DE1413493C - Synchronmotor - Google Patents

Description

3 . ' 4

mechanische Schwinger unabhängig vom Magnet- F i g. 7 a und 7 b je eine schematische Teilansicht,

kreis des Motors nur mit einer Steuerspule gekop- aus welchen das Zusammenwirken der magnetischen

pelt ist, die in den Eingangskreis des Transistors Felder vom Rotor und Stator des Synchronmotors

eingeschaltet ist und den Nebenspulenabschnitt über- ersichtlich ist,

brückt. Der dadurch erzielte Vorteil besteht darin, 5 F i g. 8 eine Seitenansicht einer anderen Ausf üh-

daß als Steuerspule für den Transistor nur eine ein- rungsform des Synchronmotors, teilweise aufgeschnit-

zige Spule vorgesehen ist, die nicht nur den Tran- ten, und

sistor steuert, indem sie induktiv mit einem mecha- Fig. 9 ein Schaltbild der in Fig. 8 gezeigten

nischen Schwinger gekoppelt ist, sondern auch Ausführung.

infolge der Parallelschaltung zum Nebenspulen- io In der F i g. 1 ist eine bevorzugte Ausführungsabschnitt der Statorwicklung die erforderliche An- form des Synchronmotors gezeigt, welche aus einem triebsenergie für den mechanischen Schwinger liefert. Rotor 10, einer allgemein mit 12 bezeichneten Durch die Unterteilung der Statorwicklung in einen Statorwicklung, einem Widerstand 14 und einem Haupt- und einen Nebenspulenabschnitt, die, beide Transistor 16 besteht und die an einer Gleichstromauf demselben Eisenkern sitzend, induktiv mitein- 15 quelle, z. B. einer Batterie 18 angeschlossen ist. Die ander gekoppelt sind, erzielt man vorteilhaft einen Schaltung weist ferner eine Steuerspule 20 auf, die einfachen, kompakten Aufbau der gesamten Schal- einen mechanischen Schwinger gemäß der F i g. 2 tung bei minimaler Zahl von Schaltelementen, so mit der Schaltung elektrisch verbindet,
daß man einen Synchronmotor mit sehr geringer Der Rotor 10 ist im Ausführungsbeispiel aus Leistungsaufnahme erhält. 20 permanentmagnetischem Werkstoff hergestellt und

Der Hauptspulenabschnitt liefert die Impulse zum am Umfang, wie aus den F i g. 7 a und 7 b ersichtlich

Antrieb des Motors, wobei er gleichzeitig mit dem ist, mit sechs Polen abwechselnder Polarität ver-

Nebenspulenabschnitt induktiv gekoppelt ist. Die sehen. Der Rotor 10 ist ferner in Lagern (nicht ge-

Antriebsenergie für den Motor geht vom Ausgangs- zeigt) drehbar angeordnet und trägt ein Zahnrad

kreis des Transistors aus, der seine Steuersignale 35 oder ein anderes geeignetes Übertragungsmittel zum

von dem mechanischen Schwinger erhält, der induk- Antrieb des gewünschten Mechanismus, der z. B. ein

tiv-mit der Steuerspule gekoppelt ist. Während des übliches Räderwerk einer Uhr oder eines anderen

Betriebs des Motors erzeugt der mechanische Zeitwerkes (nicht gezeigt) darstellt.

Schwinger Signale, durch die der Transistor durch- Die Statorwicklung 12 weist einen vorzugsweise

gesteuert wird, wodurch der Hauptspulenabschnitt 30 aus Siliziumstahllamellen hergestellten U-förmigen

erregt wird. Während des zweiten Abschnitts der Kern 22 auf und bildet eine durchgehende Wicklung,

Schwingung des mechanischen Schwingers wird auf die an einer Stelle zwischen ihren Enden angezapft

Grund der induktiven, Kopplung des Haupt- und ist, wodurch ein Hauptspulenabschnitt 24 und ein

Nebenspulenabschnitts der Steuerspule ein Signal Nebenspulenabschnitt 26 geschaffen wird. Auf den

zugeführt, damit die Schwingung des mechanischen 35 Enden des U-förmigen Kernes 22 sind Polschuhe 28

Schwingers aufrechterhalten bleibt. Es wird also und 30 befestigt, welche aus geeignetem Werkstoff,

nur eine einzige Steuerspule verwendet, die nicht z. B. Siliziumstahl, hergestellt und derart ausgebildet

nur den Transistor steuert, sondern infolge der und in Bezug aufeinander sowie auf den Rotor 10

Parallelschaltung zum Nebenspulenabschnitt auch angeordnet sind, daß der Selbstanlauf des Rotors

die erforderliche Antriebsenergie für den mechani- 40 gewährleistet ist.

sehen Schwinger liefert und demnach eine Doppel- Der Hauptspulenabschnitt 24 ist mit dem Ausgang

funktion erfüllt. des Transistors 16 in Reihe geschaltet, d. h. er ist

Der mechanische Schwinger hat nur eine sehr an dem Emitter 32 und dem Kollektor 34 angeschlosgeringe Leistungsaufnahme, wobei die Leistung un- sen. Die Batterie 18 ist ebenfalls in den Transistormittelbar von der induktiven Kopplung zwischen den 45 ausgangskreis eingeschaltet.

