HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft einen selbstanlaufenden Schwinger und
insbesondere einen selbstanlaufenden Schwinger, der in der Lage ist, als
Antriebsvorrichtung in schwingenden Spielzeugen und Verzierungen wie Innenausstattungen
verwendet zu werden, ebenso wie ein bewegtes Display in einem Schaufenster zur
Werbung, als Antriebsvorrichtung für einen schwingenden Teil eines
Aushängeschildes und weiterhin als eine Antriebsvorrichtung für eine schwingende Skulptur
zum Außeneinsatz.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
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Bisher ist eine elektromagnetische Antriebsvorrichtung bekannt, bei welcher in dem
Moment, in dem ein Permanentmagnet, der an einem Ende eines Pendels befestigt
ist, und ein fester Elektromagnet, der dem Permanentmagneten gegenüberliegt, an
einem schmalen Spalt einander gegenüberstehen, zweimal bei jeder Umkehr der
Pendeschwingung die Pendeschwingung bei jeder Hälfte der Umkehr durch
elektromagnetische Kräfte angeregt wird, welche auf den Permanentmagneten des
Pendels und des festen Elektromagneten ausgeübt werden, der durch das Anlegen
elektrischer Energie mit elektrischen Kontakten oder durch kontaktlose Anschaltung
unter Verwendung eines Halbleiters erregt wird und erfaßte Signale verwendet,
welche von der Erfassungseinrichtung zum Erfassen der Position und der
Bewegung des Permanentmagneten bereitgestellt werden.
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Eine solche konventionelle Vorrichtung wird als Antriebsvorrichtung für POP (point
of purchase)-Werbung verwendet, setzt aber voraus, daß die Schwingbewegung
des Pendels im Inneren eines Raumes leicht manuell in Gang gesetzt werden kann.
Da eine solche konventionelle Vorrichtung keine Selbstanlauf-Funktion aufweist, ist
es unmöglich, sie an einer Stelle zu verwenden, wo sie schwer zu erreichen ist,
z.B. im Fall des Schwingens eines Teiles eines Aushängeschildes.
Angesichts solcher Nachteile wurde eine selbstanlaufende, kontaktlose,
elektromagnetische Antriebsvorrichtung vorgeschlagen, wie in dem U.S.-Patent Nr.
3,474,314 offenbart. Diese Vorrichtung wird jetzt anhand von Figur 1 beschrieben.
Eine Antriebsspule 4 und eine Erfassungsspule 5 sind um einen Eisenkern 6 eines
Elektromagneten 6a gewickelt und ein elektrischer Strom von einer
Wechselspannungsquelle 2 wird zwischen der Anode und der Kathode eines Thyristors SCR 3
über die Antriebsspule 4 angelegt. Die Erfassungsspule 5 ist zwischen dem Gate
und der Kathode des SCR 3 angeschlossen und in dem Moment, in dem die
Position eines an dem unteren Ende eines Pendels befestigten Permanentmagneten 7
sich aus der Position (einem neutralen Punkt der Schwingbewegung) genau
oberhalb des Elektromagneten 6a verschiebt, wird die Pendeschwingung durch die
Erfassungsspule 5 unter Ausnutzung einer Spannungserzeugung darin erfaßt,
woraufhin der SCR 3 leitend gemacht wird und somit bewirkt, daß ein Halbwelen-
Gleichricht-Strom durch die Antriebsspule 4 fließt und eine abstoßende
elektromagnetische Kraft wird auf den Permanentmagneten 7 ausgeübt, damit das mit 8
bezeichnete Pendel schwingt.
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Für die oben erwähnte, konventionelle Technik ist kennzeichnend, daß eine Anlauf-
Steuerungsschaltung als Reihen-Paraliel-Schaltung mit einer Diode 1 mit einer
Durchlaßrichtung, welche derjenigen des SCR 3 entgegengesetzt ist, einem
Widerstand r1, einem Kondensator cl und einem parallel zu dem Kondensator c1
angeschlossenen Widerstand r2 zwischen der Anode und der Kathode des SCR 3
angeschlossen ist. Gemäß dieser Anordnung fließt nach Anlegen einer
Wechselspannung an die Schaltung durch Betätigen eines Schalters 9 ein elektrischer Strom
in der obigen Anlauf-Steuerungsschaltung und ein sekundär induzierter Strom wird
in die Erfassungsspule 5 eingespeist, auch wenn die Spannungserzeugung in der
gleichen Spule nicht ausgeführt werden kann, solange das Pendel 8 noch in einem
stationären Zustand ist, um den SCR 3 EIN-zuschalten, um einem elektrischen
Strom zu ermöglichen, in der Antriebsspule 4 zu fließen und den an dem Ende des
Pendels angebrachten Permanentmagneten 7 in einem abstoßenden Zustand zu
betreiben. Auf diese Weise wird die Schwingbewegung des Pendels in Gang
gesetzt.
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Das folgende Problem ergibt sich jedoch bei der obigen, konventionellen
Vorrichtung. In dem Fall, in welchem Design-Platten 11 an dem Pendel 8 befestigt und
von diesem als Teil eines Aushängeschildes bewegt werden, und wenn die Platten
beaufschlagt und vorübergehend von Wind angehalten werden, oder wenn ein Kind
die Bewegung einer in dem Schaufenster ausgestellten Puppe angehalten hat,
welche durch das Pendel 8 bewegt wird, bleibt das Pendel 8 manchmal, nachdem
der Wind abgeflaut ist oder nachdem die Haltekraft fortfällt, infolge einer fehlenden
Spannungserzeugung in der Erfassungsspule 5 stehen.
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Figur 2 stellt eine bekannte freilaufende Oszillationsschaltung dar, welche bisher
verwendet wurde, um die Beleuchtung unter Verwendung einer Glühlampe 10
blinken zu lassen. In dieser Schaltung sind ein Basis-Emitter-Widerstand R3 und der
Kollektor eines NPN-Transistors TrN an die Basis eines PNP-Transistors TrP
angeschlossen. Die an Plus und Minus einer Spannungsquelle angeschlossenen
Widerstände R1 und R2 sind an die Basis des NPN-Transistors TrN angeschlossen und
die Basis des Transistors TrN ist durch einen Kondensator C11 zum Einstellen einer
Zeitkonstanten an den Kolektor des Transistors TrP angeschlossen. Weiterhin sind
die Emitter beider Transistoren TrP und TrN entsprechend an Plus und Minus einer
Gleichspannungsquelle angeschlossen und die Glühlampe 10 ist zwischen dem
Kollektor des PNP-Transistors TrP und dem Minuspol der Spannungsquelle
angeschlossen.
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Die DE-1 166 101 beschreibt einen selbstanlaufenden Schwinger für einen
Überwachungsmechanismus, wobei der Schwinger durch eine Oszillationsschaltung mit
zwei bipolaren Transistoren gesteuert wird, wobei die Basis jedes Transistors an
den Kolektor des anderen Transistors angeschlossen ist. Zusätzlich beschreibt
dieses Dokument alle Merkmale des Oberbegriffes des Anspruchs 1.
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Die EP-A-0 208 986 beschreibt eine Solarenergie-betriebene Vorrichtung, wie eine
Uhr, wobei eine Solarzelle einen Kondensator auflädt Eine Schwellwertschaltung
liefert die Spannung von dem Kondensator zu mehreren Schaltungen, wie einem
Zierpendel in einem Uhrenmechanismus, nur dann, wenn die Spannung über dem
Kondensator einen vorbestimmten Pegel erreicht hat.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist erwünscht, dem Pendel 8, welches durch eine relative elektromagnetische
Kraft des Permanentmagneten und einen Elektromagneten oder die Antriebsspule
4 angetrieben wird, zu erlauben, nach Fortfall einer Haltekraft des Pendels ohne
Beschränkung der zeitlichen Bereitstellung elektrischer Energie selbst automatisch
anzulaufen.
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Es ist weiterhin erwünscht, eine Schaltung anzugeben, welche eine Solar-Battene
verwendet, nämlich Lichtenergie, um ein automatisches Anlaufen der
Schwingbewegung zu erlauben, um dadurch die Herstellung eines wartungsfreien,
schwingenden Zierelements als Innenausstattung oder Werbung zu ermöglichen.
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Es ist weiterhin erwünscht, eine Spannungsversorgungsschaltung in einer
Antriebsvorrichtung zum Selbstanlauf anzugeben, wobei die Schaltung auch dann keine
Fehlfunktion zeigt, wenn sie als eine Mehrzweck-Gleichspannungsquelle zusammen
mit einer bestimmten elektronischen Schaltung verwendet wird, welche an der
Spannungsversorgungsseite ein Rauschsignal abgibt, und wobei die Schaltung die
erfindungsgemäße Vorrichtung daran hindert, ein Rauschsignal abzugeben.
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Es ist zusätzlich erwünscht, eine energiesparende Pendel-Antriebsvorrichtung mit
hoher Effizienz anzugeben, bei welcher ein elektrischer Strom, welcher in einer
Schaltung während einer Schwingbewegung erzeugt wird und das Pendel
dämpfend beeinflußt, von einer Diode blockiert wird.
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Somit ist erfindungsgemäß eine schwingende Vorrichtung vorgesehen, wie in
Anspruch 1 definiert. Bevorzugte Ausführungsformen sind in der Lage, eine
Aufwands-Verringerung, eine hohe Lebensdauer, eine Energieeinsparung und hohe
Zuverlässigkeit zu verwirklichen; weiterhin wird ohne Verwendung der
konventionellen Erfassungsspule eine feine Antriebsspule mit einer großen Anzahl von
Windungen verwendet, welche jedes Mal erregt wird, wenn ein konventioneller
Permanentmagnet den Antriebsspulen gegenüberliegt, und die Wicklung einer
solchen Antriebsspu(e kann dicker und mit einer größeren Anzahl von Windungen
ausgeführt werden, um die Aufwands-Verringerung zu verwirklichen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Figur 1 ist ein Schaltbild mit einer perspektivischen Ansicht eines Pendels
im Stand der Technik;
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Figur 2 ist ein Schaltbild eines weiteren Standes der Technik;
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Figur 3 ist ein Schaltbild mit einer perspektivischen Ansicht eines Pendels
gemäß einer ersten Vorrichtung, welche zur Unterstützung des
Verständnisses der vorliegenden Erfindung beschrieben wird;
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Figur 4(A) ist ein Graph, welcher die Änderungen in der Basisspannung
eines in Figur 3 in der ersten Vorrichtung dargestellten
Transistors TrN in Beziehung zu der Zeit zeigt, und
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Figur 4(B) ist ein Graph, welcher die Änderungen der in einer Antriebsspule
durch die Schwingbewegung eines in Figur 3 dargestellten
Permanentmagneten Inder ersten Vorrichtung induzierten Spannung
ebenfalls im Bezug zur Zeit zeigt;
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Figur 5 ist ein Graph, welcher die Änderungen der Basisspannung des
Transistor TrN in Figur 3 in bezug auf die Zeit und in einem von
dem in Figur 4 abweichenden Pendel-Schwingungszyklus zeigt;
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Figur 6 ist eine perspektivische Ansicht einer zweiten Vorrichtung,
welche zum Unterstützen des Verständnisses der vorliegenden
Erfindung beschrieben ist;
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Figur 7 ist ein Schaltbild mit einem zugehörigen Bezugsdiagramm eines
Permanentmagneten und einer Antriebsspule, welche beide in
den Figuren 9 und 10 in der zweiten Vorrichtung dargestellt sind;
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Figur 8 ist eine vertikale, geschnittene Seitenansicht der zweiten
Vorrichtung;
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Figur 9 ist eine teilweise geschnittene, perspektivische Ansicht der
zweiten Vorrichtung;
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Figur 10 ist eine teilweise geschnittene, perspektivische Ansicht einer
ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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Figur 11 ist ein Schaltbild mit einem zugehörigen Bezugsdiagramm eines
Permanentmagneten und einer Antriebsspule, welche beide in der
ersten Ausführungsform verwendet werden;
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Figur 12 ist ein Schaltbild mit einer perspektivischen Ansicht eines Pendels
gemäß der zweiten Ausführungsform;
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Figur 13 ist eine perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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Figur 14 ist eine Vorderansicht der dritten Ausführungsform;
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Figur 15 ist eine perspektivische Ansicht einer vierten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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Figur 16 ist eine teilweise geschnittene Vorderansicht der vierten
Ausführungsform;
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Figur 17 ist eine Vorderansicht einer fünften Ausführungsform;
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Figur 18 ist eine teilweise geschnittene, teilweise vergrößerte
Vorderansicht der fünften Ausführungsform;
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Figur 19 ist eine teilweise geschnittene, teilweise vergrößerte
Vorderansicht einer sechsten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung;
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Figur 20 ist eine perspektivische Ansicht einer siebten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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Figur 21 ist eine teilweise vergrößerte Querschnitts-Draufsicht der siebten
Ausführungsform;
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Figur 22 ist eine teilweise geschnittene, perspektivische Ansicht einer
achten Ausführungsform;
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Figur 23 ist eine teilweise geschnittene, perspektivische Ansicht einer
neunten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
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Figur 24 ist eine vertikale, geschnittene Seitenansicht einer zehnten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die folgende Beschreibung wird für eine Antriebsvorrichtung für ein
Aushängeschild mit schwingenden Design-Platten als Teil des Aushängeschildes gemäß einer
ersten Vorrichtung gegeben, welche, während sie nicht eine Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung bildet, beschrieben ist, um das Verständnis der
vorliegenden Erfindung zu verbessern. Wie in Figur 3 gezeigt, ist eine in einem
Aushängeschild befestigte Antriebsspule 4 in einer schwer zu wartenden, hohen Position
eines Aushängeschildes installiert, und ein der oberen Oberfläche der Antriebsspule
an einem schmalen Spalt gegenüberliegender Permanentmagnet 7 ist an dem
unteren Ende eines Pendels 8 angebracht, welches an einem Mittelteil einer
horizontalen Pendeachse 8a befestigt ist und der Schwerkraft unterliegt, wobei beide
Enden der horizontalen Pendelachse 8a aus Lager-Öffnungen hervorstehen, die in
der rechten und linken Seitenfläche des Aushängeschildes ausgebildet sind.
