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Regelvorrichtung für Gleichstrommotoren
Die Erfindung befasst sich mit der Aufgabe, die Drehzahl bei Gleichstrommotoren auf einfache Weise zu stabilisieren. Die Lösung der Aufgabe ist auf mannigfaltige Weise versucht worden, z. B. durch Aus- nutzung der Zentrifugalkraft (Fliehkraftregler), mit Stromkreisunterbrechung durch Fliehkraftregler oder durch komplizierte Vorrichtungen elektronischer Steuerungen.
Es ist auch vorgeschlagen worden, einen Motor beliebiger Antriebsart durch ein mechanisch-ma- gnetisches Resonanzsystem zu belasten dergestalt, dass dieses in der Nähe seiner Eigeafrequenz dann durch starke Energieaufnahme den Motor abbremst, weil dann die schwere Masse des Systems stark beschleunigt wird und entsprechend viel Energie verzehrt. Andere Systeme arbeiten bei der Drehzahlstabilisierung von
Elektromotoren mit intermittierend-periodischen Spannungen, die durch einen vom Motor angetriebenen
Kollektor geschlossen werden, wobei auch die Resonanzeigenschaften eines Stimmgabelkontaktrelals aus- genutzt werden können. indem dieses den Strom je nach der Drehzahl über verschieden grosse Widerstände dem Motor zuführt, wodurch also dessen Drehzahl gesteuert wird.
Erfindungsgemäss wird vorgeschlagen, ein von der Drehzahl des Motors magnetisch gesteuertes, schwingungsfähiges System, z. B. eine leichte Stahlzunge, mit geringer Masse und mit wohl definierter
Eigenfrequenz vorzusehen, welches beim Schwingen einen Kontakt intermittierend Im Takte seiner
Schwingungen öffnet und schliesst und dadurch die Gesamtdauer der Stromzuführung an den Elektromotor steuert. Der Lösungsgedanke ist dabei grundsätzlich der, dass dieses schwingungsfähige System, z. B. eine Metallzunge bekannter Art, mit einem von der Drehzahl des Motors gesteuerten Feld magnetisch gekop- pelt Ist. Die Eigenfrequenz des schwingungsfähigen Systems wird nun so gewählt, dass sie um ein Weniges grösser ist als die Solldrehzahl des Motors.
Läuft der Motor also auf Solldrehzahl, so arbeitet man infolge der grossen Flankensteilheit der Resonanzkurve weit auf ihrem unteren Teil ; das schwingungsfähigesystem wird also nicht mit seiner vollen Schwingungsweite angeregt. Wird die Solldrehzahl Überschritten, so nimmt die Schwingungsweite infolge der steilen Resonanzkurve ausserordentlich rasch zu und erreicht schon bei geringfügiger Überschreitung der Solldrehzahl den Resonanzausschlag.
Durch dieses schwingungsfähige System wird nun der Hauptstromkreis des Gleichstrommotors in noch zu beschreibender Weise in korrigierendem Sinne beeinflusst, Es kann entweder das schwingungsfähige System, etwa in Gestalt einer Metallzunge, so angeordnet werden, dass es in seiner Ruhelage den Kontakt im Gleichstromkreis herstellt, bei Ausschlag der Zunge aber unterbricht. Auf diese Weise wird also bei geringfügigem Überschreiten der Solldrehzahl der Hauptstrom des Motors unterbrochen, der Motor läuft also langsamer und wird auf seine Solldrehzahl zurückgebracht.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung Ist also einHilfsmittel gegen einübersteigen der Solldrehzahl.
Eine andere A usfl1hrungsart des, Erfindungsgedankens besteht darin, dass man an dem Kollektorblech des zu regulierenden Motors eine von der Drehzahl abhängige Wechselspannung abgreift und diese Wechselspannung durch eine Spule in an sich bekannter Art auf das schwingungsfähige System, etwa eine Metallzunge, einwirken lässt. Auch hier liegt die Eigenfrequenz des schwingungsfähigen Systems knapp oberhalb der Solldrehzahl des Motors. Die schwingungsfähige Zunge trägt nun an ihrem Ende einen Permanentmagneten. Dieser schwingt im Induktionsbereich einer Spule, wobei zweckmässig In an sich bekannter Weise der magnetische Fluss durch Polschuhe an sich bekannter Art auf die Spule konzentriert wird.
Die in dieser Spule bei Schwingung der Zunge induzierte Wechselspannung wird nach Gleichrichtung zur
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Steuerung eines Regelgliedes, z. B. eines Transistors, verwendet, welcher im Hauptstromkreis des Gleich- strommotors liegt.