Spulenabschnitten abgeführt wird. Der mechanische Der Nebenspulenabschnitt 26 ist über den Emitter Schwinger stellt mit seiner zugeordneten Steuerspule 32 und die Basis 36 in Reihe mit dem Transistorein einstückiges Steuerelement dar, das zusammen eingang geschaltet. Die Steuerspule 20 ist in den mit den Haupt- und Nebenspulenabschnitten und Eingangskreis des Transistors 16 eingeschaltet und dem Transistorkreis den einfachen Schaltungsaufbau 50 überbrückt den Nebenspulenabschnitt 26.
gestattet. Infolge der relativ wenigen induktiven Nachstehend wird die Arbeitsweise der in Fig. 1 Kopplungsstellen arbeitet die erfindungsgemäße gezeigten Steuerschaltung zum Antrieb des Rotors 10 Schaltung relativ verlustarm. Ein sparsamer Ver- beschrieben: Die Drehgeschwindigkeit des Rotors brauch der Batterieenergie ist daher gewährleistet. hängt von den unterschiedlichen physikalischen

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus 55 Eigenschaften der verschiedenen Komponenten ab.

den Unteransprüchen hervor. Es ist daher zweckmäßig, einen Mechanismus zu

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der schaffen, der die Arbeitsfrequenz der Steuerschal-Zeichnungen mehrerer Ausführungsbeispiele näher tung nach F i g. 1 und damit die Drehgeschwindigkeit erläutert. Es zeigt des Rotors 10 festlegt. Der in Fig. 2 gezeigte und

Fig. 1 eine schematische Darstellung des Syn- 60 mit der Steuerspule 20 verbundene mechanische oder

chronmotors und dessen zugeordnete Steuerschal- Torsionsschwinger stellt z. B. einen solchen Mecha-

tung, " nismus dar. Dieser mechanische Schwinger weist

Fig. 2 eine perspektivische Ansicht einer Aus- einen flachen Torsionsdraht oder ein Torsionsband

führung eines mechanischen Schwingers, der mit der 38 auf, welches durch geeignete Befestigungsmittel,

in F i g. 1 gezeigten Steuerschaltung gekoppelt sein 65 z. B. Klemmstifte, von denen einer bei 44 zu sehen

kann, um die Arbeitsfrequenz festzulegen, ist, an ortsfeste Halterungen 40 und 42 angebracht

Fig. 3 bis 6 eine schematische Darstellung des ist. Auf einer Aufnahme 47 aus unmagnetischem

Synchronmotors in verschiedenen Arbeitsstufen, Werkstoff ist ein scheibenförmiger Permanentmagnet

