seinem oberen Ende in zwei Statorpolschuhe 10,11, denen zwei Polschuhe 12, 13 des Ankers 9 schräg gegenüberliegen. Mit Hilfe zweier Federn 14,15 ist der Anker an der Ankerführung 8 abgestützt Ober einen Zapfen 16, um den eine Feder 17 geschlungen ist, ist der Anker 9 mit dem Messerblock 3 verbunden. An der rechten oberen Ecke des Rasierapparats 1 befindet sich eine Drucktaste 18, die mit einer Sperre 19 verbunden ist, wobei die Sperre 19 ihrerseits über eine Feder 20 mit einem Lager 21 verbunden ist Die Drucktaste 18 dient dazu, den nicht gezeigten Scherkopf von der Scherfolie des Rasierapparats 1 zu trennen, indem die Taste 18 gedruckt und die Sperre 19 nach innen bewegt wird.

Am unteren Ende des Rasierapparats 1 sind noch ein Spannungsumschalter 22 und Anschlußkontakte 23 vorgesehen, die auf einer Platte 24 montiert sind. Von dieser Platte 24 führen elektrische Versorgungsleitungen 25,26 zu den Spulen 6, 7. Des weiteren enthält der Rasierapparat 1 noch einen Ein-/Ausschalter 27 für die Netzspannung und einen Stift 28 für den Antrieb eines nicht dargestellten Langhaarschneiders.

Wird mit Hilfe des Schalters 27 Wechselspannung an die Spulen 6, 7 gelegt, so bewegt sich der Anker 9 auf Grund des an den Statorpolschuhen 10, Ii anstehenden Wechselfeldes hin und her. Diese Hin- und Herbewegung wird mittels des Zapfens 16 auf den Messerblock 3 übertragen, der sich somit horizontal unter einem Scherblatt hin und herbewegt

Befinden sich die Polschuhe 12,13 in der Position, in der sie einen relativ großen Abstand von den Statorpolschuhen 10, 11 haben, so ist der magnetische Widerstand des Luftspalts zwischen diesen Polschuhen 10, 12 bzw. 11, 13 relativ groß. Es muß also ein großer Strom durch die Spulen 6, 7 fließen, um diesen Widerstand zu überwinden. Dies bedeutet, daß die während dieser Zeit dem Schwingankermotor zugeführte elektrische Energie in dem Weicheisenkem 5 und in den Spulen 6, 7 hauptsächlich in Wärme umgewandelt wird. Nur dann, wenn sich die Polschuhe 12, 13 den Statorpolschuhen 10, 11 genähert haben, wird die zugeführte elektrische Energie mit hohem Wirkungsgrad in Bewegungsenergie des Ankers umgewandelt. Das Zeitverhältnis der Zuführung elektrischer Energie bei hohem Wirkungsgrad zur Zuführung elektrischer Energie bei niedrigem Wirkungsgrad beträgt bei dem in F i g. 1 dargestellten Trockenrasierapparat etwa 1 :3.

Um dieses Verhältnis zu verbessern, wird nun gemäß der Erfindung keine stetige Wechselspannung an die Spulen 6, 7 gelegt sondern eine /erhackte, d.h. es werden den Spulen nur einige Bereiche der sinus- oder cosinusförmigen Spannung zugeführt.

Der während der verkürzten Zeit durch die Spulen 6, 7 fließende Strom muß allerdings ein solches Ampere windungcverhältnis bilden, daß in der Zeit, in der die Polschuh*.-12, 13 den Weg kurz vor dem Stator bis su vollen Überdeckung der Stator-Polschuhe 10, 11 zurücklegen, die für den vollen Bewegungsablauf benötigte Energie in das System gebracht wird.

Um das vorstehend erwähnte Ziel zu erreichen, wird eine an sich bekannte Phasenanschnitt-Steuerschaltung verwendet (Intermetall: Thyristoren, Triacs, Triggerdioden, Grundlagen und Anwendungen, 1976, S. 90), die in der F i g. 2 näher dargestellt ist

Die Schaltung weist einen Schwingankermotor 29 auf, der einerseits an einer der beiden Wechselspannungsklemmen 30,31 und andererseits an einer Gleichrichterschaltung mit vier Dioden 32, 33, 34, 35 liegt. Analog zum Schwingankermotor 29 ist ein Schalter 36 vorgesehen, der statt mit der Wechselspannungsklemme 30 mit der Klemme 31 verbunden ist Parallel zu den Gleichspannungspunkten 37,38 der erwähnten Gleichrichterscl/atlung ist ein Thyristor 39 vorgesehen, dessen Kathode mit dem Punkt 38 verbunden ist und dessen Steuerelektrode an dem Kollektor eines Transistors 40 liegt Ein Widerstand 41 ist noch parallel zur Strecke Kathode/Steuerelektrode des Thyristors 39 geschaltet.

Der Emitter des Transistors 40 ist an die Verbindungs;jitung zwischen einem Widerstand 42 und einem Kondensator 43 angeschlossen, wobei der Widerstand 42 mit dem Punkt 37 und der Kondensator 43 mit dem Punkt 38 der Gleichrichterschaltung verbunden ist.

Von der Basis des erwähnten Transistors 40 führt eine Verbindung auf die Anode einer Diode 44, deren Kathode an die Verbindungsleitung zweier Widerstände 45,46 angeschlossen ist, wobei der Widerstand 45 mit dem Punkt 37 und der Widerstand 46 mit dem Punkt 38 der Gleichrichterschaltung verbunden ist.

Die Widerstände 45, 46, 42 und der Kondensator 43 bilden zusammen eine Brückenschaltung, in deren Diagonalzweig die Diode 44 und die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 40 liegen. Der Zündzeitpunkt des Thyristors 39 wird durch das RC-Verhältnis in der Brückenschaltung bestimmt. Die Spannung im rechten Brückenzweig, bestehend aus dem Widerstand 42 und dem Kondensator 43, eilt wegen des Kondensators 43 der Spannung im linken Brückenzweig, bes'.ehend aus den Widerständen 45, 46, nach. Infolgedessen ist während der ersten Hälfte jeder Netzhalbwelle die Basis des Transistors 40 positiv gegenüber dem Emitter, und es fließt kein Kollektorstrcm.

Der Thyristor 39 ist ebenfalls gesperrt. Zu einem Zeitpunkt der zweiten Hälfte der Halbwelle, der durch den Widerstand 4Ii festgelegt wird, geht die Diagonalspannung der Brücke durch Null, und wenn danach die Basis des Transistors 43 etwas negativ gegenüber dem Pmiuer geworden ist, fließt kein Kollektorstrom im Transistor 40, der den Thyristor 39 zündet.

Die Schaltungsanordnung gemäß F i g. 2 ist so angelegt, daß nur das letzte Drittel jeder Stromhalbwelle durchgelassen wird, d. h. der Schwingankermotor 29 bzw. seine Spulen 6, 7 (Fig. 1) werden nur mit diesem Drittel beaufschlagt.

In der Fig.3 ist im Prinzip dargestellt, auf welche Weise ein Schwingankermotor in Abhängigkeit von der Lage impulsweise mit Strom beaufschlagt werden kann. Hierzu wird der Messerblock 3 mit einer Leuchtdiode 47 versehen, die mit e^:nem kleinen Rohr 48 umgeben ist. Das Rohr 48 dient dazu, das Licht der Leuchtdiode 47 zu einem nach unten gerichteten Strahl zu bündeln.

Parallel zur Horizontalbewegung des Messerblocks 3 ist eine Ebene 49 mit lichtempfindlichen Elementen

vorgesehen, wobei die lichtempfindlichen Elemente mit einer Auswerteschaltung 30 verbunden ist. Die Auswerteschaltung 50 ist ihrerseits mit dem Steueranschluß einer Torschaltung 51 verbunden, die eine Spannung (J an den Schwingankermotor 29 legen kann.

Mit Hilfe der Leuchtdiode 47 und der lichtempfindlichen Ebene ist es möglich, die räumliche Lage des Messerblocks zu erfassen, d. h. festzustellen, ob er nach rechts oder nach links ausgelenkt ist, denn wenn wr z. B. nach rechts ausgelenkt ist, wird ein auf der rechten Seite der Ebene 49 angebrachtes lichtempfindliches Element ansprechen und ein Signal an die Auswerteschaltung 50 geben. Die Auswerteschaltung 50 gibt nur dann einen Steuerbefehl auf die Torschaltung 51, wenn ganz bestimmte lichtempfindliche Elemente ansprechen. Hierdurch wird erreicht, daß nur bei definierten Positionen des Messerblocks 3 eine Spannung auf den

ijt-ll r» lllgatir\t~! ll lUIUI gbgl.Ul.ll η ι, u.

Da die Lage des Messerblocks 3 in einer festen Beziehung zur Lage der Polschuhe 12,13 (F i g. 1) relativ zu den Statorpolschuhen 10, 11 steht, ist es somit möglich, nur dann eine Spannung auf den Schwingankermotor 29 zu geben, wenn die beiden Polschuhpaare nahe beeinander sind.

Die in der F i g. 3 dargestellte optische Erfassung der räumlichen Lage des Messerblocks ist nur beispielhaft. Selbstverständlich können auch andere bekannte Lageerfassungs-Systeme. z. B. elektrische oder magnetische, verwendet werden. Auch ist es nicht unbedingt erforderlich, die Lage des Messerblocks 3 abzutasten. Ebensogut kann die relative Lage der Polschuhe 12, 13 direkt erfaßt werden, etwa indem man auf dem Ankei 9 einen entsprechenden Aufnehmer vorsieht.

Weiterhin ist es möglich, die An- und Abschaltung der Spannung in Abhängigkeit von der Verlustleistung vorzunehmen. Diese Verlustleistung kann durch Messung der Eisen-, Kupfer- und Streuverluste errrittelt werden. Haben die Verluste während einer Schwingpe riode einen bestimmten Schwellwert überschritten, so wird die Spannung zu- oder abgeschaltet.

Schließlich ist die Erfindung auch keineswegs auf die Anschaltung einer Wechselspannungsquelle beschränkt, sondern es kann in bekannter Weise auch eine Gleichspannungsquelle an- oder abgeschaltet werden.

In der F i g. 4 ist nun noch einmal dargestellt, wie sich die Anwendung der Erfindung in der Praxis auswirkt.

Dabei sind Rasierapparate dargestellt, die nicht

identisch sind mit dem Rasierapparat von F i g. 1.

Die Fig.4a zeigt einen Trockenrasierapparat her-

kömmlicher Bauart, bei dem die Netzwechselspannung kontinuierlich an die Spule gelegt wird. Man erkennt bei diesem Trockenrasierapparat u. a. das Gehäuse 52, den Anker 53, den Scherkopf 54 und die Spulen 55, 56 mit dem Eisenkern 57. Die Spulen 55,56 sind hierbei relativ groß, um das notwendige Ampere-Windungsverhältnis für den Betrieb des Rasierapparats aufzubringen. Beispielsweise haben sie jeweils 4300 Windungen mit

In Fig.4b ist nun derselbe Rasierer wie in Fig.4a gezeigt, der jedoch gemäß der Erfindung mit einer Schaltung nach F i g. 2 betrieben wird. Bei diesem Rasierer sind die Spulen zwar ebenso lang, aber von geringerem Durchmesser, d. h. sie sind wesentlich schlanker. Diese Reduzierung des Spulendurchmessers wird dadurch erreicht, daß die Zahl der Windungen auf Grund der geringeren Verlustleistung reduziert ist.

In dr.'· F i g. 4c ist eine Variante des erfindungsgemäßen Rasierers dargestellt, bei dem eine Reduzierung der Gesamtlänge des Gehäuses erreicht wurde. Hierbei wurde die Zahl der Windungen wesentlich reduziert, z. B. auf 856 Windungen pro Spule, und der Querschnitt des Spulendrahts erhöht, z. B. auf 0,21 mm. Es kann somit während der knappen zur Verfügung stehenden Anschdtzeit der Netzspannung ein höherer Strom durch den dickeren Spulendraht fließen, um das notwendige Ampere-Windungsverhältnis aufzubringen. Der die Spulen tragende Stator ist um etwa 15 mm verkürzt, so daß trotz der Reduzierung der Gesamtlänge des Rasierapparats genügend Platz für die elektrisehe Schaltung gemäß F i g. 2 vorhanden ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (10)

Patentansprüche:

1. Schwingankermotor für Trockenrasierapparate mit mindestens einem Anker und einem mit mindestens einer elektrischen Spule versehenen Stator, wobei der Anker aufgrund der Erregung der Spute, die an eine elektrische Stromquelle anschließbar ist bewegt wild und wobei der Anker einen Messerblock antreibt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Aufnehmer (7,48) vorgesehen ist, der die räumliche Lage des Ankers (9) relativ zum Stator (S, 8, 7) mittelbar oder unmittelbar feststellt und der eine elektrische Schaltungsanordnung derart steuert, daß diese nur innerhalb eines Teilbereichs der Ankerschwingung die Stromquelle an die Spule (6,7; 29) legt

2. Schwingankermotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anlegen und Trennen der Stromquelle von der Spule innerhalb jeder Halbwelle eines Wechselstroms vorgenommen wird.

3. Schwingankermotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennen der Stromquelle von der Spule dann vorgenommen wird, wenn der Anker (9) den Bereich der Statorpole (10,11) gerade verläßt

4. Schwingankermotor nach einem der Ansprüche 1 —3, dadurch gekennzeichnet, daß das Anlegen der Stromquelle an die Spule für etwa ein Drittel jeweils einer Schwingungsperiode des Ankers (9) unterbrochen wird.

5. Schwingankermotor na-.n Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß pro Periode der Wechselstromquelle jeweils das letzte Dritt«' einer Halbwelle an die Spule geschaltet wird.

6. Schwingankermotor nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (6, 7; 29) über einen elektronischen Schalter (39) mit der Stromquelle verbunden ist.

7. Schwingankermotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufnehmer ein optischer (47, 49), elektrischer oder magnetischer Aufnehmer ist, der die relative Lage des Ankers (9) zum Stator (5, 6. 7) erfaßt und in eine elektrische Größe umwandelt.

8. Schwingankermotor nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auswerteschaltung (50) vorgesehen ist, welche die vom Aufnehmer (47, 49) erfaßte relative Lage des Ankers (9) zum Stator (5,6, 7) dahingehend auswertet, daß nur innerhalb eines durch zwei Lage-Grenzwerte gekennzeichneten Bereichs eine Verbindung der Stromquelle mit der Spule (6,7) erfolgt.

9. Schwingankermotor nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß ein Aufnehmer vorgesehen ist, der den magnetischen Fluß im Eisen oder in der Luft erfaßt und der bewirkt, daß die elektrische Energie lastabhängig der Spule (6,7) zugeführt wird.

10. Schwingankermotor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß im Vergleich zum kontinuierlichen Betrieb des Motors beim diskontinuierlichen Betrieb die Zahl der Spulenwicklungen reduziert und der Stromfluß durch die Spule (60, 61) erhöht wird, so daß das Ampere-Windungs-Verhältnis in etwa konstant bleibt.

Die Erfindung betrifft einen Schwingankermotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind Schwingankermotoren mit und ohne Dauermagneten bekannt, die bei Kühlschrank-Kompressoren bzw. Trockenrasierern Verwendung finden können (Philips-Technische Rundschau, Bd. 33; Heft 8/9.S. 258— 269,1973/74). Dabei sind für den Schwingankermotor, der in Trockenrasiergeräten eingesetzt -jird, die zeitlichen Verläufe von Weg, Strom, Fluß und

to elektromagnetischer Kraft dargestellt (a.a.O., S.262, Abb. T). Vergleicht man den Bewegungsablauf und den Stromfluß dieses Motors, so erkennt man, daß der Strom auch dann fließt, wenn die Ankerpolschuhe weit von den Starterpolschuhen entfernt sind. Dies ist insofern nachteilig, als auf Grund des hohen magnetischen Widerstands der Luft das an den Statorpolschuhen erzeugte Feld nur zu etwa einem Drittel des Ankerschwingwegs mit einem guten Wirkungsgrad genutzt wird. In den anderen zwei Dritteln des Ankerschwingwegs wird der Strom in den Spulen und im Eisen vorwiegend in Wärme umgesetzt

Um die Verlustleistungen zu reduzieren, ist es bereits bekannt, das Feldpolprofil in ganz bestimmter Weise auszubilden (Adolf Wilhelm Mohr, Über die günstige Gestaltung von Schwinganker-Rasiermotoren, ETZ-A, Bd. 82, H. 26, v. 18. \2.1961; S. 852-850). Als günstigstes Profil wird dabei ein teilweise geradliniges, teils hyperbelförmiges Profil (a. a. O, Bild 7) angegeben, d. h. der Luftspalt ändert sich zuerst geradlinig und weist dann einen hyperbolischen Einlauf in dem konstanten Luftspalt auf. Allerdings tritt auch bei diesem sog. günstigen Profil noch eine relativ große Verlustleistung auf, wenn sich der Anker in der vom hyperbelförmigen Teil des Profils entfernten Position befindet

Schließlich ist auch noch ein Schwingankermotor bekannt, bei dem der Schwingungshub des Schwingankers weitgehend unabhängig von der Belastung und der Erregerspannung des Antriebs sowie auch der Eigenfrequenz des Ankers ist (DE-OS 14 8Ö056). Bei diesem Motor weisen die Magnetpolflächen in der Bewegungsrichtung unterschiedliche Größen auf. Eine wesentliche Verminderung der Verlustleistung laßt sich durch diese Maßnahme jedoch nicht erreichen.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, den Wirkungsgrad von Schwingankermotoren zu erhöhen und damit den Platzbedarf für die Erregerspulen zu verkleinern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß nach dem Kennzeichendes Anspruchs 1 gelöst.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der Schwingankermotor bei gleichen Abmessungen höhere Leistungen erbringt, daß eine niedrige Wicklungstemperatur erzielt und der Wirkungsgrad erhöht wird. Durch das Abschalten der Spannung während der polabgewandten Stellung des Ankers wird vermieden, daß in dieser Phase Verluste durch Streuflüsse oder Eisen- und Kupferverluste entstehen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. I einen Längsschnitt durch einen Trockenrasierapparat mit einem Schwingankermotor;
Fig.2 eine elektronische Phasenanschnittschaltung für die Ansteuerung der Statorspulen des Schwingankermotors;

F i g. 3 die Prinzipdarstellung einer Schaltungsanordnung für eine von der Lage des Ankers abhängige