CH59368A - Pupitre d'écolier - Google Patents

Description

      Drehzahlstabiler   <B>Moor</B>    Die vorliegende     Erfindung    bezieht sich auf einen  drehzahlstabilen Motor als     Frequenznormal    eines zeit  haltenden elektrischen Geräts.  



  Es wurden bereits drehzahlstabile Motoren als     Fre-          quenznormal    vorgeschlagen, die aus zwei gegeneinander       verdrehbaren        Rotorhälften    bestehen, die über einen Tor  sionsstab elastisch miteinander verbunden sind. Jede  der     Rotorhälften        weist    eine Anzahl Permanentmagnet  pole auf.

   Jede der     Rotorhälften    arbeitet mit einem       Weicheisenstator    zusammen, wobei der eine     Stator    das       Steuerspulensystem    und der andere     Stator    das     Arbeits-          spulensystem    trägt. Beide     Spulensysteme    sind über eine  elektronische Schaltung miteinander verbunden. Bei der  Drehung des Rotors werden durch die eine Rotor  hälfte in der Steuerspule Steuerspannungen induziert,  die verstärkt über die elektronische Schaltung in der  Arbeitsspule Arbeitsimpulse erzeugen, die antreibend  auf die andere     Rotorhälfte    wirken.

   Die eine     Rotorhälfte     wird also angetrieben, während an der anderen Rotor  hälfte elektromagnetische Hemmkräfte zwischen Rotor  hälfte und     Stator    wirken. Die Antriebsmomente auf  der     einen        Rotorhälfte    und die Hemm- bzw. Störmo  mente auf der anderen     Rotorhälfte    bewirken     Torsions-          schwingungen    zwischen diesen beiden     Rotorhälften     (DBP 1 149 447).  



  Dieser bekannte     Drehschwingmotor    ist mit erheb  lichen Nachteilen behaftet. Von der technischen     Seite     aus ist es ausserordentlich schwierig, den     Torsionsstab     in beiden     Rotorhälften    einwandfrei zu befestigen.     Eine     einwandfreie Befestigung ist wegen der geforderten Zeit  haltung unbedingt erforderlich. Die Zeithaltung ist auch  in starkem Masse von der Temperatur abhängig,     infolge     der Veränderung der magnetischen Eigenschaften der  Rotoren mit der Temperatur.

   Weiterhin ist eine starke  Empfindlichkeit gegen Lageänderungen     festzustellen,     was bedingt ist durch die     Durchbiegung    der ausseror  dentlich dünnen     Torsionswelle.    Infolge der dünnen Tor-         sionswelle    und der relativ grossen Massen der beiden       Rotorhälften    ist auch das System ausserordentlich emp  findlich gegen     Rütteleinflüsse    und Stösse. Ein weiterer  Nachteil ist darin     zu    sehen, dass die beiden     Statoren     ausserordentlich genau zu den     Rotorhä-lften    justiert wer  den müssen.

   Die Motoren haben ausserdem die Eigen  schaft, bei gleichbleibender Resonanzfrequenz in ver  schiedenen harmonischen Drehzahlen laufen zu können.  Zudem ist ein Selbstanlauf des Systems infolge der  magnetischen Haltekräfte nicht zu erreichen.  



  Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Ver  meidung dieser Nachteile.  



  Bei einem drehzahlstabilen Motor als     Frequenznor-          mal,    welcher zwei gegeneinander drehbare     Rotorhälften     mit Magnetpolen aufweist, die über ein elastisches Glied  miteinander verbunden sind, wobei der Antrieb über  Arbeitsimpulse erfolgt und mindestens eine     Rotorhälfte     mit Steuerspulen einer elektronischen Schaltung zusam  menarbeitet, wird erfindungsgemäss vorgeschlagen, dass  die Spulen     eisenkernlose    Spulen sind und beide Rotor  hälften mit mindestens einer Arbeitsspule zusammen  wirken,

   die Magnetpole der einen     Rotorhälfte    über  den mit ihnen zusammenwirkenden Arbeitsspulen ste  hen und die     Magnetpole    der anderen     Rotorhälfte    unter  dem Winkel a zu den mit ihnen zusammenwirkenden  Arbeitsspulen stehen, wenn die mit den Steuerspulen  zusammenwirkenden Magnetpole sich über diesen Spu  len befinden und dort das Aussteuern einer elektroni  schen     Schaltung    und damit das Auftreten von Arbeits  impulsen bewirkende     Induktionsimpulse    erzeugen.  