46 befestigt. Die Aufnahme 47 sitzt fest auf dem der beim Einschalten des Transistors entsteht, eine Torsionsdraht 38. Der Permanentmagnet 46 ist inner- Drehung des Rotors 10 in eine neue, durch den halb der Steuerspule 20 angeordnet, so daß sein Feld radialen Strich 52 in der F i g. 5 dargestellte Lage, die Spule durchsetzt. Der Permanentmagnet 46 be- Nach der Einschaltung des Transistors 16 erreicht sitzt im Ausführungsbeispiel je einen Nord- und 5 der Strom in dem Hauptspulenabschnitt 24 einen Südpol, die auf der Scheibe, wie durch die konstanten Wert; die Folge davon ist, daß kein Linie Y-Y in der F i g. 2 angedeutet ist, diametral Kraftflußwechsel auftritt, der in dem Nebenspulenangeordnet sind. Es wird betont, daß die Linie Y-Y abschnitt 26 eine Spannung erzeugen könnte. Sobald senkrecht zur Achse der Steuerspule 20, welche jedoch der Rotor 10 seine Stellung und somit auch durch die Linie X-X dargestellt ist, verläuft, so daß ίο der Kraftfluß in den Statorteilen wechselt, wird, wie der Permanentmagnet46 bei Erregung der Steuer- in Fig. 5 angedeutet ist, in dem Nebenspulenspule zu rotieren sucht und den Torsionsdraht 38 abschnitt 26 eine Spannung erzeugt. Wenn diese verdreht. Spannung an dem Nebenspulenabschnitt 26 die Basis Wenn zunächst die in F i g. 3 gezeigte Steuerschal- 36 in bezug auf den Emitter 32 positiv vorspannt, tung an die Batterie 18 angeschlossen ist, beginnt in 15 ist der Transistor 16 gesperrt. Bei gesperrtem Transidem Hauptspulenabschnitt 24 über den Emitter 32 stör wird der in dem Hauptspulenabschnitt 24 flie- und den Kollektor 34 des Transistors 16 ein durch ßende starke Strom schlagartig unterbrochen. Diese einen gestrichelten Pfeil 48 angedeuteter Transistor- plötzliche Stromunterbrechung bewirkt einen magnereststrom zu fließen. In dem Hauptspulenabschnitt 24 tischen Flußwechsel in den Statorteilen, der wiedertritt eine gegenelektromotorische Kraft auf, die dem ao um in dem Haupt- und Nebenspulenabschnitt eine Reststrom entgegenwirkt. Durch den magnetischen Spannung erzeugt, die einem Wechsel des. Haupt-Kraftflußwechsel wird in dem Nebenspulenabschnitt spulenabschnittstromes, wie in F i g. 5 veranschau-26 eine Spannung induziert, welche bewirkt, daß die licht ist, entgegenwirkt. Die in dem Nebenspulen-Basis 36 des Transistors 16, wie in Fig. 3 gezeigt abschnitt 26 induzierte Spannung, welche die Basis ist, negativer vorgespannt ist als der Emitter 32. In 25 36 in bezug auf den Emitter 32 positiv vorspannt diesem Moment sind die Emitter-Kollektor-Strecke und den Transistor im gesperrten Zustand hält, be-32, 34 und die Emitter-Basis-Strecke 32, 36 durch- wirkt keinen Stromdurchgang im Transistor 16, da gesteuert und der Transistor 16 ist leitend, d. h., er letzterer dem in dieser Richtung fließenden Strom ist geschaltet. Wenn diese Basisspannung nicht groß einen großen Widerstand entgegensetzt. Es kann sogenug ist, den Transistor 16 zu schalten, können 30 mit, wie durch den gestrichelten Pfeil 54 in Fig. 5 andere Signale, z. B. eine durch den Permanent- angedeutet ist, nur ein Reststrom fließen. Die in dem magneten 46 in der Steuerspule 20 erzeugte Span- Nebenspulenabschnitt induzierte Spannung bewirkt nung oder eine durch den Rotor 10 in dem Neben- lediglich, daß, wie durch den Pfeil 56 in Fig. 5 spulenabschnitt 26 erzeugte Spannung den Transistor angedeutet ist, ein Strom in der Steuerspule 20 fließt, einschalten. Sobald der Transistor 16 eingeschaltet 35 der längs der Achse X-X der in F i g. 2 gezeigten ist, fließt, wie durch den Pfeil 50 in der F i g. 4 an- Steuerspule ein magnetisches Feld aufbaut, gedeutet ist, ein verhältnismäßig starker Strom von Da die Achse X-X senkrecht zur Achse Y-Y des der Batterie 18 über den Hauptspulenabschnitt 24. Permanentmagneten 46 verläuft, wirkt der magne-Wenn dieser Strom über den Hauptspulenabschnitt tische Impuls auf das magnetische Feld des Perma-24 fließt, induziert ein entsprechend stärkerer Kraft- 4° nentmagneten 46 ein und bewirkt eine Drehung des flußwechsel in dem Nebenspulenabschnitt 26 und Magneten. Nach dem Durchgang des magnetischen daher auch im Emitter-Basis-Kreis 32, 36 eine hö- Impulses dreht die Rückstellkraft des Torsionshere Spannung und hält so den Transistor, wie in drahtes oder -bandes 38 den Permanentmagneten 46 F i g. 4 gezeigt ist, in leitendem Zustand. Zu diesem in die entgegengesetzte Richtung. Von diesem Mo-Zeitpunkt fließt der größte Teil des Nebenspulen- 45 ment an erhält der mechanische Schwinger nach abschnittstromes nicht über die Steuerspule 20, son- F i g. 2 bei jedem Zyklus einmal, wenn der Transistor dem über den Transistor 16, da der Eingangswider- 16 gesperrt ist, einen Antriebsimpuls von dem stand des leitenden Transistors 16 wesentlich kleiner Nebenspulenabschnitt 26, der dessen Schwingungen als derjenige der Steuerspule 20 ist. Der stärkere, aufrechterhält. Da der Permanentmagnet 46 innerüber den Hauptspulenabschnitt 24 fließende Schalt- 50 halb der Steuerspule 20 schwingt, werden in dieser strom erzeugt einen magnetischen Kraftfluß, der Spannungsimpulse mit der Eigenfrequenz der Tordurch den Kern 22 über die Polschuhe 28 und 30 sionsschwingung erzeugt, wodurch die Frequenz des und über die die Polschuhe voneinander trennenden Synchronmotors gesteuert wird. In Wirklichkeit Luftspalte verläuft. Dieser magnetische Kraftfluß wirkt der mechanische Schwinger nach Fig. 2 abwirkt auf das magnetische Feld des permanent- 55 wechselnd als Motor und Generator, magnetischen Rotors 10 ein und versetzt diesen, wie Daraus geht hervor, daß sich der Rotor 10 mit nachstehend ausführlich im Zusammenhang mit den einer Geschwindigkeit dreht, die durch die Schwing-Fig. 7a und 7b beschrieben wird, in Drehung. frequenz des mechanischen Schwingers sowie durch Zum Verständnis der Arbeitsweise des Synchron- die Zahl der Pole am permanentmagnetischen Rotor motors ist in den F i g. 3 bis 6 einer der Pole des 60 festgelegt ist. Die Arbeitsweise des Synchronmotors permanentmagnetischen Rotors 10 bei seiner Bewe- ist in den F i g. 7 a und 7 b gut erkenntlich. Jedesgung im Verlauf der Arbeitstakte durch einen radia- mal, wenn der Transistor 16 eingeschaltet ist (F ig. 4), len Strich 52 dargcstelt. In den F i g. 3 und 4 ist der fließt in dem Hauptspulenabschnitt 24 ein Strom, Rotor 10, wie durch den radialen Strich 52 ange- der einen magnetischen Kraftfluß im Stator über die deutet ist, in einer statisch und magnetisch bestimm- 65 Luftspalte 55 und 57 bewirkt. Der magnetische ten stabilen Lage gezeigt. Wie vorstehend erläutert, Kraftfluß verläuft im Stator, wie beispielsweise durch bewirkt der durch den starken Strom erzeugte und den Pfeil 58 angedeutet ist, von einem höheren zu über die Polschuhc 28 und 30 verlaufende Kraftfluß, einem niedrigeren magnetischen Potential. Wie be-