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Design-Platten 11, auf die ein Gesicht gezeichnet ist, sind an beiden Enden der
horizontalen Pendeachse 8a befestigt und somit weisen die rechten und linken
Seiten des Aushängeschildes jeweils einen Teil auf, in welchem das Gesicht mit der
Schwingbewegung des Pendels 8 schwingt.
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Andererseits ist eine Schaltungs-Komponentengruppe 26 mit einer gedruckten
Schaltkreisplatte in dem Aushängeschild aufgenommen und die Antriebsspule 4 ist
als Last an diese Oszillationsschaltung angeschlossen. Als Spannungsquelle für
diese Schaltung ist eine Gleichspannungsquelle 1 2 mit 3 Volt mit zwei
Trockenzellen in einer Position vorgesehen, wo die Wartungsarbeit des Batterieaustausches
leicht ist. Die Gleichspannungsquelle 12 ist durch einen Leitungsdraht 23 an einen
Einschalter 9 angeschlossen.
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Wenn der elektrische Strom von der Gleichspannungsquelle 12 durch Betätigen des
Schalters 9 in die Schaltung fließt, wird ein magnetischer Pol der gleichen Polarität
wie derjenige des gegenüber der oberen Oberfläche der Antriebsspule 4 liegenden
Permanentmagneten 7 durch den fortgesetzten Betrieb der Schaltung erzeugt und
bewirkt, daß der Permanentmagnet 7 abstoßend beschleunigt wird, wodurch die
Schwingbewegung des Pendels 8 zusammen mit den Design-Platten 11 anlaufen
kann.
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Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung wird unten beschrieben.
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Wenn die Antriebsspule 4 und der Permanentmagnet 7 sich an einem schmalen
Spalt gegenüberliegen und der Permanentmagnet 7 an dem unteren Ende der
Schwingseite (dem unteren Ende des Pendels) liegt, mit anderen Worten, wenn die
Antriebsspule nahe dem neutralen Punkt der Schwingbewegung des
Permanentmagneten liegt, dessen Bewegungsrichtung durch das Pendel beschränkt wird, wenn
die Versorgungsspannung von der Gleichspannungsquelle 12 an die
halb-freilaufende Oszillationsschaltung mit zwei Transistoren durch Betätigen des Schalters
9 angelegt wird, fließt ein von einem durch einen Widerstand R1 fließenden,
geringen Basisstrom verstärkter Kollektorstrom durch einen NPN-Transistor TrN und
ein PNP-Transistor TrP, dessen Basis an den Kollektor des Transistors TrN
angeschlossen ist, wird ebenfalls EIN-geschaltet und erlaubt dem Kollektorstrom, darin
zu fließen. Zu diesem Zeitpunkt fließt ein Teil des Kollektorstromes in dem
Transistor TrP durch einen Widerstand R8 als ein Ladestrom für einen Kondensator C11,
welcher zum Einstellen einer Zeitkonstanten vorgesehen ist. Da dieser Ladestrom
als ein Basisstrom in dem Transistor TrN fließt, sind beide Transistoren durch eine
positive Rückkopplung sofort EIN-geschaltet.
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Mit dem Ladestrom für den Kodensator Cli beginnt die Klemmenspannung dieses
Kondensators schnell zu steigen und mit der Verringerung des Ladestromes nimmt
die an den Widerständen R8 und R2 eingeprägte Spannung ab. Beide Transistoren
bleiben für einen kurzen Zeitabschnitt EIN-geschaltet, bis die Spannung an den
Anschlüssen des Widerstandes R2, nämlich die Basisspannung des Transistors
TrN, auf einen Pegel von 0,55 Volt oder weniger abfällt und einem Strom erlaubt,
durch die Antriebsspule 4 zu fließen. Nach dieser kurzen Zeit (z.B. 0,6 sec. o.ä.,
obwohl der eingestellte Wert abhängig von Größe und Gewicht des Pendels
variiert), schalten beide Transistoren AUS.
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Dies ist der Fall, da der Basisstrom bei einer Transistor-TrN-Basisspannung von
0,55 Volt oder weniger abnimmt oder fast verschwindet, so daß der Transistor TrN
AUS-schaltet und der Transistor TrP ebenfalls AUS-schaltet, da dort keine
Basisstromversorgung zur sofortigen positiven Rückkopplung vorhanden ist.
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Als nächstes fließt die elektrische Ladung in dem Kondensator C11 durch die
Antriebsspule 4 und wird durch den Widerstand R1 mit einem hohen
Widerstandswert von der Spannungsquelle 1 2 entladen, so daß die Klemmenspannung des
Kondensators C11 allmählich abfällt. Zu diesem Zeitpunkt beginnt die
Basisspannung des Transistors TrN, als eine umgekehrte Basisspannung angelegt zu werden
und danach, bis eine Vorwärts-Basisspannung bis annähernd 0,6 Volt an dem
Kondensator C11 anliegt, bleiben die zwei Transistoren AUS. Im Mittel ist eine
Basisspannung von 0,56 Volt als Spannung für die Aktivierung eines Transistors
erforderlich, in der vorliegenden Erfindung wird sie jedoch als eine Spannung nahe
0,6 Volt ausgedrückt, obwohl eine solche Spannung abhängig von der
Umgebungstemperatur variiert.
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Der Aufbau dieser freilaufenden Oszillationsschaltung ist, wie in Figur 3 dargestellt,
und der vorstehende elektrische Betrieb zum Anlaufzeitpunkt ist bekannt. Wenn nur
die Antriebsspule 4 vorhanden und der Permanentmagnet 7 nicht vorhanden ist,
wiederholt diese Schaltung den vorstehenden Ablauf mit bestimmtem Zyklus und
bestimmter Frequenz im elektrischen Betrieb.
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In der Erfindung, in welcher magnetische Pole der gleichen Polarität angeordnet
sind, wird jedoch der Permanentmagnet 7 verwendet, welcher in der Lage ist, eine
relative Bewegung, bezogen auf die Antriebsspule 4, auszuführen, so daß, wenn
bei einem stationären Zustand des Pendels ein elektrischer Strom für eine kurze
Zeit in die Antriebsspule 4 eingespeist wird, ein Magnetfeld mit der gleichen
Polarität wie derjenigen des Perrnanentmagneten 7 in der Antriebsspule erzeugt
wird, so daß eine abstoßende elektromagnetische Kraft zwischen dem
Permanentmagneten 7 und der Antriebsspule 4, die diesem an einem schmalen Spalt
gegenüberliegt,
erzeugt wird. Mit dieser elektromagnetischen Kraft verschiebt sich die
Position des Permanentmagneten an dem unteren Ende des Pendels 8 von dem
neutralen Punkt der Schwingbewegung und das Pendel beginnt mit seiner
Trägheits-Schwingbewegung, während es unter einer Rückstell-Schwerkraft
zurückkehrt. In der vorliegenden Erfindung ist ebenfalls eine andere als die Schwerkraft
als Rückstellkraft der Schwingbewegung verwendbar.
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Die nachfolgende Wirkungsweise der Schaltung variiert abhängig von dem
Bewegungszustand des Permanentmagneten 7. Wenn der Permanentmagnet zu dem
neutralen Punkt der Schwingbewegung zurückgekehrt ist, wird eine relative
Bewegungsgeschwindigkeit der Antriebsspule und des Permanentmagneten maximal und
eine in der Antriebsspule erzeugte elektromotorische Kraft wird ebenfalls maximal.
In diesem Zustand erfolgt ein Übergang zu dem Betrieb als halb-freilaufende
Oszillationsschaltung, welche nicht einen bestimmten, konstanten Zyklus liefert. Dieser
Punkt wird nachfolgend anhand der Figuren 4 und 5 erläutert.
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In einer konventionellen Pendel-Antriebsvorrichtung für eine Innenausstattung, wie
Uhren, läuft die Schwingbewegung eines Pendels an und eine Antriebsspule wird
erregt, um zu bewirken, daß sich die Spule und ein Permanentmagnet während
einer Umkehr des Pendels gegenüberstehen, so daß es ausreicht, nur einen sehr
kleinen Betrag eines Antriebsspulenstromes zum Ergänzen der Energie, welche
während der Hälfte der Umkehr des Pendels verlorengegangen ist, zuzuführen.
Andererseits ist es bei der vorliegenden Erfindung erforderlich, daß ein zum
Anlaufen der Schwingbewegung des Pendels ausreichender elektrischer Strom in der
Antriebsspule 4 durch den vorherigen Betrieb fließt, wenn auch für eine kurze Zeit.
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Wenn eine solche Zuführung eines relativ großen Stromes für eine kurze Zeit jedes
Mal wiederholt wird, wenn der Permanentmagnet zu der Antriebsspule zurückkehrt,
wie bei der konventionellen Pendel-Antriebsvorrichtung, wird die Energie zu groß
und die Schwingbewegung des Pendels überschreitet die erforderliche Amplitude
und führt dazu, daß die Schwingbewegung unnatürlich wird und irgendwo
anschlägt. In der vorliegenden Erfindung wird solch ein Nachteil beseitigt durch
Vorsehen einer langen, nicht erregten Periode, so daß elektrische Energie mit einer
Frequenz von einer pro zwei bis zehn Umkehrungen der Pendel-Schwingbewegung
entsprechend der Höhe des durch Lager oder Belastung ausgelösten Verlustes
zugeführt wird.
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Als ein Beispiel zur Erläuterung zeigt der Graph in Figur 4 (A) Änderungen in der
Basisspannung des Transistors TrN, welcher Strom mit einer Frequenz von einer
pro vier Umkehrungen der Schwingbewegung nach Anlaufen der Pendelbewegung
leitet.
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In der gleichen Figur stellt eine Basisspannungskennlinie, welche als eine
durchgezogene Kennlinie in der nicht erregten Periode A von einem
Erregungsende-Zeitpunkt 0 bis zu einem Erregungs-Anfangszeitpunkt P dargestellt ist, Änderungen in
der Basisspannung während der Periode dar, in welcher der Permanentmagnet 7
die Antriebsspule 4 siebenmal in der Schwingbewegung des Pendels 8 oberhalb
passiert.
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Die gestrichelte Kennlinie in der gleichen Figur stellt die Änderungen in der
Basisspannung bei dem Nichtvorhandensein des Pendels und des Permanentmagneten
7 dar und wird als nicht erregte Periode B bezeichnet.
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In diesem Fall passiert der Permanentmagnet 7 die Antriebsspule 4 oberhalb
zweimal während einer Umkehr des Pendels 8, und somit stehen sich der
Permanentmagnet 7 und die Antriebsspule 4 während vier Umkehrungen der
Schwingbewegung des Pendels achtmal gegenüber. Während der sieben Oppositionen mit
Ausnahme der Anfangs-Opposition, in welcher elektrische Energie zugeführt wird,
wird kein Strom geleitet und diese Periode ist als nicht erregte Periode A
eingestellt, in welcher eine gedämpfte Trägheits-Schwingbewegung des Pendels 8
ausgeführt wird.
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Wie ebenfalls oben bei der Beschreibung der Wirkungsweise angemerkt, beginnt
zum Zeitpunkt des Anlaufs des Pendels, wenn der Permanentmagnet nicht oberhalb
der Antriebsspule vorhanden ist, die Spannung bei einer Sperr-Basisspannung von
im wesentlichen 0,7 Volt oder ähnlichem der Versorgungsspannung, die in dem
negativen Bereich dargestellt ist, in welchem die Spannung eine Sperrspannung für
die Basis des Transistors TrN ist, wie durch die gestrichtelte Linie in der Kennlinie
dargestellt, infolge der in dem Kondensator C11 zum Einstellen einer
Zeitkonstanten geladenen Klemmenspannung; dann wird die Basisspannung allmählich 0
Volt, da der Kondensator C11 allmählich durch den Widerstand R1 entladen wird,
wie durch die gestrichelte Kennlinie der Basisspannung gezeigt. Danach steigt
durch entgegengesetztes Laden des Kondensators C11 von der Spannungsquelle
die Basisspannung des Transistors TrN als Vorwärts-Basisspannung allmählich auf
einen Pegel nahe 0,6 Volt an, dargestellt in dem positiven Bereich, woraufhin ein
Basisstrom in dem Transistor TrN fließt und die Antriebsspule 4 zum Zeitpunkt Q
in der Figur in dem vorstehenden Ablauf erregt werden soll.
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In der vorliegenden Erfindung hat das Pendel 8 jedoch seine Schwingbewegung
bereits begonnen, der Permanentmagnet 7 bewegt sich relativ oberhalb der
Antriebsspule 4, eine induzierte elektromotorische Kraft wird in der Antriebsspule
induziert und diese Spannung übt einen Einfluß auf die Basisspannung des
Transistors TrN durch den Kondensator Cli zum Einstellen einer Zeitkonstanten aus, so
daß die Zuführung von Elektrizität nicht stets zu dem vorstehenden Zeitpunkt Q
begonnen wird.
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Die somit in der Antriebsspule durch die Bewegung des Permanentmagneten 7
erzeugte Spannung ist in dem Graphen in Figur 4 (B) gezeigt, in welcher die
Durchlaßspannung der Basisspannung positiv dargestellt ist.
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Wie in dem Graphen (B) gezeigt, wird die induzierte elektromotorische Kraft
negativ, unmittelbar, bevor der Permanentmagnet 7 die Position genau oberhalb des
Mittelpunktes der Antriebsspule 4 erreicht und sie wird positiv, wenn der
Permanentmagnet 7 diese Position verläßt. Wenn sich der Perrnanentmagnet von der
Antriebsspule 4 entfernt, nähert sich die induzierte elektromotorische Kraft Null.
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Eine durch Zusammenfassen der erzeugten Spannung (B) in der Antriebsspule 4
und der Basisspannung in der nicht erregten Periode B, welche durch die
gestrichelte Linie dargestellt ist, erhaltene, induzierte elektrornotorische Kraft entspricht einer
Kennlinienänderung in der nicht erregten Periode A bis zu dem Zeitpunkt P, welche
durch die durchgezogene Kennlinie in dem Graphen (A) in Figur 4 gezeigt ist.