  In einer vorzugsweisen weiteren Ausführungsform  ist die Anordnung so getroffen, dass beim Auftreten  eines Impulses die Magnetpole der     einen        Rotorhälfte          über    den Steuerspulen und relativ unter dem Winkel       a    zu den Arbeitsspulen und die Magnetpole der an  deren     Rotorhälfte    gleichzeitig über den Arbeitsspulen  stehen.

        Durch die Stromimpulse, die durch die Steuerspule  über die elektronische Schaltung bewirkt werden, wird  die     eine        Rotorhälfte    angetrieben, während die gleichen  Stromimpulse in der anderen     Rotorhälfte    Störmomente  bewirken, die die Drehschwingung zwischen den beiden       Rotorhälften    erregen. Diese Störmomente werden also       elektromagnetisch    erzeugt, wirken nur kurzzeitig und  zum richtigen Augenblick. Dadurch wird der Wirkungs  grad des Systems wesentlich erhöht. Ausserdem erreicht  das System beim Anlauf ausserordentlich rasch seine  Resonanzfrequenz, in der es auch bei Rütteleinflüssen  und Stössen verbleibt.

   Als wesentlicher Vorteil ist noch  zu erwähnen, dass dieses System von selbst anläuft,  wenn in der elektronischen Schaltung ein     RC-Glied     vorgesehen ist.  



  Die beiden     Rotorhälften    können entweder über eine  Spiralfeder oder über eine Wendelfeder miteinander  verbunden sein. Hierdurch sind die Schwierigkeiten bei  der Befestigung der Feder und ihre ungünstigen Ein  flüsse auf die     Zeithaltung    des Systems     umgangen.    Bei  dem so gestalteten System ist es möglich,     Rotorwellen     zu verwenden, die sich nicht durchbiegen können, so  dass der Motor in allen Lagen betrieben werden kann.  



  Durch die Versetzung um den Winkel a wird auch  erreicht, dass der Motor stets nur in einer Drehrichtung  anläuft. Die weiteren Vorteile des Systems werden an  hand der Zeichnungen erläutert.  



       Fig.    1 zeigt das System mit zwei übereinander an  geordneten     Rotorhälften.     



       Fig.    2 zeigt die gleiche Anordnung in Draufsicht.  



       Fig.    3 und 4 zeigen ein System mit in der gleichen  Ebene angeordneten     Rotorhälften.     



       Fig.    5 zeigt eine Draufsicht auf das System nach       Fig.    3 und 4.  



       Fig.    6 zeigt dieses System nach     Fig.    3 und 5 in  perspektivischer Ansicht.  



       Fig.    7 zeigt eine weitere Variante in der Anord  nung der Magnetpole und der Spulen.  



       Fig.    8 stellt ein System mit nur einer Stromspule  dar, während       Fig.    9 dieses System in der Draufsicht zeigt.  



  Nach     Fig.    1 besteht der Motor aus zwei Rotor  hälften 4 und -9. Die Welle 10 der     Rotorhälfte    9 ist  gelagert im     gestellfesten    Lager 13 und im Lager 15  der Welle 11 der     Rotorhälfte    4, die ihrerseits noch  gelagert ist im     gestellfesten    Lager 14. Beide Rotor  hälften sind elastisch     miteinander    verbunden über die  Spiralfeder 6, die mit ihrem inneren Ende bei 8 mit  der Welle 10 und an ihrem äusseren Ende bei 7 mit  der     Rotorhälfte    4 verbunden ist.  



  Die     Rotorhälfte    4 trägt Permanentmagnete 5, die  sich über eisenkernlose Spulen 1 und 2 drehen. Hierbei  ist die Spule 1 die Steuerspule und die Spule 2 eine  Arbeitsspule. Beide Spulen 1 und 2 sind über eine  elektronische Schaltung miteinander verbunden. Bei der  Drehung des Rotors werden durch die Magnete 5 in  der Spule 1 Spannungen induziert, die einen     Stromfluss     in den Spulen 2 und 3 bewirken. Die Arbeitsspulen 3  arbeiten hierbei mit den Permanentmagneten 24 der       Rotorhälfte    9 zusammen.