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reits ausgeführt, kann der Rotor 10 mit sechs an des Rotors sowie der magnetische Kraftfluß zu den seinem Umfang angeordneten Polen mit abwechseln- benachbarten Polen des Stators haben die gleiche der Polarität versehen sein. In den Fig. 7a, 7b Wirkung wie eine Torsionsfeder, die auf den Rptor sind die Nord- und Südpole jeweils mit einem N bzw. 10 jedesmal, wenn dieser aus einer Lage, in der ein 5 bezeichnet. Ein Nordpol und ein Südpol ist ferner 5 minimaler magnetischer Widerstand vorhanden ist, mit 62 bzw. 60 markiert. Die Richtung des magne- herausgedreht wird, ein Rückstelldrehmoment austischen Feldes des Rotors wurde beliebig gewählt übt. Dieses Trägheitsvermögen und die »magne- und ist beispielsweise durch den Pfeil 64 in den tische Feder« bilden ein Schwingsystem und der F i g. 7 a, 7 b angedeutet. Die Polschuhe 28 und 30 Rotor kann als »magnetisch schwingend« betrachtet weisen vier bogenförmige Polschuhabschnitte 66, 68, io werden, obwohl er sich räumlich in einer Richtung 70 und: 72 auf, die den Rotor 10 umfassen. Der dreht. Mit anderen Worten: auf die Pole des Stators Rotor4.0 dreht sich, da er die Lage mit dem klein- wirkt ein sinusförmiges Drehmoment ein, wenn der sten magnetischen Widerstand einzunehmen sucht, Rotor 10 an diesem vorbeiläuft. Das Schwingsystem mit seinen Polen gegenüber den Spitzen der Pol- wird durch den magnetischen Kraftfluß im Stator in schuhbogen, d. h., der Südpol 60 steht, wie aus 15 Schwingung (oder Drehung) versetzt, der nur wäh-F i g. 7 a ersichtlich ist, gegenüber der Kante oder rend eines Teils eines ganzen Arbeitszyklus auftritt. Spitze 66a des Polschuhabschnitts 66, und der Nord- Das System stellt als solches einen »Motorschwinpol 62 steht gegenüber der Spitze 66 b des Polschuh- ger« dar.

abschnitts 66. Eine vollständige Schwingung des »Motorschwin-Im Betrieb tritt in den Luftspalten 55 und 57, so- so gers« setzt sich aus der Statorkraftflußschwingung bald im Stator ein magnetischer Kraftfluß vorhanden und der Eigenschwingung des Rotors zusammen. Die ist, ein magnetisches Feld in einer durch den Pfeil 58 Motorschwingerfrequenz stellt dann den Kehrwert angedeuteten Richtung auf. Jedesmal, wenn im Sta- dieser Gesamtschwingung dar und ist so festgelegt, tor ein Kraftfluß auftritt, will sich der durch einen daß sie nahe der Eigenfrequenz des mechanischen Pfeil dargestellte magnetische Kraftfluß im Rotor 35 Schwingers gemäß der F i g. 2 liegt. Der mechanische zwischen den Polen 60 und 62 parallel zur Pfeil- Schwinger wird dann durch die richtige Frequenz richtung 58 (F i g. 7 b) einstellen, wodurch ein Dreh- angeregt, und das von ihm in der Steuerspule 20 moment auf den Rotor 10 ausgeübt wird. Dieses erzeugte Signal steuert die Frequenz des »Motor-Drehmoment erreicht ein Maximum, wenn der Win- schwingers« insoweit, als der mechanische Schwinger kel 74 zwischen den Pfeilen 58 und 64 gleich der 30 eine höhere Güte oder eine größere Resonanz-Hälfte des Winkels 76 zwischen den Polen 60 und schärfe besitzt. Durch eine etwas niedrigere Fest-62 des Rotors ist. Dies wird dadurch erreicht, daß legung der höchsten Erregerfrequenz des »Motorder durch den Polabschnitt 62 begrenzte Bogen- schwingers« als die Eigenfrequenz des mechanischen winkel gleich dem Winkel 76 zwischen den benach- Schwingers erhält man eine größere Steuerfrequenzbarten Polen des Rotors bemessen wird. Um für den 35 Stabilität bei veränderlicher Spannung. Das System Rotor gute Starteigenschaften zu schaffen, muß das ist derart bemessen, daß eine kleine Änderung der erzeugte Drehmoment größer sein als das magne- Steuerfrequenz über den gesamten Arbeitsspannungs- ! tische Gegendrehmoment des Rotors, welches ver- bereich vorhanden ist.