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Der Zeitpunkt P in diesem Graphen ist ein Moment, in welchem der
Permanentmagnet 7 versucht, die Position genau oberhalb der Antriebsspule 4 zu verlassen.
Wenn die induzierte elektromotorische Kraft in der Antriebsspule 4 die
Basisspannung des Transistors TrN erhöht, beginnt die Versorgung mit elektrischer Energie
früher als der Erregungs-Anfangszeitpunkt Q, welcher in dem Nichtvorhandensein
des Permanentmagneten 7 liegt. Somit ist es durch eine kurzzeitige Zuführung
elektrischer Energie zu der Antriebsspule 4 möglich, den Permanentmagneten 7
zum wirksamsten Zeitpunkt durch eine abstoßende Kraft anzutreiben und dadurch
die Schwingbewegung zu beschleunigen.
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Wenn die Antriebsspule 4 zum Zeitpunkt Q nach dem Zeitpunkt P erregt wird, soll
nur eine schwache elektromagnetische Kraft oder keine Antriebskraft entstehen,
nachdem sich der Permanentrnagnet von der Antriebsspule fortbewegt hat.
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Weiterhin, wie in Figur 5 gezeigt, wird in dem Fall, in welchem sich der Pendel-
Zyklus ändert und der Perrnanentmagnet 7 die Position genau oberhalb der
Antriebsspule 4 zu dem Zeitpunkt Q einnehmen will, in welchem die Zuführung
elektrischer Energie bei Nichtvorhandensein des Permanentmagneten beginnen soll,
wenn die Antriebsspule 4 in solch einem Zustand erregt wird, der
Permanentmagnet 7 durch eine abstoßende Kraft von der Antriebsspule 4 verzögert, darin
resultierend, daß die Bewegung des Pendels abgeschwächt oder angehalten werden
kann.
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In der vorliegenden Erfindung werden jedoch die Position und die
Bewegungsrichtung des Permanentrnagneten 7, welcher eine Bewegung relativ zu der
Antriebsspule 4 ausführt, unter Verwendung einer in der Antriebsspule durch die
Bewegung des Permanentmagneten 7 erzeugten Spannung erfaßt und die
Zuführung elektrischer Energie wird während der vorstehenden, ungünstigen Periode
gestoppt, in welcher die Schwingbewegung verlangsamt wird, dann wird der
Erregungszeitpunkt bis zu dem Zeitpunkt P&sub1; hinter dem Zeitpunkt Q zum Beschleunigen
der Schwingbewegung verzögert.
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Dies ist der Fall, da, wenn der Permanentmagnet die Position genau oberhalb der
Antriebsspule 4 einnehmen will, die erzeugte Spannung in der Antriebsspule derart
wirkt, daß sie die Durchlaß-Basisspannung des Transistors TrN verringert und der
Zeitpunkt Q, in welchem in dem Fall einer eher freilaufenden Oszillationsschaltung
die Basisspannung sich unvermeidlich an 0,6 Volt annähert und die zwei
Transistoren EIN-schaltet, wird vermieden, danach kann die Zuführung elektrischer Energie
zu der Antriebsspule bis zu dem Zeitpunkt P1 verzögert werden, welcher ein
Moment der Ankunft des Permanentmagneten 7 in der Position genau oberhalb der
Antriebsspule 4 ist.
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Somit ist die Vorrichtung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung eine Pendel-Antriebsvorrichtung, welche eine relative Bewegung der
Antriebsspule und des Permanentmagneten einbezieht. Gemäß dieser Vorrichtung
zum Selbstanlauf wird die Antriebsspule für eine kurze Zeit unter Verwendung
ausreichender elektrischer Energie durch die freilaufende Oszillationsschaltung
erregt, dann wird während des Betriebs nach dem Anlaufen des Pendels die
Energie (Positionsenergie oder kinetische Energie im Fall der Verwendung einer
Feder als Rückstell kraft), welche infolge mehrerer Umkehrungen der
Schwingbewegung des Pendels verloren wurde, durch Zufiihrung elektrischer Energie zu der
Antriebsspule für eine kurze Zeit durch die halb-freilaufende Oszillationsschaltung
ergänzt, wobei der Zyklus und die Frequenz der Pendel-Schwingbewegung
entsprechend der Konfrontationszeit des Permanentmagneten und der Antriebsspule
variieren, um dadurch dem Pendel zu erlauben, eine kontinuierliche
Schwingbewegung auch bei Amplitudenvariationen auszuführen.
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Als nächstes ist in Verbindung mit der Erfindung, in welcher magnetische Pole der
gleichen Polarität angeordnet sind, die folgende Beschreibung für die
Wirkungsweise der Vorrichtung vorgesehen, welche eine Einrichtung zum Verwirklichen
einer hohen Wirksamkeit beinhaltet, wobei die Einrichtung als Teil der
elektronischen Schaltung hinzugefügt ist.
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Diese Einrichtung verwendet eine in den Schaltbildern in den Figuren 7 und 11
gezeigte Diode D1, auf welche später bei der Erläuterung dieser Vorrichtung Bezug
genommen wird. Die Diode D1, die Antriebsspule 4, der Kondensator C11 zum
Einstellen einer Zeitkonstanten und der Basis-Emitter-Widerstand R2 des
Transistors TrN sind in Reihe geschaltet. Da eine Durchlaßrichtung der Diode D1 in einer
Richtung eingestellt ist, in welcher elektrische Energie beim Anlegen einer
Durchlaß-Basisspannung des Transistors TrN von 0,5 Volt oder mehr abgegeben wird,
wird der durch die Antriebsspule 4 fließende Entladestrorn des Kondensators C11,
welcher in den Widerstand R2 fließen soll, durch die vorausgehende
Sperr-Basisspannungskomponente des Transistors TrN der in der Antriebsspule durch die
Bewegung des Permanentmagneten 7 erzeugten Wechselspannung blockiert.
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Allgemein unterliegt eine zur Spannungserzeugung erforderliche Längsbewegung
magnetischer Kraftlinien eines Permanentmagneten, bezogen auf eine Spule, einer
Dämpfung entsprechend der Höhe des Laststromes, welcher durch die Höhe des
Widerstandswertes eines Lastwiderstandes in einer Schaltung bestimmt ist, die in
Reihe mit der Spule geschaltet ist. Gemäß der Verwendung einer Einrichtung mit
einem hohen Wirkungsgrad kann die zwischen der Antriebsspule und dem
Permanentmagneten ausgeübte Dämpfung beseitigt werden durch Blockieren eines
erzeugten Stromes, welcher den Widerstand R2 durchfließen soll, während einer
Transistor-AUS-Periode bis zum Anstieg der Basisspannung des Transistors TrN
von der Sperrspannung auf eine Durchlass-Spannung nahe 0,6 Volt. Bis die
Basisspannung des Transistors TrN einen Pegel nahe 0,6 Volt erreicht, fließt der in der
Antriebsspule erzeugte Strom nicht durch den Widerstand R2 und den Transistor
als dessen Basisstrom. Somit ist es möglich, daß ein Antriebsspulenstrom fließt,
welcher eine Antriebskraft erzeugt, die ausreichend größer als die resultierende
Dämpfung ist, und somit ist es möglich, die Schwingbewegung mit einem höheren
Wirkungsgrad zu bewirken.
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Anders als die in Reihe mit der Erfassungsspule angeschlossene konventionelle
Diode zum Schutz vor der SCR-Gate-Sperrspannung ist die fragliche Diode nicht
zum Schutz des Transistors vorgesehen. In dem Fall, in welchem die
elektromotorische Kraft in der Antriebsspule in einer Beziehung zu dem Permanentmagneten und
bei dem Nichtvorhandensein einer Antriebskraft während mehrerer
Schwingbewegungen des Pendels, wie in den bevorzugten Ausfühungsformen der vorliegenden
Erfindung, mehrfach erzeugt wird, erlaubt die Verhinderung des Flusses eines
solchen erzeugten Stromes die Minimierung der Abnahme der Amplitude des
Pendels und Einsparen des Antriebsspulen-Strorn es, welcher die Abnahme der
Amplitude kompensiert.
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Eine zweite Vorrichtung, welche nicht eine Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung bildet, und welche als Spielzeug oder Tanzpuppe für Werbung ausgeführt
ist, wird unten beschrieben, um das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu
fördern.
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Diese Vorrichtung betrifft ein energiesparendes Spielzeug, welches eine
bemerkenswert verlängerte Lebensdauer von UM-4-Trockenzellen ermöglicht, welche in
einer Basis 13 aufgenommen sind, und welches ebenfalls für POP-Werbung oder
als Prämie verwendbar ist.
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Bei diesem Spielzeug wird z.B. eine Aluminiumdose 22 für Dosenbier als Körper
und Kopf des Spielzeugs verwendet. Ein Permanentmagnet 7, welcher magnetische
Kraftlinien abwärts abgibt, und eine Joch-Eisenplatte 7a sind in der Mitte der
oberen Oberfläche des Puppen-Kopfabschnittes befestigt, während ein ringförmiges
Gewicht 14 und ein zylindrischer Rahmen 15 mit einem Flansch-Abschnitt an
seinem unteren Ende an der Umfangs-Oberfläche des unteren Teiles des
Puppenkörpers befestigt sind. Weiterhin erstreckt sich ein Kragarm 15b von einer Seite
des oberen Abschnittes des zylinderischen Rahmens 15 zu dem Mittelpunkt des
Körpers hin und eine Drehachse 16 ist abwärts an dem unteren Abschnitt des
Kragarms 15b befestigt.
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Andererseits erhebt sich ein senkrechter Druckguß-Aluminiumrahmen 17 mit zwei
Beinen auf der Basis 13 und an dessen oberen Ende ist eine Antriebsspule 4 durch
einen schmalen Spalt dem am Kopf der Puppe angebrachten Permanentmagneten
7 gegenüber liegend vorgesehen. Weiterhin ist ein aus gehärtetem Stahl
hergestelltes Drehlager 18 an dem senkrechten Rahmen 17 in einer Position nahe dem
Mittelpunkt des Puppenkörpers befestigt und eine scharfe Spitze der Drehachse 16
an der Puppenseite ist in das Drehlager eingesetzt.
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Ein Designmerkmal dieser Puppe liegt in einer Brille 1 9 mit Augen, Nase und Mund,
wobei die Brille unter Verwendung elastischer Kräfte eines elastischen Bandes 119
an der Aluminiumdose 22 angebracht ist. Ein weiteres Merkmal liegt in einem Band
21 mit einer Frackschleife und Händen, welche ein Design-Mittel bilden, um eine
Grenze zwischen dem Kopf und dem Körper zu schaffen. Das Band 21 ist gebildet
aus einem gesteppten Band oder einem Klebeband mit Aufdrucken, so daß es leicht
um die Aluminiumdose gewickelt werden kann.
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Die elektrischen Verbindungen dieser Ausführungsform werden jetzt beschrieben.
Zwei Leitungsdrähte 123 erstrecken sich von der Antriebsspule 4 abwärts entlang
des senkrechten Rahmens 17 und werden entlang eines Beines in die Basis 13
geführt. Die Leitungsdrähte 123 und Beinabschnitte des senkrechten Rahmens 17
werden mit einer Kunststoff- Beinabdeckung 20 bedeckt.
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Die so in die Basis 13 eingeführten Leitungsdrähte 123 der Antriebsspule 4 werden
angeschlossen, wie in dem Schaltbild in Figur 7 gezeigt.
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Eine in dieser Vorrichtung verwendete halb-freilaufende Oszillationsschaltung ist
gekennzeichnet, in dem ein Widerstand R4 zwischen dem Kollektor eines NPN
Transistors TrN und der Basis eines PNP-Transistors TrP eingefügt ist, um einen
ungewollten Basisstrom, der zusätzlich zu dem erforderlichen in den Trans istor TrP
fließt, zu beschränken, und daß ein CdS-Fotoleiter 24 zwischen der Basis des NPN-
Transistors TrN und der positiven Seite der Trockenzellen 112 in Reihe mit einem
Widerstand R11 angeschlossen ist.
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In dieser Vorrichtung wird kein Schalter verwendet, so daß zum Anhalten der
Bewegung der Puppe ein schwarzes Band oder eine Licht-Abschirmplatte auf den
Cds-Fotoleiter 24 angebracht werden muß, welcher an der Vorderseite der Basis
13 angebracht ist. Solange das Innere des Raumes, in welchem die Puppe plaziert
ist, hell ist und der CdS-Fotoleiter 24 nicht gegen Licht abgeschirmt wird, zeigt die
Puppe fortgesetzt eine Tanzbewegung als Innenausstattung.
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Da die Betriebsdauer dieser Innenausstattung für ein Spielzeug untypisch lang ist,
wurden Maßnahmen zum Minimieren des Energieverbrauchs der darin enthaltenen
zwei UM-4-Trockenzellen 112 und zum Verwirklichen einer lebhaften Bewegung
ergriffen. Als eine Maßnahme ist eine Germaniumdiode D1 zwischen der Basis und
dem Emitter des Transistors TrN in Reihe mit einem Widerstand R 12
angeschlossen. Durch diese Diode D1 wird der durch die Bewegung des Permanentmagneten
7 erzeugte elektrische Strom daran gehindert, in die Antriebsspule 4 zu fließen,
während der Antriebsstrom nicht in die Antriebsspule 4 fließt, um eine
Dämpfungskraft für die auf den Permanentmagneten 7 ausgeübte Krafterzeugung zu
beseitigen (obwohl ein kleiner, erzeugter Strom den Widerstand R12 und die Diode D1
durchfließt, wenn die Basisspannung des Transistors TrN 0,6 Volt erreicht, ist er
für die Dämpfungskraft vernachlässigbar klein), um dadurch das Maß der
Verringerung der Amplitude der Puppen-Schwingbewegung klein zu halten, den
Antriebsspulen-Strom und zusätzliche Energie zu verringern und die Lebensdauer
der Trockenzellen zu verlängern.
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Eine weitere, zum Minimieren des Energieverbrauchs und Verwirklichen eines
lebhaften Betriebs ergriffene Maßnahme ist das automatische Anhalten der
freilaufenden Oszillation der Schaltung, wenn das Innere des Raumes nachts dunkel wird,
so daß die Trockenzellen im wesentlichen nicht benutzt werden. Diese
Wirkungsweise wird unten beschrieben.