Eine solche Anordnung arbeitet nun so, dass dann, wenn die Solldrehzahl des Motors auch nur gering- fügig überschritten wird, die Schwingungen der Zunge sehr stark zunehmen. Dadurch wird eine hohe
Spannung induziert und so über das Regelglied der den Hauptstromkreis des Motors durchfliessende Strom in korrigierender Weise beeinflusst. Ein Durchgehen des Motors wird also mit Sicherheit vermieden. Die Anordnung arbeitet sehr weich und elastisch.
In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt, u. zw. zeigen die Fig. 1-3 einen erfindungsgemäss ausgestalteten Motor in der Ansicht bzw. Seitenansicht und Draufsicht, die Fig. 4 und 5 zeigen im Schaltbild bzw. Schaubild eine andere Ausführungsform und Fig. 6 zeigt im Schaltbild eine dritte Ausführungsform.
Bei der Ausführungsform gemäss den Fig. l-3 ist mit 14 der Elektromotor bezeichnet, auf dessen
Welle eine Magnetscheibe 18, die lateral oder diametral magnetisiert ist, sitzt. Ihr gegenüber ist eine schwingungsfähige Zunge 1 angebracht, die an ihrem Ende einen Magneten 6 trägt, 19 Ist eine Stellschraube, mit der in an sich bekannterweise die Kontaktgabe über die Zunge hinweg bewerkstelligt wird.
Der Strom tritt also beispielsweise bei 20 ein und bei 21 aus. Dreht sich der Motor im Sollzahlbereich oder darunter, so hebt sich die Zunge von dem Kontakt nicht ab. Bei wenn gleich nur geringfügiger Über- schreitung der Solldrehzahl hebt sich dagegen die Zunge ab, unterbricht den Hauptstromkreis des Motors und korrigiert also sofort dessen Drehzahl im gewünschten Sinne. Die Solldrehzahl kann man bei dieser Anordnung, abgesehen von den Schwingungseigenschaften der Zunge, durch Verstellen der Stellschraube 19 in geringen Grenzen einregeln.
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wird an dessen Kommutator eine Spannung abgenommen, die in der Spule 2 einen Wechselstrom erzeugt. Vom magnetischen Feld dieser Spule wird die Zunge 1 und ihr Magnet 6 erregt.
Durch den schwingenden Magneten 6 wird in der Wicklung 8 einer weiteren Spule 7 eine Spannung induziert; der so entstehende Strom wird bei 9 gleichgerichtet und, notfalls unter Einschaltung entsprechender Glättungselemente 12, über ein mit dem zu regelnden Motor 14 in Reihe geschaltetes Regelglied, in der schematischen Zeichnung einen Transistor 13, korrigierend dem Hauptstromkreis des Gleichstrommotors aufgeprägt. Dabei wird der Arbeitswiderstand 10 mit dem Widerstand 11 so abgeglichen, dass der gewünschte Arbeitspunkt auf der Resonanzkurve des schwingungsfähigen Systems eingestellt wird.
Sinkt nun die Drehzahl unter die Solldrehzahl, so lässt die in der Spule 7 induzierte elektrische Motorkraft nach, weil der Magnet 6 langsamer schwingt. Damit steigt aber der Motorstrom und die Drehzahl steigt wieder an. Wird die Solldrehzahl, wenngleich nur geringfügig, Uberschritten, so tritt eine starke Vergrösserung der Schwingung der Zunge 1 und damit des Magneten 6 ein. Es tritt eine entsprechend starke Induktionswirkung der Spule 7 auf und über den Transistor 13 eine entsprechende Minderung des Motorstromes : Der Motor wird also sofort verlangsamt und auf die Solldrehzahl zurückgebracht. Diese Anordnung arbeitet weitgehend lastunabhängig.
Die im ersten Ausführungsbeispiel erwähnte Kontaktzunge kann in an sich bekannter Weise auch als Doppelzunge, U-förmig. ausgebildet werden. Dabei wird durch die Wahl der Kontaktstelle die Eigenfrequenz der Zunge nur unbedeutend beeinflusst.
Gemäss Fig. 5 ist der Zunge 1 noch ein weiteres dauermagnetisches System, bestehend aus zwei Magneten 3 und 4 und einer die beiden gleichen Pole dieser Magneten verbindenden Brücke 5 vorgesehen.
Die Zunge 1 liegt in der Ruhelage in der neutralen Zone des aus den Teilen 3,4 und 5 gebildeten Systems. Die von der Spule 2 induzierten magnetischen Felder bringen die Zunge 1 in Resonanzfrequenz in Schwingung, das System 3 - 5 erhöht somit die Ansprechempfindlichkeit.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 stellt das schwingungsfähige System bei entsprechend weiter
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