; sucht, den Rotor in einer Lage zu halten, in der Zusammenfassend wird festgestellt, daß der Rotor ein minimaler magnetischer Widerstand-vorhanden 40 10, sobald der Transistor 16 leitend ist, durch einen ist. Das erzeugte Drehmoment dreht den Rotor 10 magnetischen Antriebsimpuls vom Stator gestartet und überwindet das magnetische Gegendrehmoment wird. Beim Drehen des Rotors 10 werden in dem des Rotors. Wenn der Rotor 10 sich an der Stelle, Nebenspulenabschnitt 26 Signale erzeugt, die den ■ an der der maximale magnetische Widerstand auf- Transistor 16 ein- und ausschalten, bis die Signale ν tritt, vorbei dreht, sperrt das durch den Rotor in dem 45 des mechanischen Schwingers in der Steuerspule 20 Nebenspulenabschnitt 26 erzeugte Signal den Transi- überwiegen. Von diesem Moment an steuert der stör 16, und das erzeugte Rotordrehmoment ist auf- mechanische Schwinger die Frequenz des Systems, ι gehoben. das den Transistor 16 ein- und ausschaltet. Jedesmal, Infolge der gespeicherten Rotationsenergie, zu der wenn der Transistor eingeschaltet wird, erhält der ein aus dem magnetischen Widerstand resultierendes 50 Rotor 10 über den Stator einen magnetischen Im-Drehmoment hinzukommt, welches der Rotor erhält, puls, der seine Drehbewegung aufrechterhält. Das wenn er erneut in eine Lage gezogen wird, in der gesamte System arbeitet daher selbsttätig und ein minimaler magnetischer Widerstand vorhanden schwingt mit einer Frequenz, die durch das maßist, setzt der Rotor 10 seine Drehung fort. Auf gebende Zeitelement, den mechanischen Schwinger, Grund seines Trägheitsvermögens durchläuft der Ro- 55 gesteuert wird.

tor 10 die nächste Lage, in der ein minimaler magne- In der Ausführung nach F i g. 8 ,wird das Uhrwerk

tischer Widerstand auftritt, und das Signal, welches durch einen elektrischen Motor angetrieben, der

er in dem Nebenspulenabschnitt erzeugt, steuert den einen auf einer Welle 109 befestigten permanent-

Transistor durch. Zu diesem Zeitpunkt hat der Rotor magnetischen Rotor 108 besitzt. Der Rotor hat eine

10 eine Stellung erreicht, in der er, wie durch den 60 in einem Durchmesser angeordnete Magnetachse, die

Strich 52 in Fig. 6 angedeutet ist, im Abstand durch ein »/V« angedeutet ist, welches gleichzeitig

zweier Pole von der Ausgangsstelle entfernt und einen Nordpol darstellt. Das eine Ende der Welle

zur Aufnahme des nächsten magnetischen Antriebs- 109 ist unmittelbar mit einem Untersetzungsgetriebe

impulses vom Stator bereit ist. Der nächste Arbeits- 110 verbunden, welches zusammen mit der Welle

zyklus beginnt und der Rotor 10 setzt seine Dreh- 65 und dem Rotor in einem unmagnetischen Gehäuse

bewegung fort, wobei er bei jedem Zyklus einmal, 111 gekapselt ist. Das Gehäuse ist zwischen der mitt-

wenn der Transistor leitend ist, durch den Stator- leren Platte 107 und einer rückwärtigen Platte 112

kraftfluß angestoßen wird. Das Trägheitsvermögen befestigt. Das Untersetzungsgetriebe 110 enthält ein

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Antriebszahnrad 113 für das Uhrwerk. Das andere gekennzeichnet ist, eine entgegengesetzte Polarität.

Ende der Welle 109 ist in einem in einer Schraube Die Balancescheiben 140 und 141 liegen ausreichend

114 ausgebildeten Spurlager gelagert, die in der nahe am Motor mit dem permanentmagnetischen Rückwand des Gehäuses 111 eingeschraubt ist. Rotor, so daß die durch den Motor erzeugten magne-

Der Stator 115 besteht aus einer Anzahl Stahl- 5 tischen Wechselfelder die Balancescheiben in Bewe-

lamellen, die durch eine geeignete Halterung an der gung versetzen und der Welle 128 des mechanischen

rückwärtigen Platte 112 und an einer großen Feld- Schwingers eine Drehbewegung erteilen. Es hat sich

spule oder Statorwicklung 117 befestigt sind, die im herausgestellt, daß bei senkrechter Anordnung der

oberen Teil des Stators angeordnet ist. Es wird be- Welle 128 in bezug auf die Rotorwelle 109 von dem

merkt, daß zwischen dem Rotor 108 und dem Stator io durch den permanentmagnetischen Rotor 108 erzeug-

115 ein verhältnismäßig großer Luftspalt vorhan- ten magnetischen Feld die maximale Einwirkung auf den ist. die Balancescheiben ausgeht.

Der elektronische Schwingkreis besteht aus der Da es die Aufgabe des mechanischen Schwingers Statorwicklung 117, einem Transistor 118, einer ist, die Schwingung oder Drehzahl des Synchron-Batterie 119 und den Kondensatoren 120, 121 und 15 motors zu steuern, ist es notwendig, die Frequenz 122. Die Dimensionierung dieser Teile sowie die Art des mechanischen Schwingers auf die Schaltung des und Weise ihrer Zusammenschaltung wird in Ver- elektronischen Schwingers zu übertragen. Zu diesem bindung mit der in F i g. 9 gezeigten Schaltung er- Zweck ist eine Steuerspule 143 vorgesehen, die an klärt. Der elektronische Schwingkreis ist mit der einer Wand des Gehäuses 126 befestigt und mit dem Schwingung eines allgemein mit 125 bezeichneten 20 elektronischen Schwinger verbunden ist. Die Balancemechanischen Schwingers synchronisiert. Der mecha- scheibe 141 vermag in der Steuerspule 143 eine nische Schwinger stellt eine genau arbeitende Fre- Spannung zu induzieren. Die magnetische Achse der quenzeinstelleinrichtung dar, durch welche die Dreh- Balancescheibe 141 verläuft senkrecht zur Spulenzahl des Synchronmotors gesteuert werden kann. Die achse. Die Balancescheibe 141 induziert, sobald sie Teile des mechanischen Schwingers sind in einem 35 in Schwingung versetzt ist, in der Steuerspule 143 ein Gehäuse 126 untergebracht, das aus unmagnetischem Signal. Dieses Signal steuert, wie anschließend beMaterial, beispielsweise Kunststoff, hergestellt ist. schrieben wird, die Schwingungszahl des elektrant Bei Bedarf kann dieses auch aus lichtdurchlässigem sehen Schwingers.