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Es wird eine weitere Gegenmaßnahme zum Verringern des verbrauchten Stromes
beschrieben. Wenn das Innere des Raumes hell wird, wird der Widerstandswert des
Fotoleiters 24, welcher 1500 kΩ oder ähnliches im dur klen Zustand betrug, bei
einer Beleuchtung 1 Lux etwa 40kΩ, und wenn die Versorgungsspannung von 3V
unter Verwendung des Gesamtwiderstandswertes von 200kΩ aus dem 40kΩ und
den 160kΩ des Widerstandes R11 ebenso wie des Widerstandswertes des
Widerstandes R12 geteilt wird, wird die Spannung des Widerstandes R12 plus einer
Durchlaßspannung von 0,1 V der Diode D1 als eine Basis-Emitter-Spannung des
Transistors TrN angelegt. Wenn diese Spannung einen Pegel nahe 0,6 V erreicht,
beginnt eine intermittierende Versorgung der Antriebsspule 4 mit elektrischer
Energie in der vorstehenden Weise.
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Daher wird durch eine zwischen dem Permanentmagneten 7, der an dem
Puppenkopf angebracht ist, und der erregten Antriebsspule 4 ausgeübte
elektromagnetische Kraft die Puppe kontinuierlich wie tanzend in jede Richtung neigbar
schwingen, mit der Mitte des Körpers oder einer nahegelegenen Position als Mittelpunkt
der Rotation, d.h., wie Tanzen während der Drehung in verschiedene Richtungen,
während die Spitze der Drehachse 16 von dem an dem senkrechten Rahmen 17
befestigten Drehlager 18 drehbar getragen wird. Die durch Pfeile oder
strichpunktierte Linien mit zwei Punkten in der Zeichnung gezeigten Bewegungen stellen
einen Teil des Schwingzustands der Puppe dar und tatsächlich führt die Puppe
komplizierte Bewegungen als Kombinationen davon aus.
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Das Bezugszeichen 7a in der Zeichnung bezeichnet eine Joch-Eisenplatte mit dem
an ihrer Unterseite zentral befestigten Permanentmagneten 7. Die Joch-Eisenplatte
7a ist so angeordnet, daß ihre gesamte Unterseite als S-Pol wirkt, um die zwischen
ihr und der Antriebsspule 4 ausgeübte elektromagnetische Antriebskraft zu
erhöhen.
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Die folgende Beschreibung wird jetzt für eine Puppe gemäß einer ersten
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung anhand der Figuren 10 und 11 gegeben. Bei
dieser Puppe, wie in diesen Figuren gezeigt, ist eine Solar-Battene 25 mit einer
niedrigen Beleuchtung zum Innen-Einsatz auf der oberen Oberfläche einer
quadratischen College-Kappe einer Studenten-Puppe angeordnet. Eine an eine
Schaltungskomponentengruppe 126 mit einer in dem Puppen körper aufgenommenen,
gedruckten Schaltkreisplatte angeschlossene Antriebsspule 4 ist an dem mittleren Teil der
Unterseite der Solarbattene 25 befestigt und ein an dem oberen Ende eines
senkrechten Rahmens 117, der sich senkrecht aufwärts über etwas längere Beine zur
Stabilisierung erstreckt, befestigter Permanentmagnet 7 liegt, Unterseite der
Antriebsspule 4 an einen schmalen Spalt gegenüber. Wie bei der oben beschriebenen
zweiten Vorrichtung werden der gesamte Körper und der obere Teil der Puppe von
dem vertikalen Rahmen 11 7 in der Mitte des Inneren des Körpers getragen, damit
sie frei neigbar und horizontal drehbar sind.
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Figur 11 ist ein Schaltbild einer in dieser Ausführungsform verwendeten,
halbfreilaufenden Oszillationsschaltung. Zum Sparen unnötigen Stromes ist ein
Widerstand R4 zwischen dem Kollektor eines NPN-Transistors TrN und der Basis eines
PNP-Transistors TrP eingefügt und zur Versorgung mit elektrischer Energie sind ein
470µF-Elektrolytkondensator C12 zur Energieversorgung und die Solarbattene 25
parallel geschaltet. Im Inneren der Solarbattene 25 sind mehrere Zellen in
Reihenschaltung angeordnet und eine Spannung von 3V und ein Ausgangsstrom von
25µA werden durch eine Entladungslampen-Beleuchtung mit 200 Lux oder eine
Glühlampen-Beleuchtung mit 40 Lux erhalten. Der Leistungskondensator C12 wird
mit einem elektrischen Strom von 25µA im Mittel während einer im wesentlichen
nicht erregten Periode von etwa 12 Sekunden geladen und ein elektrischer Strom
von etwa 2 mA fließt in der Antriebsspule 4 mit einer Impulsbreite von etwa 0,15
Sekunden, welche etwa einem Achtzigstel der Ladeperiode entspricht, um eine
elektromagnetische Antriebs kraft zwischen der Antriebsspule und dem
Permanentmagneten 7 zu erzeugen.
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Die Wirkungsweise der halb-freilaufenden Oszillationsschaltung ist, wie vorher
beschrieben und wird hier nicht erläutert, aber ein kennzeichnendes Merkmal dieser
Ausführungsform liegt darin, daß die Antriebsspule 4 auf der Seite der
schwingenden Puppe vorgesehen ist, während sich der Permanentmagnet 7 an der
stationären Seite an der Spitze des senkrechten Rahmens 117 befindet. Diese Anordnung
erlaubt einen Verzicht einer Puppen-Montage und da die Solarbattene 25 und die
Schaltungskomponentengruppe 126 mit der gedruckten Schaltkreisplatte an der
Schwingseite angeordnet sind, ist es einfach, eine Verdrahtung des Inneren der
Puppe zu bewirken. Da weiterhin ein länglicher und kraftvoller Alnico-Magnet als
Permanentmagnet 7 verwendbar ist, kann eine ausreichende elektromagnetische
Antriebskraft auch durch eine kurzzeitige Erregung der Antriebsspule 4 erhalten
werden. Weiterhin ist zum Verhindern des Energieverlustes, der durch
Energieerzeugung in der Schaltung während der Nichterregungsperiode für die Antriebsspule
4 ausgelöst wird, eine Diode D1 zwischen der Antriebsspule 4 und dem Emitter des
NPN-Transistors TrN eingefügt, wie in Figur 11 gezeigt. Obwohl die Positon dieser
Diode D1 von derjenigen in der in Verbindung mit Figur 7 beschriebenen zweiten
Vorrichtung abweicht, ergibt sich nur eine geringe Differenz im Punkt der
Arbeitsspannung und gemäß der Anordnung dieser Ausführungsform (die gleiche
Lageranordnung wie bei der zweiten Ausführungsform) wie bei der oben beschriebenen
zweiten Vorrichtung, durchfließt ein in der Antriebsspule 4 erzeugter elektrischer
Strom, welcher durch eine relative Bewegung des Permanentrnagneten 7 erzeugt
wird, den Widerstand R2 und die Antriebsspule ist während der nichterregten
Periode blockiert, um die resultierende Dämpfungskraft zu beseitigen und dadurch
den Verlust mechanischer Energie des Lagerteiles, welches die Schwingbewegung
der Puppe trägt, zu verhindern. Zusammen mit dieser Konstruktion ist es möglich,
die Verringerung der Amplitude der Puppen-Schwingbewegung während der
nichterregten Periode der Antriebsspule zu verringern und eine kontinuierliche
Schwingbewegung der Puppe nur mit der Innenbeleuchtung zu erzeugen.
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Wenn die Umgebung der Vorrichtung heller wird, wird die in der Solarbattene
erzeugte Energie groß und die Ladung des Elektrolytkondensators C12 zur
Energieversorgung wird fortgesetzt. Wenn die aufgeladene Spannung einen großen Betrag
annimmt, beginnt die Puppe zu schwingen. Diese Wirkungsweise wurde bereits in
Verbindung mit der Wirkungsweise der vorliegenden Erfindung erläutert.
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Die vorliegende Erfindung erlaubt ebenfalls die Verbindung einer Einkristall-Silikon-
Solarbattene zur Außenverwendung. In diesem Fall kann die erfindungsgemäße
Vorrichtung als wartungsfreie Schautafel-Schwingvorrichtung verwendet werden,
welche sich nach direkter Sonnenlicht-Bestrahlung lebhaft und auffallend bewegt.
Die Beschreibung wird jetzt auf die Wirkungsweise der
Solarbatterie-Verwendungsschaltung gerichtet. Die Anordnung dieser Schaltung ist die gleiche wie diejenige
des Basisteiles der oben beschriebenen zweiten Vorrichtung mit Ausnahme ihres
Stromversorgungsteiles, mit einer Differenz, die eher in Widerstandswerten der
Widerstände und Kapazitätswerte erkennbar ist. Da die in dieser Schaltung
benutzte Energiequelle die miteinander parallel geschaltete Solarbattene und den
Elektrolytkondensator C12 umfaßt, treten Änderungen in der Versorgungsspannung
auf, die von derjenigen beim Betrieb abweicht, bei weichem magnetische Pole der
gleichen Polarität angeordnet sind und solche mit unterschiedlicher Polarität
angeordnet sind, und somit ergibt sich eine Abweichung im Punkt der elektrischen
Wirkungsweise während des Antriebs des Pendels, wobei der Unterschied unten
anhand der Figuren 10 und 11 erläutert wird.
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Da die Umgebung der Vorrichtung allmählich hell wird, wird eine Spannung in der
Solarbattene induziert und ein kleiner Ladestrorn fließt in den Leistungskondensator
C12, welcher direkt an die positiven und negativen Anschlüsse der Solarbatterie
angeschlossen ist, darin resultierend, daß langsam eine Spannung an dem
Kondensator C12 als eine Versorgungsspannung in der halb-freilaufenden
Oszillationsschaltung auftritt, wie die Gleichspannungsquelle in der vorstehenden Haupt-
Erfindung. Zu diesem Zeitpunkt bleiben die zwei Transistoren noch AUS, so daß
der Ladestrom in einen Zeitkonstanten-Einstellkondensator C11 zu fließen beginnt
und die Spannung des Kondensators C11 allmählich ansteigt. Dann steigt ebenfalls
die Basisspannung des NPN-Transistors TrN in Figur 11 auf einen Pegel nahe 0,6
V an und es fließt ein Basisstrorn darin, so daß die zwei Transistoren durch die
oben beschriebene Verstärkung und die positive Rückkopplung EIN-geschaltet
werden.
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Abweichend von der DC-Spannungsquelle 12, die in der obigen Beschreibung der
Wirkungsweise berücksichtigt wurde, liefert die Solarbattene jedoch einen kleinen
Strom in der Einheit µA, so daß, wenn die Antriebsspule 4 für eine kurze Zeit nach
EIN-schalten der zwei Transistoren erregt wird, die in dem Leistungskondensator
C12 gespeicherte elektrische Ladung abgebaut wird und somit die Spannung des
Kondensators C12 verringert. Der Spannungsabfall beträgt jedoch etwa 20% und
es bleiben 80% der Spannung erhalten, obwohl dies abhängig von der Kapazität
des Leistungskondensators C12 oder dem Widerstandswert der Antriebsspule
abweicht. Der Kondensator C12 wird mit dem kleinen Strom von der Solarbattene
während einer nichterregten Periode basierend auf dem gleichen Ablauf wie oben
bei der Wirkungsweise der Haupt-Erfindung erläutert, geladen, um den
Spannungsabfall
auszugleichen und dies wird wiederholt. Eine Durchschnittsspannung des
Kondensators C12 nimmt zu, wenn die Umgebung heller wird, so daß der
Entladestrom zu der Antriebsspule 4 ebenfalls zunimmt. Wenn die Helligkeit eine
vorbestimmte Beleuchtung erreicht, wirkt die auf den Perrnanentmagneten 7
ausgeübte elektromagnetische Kraft als eine relative abstoßende Kraft, bezogen auf die
Antriebsspule 4, die zum Anlaufen des Pendels erforderlich ist und bewirkt so ein
Selbstanlaufen des Pendels.
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Dies ist der Fall, da der Betrag des an die Solarbatterle abgegebenen elektrischen
Stromes gering ist und damit eine kurzzeitige Erregung der Antriebsspule vor der
Erzeugung einer ausreichenden Spannung in dem Leistungskondensator C12 auf.
Bei den anfänglichen Malen der Abgabe der Elektrizität an die Antriebsspule von
dem Leistungskondensator C12 ist die elektromagnetische Kraft in der
Anfangsstufe aufgrund des kleinen Betrages der an die Antriebsspule abgegebenen
elektrischen Stromes schwach und es tritt nur eine geringe Schwingung auf und diese
Schwingung endet vor der nächsten Erregung der Antriebsspule, auch wenn eine
kleine Schwingung erhalten bleibt, kann es unmöglich sein, den Betrieb in Gang zu
setzen, da keine wirksame Energieerzeugung in der Antriebsspule durch den
Permanentmagneten vorhanden ist.
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Somit wird der von der Solarbattene erzeugte kleine Strom in dem
Elektrolytkondensator C12 zur Spannungsversorgung gespeichert, um eine Spannungsquelle mit
kleinem Innenwiderstand bereitzustellen, und nach Selbstanlauf entsprechend der
vorstehenden Wirkungsweise fließt die elektrische Ladung, welche in kleinen
Schritten gespeichert wurde, als Entladestrom in die Antriebsspule in der gleichen
Weise, wie bei der Haupterfindung und zu einem für die Beschleunigung der
Schwingbewegung wirksamsten Zeitpunkt und erzeugt dadurch eine kontinuierliche
Schwingbewegung des Pendels.
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Die obige Wirkungsweise gleicht die Eigenschaft der Solarbattene aus, die nicht in
der Lage ist, infolge einer Gleichspannungsquelle mit einem großen
Innenwiderstand einen relativ großen Strom abzugeben. Andersherum ist es aber auch
möglich, wenn elektrische Energie durch Herstellen und Verwenden einer
Gleichspannungsquelle mit einem großen Innenwiderstand allmählich in den
Leistungskondensator C12 eingespeist wird, die gleiche Pendel-Schwingbewegung zu erhalten.