   Da     beim        Stromfluss    durch  die Spulen 2 und 3 die Permanentmagnete 24 um den  Winkelweg a von den Spulen 3 entfernt sind, wird auf  die     Rotorhälfte    9 ein Störmoment ausgeübt, die das  aus den Massen 4 und 9 und der     Rückstellkraft    6  bestehende System in Drehschwingungen versetzt. Wäh  rend also beim     Stromfluss    die Spulen 3 ein Störmo  ment bewirken, erzeugt der gleichzeitig auftretende    Strom durch die Spulen 2 ein Antriebsmoment auf die       Rotorhälfte    4.  



  Die gleiche Wirkung wird auch erzeugt bei der  Anordnung nach     Fig.    7, bei der die Steuerspule 1 von  den Permanentmagneten 5 und die Arbeitsspulen 3 von  den Permanentmagneten 24 gleichzeitig     überschwungen     werden, so dass der Stromimpuls durch die Spulen 3  nunmehr die     Rotorhälfte    9 antreibt, während die Ar  beitsspule 2', die gleichzeitig vom Strom     durchflossen     wird, um die Winkelstellung a von den Permanent  magneten 5 angeordnet ist. In diesem Fall wirkt also  das Störmoment auf die     Rotorhälfte    4, die gleichzeitig  die Induktionsspannung erzeugt, während an der Rotor  hälfte 9 das Antriebsmoment wirkt.  



  In den     Fig.    3 bis 6 ist eine besonders raumsparende  Anordnung gezeigt. Hierbei sind die beiden     Rotorhälften     4' und 9' ineinander geschachtelt, d. h. die Spulen 1, 2  und 3 sowie die Permanentmagnete 5 und 24 sind  auf der gleichen Ebene angeordnet. Beide     Rotorhälften     4' und 9' sind über eine Wendelfeder 6' miteinander  elastisch verbunden. Die jeweiligen Ansteckpunkte der  Wendelfeder 6' befinden sich bei 8' und 7'. Die Welle  10, auf der sich das     Abtriebsritzel    11 befindet,     ist     starr mit der     Rotorhälfte    9' verbunden.

   Wie die     Fig.    3  zeigt, ist die Welle 10 einmal im     gestellfesten    Lager 13  und zum zweiten im Lager 16 der     Rotorhälfte    4' ge  lagert. Die Lage des Lagers 16 ist seinerseits bestimmt  durch den     gestellfesten    Zapfen 12. Dieses Lager 16  befindet sich vorzugsweise im Massenmittelpunkt der       Rotorhälfte    4'. Eine andere Lageranordnung ist in       Fig.    4 gezeigt, wobei die mit der     Rotorhälfte    9' ver  bundene Welle<B>10</B> einmal im     gestellfesten    Lager 13  und im     gestellfesten    Lager 14 gelagert ist.

   Die Rotor  hälfte 4' ist ihrerseits über das Lager 17 auf der  Welle 10 gelagert.  



  Bei der Anordnung nach     Fig.    3     bis    6 übernimmt  einmal die     Rotorhälfte    4' die Steuerung und den An  trieb, während auf die     Rotorhälfte    9' das Störmoment  wirkt, während bei einer Drehung um 90\ Steuerung  und Antrieb durch die     Rotorhälfte    9' bewirkt werden,  während das Störmoment auf die     Rotorhälfte    4' wirkt.  Es ist natürlich auch möglich, dass die     Spulenanordnung     entsprechend der     Fig.    7 getroffen ist. Die Anordnung  nach     Fig.    3 bis 6 hat neben der geringen Bauhöhe  den grossen Vorteil, dass ein relativ grosses Antriebs  moment abgegeben wird.  



  Eine weitere bevorzugte Anordnung ist in     Fig.    8  und 9     dargestellt.    Bei dieser Anordnung wird nur eine  einzige Stromspule 21 verwendet, die mit beiden Rotor  hälften 4" und 9" zusammenarbeitet. Die Steuerspule 1  arbeitet dagegen nur mit den Permanentmagneten einer       Rotorhälfte    zusammen. Die Magnetpole 22 bzw. 23  der     Rotorhälften    4" bzw. 9" sind um den Winkelbe  trag a gegeneinander versetzt. Die beiden Spulen 1 und  21 stehen einander gegenüber, was     der    Anordnung nach       Fig.    2 und 5 entspricht.