Kunststoff gefertigt werden, damit die Arbeitsweise Da lediglich die Balancescheibe 141 in der Steuer-

des mechanischen Schwingers beobachtet werden 30 spule 143 eine Spannung zu induzieren vermag,

kann. Das Gehäuse 126 ist in geeigneter Weise an könnte man annehmen, daß die Balancescheibe 140

einem unmagnetischen Träger 127 befestigt, der nicht absolut vorhanden sein muß, um ein arbeits-

seinerseits durch eine Halterung am Stator 115 und fähiges System zu erhalten. Der ausschlaggebende

der rückwärtigen Platte 112 befestigt ist. Grund für die Verwendung eines Balancescheiben-

Der in das Gehäuse 126 eingebaute mechanische 35 paares besteht darin, die Wirkung irgendwelcher

Schwinger besteht aus einer Welle 128, die in einem magnetischer Streufelder, z. B. des magnetischen

oberen und unteren Lager 129 bzw. 130 drehbar ge- Erdfeldes, beim Betrieb des mechanischen Schwin-

lagert ist. Die Lager können als Steinlager ausgebil- gers 125 aufzuheben bzw. auszuschalten. Da die

det sein, um eine Abnutzung sowie Reibungsver- magnetischen Achsen der Balancescheiben eine ent-

luste weitgehendst auszuschalten. An jedem Ende 40 gegengesetzte Polarität besitzen, haben die von einer

der Welle 128 ist ein nadeiförmiger Zapfen vorge- außenstehenden Quelle ausgehenden magnetischen

sehen, die in den Lagern 129 bzw. 130 geführt sind. Felder nur einen schwachen oder gar keinen Einfluß

Eine solche Anordnung setzt der Schwingung einen auf die Schwingungszahl der Balancescheiben, da die

minimalen Reibungswiderstand entgegen und redu- magnetischen Kräfte auf den Balancescheiben gleich

ziert die zum Antrieb des mechanischen Schwingers 45 groß, entgegengesetzt und somit ausgeschaltet sind,

benötigte Energie auf ein Minimum. Es ist ferner erwünscht, daß die Schwingungszahl

Wie aus F i g. 8 ersichtlich ist, ist am oberen Ende des mechanischen Schwingers 125 einstellbar ist. Zu der Welle 128 eine übliche Spiralfeder 131 vorge- diesem Zweck ist eine Justierschraube 144 vorgesesehen, deren inneres Ende an einer auf der Welle hen, die in einer Wand des Gehäuses 126 senkrecht 128 befestigten Buchse 132 fest angebracht ist. Das 50 zur Welle 128 des mechanischen Schwingers zwigegenüberliegende oder äußere Ende der Spiralfeder sehen den Balancescheiben 140 und 141 einge-131 ist zwischen den am Gehäuse 126 befestigten schraubt ist. Wird die Justierschraube aus Stahl oder Stiften 133 und 134 beweglich gehaltert. Am gegen- einem anderen magnetischen Material hergestellt, so überliegenden Ende der Welle 128 sind in gleicher übt sie auf die magnetischen Balancescheiben einen Weise eine Spiralfeder 135, eine Buchse 136 und 55 Einfluß aus und ändert die Schwingungszahl des Stifte 137 und 138 vorgesehen. Die Spiralfedern ha- Schwingers je nachdem, ob sie gegen die Balanceben die Aufgabe, die Drehung der Welle 128 zu scheiben oder von diesen weg bewegt wird. Da der begrenzen und diese nach Beendigung ihrer Dreh- Schraubenkopf aus dem Gehäuse 126 herausragt, bewegung in ihre Ausgangslage zurückzuführen. kann die magnetische Einstellung der Schwingfre-

Auf der Welle 128 sind iwei Balancescheiben 140 60 quenz auf einfache Weise vorgenommen werden,

und 141 befestigt. Die Balancescheiben 140 und 141 Die F i g. 9 zeigt die Schaltung des Systems. Die

sind aus permanentmagnetischem Material hergestellt Statorwicklung 117 und der Rotor 108 sind, wie

und besitzen je eine in einem Durchmesser angeord- durch den Pfeil 145 angedeutet ist, mit den Balance-

nete magnetische Achse, die zueinander parallel ver- schreiben 140 und 141 magnetisch gekoppelt, und

laufen. Die magnetische Achse der Balancescheibe 65 die Balancescheibe 141 ist zur Spannungsinduktion

140 hat weiter, wie durch den Buchstaben »iV« an- in der Steuerspule 143 angeordnet. In Fig. 8 ist

gedeutet ist, gegenüber der magnetischen Achse der also die räumliche Anordnung der Teile dargestellt,

Scheibe 141, die in Fig. 8 durch den Buchstaben »5« wohingegen die Fii;. 9 die Teileanordnung schema-

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tisch zeigt. Der eingezeichnete Transistor 118 ist ein erzeugte Spannung halten den Transistor 118 im ge-NPN-Typ, es kann jedoch bei Umpolung der Batterie sperrten bzw. nichtleitenden Zustand.
119 auch ein PNP-Transistor vorgesehen werden. Sobald der Kondensatorstrom schwächer wird, Der Ausgangskreis des Transistors umfaßt den wechselt die Statorwicklung 117 ihre Polarität und Emitter 146 und den Kollektor 147, mit der Batterie 5 der vorhandene Strom fließt weiter. Der Wechsel der 119 in Reihe geschaltet, sowie einen ersten Abschnitt Polarität des Nebenspulenabschnitts 149 und das in oder Hauptspulenabschnitt 148 der Statorwicklung der Steuerspule von der Balancescheibe erzeugte 117. Der Kondensator 120 ist zur Schaffung eines Signal schaffen die zur Einschaltung des Transistors LC-Leistungsschwingkreises zur Statorwicklung 117 erforderliche Vorspannung. Während von der parallel geschaltet. Der Nebenspulenabschnitt 149 der io Steuerspule 143 ein Einschaltstrom zum Transistor Statorwicklung 117 ist in einem anderen Kreis in 118 fließt, lädt der über die Kollektor-Emitter-Reihe mit dem Kondensator 120, der Batterie 119, Strecke des Transistors fließende Strom den Kondendem Kollektor 147 und dem Emitter 146 geschaltet. sator 120 auf. Ist der Kondensator 120 einmal ge-Ein in Reihe geschalteter Transistoreingangskreis laden, liefert er den Einschaltstrom. Dadurch fließt wird durch den Emitter 146, den Nebenspulen- 15 über den Transistor 118 und den Hauptspulenababschnitt 149 und die Basis 150 des Transistors 118 schnitt 148 der Satorwicklung 117 ein starker Strom, gebildet. Der parallelliegende, aus der Steuerspule der ein magnetisches Feld im Motor aufbaut, das 143 und dem Kondensator 122 bestehende Leistungs- wiederum die Schwingung der Balancescheibe 140 schwingkreis ist ebenfalls in Reihe mit diesem Ein- und 141 aufrechterhält.

gangskreis geschaltet. Der Kondensator 121 ist zwi- ao Wenn der in dem Hauptspulenabschnitt 148 flieschen den Leistungsschwingkreisen und dem Kollek- ßende Strom schwächer wird, wird das Steuerspulentor 147 eingeschaltet. signal wieder negativ. Die Polrichtungen wechseln Eine Drehung der Starterwelle (nicht gezeigt) setzt erneut und der Transistor wird gesperrt. Der Konden Rotor 108 in Bewegung. Das magnetische densatorl20 wird anschließend durch den Haupt-Wechselfeld des laufenden Rotors bewirkt ein An- as spulenabschnitt 148 in entgegengesetzter Polarität laufen der Balancescheiben I40 und 141 des mecha- voll aufgeladen. Wenn der Kondensator 120 maxinischen Schwingers entgegen der Kraft der Spiral- mal aufgeladen ist, kehrt der Strom seine Richtung federn 131 und 135. Die Bewegung der Balance- um und fließt durch den Hauptspulenabschnitt 148, scheibe 141 erzeugt in der Steuerspule 143 eine der seinerseits den Transistor weiter sperrt, wobei Spannung. Die durch den Kondensator 120 fest- 30 die Schaltung zum Abschluß des Arbeitszyklus in gelegten Polrichtungen und die in der Steuerspule ihren Ausgangszustand zurückkehrt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

chronmotors, einem steuerbaren elektrischen Ventil, Patentansprüche: das mit einer Gleichstromquelle und dem ersten Spulenabschnitt in Reihe geschaltet ist, wobei der

1. Synchronmotor mit einem permanentmagne- Eingangskreis des elektrischen Ventils mit dem zweitischen Rotor, einem Stator, einer in einen ersten 5 ten Spulenabschnitt zusammengeschaltet ist.
und einen zweiten Spulenabschnitt unterteilten Es ist bekannt (ÜSÄ.-Patentschrift 2 994 023), der-

Statorwicklung, einem mechanischen Schwinger artige Synchronmotoren zum Antrieb eines Uhrwerks mit einer bestimmten Eigenschwingungsfrequenz zu verwenden und durch eine elektrische Batterie zur Steuerung des Synchronmotors, einem Steuer- oder eine andere Gleichstromquelle zu betreiben, baren elektrischen Ventil, das mit einer Gleich- io Bei einem solchen bekannten Synchronmotor mit stromquelle und dem ersten Spulenabschnitt in permanentmagnetischem Rotor und einem mecha-Reihe geschaltet ist, wobei der Eingangskreis nischen Schwinger zur Steuerung des Synchrondes elektrischen Ventils mit dem zweiten Spulen- motors sind zwei Steuerspulen mit dem mechaniabschnitt zusammengeschaltet ist, dadurch sehen Schwinger induktiv gekoppelt, wobei die eine gekennzeichnet, daß der erste Spulen- 15 Spule die erforderliche Antriebsenergie für den abschnitt einen Hauptspulenabschnitt (24) und mechanischen Schwinger liefert und die andere die der zweite Spulenabschnitt einen Nebenspulen- Transistorschaltung steuert. Im Emitterkreis dieser abschnitt (26) darstellt, die verschieden groß Transistorschaltung ist zur Erzeugung einer Vorsind, wobei das elektrische Ventil in Form eines spannung eine Batterie erforderlich, und außerdem Transistors (16) mit der Gleichstromquelle (18) ao weist die Schaltung eine weitere Batterie für den und dem Hauptspulenabschnitt (24) in Reihe ge- Antrieb des Uhrenmotors auf. Diese Schaltungsschaltet und der Eingangskreis des Transistors anordnung hat in nachteiliger Weise demnach nicht (16) mit dem Nebenspulenabschnitt (26) zu- nur zwei Steuerspulen, sondern auch zahlreiche insammengeschaltet ist, und daß der mechanische duktive Kopplungsstellen, was sich ungünstig auf den Schwinger unabhängig vom Magnetkreis des Mo- as Energieverbrauch auswirkt.

tors nur mit einer Steuerspule (2Oj gekoppelt ist, Es ist weiter ein Gleichstrommotor zum Antrieb

die in den Eingangskreis des Transistors (16) eines Plattenspielers bekannt (deutsches Gebrauchseingeschaltet ist und den Nebenspulenabschnitt muster 1793 377)_r dessen Transistorschaltung als (26) überbrückt. elektronischer Schwinger ausgebildet ist und mit

2. Synchronmotor nach Anspruch 1, dadurch 30 zwei unterschiedlich bemessenen Erregerwicklungen gekennzeichnet, daß der Nebenspulenabschnitt für den Motor zusammenwirkt. Derartige elektro-(26) mit dem Emitter (32) des Transistors (16) nische Schwinger sind jedoch in ihrem Betriebsverin Reihe geschaltet ist. halten nicht besonders stabil und vermögen die

3. Synchronmotor nach Anspruch 1 oder 2, Präzision und Genauigkeit mechanischer Schwinger dadurch gekennzeichnet, daß der Emitter (32) 35 nicht zu erreichen.

und der Kollektor (34) des Transistors (16) mit Ein weiterer bekannter Synchronmotor für einen

dem Hauptspulenabschnitt (24 j und der Gleich- Uhrenantrieb (deutsches Gebrauchsmuster 1802 190)

stromquelle (18) und die Basis (36) und der weist einen zweiteiligen Stator auf, wobei jedes

Emitter (32) des Transistors mit dem Neben- Statorteil eine getrennte Polanordnung besitzt, die

spulenabschnitt (26) in Reihe geschaltet sind. 40 in Wirkverbindung mit einem magnetischen Schwin-

4. Synchronmotor nach einem der Ansprüche 1 ger und dem Rotor des Motors steht. Der magnebis 3, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zur tische Schwinger steht seinerseits in Antriebsverbin-Statorwicklung (117, 148, 149) ein Kondensator dung mit einem mechanischen Schwinger bzw. einer (120) geschaltet ist, daß die Steuerspule (143) Unruh. Der Aufbau dieses Uhrenantriebs ist dadurch mit der Basis (150), dem Nebenspulenabschnitt 45 jedoch verhältnismäßig aufwendig und hinsichtlich (J (149) und dem Emitter (146) in Reihe geschaltet der Koppelung des mechanischen Schwingers mit

ist und ein zweiter Kondensator (122) mit dem dem magnetischen Schwinger auch verschleißanfällig.

Nebenspulenabschnitt (149), dem Kollektor (147) Darüber hinaus führt die relativ aufwendige Stator-

und dem Emitter (146) in Reihe liegt. konstruktion bei diesem bekannten Motor auch zu

5. Synchronmotor nach einem der Ansprüche 1 50 einem relativ großen Energieverbrauch. Die zweibis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der mecha- teilige Statoranordnung bedingt mindestens zwei völnische Schwinger einen Torsionsdraht oder ein Hg getrennte Wicklungen.

Torsionsband (38) aufweist, auf dem ein Perma- Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die

nentmagnet (46) zur Spannungsinduktion in der obigen Nachteile zu vermeiden und einen einfachen, Steuerspule (20) befestigt ist. 55 kompakten, mit geringem Aufwand herstellbaren

Synchronmotor mit einer teilesparenden Steuerschaltung zu schaffen, die einen außerordentlich geringen Leistungsverbrauch aufweisen soll.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe bei

60 einem Synchronmotor der eingangs bezeichneten Art dadurch gelöst, daß der erste Spulenabschnitt einen Hauptspulenabschnitt und der zweite Spulenabschnitt

Die Erfindung bezieht sich auf einen Synchron- einen Nebenspulenabschnitt darstellt, die verschieden motor mit einem . permanentmagnetischen Rotor, groß sind, wobei das elektrische Ventil in Form einem Stator, einer in einen ersten und einen zweiten 65 eines Transistors mit der Gleichstromquelle und dem Spurabschnitt unterteilten Statorwicklung, einem Hauptspulenabschnitt in Reihe geschaltet und der mechanischen Schwinger mit einer bestimmten Eingangskreis des Transistors mit dem Nebenspulen-Eigenschwingungsfrequenz zur Steuerung des Syn- abschnitt zusammengeschaltet ist, und daß der