Gemäß dieser gerade oben erwähnten Anordnung ist anstelle der kombinierten
Anordung der Solarbattene und des Elektrolytkondensators zur
Spannungsversorgung
eine beliebige Gleichspannungsquelle 12a durch einen Widerstand R5 mit
einem hohen Widerstandswert an den Leistungskondensator C12 angeschlossen.
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Die Wirkungsweise der Vorrichtung, welche die Spannungsversorgungsschaltung
verwendet, wird jetzt beschrieben. Wenn ein elektrischer Strom von der
Spannungsquelle durch Betätigen eines Schalter eingespeist wird, fließt ein elektrischer
Strom, welcher durch den Widerstand R5 auf einen kleinen Strom begrenzt wurde,
durch den Leistungskondensator C12, so daß die Spannung des Kondensators
allmählich ansteigt. Dann ändert sich, wie beim Betrieb der vorstehenden
Solarbatterie-Spannungsquelle die Klemmenspannung des in Figur 1 2 gezeigten
Leistungskondensators C12 und es fließt ein Strom in der Antriebsspule 4. Nach
mehrmaliger Erregung läuft das Pendel selbst an und die Amplitude des Pendels wird
erhöht, um eine kontinuierliche Schwingbewegung zu erzeugen.
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Der Grund, warum in diesem Fall der Spannungsquellenteil beliebig ist, ist, daß
dadurch, daß der elektrische Strom allmählich von der Spannungsquelle 12 über
den Widerstand R5 zu dem Elektrolytkondensator C12 abgegeben wird, wobei die
Spannung des in der Spannungsquelle 12 enthaltenen Impulsformates von dem
Widerstand R5 gedämpft wird und keinen nachteiligen Einfluß auf die in der Haupt-
Konstruktion der Erfindung verwendete halb-freilaufende Oszillationsschaltung
ausübt. In der vorliegenden Erfindung wird eine irrtümliche Erregung durch ein
externes Rauschsignal während anderer Perioden als zu dem Zeitpunkt, in welchem
der elektrische Strom in der Antriebsspule 4 das Pendel am wirksamsten erregt,
verhindert.
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Weiterhin wird ein von dem Antriebsspulen-Strorn im Impuls-Format ausgelöstes
und von der elektronischen Schaltung der Erfindung erzeugtes Rausch-Signal von
dem Elektrolytkondensator C12 zur Spannungsversorgung absorbiert und aufgrund
des Vorhandensein des hohen Widerstandes R5 besteht weiterhin keine Gefahr,
daß das Rauschsignal durch Verwenden der beliebigen Gleichspannungsquelle 12
als eine gemeinsam genutzte Spannungsquelle an andere elektronische
Vorrichtungen abgegeben wird.
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Eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird jetzt anhand des
Schaltbildes in Figur 12 beschrieben. Die Pendel-Antriebsvorrichtung in dieser
Ausführungsform weist einen relativ großen Ausschlag auf, bei welcher Design-
Platten 11 die als schwingende Teile einen Teil eines Aushängeschildes bilden, an
einem Pendel angebracht sind, welches auch bei ungünstigen Bedingungen wie z.
B. Wind arbeitet. Wo es erwünscht ist, die Vorrichtung ohne Kabel ortsveränderlich
zu machen, wie ein Standschild, wird eine 12 V Autobatterie 12a verwendet.
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Da diese Ausführungsform keine Energieeinsparung benötigt, ist es möglich, das
Pendel ausreichend lebhaft zu betreiben. Auch in dem Fall, in dem das Pendel
manuell angehalten wird, läuft es selbst an, erhöht allmählich seine Amplitude und
kann zu der ursprünglichen lebhaften Schwingbewegung zurückkehren.
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Ein kennzeichnendes Merkmal dieser Ausführungsform liegt in der hier
verwendeten Spannungsquelle. Insbesondere wird ein elektrischer Strom in einer
freilaufenden Oszillationsschaltung durch Entladen eines Elektrolytkondensators C12
(2200µF) mit großer Kapazität zur Spannungsversorgung abgegeben und ein
elektrischer Strom wird allmählich als Ladestrorn von der Gleichspannungsquelle,
der Autobatterie 12a durch den Widerstand R5 zu dem Kondensator C12
abgegeben, um den durch die Entladung ausgelösten Spannungsabfall auszugleichen.
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Gemäß einer solchen Spannungsquellenanordnung werden Rauschsignale, die
spannungsquellenseitig von verschiedenen elektronischen Vorrichtungen, welche
die Autobatterie 12a verwenden, eintreten, durch den Widerstand R5 gedämpft,
um zu verhindern, daß der Strom in der Antriebsspule 4 in anderen Perioden als der
Antriebsperiode verwendet wird.
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Der Elektrolytkondensator C12 mit großer Kapazität weist einen
Anfangs-Innenwiderstand von fast Null auf und seine Spannung ist relativ hoch, so, daß nach EIN-
Schalten ds Transistors ein Spitzenwert eines Anfangsladestromes eines
Zeiteinstellkondensators C11 die festgelegten maximalen Ströme der zwei Transistoren
überschreitet. Daher muß ein solcher Ladestrorn begrenzt werden und zu diesem
Zweck wird ein Widerstand R8 verwendet.
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Der Grund, warum eine Einrichtung zum Verwirklichen einer hohen Wirksamkeit
unter Verwendung einer Diode D1 in dieser Ausführungsform abweichend von der
vorherigen ersten Vorrichtung und der ersten Ausführungsform nicht vorgesehen
ist, ist, daß eine ausreichende Spannungsquellen kapazität sichergestellt ist, so daß
es nicht erforderlich ist, Energie zu sparen und daß, da der Widerstandswert des
Widerstandes R2 relativ hoch ist und der in der Antriebsspule erzeugte elektrische
Strom niedrig gehalten wird, der Energieverlust klein ist.
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Als nächstes wird in Verbindung mit der Erfindung hinsichtlich der Anordnung der
magnetischen Pole der unterschiedlichen Polarität in eine dritte Ausführungsform
anhand der Figuren 13 und 14 unten beschrieben.
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Wenn ein Pendel 180 stillsteht, wie in Figur 13 gezeigt, wird eine Kante 190 einer
Messerkante genau oberhalb des Schwerpunktes des Pendels durch einen
Lagerabschnitt eines Balkens 150 geschaffen und der Balken 150 wird in der
Rahmenform durch rechte und linke Rahmen 120 eines Grundrahmens 130 zum Bilden
eines stationären Seitenrahmens 160 gehalten und ist damit verbunden. Weiterhin
ist eine Antriebsspule 140 an der oberen Oberfläche des Grundrahmens 130 in
einer Position genau unter dem Pendel 180 befestigt. Eine freilaufende
Oszillationsschaltung (nicht dargestellt), welche die gleiche wie die in der ersten
Ausführungsform verwendete ist, ist an die Antriebsspule 140 angeschlossen.
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Andererseits ist eine Design-Platte 110 an dem oberen Ende des Pendels 180
angebracht, während an dem unteren Ende des Pendels ein
Magnet-Montageelement 181 angebracht ist, welches sich im wesentlichen im rechten Winkel zu der
Längsrichtung des Pendels nach links erstreckt, und ein Permanentmagnet 170 ist
an der Unterseite an einer Seite des Magnet-Montageelementes 181 befestigt.
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In solch einem Positions-Zustand wie in Figur 13 wird ein s-Pol an der oberen
Oberfläche der Antriebsspule 140 erzeugt, wie in der gleichen Figur gezeigt, so daß
der an dem unteren Ende des Permanentmagneten 170 positionierte N-Pol durch
den s-Pol angezogen wird und das Pendel 180 sich bewegt, wie in Figur 14, wenn
die Antriebsspule 140 durch den oben beschriebenen Schaltungsbetrieb kurzzeitig
erregt wird. Wenn der N-Pol am unteren Ende des Permanentmagneten 170 mit der
Mittelachse in der Antriebsspule 140 ausgerichtet ist, ist es, wenn die Zuführung
elektrischer Energie zu der Antriebsspule 140 beendet wird, möglich, eine
Schwingbewegung in der Pfeilrichtung in der Figur durch die Trägheit des Pendels
in Gang zu setzen.
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Durch Einstellen der Kapazität des Zeitkonstanten-Einstellkondensators auf einen
relativ kleinen Wert kann die Erregungszeit für die Antriebsspule 140 so eingestellt
werden, daß sie die zwischen der Antriebsspule und dem Permanentmagneten
ausgeübte elektromagnetische Kraft in einer relativ frühen Stufe beseitigt und
dadurch dem Permanentrnagneten erlaubt, die obere Oberfläche der Antriebsspule
ohne Widerstand zu passieren und dem Pendel den Beginn einer Schwingbewegung
durch Trägheitswirkung zu erlauben. Auch wenn die Versorgung der Antriebsspule
140 mit elektrischer Energie geringfügig verlängert wird, wirkt die in der
Antriebsspule erzeugte Spannung, wenn der N-Pol des Permanentmagneten den Mittelpunkt
der Antriebsspule verläßt, als Sperr-Basisspannung des NPN-Transistors TrN in der
Schaltung der ersten Ausführungsform, um den Basisstrom dieses Transistors zu
stoppen und die Schaltung AUS-zuschalten, wodurch der Antriebsspulenstrom, der
so wirkt, daß er den die Antriebsspule verlassenden Permanentmagneten 170
zurückhält, abgeschaltet wird und dadurch die Bremskraft für den
Permanentmagneten 170 bei einem Minimum gehalten wird.
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In der Erfindung mit der Anordnung magnetischer Pole unterschiedlicher Polaritäten
sind der Permanentmagnet und die Antriebsspule entfernt voneinander an der
Pendelseite und der stationären Seite angeordnet und nach Erregung der
Antriebsspule durch den vorstehenden Betrieb der Schaltung wirkt eine elektromagnetische
Anziehungskraft auf diese, so daß sich zum Anlaufen der Schwingbewegung des
Pendels der Permanentmagnet und die Antriebsspule relativ zueinander bewegen.
In dem Fall, in dem der Permanentmagnet 170 an dem Pendel angebracht ist, wenn
die Einrichtung zum Bewegen des Permanentmagneten 170 eine Anordnung
aufweist, welche die bewegte Einrichtung die obere Oberfläche der Antriebsspule
140 passieren läßt, wird es durch Bestimmen der Kapazität des Zeitkonstanten-
Einstellkondensators C11 zum Beenden der kurzzeitigen Erregung der Antriebsspule
genau unmittelbar bevor der Permanentmagnet 170 der Antriebsspule an einem
schmalen Spalt gegenübersteht, möglich, die zwischen der Antriebsspule und dem
Permanentmagneten ausgelibte elektromagnetische Kraft zu beseitigen, um dem
Permanentmagneten 1 70 zu ermöglichen, die obere Oberfläche der Spule zu
passieren und bewirkt, daß die Schwingbewegung des Pendels durch Trägheit
anläuft.
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Obwohl die Amplitude der Schwingbewegung nach dem Anlauf anfangs klein ist,
da die relative Bewegungsgeschwindigkeit zum Zeitpunkt, wenn der
Permanentmagnet 170 zu der oberen Oberfläche der Antriebsspule 140 zurückkehrt, maximal
wird, wird die nahe dem Neutralpunkt der Schwingbewegung liegende
elektromotorische Kraft der Antriebsspule 1 40 ebenfalls groß bis zu dem Ausmaß, in dem ein
periodischer Erregungszeitpunkt in der freilaufenden Oszillationsschaltung
verschoben wird. In dem Fall, in welchem der Permanentmagnet 170 sich anschickt,
die obere Oberfläche der Antriebsspule 140 in dem periodischen
Erregungs-Zeitpunkt in der Schaltung zu verlassen, wird die Zuführung elektrischer Energie
beendet, um die Erzeugung einer elektrornagnetischen Kraft, welche als Bremskraft
wirkt, zu verhindern, der Beginn der Erregung wird verlängert bis zur Rückkehr von
der nächsten Schwingbewegung und bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der
Permanentmagnet 170 versucht, sich der Antriebsspule 140 zu nähern, wird die
Schwingbewegung durch eine elektromagnetische Anziehung zwischen dem
Permanentmagneten und der Antriebsspule, welche durch die Erregung der Antriebsspule
induziert wird, beschleunigt, wobei die Schwingbewegung durch Trägheit fortgesetzt
wird bis zum Erreichen des nächsten periodischen Erregungs-Zeitpunktes der
freilaufenden Oszillationsschaltung, dann wird ein Zeitpunkt, welcher eine effiziente
Schwingbewegung erlaubt, aus Zeitpunkten vor und nach jedem der periodischen
Erregungs-Zeitpunkte der freilaufenden Oszillationsschaltung selektiert, welche
aufeinanderfolgend auftreten, und die Antriebsspule wird zum Fortsetzen der
Schwingbewegung erregt.
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In Verbindung mit der Erfindung, welche die Anordnung der magnetischen Pole
unterschiedlicher Polaritäten betrifft, wird nachfolgend eine vierte Ausführungsform
anhand der Figuren 15 und 16 beschrieben.
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Gemäß dieser Ausführungsform wird, wenn ein Pendel 180 stillsteht, wie in Figur
15 gezeigt, eine Kante 190 einer genau oberhalb des Schwerpunktes des Pendels
angeordneten Messerkante durch einen Lagerteil eines Trägers 150 gebildet und
der Träger 150 wird von einem Grundrahmen 130 in einer Rahmenform durch
rechte und linke Tragrahmen zum Bilden eines stationären Seitenrahmens 160
getragen. Weiterhin ist eine ringförmige Luftkern-Antriebsspule 140 an der oberen
Oberfläche des Rundrahmens 130 in einer Positon genau unter dem Pendel 180
durch ein Spulen-Halteelement 130a so befestigt, daß deren ringförmige Flächen
nach rechts und links zeigen. An die Antriebsspule 140 ist eine frei laufende
Oszillationsschaltung (nicht dargestellt) angeschlossen, welche die gleiche ist, wie
die in der ersten Ausführungsform verwendete.
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Andererseits ist an dem oberen Ende des Pendels 180 eine Design-Platte 110
angebracht, während an dessen unterem Ende ein Montageelement 182 angebracht ist,
welches sich senkrecht zu der Längsrichtung des Pendels nach rechts und links
erstreckt. Das Montageelement 182 weist zwei gekrümmte Enden 282 auf und ein
gebogenes Element 183 aus Nichteisenmetall und mit einem Radius entsprechend
der Distanz von dem Rotationsrnittelpunkt des Pendels ist an den beiden
gekrümmten Enden 282 angebracht, während es sich durch die Antriebsspule 140 erstreckt.
Weiterhin ist ein Permanentmagnet 170 mit S- und N-Polen an der linken und
rechten Seite an dem gebogenen Element 183 in einer Position fixiert, die von dem
Mittelpunkt des gebogenen Elementes versetzt ist.
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Wenn die Antriebsspule 140 für eine kurze Zeit durch die vorstehende Schaltungs-
Wirkung bei solch einem Stillstand des Pendels, wie in Figur 15, welche die obige
Anordnung zeigt, erregt wird, wird ein s-Pol an der linken Oberfläche der
Antriebsspule erzeugt, wie in dieser Figur gezeigt, so daß der am rechten Ende des
Permanentmagneten 170 positionierte N-Pol von dem s-Pol angezogen wird und somit
eine Bewegung des Pendels 180 auslöst, wie in Figur 16. Wenn die Zuführung
elektrischer Energie zu der ringförmigen Antriebsspule 140 beendet wird, wenn ein
mittlerer Teil zwischen den S- und N-Polen des Permanentmagneten 170 den
Mittelpunkt der Antriebsspule erreicht hat, kann eine Schwingbewegung in der
Pfeilrichtung in der Figur durch die Trägheit des Pendels in Gang gesetzt werden.
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Durch Einstellen der Kapazität des Zeitkonstanten-Einstellkondensators C11 kann
die Erregungszeit für die Antriebsspule 140 eingestellt werden, um die zwischen
der Antriebsspule und dem Permanentmagneten ausgeübte elektromagnetische
Kraft in einer relativ frühen Stufe zu beseitigen und dadurch dem
Permanentmagneten zu erlauben, die ringförmige Spule ohne Widerstand zu durchlaufen und dem
Pendel zu ermöglichen, eine Schwingbewegung durch Trägheitswirkung zu
beginnen. Auch wenn die Zuführung elektrischer Energie zu der Antriebsspule 140
geringfiigig verlängert wird, wirkt die in der Antriebsspule erzeugte Spannung,
wenn der N-Pol des Permanentmagneten 170 sich anschickt, sich weiter von der
rechten Seitenfläche der ringförmigen Spule zu entfernen und dessen S-Pol sich
anschickt, in die Antriebsspule einzutreten, als eine Sperrichtungs-Basisspannung
des NPN-Transistors TrN in der Schaltung der ersten Ausführungsform zum
Anhalten des Basisstroms des Transistors und zum AUS-Schalten des Betriebs der
Schaltung, wodurch der Antriebsspulenstrom abgeschaatet wird, der den
Permanentmagneten 170, welcher die Antriebsspule verläß:, zurückhält, und damit kann
die Bremskraft für den Permanentmagneten minimiert werden.
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Wenn die sich auf die Anordnung der magnetischen Pole unterschiedlicher
Polaritäten beziehende Erfindung so angeordnet ist, daß der Permanentmagnet an dem
Pendel angebracht ist, wie in Figur 15, und die Einrichtung zum Bewegen des
Permanentmagneten das Mittelloch der Antriebsspule durchläuft, wird durch
Bestimmen der Kapazität des Zeitkonstanten-Einstellkondensators C11 zum
Beenden der Kurzzeit-Erregung der Antriebsspule unmittelbar, bevor der
Permanentmagnet von der Antriebsspule angezogen wird und der Mittelteil zwischen den N- und
S-Polen des Permanentmagneten den Mittelpunkt der Antriebsspule durchläuft,
ermöglicht, die zwischen der Antriebsspule und dem Perrnanentmagneten
ausgeübte elektromagnetische Kraft zu beseitigen, um dem Permanentmagneten zu
erlauben, die ringförmige Antriebsspule zu durchlaufen und bewirkt, daß das Pendel
seine Schwingbewegung durch Trägheitswirkung beginnt.
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In diesem Fall, wenn die an der stationären Seite angebrachte ringförmige
Antriebsspule auf der Mittelachse des Pendels liegt, während das Pendel durch sein eigenes
Gewicht stillsteht, ist der Permanentmagnet an dem Pendel in einer von der
Pendelachse abweichenden Position angebracht. Mit anderen Worten, wenn die
Mittenposition des Permanentrnagneten in einem Ruhezustand des Pendels unter der
Wirkung der Rückstellkraft wie der Schwerkraft in einem Neutralpunkt der
Schwingbewegung angenommen wird, ist die Antriebsspule an der stationären
Seite in einer von dem Neutralpunkt abweichenden Position angeordnet.
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Dies ist der Fall, da der Permanentmagnet zum Zeitpunkt des Anlaufs der Pendel-
Schwingbewegung in die Antriebsspule hinein angezogen wird und dadurch der
Beginn der Schwingbewegung des Pendels ausgelöst wird.
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Wenn jedoch die Erfindung hinsichtlich der Anordnung der magnetischen Pole der
gleichen Polarität eine Anordnung aufweist, in welcher der Permanentmagnet an
dem Pendel angebracht ist und die Permanentmagnet-Bewegungseinrichtung das
Mittelloch der ringförmigen Spule durchläuft, ist es möglich, die vorstehende
Abweichung der Permanentmagnet-Montageposition von der Pendelachse zu
minimieren (dieser Punkt wird detaillierter später in einer fünften Ausführungsform
beschrieben).
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Somit sind in der Erfindung hinsichtlich der Anordnung der Magnetpole
unterschiedlicher Polaritäten der Permanentmagnet und die Antriebsspule durch einen
relativen Abstand voneinander beabstandet, welcher erlaubt, daß sich beide
gegenseitig anziehen, wenn die Antriebsspule in einem Ruhezustand des Pendels
erregt wird, so daß das Pendel seine Schwingbewegung selbst durch Wirkung einer
relativen elektromagnetischen Anziehung zwischen dem Permanentmagneten und
der Antriebsspule beim Betrieb der freilaufenden Oszillationsschaltung in der
Erfindung, welche der Anordnung der magnetischen Pole der gleichen Polarität
zugeordnet ist, beginnen kann.
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Nach dem Anlauf der Schwingbewegung kehrt sich die in der Antriebsspule
erzeugte Spannung mit deren relativer Bewegung, bezogen auf den
Permanentmagneten, um, so daß die Erfindung in der Wirkungsweise der Anordnung der
magnetischen Pole mit der gleichen Polarität, wie in Figur 5 gezeigt, entspricht, und der
Permanentmagnet und die Antriebsspule versuchen, sich gegenseitig anzuziehen,
wenn eine elektromotorische Kraft erzeugt wird, welche als eine
Durchlaß-Basisspannung in dem NPN-Transistor TrN wirkt, während, wenn der Permanentmagnet
sich anschickt, die Antriebsspule zu verlassen, eine elektromotorische Kraft erzeugt
wird, welche als eine Sperr-Basisspannung in dem Transistor wirkt (diese
Phänomen tritt infolge einer Polaritätsanordnung des Permanentmagneten auf, die
umgekehrt zu derjenigen ist, in welcher magnetische Pole gleicher Polarität angeordnet
sind). Daher wird es durch Verschieben des Erregungszyklus in der freilaufenden
Oszillationsschaltung durch Selektieren eines Zeitpunktes, in welchem die
elektromagnetische Anziehung zwischen dem Permanentmagneten und der
Antriebsspule für die Beschleunigung der Schwingbewegung und Erregung der
Antriebsspule zu diesem Zeitpunkt am wirksamsten ist, ermöglicht, die Schwingbewegung
zu beschleunigen und fortzusetzen.
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Der Grund, warum eine solche optimale Erregungszeit-Selektion in der Schaltung
ungeachtet der magnetischen Polanordnung ausgeführt werden kann, ist, daß die
Antriebsspule 4 als eine Spannungserzeugungs-Erfassungseinrichtung an die Basis
an dem vorderen NPN-Transistor TrN in der freilaufenden Oszillationsschaltung
angeschlossen ist und ebenfalls an die Antriebsstrom-Schaltung angeschlossen ist,
welche von dem PNP-Transistor TrP in der Ausgangsstufe von der
Spannungsquelle 12 gebildet wird. Die Flußrichtung (Durchlaß-Basisstrom-Richtung) des in der
Antriebsspule durch eine relative Bewegung der Spule, bezogen auf den
Permanentmagneten, erzeugten elektrischen Stromes und die Ausgangs-Antriebsstrom-
Richtung sind einander entgegengesetzt, so daß der Zeitpunkt, in dem der Strom
in der Durchlaß-Basisstrom-Richtung erzeugt wird, dem Zeitpunkt entspricht, in
dem der Antriebsstrorn in der Antriebsspule 4 fließen kann, und somit ist es
möglich, daß die Antriebsspule 4 die Funktion einer Erfassungsspule übernehmen
kann.
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In der vorliegenden Erfindung ist es optional, ob der Permanentmagnet oder die
Antriebsspule an der stationären Seite oder dem Pendel angeordnet sind, und auch,
wenn die oben in der Erläuterung des Betriebs erwähnte
Permanentmagnet-Bewegungseinrichtung durch eine Antriebsspulen-Bewegungseinrichtung ersetzt wird,
kann ein Selbstanlauf des Pendels verwirklicht werden.
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Als nächstes ist in Verbindung mit der Erfindung hinsichtlich der Anordnung der
magnetischen Pole gleicher Polarität die folgende Beschreibung vorgesehen für eine
fünfte Ausführungsforrn, dargestellt in den Figuren 17 und 18 und eine sechste
Ausführungsform, dargestellt in Figur 19.
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Die fünfte Ausführungsform weist die gleiche Anordnung wie die obige vierte
Ausführungsform auf, mit Ausnahme einer Längsposition eines
Permanentmagneten, bezogen auf die Antriebsspule in einem Ruhezustand des Pendels und die
Anordnung der NS-Pole des Permanentmagneten. Figur 18 zeigt, daß, wenn das
Pendel stillsteht, eine Mittellinie zwischen den jeweils an der linken und rechten
Seite angeordneten N- und S-Polen eines Permanentmagneten 270 eine Distanz d
von einer vertikalen Mittellinie einer Luftkern-Antriebsspule 140 beabstandet ist.
Wenn die Antriebsspule 140 erregt wird, wird ein Magnetfeld mit magnetischen
Polen, die mit s und n auf der magnetischen Achse an der linken und rechten Seite
der Spule bezeichnet sind, erzeugt. Als Ergebnis verlaufen die Richtungen von s, n
in dem Magnetfeld und die Richtung von S, N des Permanentrnagneten 270
entgegengesetzt und der Permanentmagnet unterliegt einer elektromagnetischen
abstoßenden Kraft in der Pfeilrichtung in der Figur und wird dadurch beschleunigt
und bewegt sich.
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Die Anlaufrichtung ist die Richtung, in welcher die in der Figur gezeigte
Abweichung d vorhanden ist, und eine relative Position des Permanentmagneten 270,
bezogen auf die Antriebsspule 140 in einem Ruhezustand des Pendels, welche
durch eine Mittenposition des Pendels bestimmt ist, ist durch die geringe
Abweichung d angezeigt. Die Richtung der Abweichung ist die Anlaufrichtung. Wenn das
Pendel in Längsrichtung ohne Abweichung exakt im Gleichgewicht ist, so daß der
Mittelpunkt des Permanentmagneten in der Längsrichtung vollständig mit
demjenigen der Antriebsspule in einem Ruhezustand des Pendels übereinstimmt, kann sich
der Permanentmagnet 270 weder nach rechts noch nach links bewegen und das
Pendel kann nicht selbst anlaufen. In dem Fall, in dem das Pendel-Lager eine
Messerkante ist, ist es unmöglich, das Pendel so vollkommen anzuhalten oder
auszubalancieren, so daß der Selbstanlauf kein Problem ist. Wenn eine
Lageranordnung eine Reibungskraft erzeugt, macht es dieses schwierig, den Selbstanlauf des
Pendels zu bewirken, eine Anordnung zum Vermeiden dieses Nachteils ist
ausgebildet durch Aufheben des Gleichgewichtes des Pendels zum Vorsehen der
Abweichung d.
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Eine sechste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird jetzt anhand von
Figur 19 beschrieben. Diese Ausführungsform weist denselben Aufbau auf, wie die
vorstehende fünfte Ausführungsform, mit Ausnahme einer Längsposition eines
Permanentmagneten, bezogen auf die Antriebsspule in einem Ruhezustand des
Pendels und die Anordnung der NS-Poie des Permanentmagneten. Figur 19 zeigt,
daß, wenn das Pendel still steht, eine magnetische Mittelachse der oberen und
unteren N, S-Pole eines Permanentmagneten 270 von derjenigen einer Luftkern-
Antriebsspule 140 um einen Abstand d beabstandet ist. Wenn die Antriebsspule
140 erregt wird, wird ein Magnetfeld der durch s und n bezeichneten magnetischen
Pole auf der magnetischen Achse an der oberen und unteren Seite der Spule
erzeugt. Als ein Ergebnis sind die Richtungen von s, n in dem Magnetfeld und die
Richtungen von N, S des Permanentmagneten 270 entgegengesetzt gerichtet und
der Permanentmagnet unterliegt einer elektromagnetischen Abstoßkraft in der
Pfeilrichtung in der Figur und wird dadurch beschleunigt und bewegt sich.
