AT232143B

AT232143B - Drehzahlveränderlicher Elektromotor

Info

Publication number: AT232143B
Application number: AT977362A
Authority: AT
Inventors: Charles Henry Brunt
Original assignee: Charles Henry Brunt
Priority date: 1961-12-16
Filing date: 1962-12-14
Publication date: 1964-03-10

Description

Drehzahlveränderlicher Elektromotor
Die Erfindung betrifft einen drehzahl veränderlichen Elektromotor mit "drehbarem Ständer", d. h. einen Motor, in dem sowohl der Läufer als auch der Ständer drehbar sind.

Erfindungsgemäss ist eine von der Drehzahl des Läufers oder Ständers abhängige Einrichtung vorgesehen, mit der eine Belastungseinrichtung betätigbar ist, mit der die Belastung des Läufers oder des Ständers zur Veränderung seiner Drehzahl veränderbar ist.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich an Hand der Zeichnungen, in denen Ausführungsbei- spiele dargestellt sind.

Fig. 1 zeigt in einem vertikalen Querschnitt einen erfindungsgemässen drehzahlveränderlichen Motor, Fig. 2 den Motor nach Fig. 1 in einer Stirnansicht, Fig. 3 schematisch ein Detail, teilweise im Horizontalschnitt, nach der Linie 3-3 der Fig. 2, wobei verschiedene Elemente hinzugefügt sind, Fig. 4 schematisch eine bevorzugte Form eines eine drehzahlabhängige Einrichtung bildenden Tachogenerators und Fig. 5 ein Schaltschema für eine bevorzugte Steuerung einer Belastungseinrichtung in Abhängigkeit von dem Ausgang der drehzahlabhängigen Einrichtung. Die Fig. 6 und 7 zeigen schematisch in der Draufsicht bzw. in Seitenansicht (wobei Fig. 7 auch ein Schaltschema enthält) eine zweite Einrichtung zur Steuerung der Belastungseinrichtung.

Fig. 8 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemässen Elektromotors und Fig. 9 schematisch eine mechanische drehzahlabhängige Einrichtung.

Der in den Fig. 1-3 dargestellte drehzahlveränderliche Motor mit rotierendem Ständer besitzt ein Gehäuse 10 mit einem den Motor umschliessenden Teil 11, einem Pumpen- und Ventilgehäuse 12, einem Behälter 13 und einem Luftführungsgehäuse 14. Der den Motor umschliessende Teil 11 ist zur Erhöhung seiner Festigkeit an seinen Seitenwänden mit Rippen 15 versehen. Die rotierenden Teile des Motors sind in Lagerschilden 16, 17 gelagert. In dem hinteren Lagerschild 16 ist in Lagern 20 eine Ständerwelle 18 drehbar gelagert, die mit einer umsteuerbaren hydraulischen Pumpe 19 gekuppelt ist, die sich in dem Gehäuse 12 befindet. Die Ständerwelle 18 ist an einer Stirnwand 21 eines Ständergehäuses 22 befestigt.

An der Stirnwand 21 ist ferner eine Halterung 23 für Schleifringe 24 befestigt, an denen nicht gezeigte Bürsten anliegen, über welche der elektrische Strom den Wicklungen 25 des Ständers zugeführt wird. Ferner hat die Stirnwand 21 eine axiale Vertiefung 26, in welcher das eine Ende einer Lauferwelle 28 in Lagern 27 drehbar gelagert ist.

Die entgegengesetzte Stirnwand 29 des Ständergehäuses 22 ist mit Lagern 30 auf der Läuferwelle 28 gelagert, so dass der Ständer in dem den Motor umschliessenden Teil 11 des Gehäuses 10 drehbar ist.

Die Läuferwelle 28 ist mit einem Käfiganker 31 versehen und an dem von der Vertiefung 26 entfernten Ende in Lagern 32 in dem von ihr durchsetzten vorderen Lagerschild 17 des Gehäuseteiles 11 gelagert.

In dem Luftführungsgehäuse 14 ist an dem vorstehenden Teil der Läuferwelle 28 ein Umwälzgebläse 33 befestigt. Das Luftführungsgehäuse 14 ist im Bereich des Gebläses ausgenommen, damit Luft indas Gehäuse 14 gesaugt werden kann.

Das vorstehende Ende der Läuferwelle 28 bildet eine Abtriebswelle 34.

Das Luftführungsgehäuse bildet einen Luftführungskanal 35, der zu Rohren 36 führt, die sich in der Längsrichtung durch den Behälter 13 erstrecken, so dass die durch diese Rohre strömende Luft dem in dem

Behälter befindlichen Medium Wärme entziehen kann : Der Behälter ist mit einer Full- un Überlaufoder Gasabzugskappe 37 und mit zwei Leitungsrohren 38 versehen, welche das Medium aus dem Behälter zur Pumpe 19 und zurück in den Behälter leiten. Die beiden Leitungsrohre sind über je einen Rohrleitungsschalter 39 an die Ein- bzw. Austrittsöffnung der Pumpe angeschlossen.

Die Pumpe ist umsteuerbar, so dass sie in beiden Drehrichtungen des Ständers des Elektromotors arbeiten kann. Die Rohrleitungsschalter 39 sind entweder gemeinsam oder einzeln betätigbar. In dem letzteren Fall wird jener Rohrleitungsschalter betätigt, der auf der Druckseite der Pumpe angeordnet ist.

Ein auf der Pumpe 19 montierter Servomotor 40 trägt auf seiner Antriebswelle ein nicht gezeigtes Ritzel, das mit einer ebenfalls nicht gezeigten Zahnstange kämmt, die in Gleitführungen eines an der Pumpe 19 befestigten Zahnstangengehäuses 41 ruht.

Die Zahnstange ist an beiden Enden mit je einem Betätigungshebel für einen Rohrleitungsschalter verbunden, so dass bei Bewegung der Zahnstange in der einen Richtung der eine Rohrleitungsschalter vollständig geöffnet und der andere Rohrleitungsschalter in eine Stellung, in der er teilweise geschlossen ist, bewegt wird, und umgekehrt.

Auf der Läuferwelle 28 ist beispielsweise an der mit 42 bezeichneten Stelle ein mehrpoliger Dauermagnet 43 aufgekeilt (s. Fig. 4), der den Anker eines Tachogenerators 46 bildet, dessen Ständer einen den Anker umgebenden Wicklungsträger 44 besitzt, der gegen Drehung gehalten und mit mehreren Einzelwicklungen 45 versehen ist.

Die Wicklungen sind derart in Reihe und bzw. oder parallelgeschaltet, dass sie eine optimale Spannung von relativ hoher Frequenz abgeben.

An den Ausgang des Tachogenerators 46 ist eine Einrichtung nach Fig. 5 angeschlossen, an deren Eingang A, B die vom Tachogenerator 46 gelieferte Spannung gelegt ist.

Diese Spannung wird zunächst vollweggleichgerichtet und durch den Widerstand rund den Kondensator C geglättet. Die eine von dem Gleichrichter kommende Leitung enthält einen Widerstand R, dem ein Regelwiderstand Ra und ein Kondensator C, parallelgeschaltet sind.

Diese Anordnung setzt die Geschwindigkeit der Spannungsveränderung herab und bewirkt somit eine wirksame Herabsetzung eines etwa auftretenden Pendeln. Die andere von dem Gleichrichter kommende Leitung wird auf die Bezugsspannung der Leitung M stabilisiert. Die von dem Gleichrichter kommende, eine nicht stabilisierte Spannung führende Leitung ist an die Basis eines Transistors Tl über einen Widerstand R angeschlossen, an dem die Spannung in dieser Leitung mit einer vorherbestimmten, vollweggleich-
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wird,Basis-Stromstärke dieses Transistors und damit auch die Kollektor - Emitter - Stromstärke eines mit ihm in Kaskade geschalteten zweiten Transistors T, verändert.

Die Ausgangsleitung des zweiten Transistors T, kann an den Stellen 0, E zur Einschaltung eines Reduzierwiderstandes aufgetrennt werden, um den Ausgang des zweiten Transistors T, herabzusetzen. Unabhängig davon, ob ein Reduzierwiderstand in der Schaltung vorgesehen ist oder nicht, wird das an dem Punkt F vorhandene Potential über den Widerstand R9 an die Basis des Ausgangstransistors Ta angelegt. Der Ausgang des Transistors T wird an dem Widerstand RIO mit einer von der Spannungsquelle S gelieferten gegenpoligen Spannung verglichen. Bei genügend hohem Potential fliesst ein Strom durch den Schalter Sz und von dem Punkt G zu dem Anker des Servomotors 40, von wo er zu dem Punkt H zurückfliesst, so dass der Stromkreis ge- schlossen ist.

Bei genügend starkem Ausgang des Transistors T3 wird an einen mit ihm in einer Differen-
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kein Strom in dem Anker des Servomotors fliesst. Die Feldwicklung des Servomotors wird an die Speiseleitung M und an den Punkt I angeschlossen und mit einer konstanten Spannung versorgt.

Durch Veränderung von R6 kann der stationäre Zustand bei verschiedenen Ausgängen des Tachogenerators 46, d. h. bei verschiedenen gewünschten Drehzahlen der Läuferwelle 28 erzielt werden. Durch Ver- änderung des Widerstandes R 3 wird das Pendeln verstärkt oder geschwächt. Der Umschalter S wird bei einer Umsteuerung des Motors betätigt.

Mit einer derartigen Schaltung kann die Drehzahl der Läuferwelle innerhalb von 2bis 4% eines Soll-

wertes geregelt werden.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die Einzelheiten des vorstehend beschriebenen Ausfüh- rungsbeispiels beschränkt. So kann man beispielsweise für die Steuerung des Servomotors eine viel einfa- chere Schaltung vorsehen, wie sie in den Fig. 6 und 7 gezeigt ist. Hier wird der Ausgang des Tachogene- rators 46 gleichgerichtet und an eine Flip-Flop-Schaltung 47 mit Drehspule angelegt. Ein Kontaktarm 48 legt sich an den einen oder den andern von zwei einstellbaren Kontakten 49,50 an, so dass dem Servomo- tor 40 Strom zugeführt und dessen Anker gedreht wird und die Betätigungshebel für die Rohrleitungsschal- ter in der gewünschten Weise betätigt werden.

Der Drehung der Spule wirkt eine geeignete Federbelastung entgegen. Mit Hilfe eines Regelwider- standes R13kann die drehzahlabhängige Einrichtung auf eine gewünschte Drehzahl eingestellt werden.

Fig. 8 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemässen Elektromotors mit rotierendem
Ständer. Die Konstruktion dieses Motors ähnelt der nach den Fig. 1 und 2, doch ist der Motor hier nicht mit einer hydraulischen Pumpe gekuppelt, sondern mit einem Kreiselluftgebläse 47a. Der Ausgang eines
Tachogenerators oder einer ähnlichen drehzahlabhängigen Einrichtung, die nicht gezeigt ist, aber ähn- lich wie der Tachogenerator 46 ausgebildet sein kann, dient zur Steuerung der Bewegung eines nicht ge- zeigten, das Gebläse umgebenden Gehäuses, wodurch die Luftströmung gedrosselt und die durch das Ge- bläse auf den Ständer zur Wirkung gebrachte Belastung erhöht wird.

Die Belastung des Ständers kann auch mit Hilfe einer an Stelle des Gebläses vorgesehenen Anordnung von Dauermagneten bewirkt werden, die auf einem Tragorgan vorgesehen sind, das an Stelle des Gebläses vorgesehen und mit dem Ständer drehfest verbunden ist. In diesem Fall wird die drehzahlabhängige Ein- richtung dazu verwendet, andere, radial beweglich angeordnete Dauermagneten zu den auf dem Trag- organ angeordneten Dauermagneten hin oder von ihnen weg zu bewegen, wobei die Belastung des Stän- ders von dem Abstand zwischen diesen beiden Gruppen von Dauermagneten abhängig ist.

In einer andern Ausführungsform kann der drehzahlveränderliche Elektromotor zum Antrieb von zwei Aufspulspindeln verwendet werden, wobei die eine Spindel von dem Läufer und die andere von dem Stän- der angetrieben wird. Wenn die Spulen ungleichphasig angetrieben werden sollen, so dass die eine halb voll ist, wenn die andere leer ist, und umgekehrt, ist die Belastung des Läufers bzw. des Ständers seiner Solldrehzahl umgekehrt proportional. Das ist besonders vorteilhaft, weil bei einer konstanten Aufspulge- schwindigkeit des Garns die Gefähr eines Garnbruchs verringert wird. Wenn eine Spule leer oder nur teil- weise gefüllt ist, dreht sie sich infolge der Belastung des mit ihrer Spindel gekuppelten Läufers oder Ständers schneller als eine halb oder fast ganz gefüllte Spule, die mit dem andern rotierenden Teil des Motors gekuppelt ist.

Auf diese Weise wird eine fast konstante Aufspulgeschwindigkeit des Garns erzielt.

Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform einer drehzahlabhängigen Einrichtung. Diese Einrichtung arbeitet hier völlig mechanisch und stellt eine abgeänderte Ausführungsform eines Fliehkraftreglers dar, der beispielsweise über ein Kegelradgetriebe 48a angetrieben wird und dessen Schwunggewichte 49a bei Rotation sich auswärts zu bewegen trachten. Die Schwunggewichte sind mit Lenkern 50a mit einem an der Reglerwelle 52 befestigten Flansch 51 und mit Lenkern 53 mit einer auf der Welle 52 verschiebbaren Muffe 54 verbunden.

Die Muffe 54 ist beispielsweise mit den Betätigungshebeln für die Rohrleitungsschalter mechanisch gekuppelt (wenn der Regler in der Anordnung nach Fig. 1 und 2 verwendet wird), oder mit einem Gehäuse eines Gebläses oder einem radialverschiebbaren Träger für einen Dauermagneten (je nach der Ausführungsform, in welcher der Regler verwendet wird). Die Bewegung der Muffe wirkt daher auf die Einrichtung zur Veränderung der Belastung des Ständers in dem erforderlichen Sinne ein.

Ein einfacher Regler ist jedoch nur für eine einzige Drehzahl geeignet. In dem dargestellten Regler ist daher die Federbelastung der Muffe 54 veränderlich. Eine unterhalb des Reglers angeordnete Nockenwelle 55 trägt mehrere Nocken 56, die auf einen Arm je eines doppelarmigen Hebels 57 wirken, dessen anderer Arm über eine Zugfeder 59 mit einer von der Muffe 54 getragenen Platte 58 verbunden ist. Bei Drehung der Nockenwelle 55 wirken eine oder mehrere der Nocken 56 auf die ihnen zugeordneten Hebel ein, wodurch die Federbelastung der Muffe 54 verändert wird.

PATENT ANSPRÜCHE :
1. Drehzahlveränderlicher Elektromotor, in dem sowohl der Läufer als auch der Ständer drehbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine von der Drehzahl des Läufers oder Ständers abhängige Einrichtung vorgesehen ist, mit der eine Belastungseinrichtung betätigbar ist, mit der die Belastung des Läufers oder des Ständers zur Veränderung seiner Drehzahl veränderbar ist.

Claims

2. Drehzahlveränderlicher Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor <Desc/Clms Page number 4> ein vollkommen geschlossener Induktionsmotor mit Käfiganker ist.

3. Drehzahlveränderlicher Elektromotor nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, dass der Ständer eine an ihn angelegte veränderliche Belastung aufweist und der Läufer eine Abtriebswelle be- sitzt.

4. Drehzahlveränderlicher Elektromotor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die drehzahlabhängige Einrichtung von der Drehzahl des Läufers abhängig ist.

5. Drehzahlveränderlicher Elektromotor nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die drehzahlabhängige Einrichtung ein Tachogenerator ist, die einen auf die Läuferwelle aufgekeilten mehr- poligen Dauermagneten und einen diesen umgebenden ortsfesten Teil aufweist, der mehrere einzelne Wicklungen trägt.

6. Drehzahlveränderlicher Elektromotor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Ausgang des Tachogenerators an einen Gleichrichter angeschlossen ist.

7. Drehzahlveränderlicher Elektromotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die gleichgerichtete Ausgangsspannung des Tachogenerators mit der Spannung einer stabilisierten Stromquelle verglichen, die Differenz verstärkt und einem Servomotor zugeführt wird.

8. Drehzahlveränderlicher Elektromotor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der gleichgerichtete Ausgang des Tachogenerators an eine Flip-Flop-Schaltung mit Drehspule angelegt wird, die je nach der Stellung eines Kontaktarmes dieser-Schaltung einen Servomotor steuert.

9. Drehzahlveränderlicher Elektromotor nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Servomotor eine Veränderung der Belastung des Ständers oder des Läufers bewirkt.

10. Drehzahlveränderlicher Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Belastung durch eine hydraulische Pumpe bewirkt wird, die von Rohrleitungsschaltern gesteuert wird.

11. Drehzahlveränderlicher Elektromotor nach den Ansprüchen 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Servomotor über eine Zahnstange und ein Ritzel einen Betätigungshebel für einen Rohrleitungsschalter derart bewegt, dass ein die Strömung des von der Pumpe geförderten Mediums steuernder Rohrleitungsschalter geöffnet oder geschlossen wird.

12. Drehzahlveränderlicher Elektromotor nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe umsteuerbar ist.

13. Drehzahlveränderlicher Elektromotor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in jeder der an die beiden Seiten der Pumpe angeschlossenen Leitungen ein Rohrleitungsschalter angeordnet ist und der Servomotor nur den auf der Druckseite der Pumpe angeordneten Rohrleitungsschalter betätigt.

14. Drehzahlveränderlicher Elektromotor nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse des Motors einen Behälter aufweist, der über Rohrleitungen mit der Pumpe verbunden ist.

15. Drehzahlveränderlicher Elektromotor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Behälter mehrere Kühlrohre aufweist, durch welche Luft hindurchgedrückt werden kann.

16. Drehzahlveränderlicher Elektromotor nach Anspruch 4 oder einem der von ihm abhängigen Ansprüche, mit Ausnahme des Anspruches 5 oder der von ihm abhängigen Anspruche, dadurch gekennzeichnet, dass als drehzahlabhängige Einrichtung ein Fliehkraftregler mit veränderlicher elastischer Belastung vorgesehen ist.

17. Drehzahlveränderlicher Elektromotor nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die ver- änderliche elastische Belastung des Reglers durch eine Nockenwelle bewirkt wird, deren Nocken auf einen Arm je eines doppelarmigen Hebels wirken, wobei diese Hebel über je eine Feder mit einer Platte verbunden sind, die von einer auf der Reglerwelle verschiebbaren Muffe getragen wird.

18. