DE3803821A1 - Schwingankermotor mit amplitudenueberwachung - Google Patents

Description

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

Schwingankermotoren werden wegen ihres kostengünstigen Aufbaus und ihrer hohen Lebensdauer zum Beispiel bei Kühlschrankkompressoren, Membranpumpen oder Trocken­ rasierern eingesetzt.

Im Gegensatz zu rotierenden elektromotorischen Antrieben, die - ungeregelt - bei Belastung in ihrer Drehzahl auffallend hörbar absinken, behält der Schwingankermotor die Netz- beziehungsweise Taktfrequenz bei, auch wenn sich seine Amplitude durch eine Belastung der schwingen­ den Teile deutlich verringert. So kann zum Beispiel bei einem Rasierer die Amplitude des Schwingankers deutlich vermindert werden, wenn das Schersystem mit Rasierstaub gefüllt und somit die Schwingbewegung gehemmt ist. Der Benutzer nimmt den Amplitudenrückgang in der Regel erst wahr, wenn die Rasierleistung deutlich nachläßt und vermutet oft einen Defekt des Antriebes.

Der Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, die Amplitude und damit verbunden den Belastungsgrad eines Schwingankermotors zuverlässig und reproduzierbar zu überwachen und gegebenenfalls das Unterschreiten einer vorgegebenen Mindestamplitude anzuzeigen und/oder auszuregeln.

Die Lösung der Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Auf überraschend einfache Weise läßt sich durch Anbringen eines einfachen magnetischen Sensors im Streufeld des Schwingankermotors, zum Beispiel in der Nähe der Polschuhe, der zeitliche Verlauf des magnetischen Streufeldes erfassen, der Aufschluß über die jeweils vorhandene Amplitude beziehungsweise den Belastungsgrad des Schwingankermotors gibt.

Zwar ändert sich der zeitliche Verlauf des Streufeldes ortsabhängig, d. h. an anderen Stellen des Schwinganker­ motors erhält man andere Zeitkurven, diese ändern sich aber jeweils zuverlässig mit der Belastung. Somit läßt sich durch eine günstige Plazierung des Sensors jede belastungsabhängige Amplitudenänderung mit guter Reproduzierbarkeit erfassen.

Als magnetische Sensoren eignen sich beispielsweise Hall-Sensoren oder einfache Luftspulen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

So wird das von dem Sensor gelieferte Signal verstärkt und von einer elektronischen Schaltungsanordnung in seinem zeitlichen Verlauf bewertet. Besonders einfach realisierbar ist ein Verfahren, aus dem Oberwellengehalt des magnetischen Streufeldes, Rückschlüsse auf die Amplitude beziehungsweise den Belastungsgrad des Schwingankermotors zu ziehen. Der Oberwellengehalt der mit der Netz- beziehungsweise Taktfrequenz sychronen Grundwelle des Streufeldes nimmt an geeignetem Ort mit ansteigender Belastung ab, und die Anzahl der Durchgänge pro Zeiteinheit durch die betragsmäßige Nullinie nimmt ab. Als einfache Möglichkeit für das quantitative Erfassen und Abzählen der Nulldurchgänge wird eine Diskriminatorschaltung vorgeschlagen, an deren Ausgang eine optische und/oder akustische Anzeigevorrichtung geschaltet sein kann.

Somit kann der Benutzer eines einen Schwingankermotor enthaltenden Gerätes in vorteilhafter Weise darüber informiert werden, ob die von diesem Antrieb erwartete Leistung auch tatsächlich erbracht wird oder ob beispielsweise das Gerät zu warten oder zu reinigen ist. Auch kann gegebenenfalls die Energiezufuhr des Schwingankermotors aus einer steuerbaren Spannungsquelle beeinflußt werden.

Nachfolgend werden die Wirkungen und ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen

Fig. 1a und Fig. 1b den zeitlichen Verlauf der Sensor­ spannung Us als Abbild des magnetischen Streufeldes und jeweils darunter den Ausgangspegel eines dem Sensor nachgeschalteten nicht invertierenden Nullspannungskomparators: ein positives Sensorsignal bewirkt einen logisch-1-Pegel, ein negatives Sensorsignal bewirkt einen logisch-0-Pegel; während der Zeitdauer T führt der Schwinganker eine volle Schwingbewegung aus;

Fig. 1a den Kurvenverlauf bei unbelastetem Schwinganker;

Fig. 1b den Kurvenverlauf bei belastetem Schwinganker;

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel.

Fig. 2 zeigt einen Schwingankermotor mit dem um eine feststehende Achse schwingenden Anker 11, dem Stator 12 mit der Statorspule 13, den magnetischen Sensor 21 und die Diskriminatorschaltung aus den Funktionsbausteinen 23, 24, 25, 26 sowie die Anzeige 27 und die steuerbare Spannungsquelle 28.

Der Sensor 21 ist hier als gedruckte Leiterbahnspirale ausgeführt und in der Nähe der Polschuhe 17 des Schwingankermotors fest positioniert auf der Leiterplatte. Der senkrecht zur Zeichenebene verlaufende magnetische Streufluß erzeugt in der Sensorspule 21 eine Spannung Us, die beispielsweise einen der in Fig. 1a und Fig. 1b gezeigten zeitlichen Verläufe haben kann.

Man erkennt leicht, daß das Streufeld des Schwingankermotors im unbelasteten Zustand eine relativ große (Fig. 1a) und im belasteten Zustand eine relativ kleine (Fig. 1b) Oberwellenkomponente aufweist. Die verhältnismäßig kleine Spannung Us wird in dem Nullspannungskomparator 23 sehr hoch verstärkt, so daß an dessen Ausgang eine Rechteckspannung ansteht. Die Diagramme Fig. 1a und Fig. 1b veranschaulichen, daß die mittlere Impulsfrequenz bei unbelastetem Schwinganker wesentlich höher ist als bei belastetem Schwinganker. Aus jeder positiv ansteigenden Flanke der von dem Komparator 23 gelieferten Rechteckspannung erzeugt der Impulsformer 24 einen Impuls mit konstanter Länge, zum Beispiel der Länge T.

In dem nachfolgenden Integrator 25 wird aus dieser Impulsfolge der Mittelwert gebildet. Er entspricht bei unbelastetem Schwinganker dem Pegel 1, also etwa dem Wert der Versorgungsspannung (Tastverhältnis 100%) und bei belastetem Schwinganker etwa dem Wert der halben Versorgungsspannung (Tastverhältnis 50%). Diese beiden Zustände werden von dem entsprechend eingestellten Schmitt-Trigger 26 problemlos erkannt:

Bei geringer Belastung leuchtet die Leuchtdiode 27 grün, bei großer Belastung und Amplitudenrückgang leuchtet sie rot.

Dementsprechend kann die steuerbare Spannungsquelle 28 beeinflußt werden, um die Energiezufuhr zur Statorspule 13 des Schwingankermotors zu verringern oder zu vergrößern.

Claims (8)

1. Schwingankermotor, insbesondere für Kleingeräte, zum Betrieb an einer gegebenenfalls steuerbaren Gleich- oder Wechselspannungsquelle mit mindestens einem Anker, einem mit mindestens einer elektrischen Statorspule versehenen Stator und mit einer elektrischen Schaltungsanordnung zur Über­ wachung der Amplitude und/oder des Belastungsgrades des Ankers, dadurch gekennzeichnet, daß ein magnetischer Sensor (21) vorgesehen ist, der den zeitlichen Verlauf des magnetischen Streufeldes an vorgegebener Stelle des Schwingankermotors erfaßt und in ein elektrisches Signal (Us) umwandelt.

2. Schwingankermotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine elektronische Schaltungsanordnung vorgesehen ist, die aus dem elektrischen Signal den Belastungsgrad und/oder die Amplitude des Ankers ermittelt.

3. Schwingankermotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung den Belastungsgrad und/oder die Amplitude aus dem mehr oder weniger stark vorhandenen Oberwellengehalt des elektrischen Signals ermittelt.

4. Schwingankermotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung den Oberwellengehalt durch Abzählen der Nulldurchgänge des elektrischen Signals ermittelt.

5. Schwingankermotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung das Über- oder Unterschreiten eines vorgegebenen Belastungsgrades und/oder einer vorgegebenen Amplitude optisch und/oder akustisch und/oder elektrisch zur Anzeige (27) bringt.

6. Schwingankermotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung die Energiezufuhr des Schwingankermotors aus der steuerbaren Spannungs­ quelle (28) in Abhängigkeit von der ermittelten Belastung und/oder Amplitude beeinflußt.

7. Schwingankermotor nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem magnetischen Sensor (21) gelieferten Signale in einem Impulsformer (24) zu Rechteckimpulsen mit konstanter Dauer geformt, danach integriert (25) und einem Schmitt-Trigger (26) zugeführt werden und daß der Schmitt-Trigger bei Über- oder Unterschreiten seines Triggerbereiches an seinem Ausgang mindestens eine Leuchtdiode (27) schaltet.

8. Schwingankermotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der magnetische Sensor (21) eine elektrische Spule und/oder als spiralförmig ausgebildete Leiterbahn Teil einer gedruckten Leiterplatte ist.