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In diesem Fall ist die Anfangsrichtung die Richtung, in welcher die in der Figur
gezeigte Abweichung d vorhanden ist, und eine relative Position des
Permanentmagneten 270, bezogen auf die Antriebsspule 140 in einem Ruhezustand des Pendels,
welcher durch eine zentrale Position des Pendels bestimmt ist, ist durch die
geringfügige Abweichung d bezeichnet. Diese Abweichungsrichtung ist die
Anlaufrichtung. Wenn das Pendel in der Längsrichtung exakt ohne Abweichung ausbalanciert
ist, so daß der Mittelpunkt des Perrnanentmagneten in der Längsrichtung
vollständig mit demjenigen der Antriebsspule in einem Ruhezustand des Pendels
übereinstimmt, kann sich der Permanentmagnet 270 weder nach rechts noch nach
links bewegen und das Pendel kann nicht selbst anlaufen.
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Die Beschreibung richtet sich jetzt auf eine siebte Ausführungsform hinsichtlich der
Anordnung der magnetischen Pole, welche beide gleiche und abweichende
Polaritäten aufweisen. Diese in den Figuren 20 und 21 dargestellte Ausführungsform weist
die gleiche Anordnung auf, wie die obige dritte Ausführungsform, mit Ausnahme
einer relativen Positionsbeziehung zwischen dem Permanentmagneten und der
Antriebsspule.
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Auf diese Differenz wird jetzt Bezug genommen. Ein Magnet-Montageelement 181
ist an einem unteren Abschnitt eines Pendels 180 angebracht und ein ]-förmiges
Eisenjoch 184 ist anstelle des in der fünften Ausführungsform verwendeten
Permanentmagneten an der Unterseite an einer Seite des Magnet-Montageelementes 181
in solch einer Weise angebracht, daß der offene Abschnitt des Joches nach unten
zeigt. Zwei Permanentmagnete 170a und 170b, welche flach sind, sind jeweils an
der inneren Oberfläche der zwei abhängigen unteren Teile des Joches befestigt, so
daß ihre gegenüberliegenden Seiten S- und N-Pole sind, wie in Figur 21 gezeigt.
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Weiterhin ist ein ]-förmiges Eisenjoch 184 an der Unterseite einer
gegenüberliegenden Seite des Magnet-Montageelementes 181 in einer Position genau unter dem
Pendel in solch einer Weise angebracht, daß dessen offener Abschnitt nach unten
zeigt. Zwei flache Permanentmagnete 170c und 170d sind jeweils an den inneren
Oberflächen der zwei abhängigen unteren Teile des Joches befestigt, so daß ihre
gegenüberliegenden Seiten N- und S-Pole sind, wie in Figur 21 gezeigt.
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Andererseits ist eine Antriebsspule 140 in einer Position im wesentlichen genau
unter dem Pendel und innerhalb eines Raumes, welcher durch die
Permanentmagnete 170a, 170b, 170c und 170d gebildet ist, beabstandet von diesen
Permanentmagneten, und ist an einem Grundrahmen 130 durch ein Spulen-Halteelement
130a befestigt. In einem Ruhezustand des Pendels ist eine Abweichung d zwischen
einer Mittellinie durch die magnetischen Pole der Permanentmagnete 170c und
170d, welche genau unter dem Pendel angeordnet sind, und einer Mittellinie durch
die Antriebsspule 140, wie in Figur 21 gezeigt, vorgesehen.
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Die Abweichung d liegt auf der rechten Seite, bezogen auf den Mittelpunkt der
Antriebsspule 140, so daß, wenn die Antriebsspule erregt wird, magnetische Pole
erzeugt werden, welche in der Figur durch n und 5 dargestellt sind, so daß die
genau unter dem Pendel angeordneten zwei Permanentmagnete 170c und 170d
einer abstoßenden elektromagnetischen Kraft unterliegen, welche in der Figur von
der Antriebsspule 140 nach rechts wirkt, während die an einer Seite des Pendels
angeordneten zwei Permanentmagnete 170a und 170b einer anziehenden
elektromagnetischen Kraft unterliegen, welche in der Figur von der Antriebsspule 140
nach rechts wirkt. Eine resultierende Kraft bewirkt den Anlauf des Pendels. Wenn
die Mitten der magnetischen Pole der Permanentmagnete 170a und 170b sich der
Mitte der Antriebsspule 140 nähern und unmittelbar bevor sie die Spulenmitte
erreichen, wird die Zuführung elektrischer Energie zu der Antriebsspule beendet,
wodurch eine Schwingbewegung des Pendels durch die Wirkung der Trägheit des
Pendels anläuft.
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In dieser Ausführungsform ist kennzeichnend, daß der Spalt in dem magnetischen
Kreis minimiert werden kann und daß in dem durch die vier Permanentmagnete
erzeugten, starken magnetischen Feld die elektrische Energie in der Antriebsspule
ohne Verlust in mechanische Energie umgewandelt werden kann. Auch wenn diese
Ausführungsform entsprechend der Erfindung hinsichtlich der Schaltung unter
Verwendung einer Solarbattene mit einem kleinen lichtempfindlichen Bereich zur
Innenverwendung eingesetzt wird, kann das Pendel mit einer großen und relativ
schweren Gestaltungsplatte mit einer großen Amplitude schwingen.
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Das in der oben beschriebenen zweiten Vorrichtung verwendete Eisenjoch 7a wird
hier als Joch zum Ausführen der Erfindung hinsichtlich der Anordnung der
magnetischen Pole gleicher und unterschiedlicher Polaritäten erwähnt, wobei in dieser
Ausführungsform die Unterseite der scheibenförmigen Eisenplatte 7a ein
ringförmiger S-Pol ist, da die Bewegungsrichtung des Permanentmagneten nicht definiert
längs und quer ist. Wenn aber die Bewegungsrichtung des Permanentrnagneten
eine Richtung ist, kann ein sich in dieser Richtung erstreckendes,
papierstreifenartiges Eisenjoch mit drei in der Reihenfolge SNS angeordneten magnetischen Polen
verwendet werden.
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Daß die vorliegende Erfindung nicht nur bei einem Pendel, welches Schwerkraft als
Rückstellkraft verwendet, sondern auch bei einem Pendel, welches eine andere
Kraft als Schwerkraft als Rückstellkraft verwendet, anwendbar ist, wird unten
anhand einer achten Ausführungsforrn der Erfindung anhand von Figur 22
dargestellt.
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Es ist ein Innenraum-Spielzeug, das in Figur 22 gezeigt ist. Dies ist ein aus einem
Nichteisenmetall hergestellter Spielzeughase 200, und schwingt aufwärts und
abwärts. Die Federkraft einer Spiralfeder 202 wird als Rückstellkraft verwendet.
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Gemäß der Anordnung dieses Spielzeugs sind in Figur 7 gezeigte Trockenzellen und
elektronische Komponenten der Schaltung, obwohl sie in Figur 22 nicht gezeigt
sind, in einer zylindrischen Basis 204 aufgenommen. Weiterhin ist ein
spulentragender Zylinder 206 in der Mitte der oberen Oberfläche der zylindrischen Basis
204 befestigt und eine ringförmige Antriebsspule 4 ist an dem oberen Ende des
Zylinders 206 angebracht, so daß deren ringförmige Oberfläche horizontal verläuft.
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Andererseits ist eine Schraubenfeder 202 auf die obere Oberfläche der
zylindrischen Basis aufgesetzt, um die Antriebsspule 4 zentriert und diese umfassend, und
ihr unteres Ende ist an der oberen Oberfläche der zylindrischen Basis 204 befestigt.
Das obere Ende der Feder 202 ist an der Unterseite des aus einem Nichteisen-
Metall durch Blasformen ausgebildeten Hasen 200 befestigt. Der Hase 200 kann
einer freien Schwingung in der vertikalen Richtung auf der Basis einer
Eigenfrequenz unterliegen, welche durch die Masse des Hasen 200 und die Federkraft der
Feder 202 bestimmt ist.
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Zum Selbstanlauf einer solcher vertikalen Schwingung ist ein Permanentmagnet
270 mit NS-Polen in oberen und unteren Positionen an dem unteren Ende eines
Magnet-Montagestabes 201 befestigt, welcher von der Unterseite des Hasen 200
vorsteht. Der Permanentmagnet 270 ist so angeordnet, daß ein Mittelpunkt
zwischen den N- und S-Polen des Permanentmagneten nahe dem Mittelpunkt der
ringförmigen Antriebsspule 4 positioniert ist.
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Wenn die Umgebung des Spielzeugs hell wird, wird die Antriebsspule 4
intermettierend erregt, wie vorstehend bei der zweiten Ausführungsform erläutert und
die Unterseite des Hasen 200 wird zum Anlauf und zum Fortsetzen der freien
Schwingung des Hasen 200 nach unten oder oben durch die gleiche Wirkung wie
die elektromagnetische Wirkung gedrückt, die zwischen der ringförmigen
Antriebsspule 140 und dem Permanentmagneten 270 induziert wird, welcher sich durch die
Antriebsspule bewegt, welche in der die siebte Ausführungsform darstellenden
Figur 17 gezeigt ist.
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Das hier erwähnte Pendel bezeichnet nicht ein konventionelles Uhrenpendel,
sondern bezeichnet einen Oszillator, welcher durch die Wirkung einer willkürlichen
Rückstellkraft schwingt, wie in dieser Ausführungsform.
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Als nächstes wird eine neunte Ausführungsforrn der vorliegenden Erfindung unten
anhand der Figur 23 beschrieben.
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Diese Ausführungsform betrifft einen Innenraum-Ziergegenstand mit einem Design
eines Erd-Globus und derjenigen eines Kommunikationssatelliten. Solarbatterien
302 sind als Flügel eines Kommunikationssatelliten angeordnet. Ein sehr kleiner
Betrag der von dem Raum licht erzeugten elektrischen Energie wird in eine in einem
hohlen Erd-Globus 306 ausgebildete elektronische Schaltung über Sateltentrag-
Drähte 304 eingespeist, welche aus einem verchromten Metall hergestellt sind und
von einer Parabolantenne, welche unterhalb des Satelliten 300 vorgesehen ist,
ausgestrahlte Radiowellen nachbilden.
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In dem Erd-Globus 306 mit dem an der Nordpol-Position angebrachten Satelliten
300 ist ein ringförmiger Permanentmagnet 320 an der inneren Oberfläche eines
offenen Teiles, welcher in dem unteren Ende als der Südpol des Erd-Globus
ausgebildet ist, befestigt. Eine Antriebsspule 4 ist an einer linken inneren Oberfläche des
Äquators des Globus 306 in einem eingezeichneten Zustand befestigt, während ein
Kragarm 308 an einer rechten inneren Oberfläche des Globus 306 befestigt ist. Ein
proximales Ende des Kragarmes 308 ist in der Mitte des Globus 306 positioniert
und an einem oberen Abschnitt 408 des proximalen Ende des Kragarmes 308 ist
das untere Ende einer länglichen, dünnen Blattfeder 310 aus gehärtetem Stahl
angebracht, die von einem oberen Ende eines gebogenen Aluminiumrahmens 312
herabhängt. Der Erd-Globus 306 mit dem Satelliten 300 als dem Nordpol ist als
schwingende Seite durch die Blattfeder 310 aufgehängt.
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Als eine stationäre Seite ist andererseits das untere Ende des gebogenen Rahmens
312 an dem oberen Ende eines Messingrohres 316 befestigt, welches sich zentral
auf einer Scheibenbasis 314 erhebt und die an der inneren Oberfläche des
Äquators befestigte Antriebsspule 4 und ein der Antriebsspule an einem schmalen Spalt
gegenüberliegender Permanentmagnet 107 ist an einem Mittelteil zwischen den
oberen und unteren Enden des gebogenen Rahmens 312 befestigt.
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Weiterhin ist ein stabförmiger Permanentmagnet 318 im Inneren des Messingrohres
316 in solch einer Weise fest aufgenommen, daß sein N-Pol in der Mitte des
ringförmigen Permanentmagneten 320 positioniert ist.
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In dieser Ausführungsform, wie in der Figur dargestellt, ist die innere
Umfangsfläche des ringförmigen Permanentmagneten 320 als N-Pol magnetisiert, so daß
dieser N-Pol den N-Pol des stabförmigen Permanentmagneten 318, welcher
innerhalb des Messingrohres 316 angeordnet ist, abstößt, und somit bildet die
äußere Umfangsfläche des Messingrohres 316 ein berührungsloses Lager ohne
Berührung mit der inneren Oberfläche des Öffnungsabschnittes des Erd-Globus.
Daher ergibt sich kein mechanischer Reibungswiderstand und eine langsame
horizontale Schwingung des Globus kann mit einer kleinen Antriebskraft fortgesetzt
werden, welche einem außerordentlich kleinen Luftzug widersteht.
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Die Wirkungsweise dieser Ausführungsform wird hier nicht erläutert, da sie bereits
in der dritten Ausführungsform erläutert wurde. In dieser Ausführungsform führt
der durch die Blattfeder 310 aufgehängte Erd-Globus 306 mit dem Satelliten als
Nordpol eine stabile horizontale Schwingung bei dem Vorhandensein eines
ringförmigen Zink-Gewichtes 322 aus, und obwohl das Trägheitsmoment des hohlen
Globus 306 und das des ringförmigen Gewichtes 322 relativ groß sind, ist das
Torsionsmoment der Blattfeder 310 klein, so daß der Globus eine langsame und
stetige horizontale Schwingung mit einer langen Periode und einer großen
Amplitude als Innenraum-Ziergegenstand, im Vergleich mit der ersten
Ausführungsform, ausführt.
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Als die Rückstellkraft des Oszillators, welche ein bestimmendes Element der
vorliegenden Erfindung ist, ist es möglich, ein magnetisches Moment eines
Permanentmagneten für den Erd-Magnetismus zu verwenden. Als ein Beispiel dafür wird
nachfolgend ein Zier-Erdglobus gemäß einer zehnten Ausführungsform anhand von
Figur 24 beschrieben.
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Figur 24 ist eine Seitenansicht mit vertikalem Schnitt. Gemäß der Anordnung dieser
Ausführungsforrn sind in Figur 7 dargestellte Trockenzellen und die elektronischen
Komponenten der Schaltung im Inneren einer zylindrischen Basis 304
aufgenommen, obwohl sie nicht dargestellt sind. Eine Tragachse 324 mit einer Drehachse
116 an dem oberen Ende erhebt sich mittig auf der oberen Oberfläche der
zylindrischen Basis 304 und ein L-förmiges Messingrohr 326 ist an der linken Seite der
zylindrischen Basis 304 befestigt, mit einer an dem oberen Ende des Messingrohres
326 befestigten Antriebsspule 4. Ein Leitungsdraht 23 erstreckt sich von der
Antriebsspule 4 durch das Messingrohr 326 und wird in die zylindrische Basis 304
geleitet, in welcher er an die vorstehende Schaltung angeschlossen ist.
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An der Oszillatorseite ist eine Öffnung in dem unteren Ende entsprechend dem
Südpol eines durch Blasformen ausgebildeten Erd-Globus ausgebildet und ein
ringförmiges Zinkgewicht 422 ist an der inneren Umfangs-Oberfläche der Öffnung
befestigt. Linke und rechte Permanentmagnete 328, 330 sind an der inneren
Oberfläche des Äquators des Erdglobus 406 befestigt. Die linken und rechten
Permanentmagnete sind magnetisch durch ein Eisenjoch 332 verbunden, so daß
die linke Seite des linken Permanentrnagneten 328, nämlich die Befestigungsseite
an der inneren Oberfläche des Globus, als N-Pol wirkt, und die rechte Seite des
rechten Permanentmagneten 330 als S-Pol wirkt.
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Ein aus gehärtetem Stahl in der Form einer Schale ausgebildetes Drehlager 118 ist
an der Unterseite eines Mittelabschnittes des Eisenjoches 332 angebracht.
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Die Drehachse 116 an dem oberen Ende der Tragachse 324, welche sich durch die
Öffnung des Erdglobus erstreckt, wird in Berührung mit dem Drehlager 118
gebracht und wird dadurch zum Tragen der Oszillatorseite zur freien Drehbewegung
in der horizontalen Richtung getragen. Als Ergebnis dreht sich der Erdglobus 406
horizontal und nimmt einen stabilen stationären Zustand in solch einer Weise ein,
daß unter dem Einfluß des Erdmagnetfeldes der Perrnanentmagnet 330 des S-Poles
nach Norden und der Permanentmagnet 328 des N-Poles nach Süden weist.
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In diesem Zustand wird, wenn die Antriebsspule 4, welche der Äquatoroberfläche
an der Südseite des Globus an einem schmalen Spalt gegenüberliegt, durch Betrieb
der in Figur 7 in der zweiten, oben beschriebenen Vorrichtung gezeigten Schaltung
erregt wird, der N-Pol durch Erregung der Nordseite der Antriebsspule erzeugt.
Dieser N-Pol und der N-Pol des Permanentmagneten 328 stoßen sich ab, so daß die
Oszillatorseite mit dem Globus sich horizontal dreht.
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Als Ergebnis unterliegen die zwei Permanentmagnete 328 und 330 einem in einer
Rückstellrichtung in die Ausgangsposition wirkenden magnetischen Moment in
Beziehung zu dem Erdmagnetismus und durch die Wirkung dieser Rückstellkraft
führt der Erd-Globus 406 eine Eigendrehung in der horizontalen Richtung mit
niedriger Geschwindigkeit aus. Während die Antriebsspule 4 und der
Permanentmagnet 328 sich mehrfach gegenüberliegen, wird ein Zeitpunkt, welcher eine
wirksame Beschleunigung des Permanentmagneten 328 erlaubt, entsprechend dem
vorstehenden Betrieb selektiert und die Antriebsspule 4 wird zu diesem Zeitpunkt
erregt, wodurch die horizontale Drehschwingung beschleunigt wird und eine
Zunahme ihres Amplitudenwinkels auftritt.
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In dieser Ausführungsform ist kennzeichnend, daß, wenn der Amplitudenwinkel des
Erd-Globus 406, welcher allmählich mit einer solchen Erregungsfrequenz zunimmt,
daß der Globus eine halbe Drehung oder mehr erreicht, der Globus automatisch
eine horizontale Rotationsbewegung beginnt. Dies ist der Fall, da die Rückstellkraft
oder das magnetische Moment in der entgegengesetzten Richtung bei einem
Winkel von 180º oder mehr der magnetischen Achse des Permanentmagneten
wirkt.
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Während einer solchen Rotation des Erd-Globus wird die Rotation nicht nur durch
den Betrieb der Vorrichtung mit einer magnetischen Polanordnung der gleichen
Polarität, sondern auch durch den Betrieb der Vorrichtung mit einer magnetischen
Polanordnung unterschiedlicher Polaritäten zum Anlaufzeitpunkt beschleunigt.
Dieser Punkt wird unten erläutert.
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Wenn die Rückstellkraft sich bei einer Amplitude einer halben Rotation oder mehr
des Erd-Globus umkehrt, verschwindet eine vorherige Rückkehrungs-Umkehr und
der Permanentmagnet 330 beginnt, einen Einfluß auf die Spannungserzeugung in
der Antriebsspule 4 auszuüben. Wenn der periodische Erregungszeitpunkt der in
Figur 7 dargestellten, freilaufenden Oszillatorschaltung naht, zieht der an der
rechten Seite der Antriebsspule 4 erzeugte N-Pol den S-Pol des
Permanentmagneten
330 bei der Erregung der Antriebsspule in der Erfindung entsprechend der
Anordnung der magnetischen Pole unterschiedlicher Polaritäten an, wodurch die
Rotation des Globus beschleunigt wird. Auf diese Weise wird die Rotation des
Globus fortgesetzt, während beide Wirkungen abwechselnd oder zufällig
ausgeführt werden.
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Ein kennzeichnendes Merkmal während der Rotationsbewegung in dieser
Ausführungsform liegt darin, daß die Rotationsgeschwindigkeit des Erd-Globus nicht
übermäßig zunimmt. Dies ist der Fall, da, solange der periodische
Erregungszeitpunkt der freilaufenden Oszillatorschaltung nicht erreicht ist, elektrische Energie
nicht an die Antriebsspule 4 abgegeben wird, ungeachtet dessen, wie häufig die
Antriebsspule und die Permanentmagnete 328, 330 einander gegenüberliegen und
passieren. Wenn die Rotationsgeschwindigkeit zunimmt, nimmt weiterhin ebenso
der Luftwiderstand zu, so daß der Erd-Globus stabil mit einer Geschwindigkeit
rotiert, welche den Globus als Ziergegenstand leicht erkennbar macht.
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Wenn die Umgebung dieses Ziergegenstandes dunkel wird, wird der
Erregungszyklus der freilaufenden Oszillatorschaltung lang, und damit ist es nicht länger
möglich, die Rotation des Globus fortzusetzen, wobei wieder eine Verschiebung zu
der horizontalen Drehschwingung ausgeführt wird. Wenn die Umgebung dunkler
wird, wird die Schwingungsamplitude des Globus kleiner und schließlich kommt der
Globus zum Stillstand, während der N-Pol des Permanentmagneten 328 gegenüber
der Antriebsspule 4 nach Süden zeigt.
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Wenn die Umgebung hell wird, läuft die horizontale Drehschwingung wieder an,
wenn die Umgebung heller wird, nimmt die Schwingungsamplitude zu und wenn
die Umgebung noch heller wird, wird die Rotation des Globus in der oben
beschriebenen Weise ausgeführt.
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Da die vorliegende. Erfindung wie oben aufgebaut sein kann, unterliegt das Pendel
8, welches durch eine relative elektromagnetische Kraft zwischen dem
Permanentmagneten 7 oder einem Elektromagneten und der Antriebsspule 4 angetrieben wird,
einer Beschränkung zum Zeitpunkt der Anwendung der Energie und kann nach
Fortfall einer Haltekraft, welche das Pendel anhält, automatisch selbst anlaufen.
Dies erlaubt, daß die Vorrichtung als Pendel-Antriebsvorrichtung für ein
Aushängeschild verwendet werden kann, welches durch Wind angehalten werden kann, etc.
oder zur POP-Werbung. Da das Pendel nicht angehalten bleibt, ist es möglich, die
Werbewirkung zu verbessern.
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Wenn eine Solarbattene verwendet wird und diese Solarbatterie und ein
Elektrolytkondensator zur Energieversorgung parallel geschaltet sind, um eine
Spannungsquelle zu bilden, erlaubt die obige Selbstanlaufwirkung einen automatischen Anlauf,
sobald der Innenraum hell wird. Während der Innenraum hell ist, bietet die
Vorrichtung somit den Vorzug einer Innendekoration, welche semipermanent ohne das
Erfordernis der Aufmerksamkeit des Verbrauchs der Trockenzellen, etc. die
Bewegung fortsetzt. Auch an einer Stelle, an der eine Wartung schwer auszuführen ist,
z.B. an einer Stelle, an der ein Außen-Aushängeschild angebracht ist, ist es
möglich, eine große Design-Platte unter Verwendung einer Solarbattene zur
Außenanwendung schwingen zu lassen. Zum Bewegen einer äußeren Form ist die
Vorrichtung der Erfindung ebenfalls als Vorrichtung anwendbar, welche Vorteile bietet
und hohe Aufmerksamkeit auf sich zieht.
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Auch, wenn Trockenzellen als Spannungsquelle verwendet werden, wird die
Zuführung elektrischer Energie zu der Antriebsspule für eine kurze Zeit mit einer
Frequenz von Eins pro mehreren Umkehrungen des Pendels zu einem Zeitpunkt
ausgeführt, welcher der wirksam sten Ausübung einer abstoßenden (oder
anziehenden) elektromagnetischen Kraft zwischen dem Permanentmagneten und der
Antriebsspule entspricht, so daß der Energieverbrauch verringert und der Verbrauch
der Trockenzellen, etc. ebenso verringert wird, wodurch es ermöglicht wird, die
energiesparende und matenalsparende Wirkung zu verbessern.
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Weiterhin ist es möglich, die Dämpfungskraft zu beseitigen, welche die
Schwingbewegung deutlich dämpft, da eine Einrichtung zum Verhindern des Flusses des in
der Antriebsspule erzeugten elektrischen Stromes zu einer anderen Position als
erforderlich vorgesehen ist, um eine hochwirksame Vorrichtung zu verwirklichen,
um die Vorrichtung auch mit einer sehr kleinen Energiemenge wie bei
Raumbeleuchtung anzutreiben und dadurch die Verwendung kleinerer und weniger teuerer
Trockenzellen zu erlauben.
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Abweichend vorn Stand der Technik ist es möglich, die Verringerung des
Aufwands und der Größe zu verwirklichen, da eine Erfassungsspule mit einer großen
Anzahl von Windungen zur intermittierenden Erregung nicht verwendet wird.
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In der konventionellen, elektromagnetischen Pendel-Antriebsvorrichtung wird die
Antriebsspule zweimal bei jeder Umkehr des Pendels erregt, während es bei der
vorliegenden Erfindung möglich ist, einen relativ großen Strom für eine kurze Zeit
unter Verwendung einer relativ dicken Antriebsspulenwicklung fließen zu lassen, da
das Erregungs-Zeitverhältnis klein ist, wie vorstehend erwähnt. Daher kann eine
Antriebsspule aus einem relativ dicken, isolierten Kuperdraht mit einer relativ
kleinen Anzahl von Windungen in einem hochergiebigen Wicklungsvorgang bei
niedrigen Kosten erhalten werden. Im Fall der Anwendung in einem Spielzeug oder
einem Display zur POP-Werbung unter Verwendung einer Solarbattene für niedrige
Beleuchtung war es im Fall einer konventionellen Antriebsspule erforderlich, einen
außerordentlich feinen oder leicht geschnittenen Draht mehrere zehntausendmal zu
wickeln, während in der vorliegenden Erfindung, bei welcher das Verhältnis der
Erregungszeit zu der Nichterregungszeit 1/50 beträgt, die Anzahl der Windungen
nur zehntausend oder weniger beträgt (eine einzelne Abgabe elektrischer Energie
ist einige Vielfache oder mehr größer als bei der konventionellen Vorrichtung).
Somit kann auch bei der Verwendung einer Solarbattene mit einem sehr kleinen
Ausgangssignal ein Kurzzeit-Entladestrom als Antriebsspulen-Strom durch die
Speicherung der Elektrizität während der langen, nicht erregten Periode in einem
Elektrolytkondensator zur Spannungsversorgung mit niedrigen Kosten verwendet
werden. Somit ist es ohne Verwendung einer teuren Speicherbattene möglich, eine
umweltverschmutzungsfreie Langlebigkeit und eine ökonomische Wirkung zu
erreichen.
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Auch in dem Fall, in welchem die vorliegende Erfindung unter Verwendung einer
Spannungsquelle gemeinsam mit verschiedenen elektronischen Geräten verwendet
wird, welche Rauschsignale an der Spannungsversorgungsseite ausgeben, kann die
Vorrichtung der Erfindung als Pendel-Antriebsvorrichtung mit hoher Zuverlässigkeit
verwendet werden, welche durch die Verwendung eines Elektrolytkondensators zur
Spannungsversorgung und eines Widerstandes vor Fehlfunktionen bewahrt werden
kann. Auch ohne Verwendung einer solchen rauschsignalfreien, teueren
Spannungsstabilisierung wie der Spannungsquelle für Computer ist es möglich, eine
irrtümliche Erregung zu einem anderen Zeitpunkt als dem Zeitpunkt, in welchem der
elektrische Strom in der Antriebsspule 4 das Pendel am wirksamsten antreibt, zu
verhindern.
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Weiterhin werden Rauschsignale nicht an verschiedene elektronische Geräte,
welche eine Spannungsquelle gemeinsam mit der Erfindung verwenden,
abgegeben, so daß die Spannungsquelle beliebig ist, und somit ist es möglich, eine Pendel-
Antriebsvorrichtung für Wechselstrom und Gleichstrom bei geringen Kosten zu
erhalten.
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In der vorliegenden Erfindung gilt weiterhin die Beliebigkeit der Rückstellkraft der
Schwingung, bezogen auf sich bewegende Werbeartikel, bewegende Teile von
Spielzeug und bewegende Designelemente von Ziergegenständen und somit ergibt
sich eine Anpaßbarkeit in der Anwendungsform.