   Die Spule 21 kann jedoch auch  um den Winkelbetrag a aus dieser Lage gedreht     sein,     und nimmt dann die Lage 21' ein, wobei dann die  Wirkungsweise derjenigen nach     Fig.    7 entspricht. Be  sonders vorteilhaft ist die getroffene Lageranordnung,  wobei die Welle 25, die im Lager 13 und 14 gelagert       ist,    mit der Wendelfeder 6' in ihrer Mitte, also an ihrem  Schwingungsknoten verbunden ist. Die Verbindung zwi  schen Welle 25 und Wendelfeder 6' erfolgt über die  Scheibe 18.

   Die Abstimmung des     Drehschwingsystems     auf seine Sollfrequenz erfolgt hierbei über den     Rücker-          zeiger    20, der auf der Buchse 19 drehbar     gelagert    ist      und durch den die aktive Länge der Spiralfeder 6' ver  ändert werden kann. Die Anordnung nach     Fig.    8 hat  den grossen Vorteil, dass die Abstimmung auf die Soll  frequenz während des Stillstandes des     Drehschwing-          systems    erfolgen kann. Die Welle 25 wird hierbei über  das     Ritzel    11 festgehalten und die     Rotorhälfte    4" in  Schwingung versetzt, die sich dann selbst unterhalten.

    Bei diesen Schwingungen im Stand kann. dann der       Rückerzeiger    20 verstellt werden, bis die gewünschte  Sollfrequenz erhalten ist.  



  Als wesentlich ist noch zu erwähnen, dass die Be  festigung der Feder 6 bzw. 6' an den Befestigungsstel  len 7 bzw. 7' und -8 bzw. 8' spannungsfrei erfolgt,  was beispielsweise durch Kleben vorgenommen werden  kann. Die Feder 6 bzw. 6' behält somit auch nach der  Befestigung ihre natürliche Kurve bei, was sehr we  sentlich für die Zeithaltung ist.  



  Die Versuche mit den dargestellten Systemen haben  gezeigt, dass diese ausschliesslich nur in     ihrer    Sollfre  quenz und Solldrehzahl arbeiten. Ein Betrieb in har  monischen Drehzahlen ist ausgeschlossen, was bedingt  sein dürfte durch die relativ geringe Eigenfrequenz des  Systems und die grossen Pol- bzw.     Spulenabstände.     



  Einen einwandfreien Selbstanlauf in nur einer Dreh  richtung erhält man, wenn man bei der elektronischen  Schaltung ein     RC-Glied    vorsieht, wobei dann die elek  tronische Schaltung beim Stillstand des     Rotorsystems     in einer Eigenfrequenz schwingt, die etwas unterhalb  der Eigenfrequenz der mechanischen Schwingungen liegt.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Drehzahlstabiler Motor als Frequenznormal eines zeithaltenden elektrischen Geräts, welcher zwei gegen einander drehbare Rotorhälften mit Magnetpolen auf weist, die über ein elastisches Glied miteinander ver bunden sind, wobei der Antrieb über Arbeitsimpulse erfolgt und mindestens eine Rotorhälfte mit Steuer spulen einer elektronischen Schaltung zusammenarbeitet, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (1, 2, 2', 3, 21, 21') eisenkernlose Spulen sind und beide Rotor hälften (4, 4', 4", 9, 9', 9") mit mindestens einer Arbeitsspule (2, 2', 3, 21, 21') zusammenwirken,

   wo bei die Magnetpole der einen Rotorhälfte über den mit ihnen zusammenwirkenden Arbeitsspulen stehen und die Magnetpole der anderen Rotorhälfte unter dem Winkel a zu den mit ihnen zusammenarbeitenden Ar beitsspulen stehen, wenn die mit den Steuerspulen (1) zusammenwirkenden Magnetpole sich über diesen Spu len (1) befinden und dort das Aussteuern einer elek tronischen Schaltung und damit das Auftreten von Ar beitsimpulsen bewirkende Induktionsimpulse erzeugen. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Motor nach Patentanspruch, dadurch gekenn zeichnet, dass die Magnetpole der einen Rotorhälfte gleichzeitig über den Steuer- und Arbeitsspulen (1, 2, 21) stehen, wenn die Magnetpole der anderen Rotorhälfte relativ zu den Arbeitsspulen (3, 21) unter dem Winkel a stehen. 2.

   Motor nach Patentanspruch, dadurch<B>gekenn-</B> zeichnet, dass die Magnetpole der einen Rotorhäl#te über den Steuerspulen (1) und relativ unter dem Win kel a zu den Arbeitsspulen (2', 21') stehen, wenn die Magnetpole der anderen Rotorhälfte gleichzeitig über den Arbeitsspulen (3, 21') stehen. 3.

   Motor nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pole (5, 24) gleich- mässig am Umfang verteilt und die Spulen (3) unter dem Winkel a versetzt zu den Polen (24) der Rotor hälfte (9, 9') angeordnet sind, wenn bei entspanntem elastischem Glied (6, 6') die Pole der Rotorhälfte (4, 4') über den Spulen (1, 2) stehen.

   4. Motor nach Patentanspruch und Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Pole (5, 24) gleich mässig am Umfang verteilt sind und die Spule (2') um den Winkel a versetzt zu den Polen (5) der Rotorhälfte (4, 4') angeordnet ist, wenn bei entspanntem elastischem Glied (6, 6') die Pole (5) über den Steuerspulen (1) und die Pole (24) der anderen Rotorhälfte (9, 9') gleich zeitig über den Spulen (3) stehen. 5. Motor nach Patentanspruch und Unteransprü chen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die gleich mässig am Umfang verteilten Pole (23) des Rotors (9") gegenüber den gleichmässig am Umfang verteilten Polen (22) des Rotors (4") um den Winkel a versetzt sind. 6.

   Motor nach Patentanspruch und Unteransprü chen 1 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer spule (1) und die für beide Rotoren (4", 9") gemein same Arbeitsspule (21) einander gegenüber angeordnet sind. 7. Motor nach Patentanspruch und Unteransprü chen 2 und 5, dadurch gekennzeichnet, dass die für beide Rotoren (4", 9") gemeinsame Arbeitsspule (21') gegenüber der Steuerspule (1) um den Winkel a ver setzt ist. B.

   Motor nach Patentanspruch und Unteransprü chen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass beide Ro- torhälften (4, 9) übereinander angeordnet und über eine Spiralfeder (6) miteinander elastisch verbunden sind, wobei das eine Ende der Rotorwelle (10) der Rotorhälfte (9) in der Welle (11) der Rotorhälfte (4) gelagert ist und die Steuer- und die eine Arbeitsspule (1, 2) mit der einen Rotorhälfte (4) und die andere Arbeitsspule (3) mit der anderen Rotorhälfte (9) zu sammenarbeiten. 9.

   Motor nach Patentanspruch und Unteransprü chen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pole (5, 24) der Rotorhälften (4', 93 in einer Ebene ange ordnet und mit den in gleicher Höhe angeordneten Spulen (l, 2, 3) zusammenwirken. 10. Motor nach Patentanspruch und Unteransprü chen 5, 6 und 9, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Rotorhälften (4, 4', 4", 9, 9', 9") über eine Wendelfeder (6') miteinander elastisch verbunden sind. 11.

   Motor nach Patentanspruch und Unteransprü chen 5, 6, 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (10) der Rotorhälfte (9, 9', 9") in einem gestell- festen Lager (13) und einem Lager (16) der anderen Rotorhälfte (4, 4', 4'@ gelagert ist, dessen Lage seiner seits durch einen gestellfesten Zapfen (12) bestimmt ist. 12. Motor nach Patentanspruch und Unteranspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Lager (16) im Massenmittelpunkt der Rotorhälfte (4, 4', 4") ange ordnet ist. 13.

   Motor nach Patentanspruch und Unteransprü chen 5, 6, 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Welle (10) der Rotorhälfte (9, 9', 9'1 in gestellfesten Lagern (13, 14) gelagert und die Rotorhälfte (4, 4', 4") auf dieser Welle (10) gelagert ist. 14. Motor nach Patentanspruch und Unteranspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wendelfeder (6') in ihrer Mitte über eine Scheibe (18) mit der Welle (25) verbunden ist, auf der die Rotorhälften (4, 4', 4", 9, 9', 9") gelagert sind. 15. Motor nach Patentanspruch und Unteranspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass auf eine Buchse (19) der Scheibe<B>(18)</B> ein die aktive Länge der Feder (6') veränderbarer Regulierzeiger (20) angeordnet ist.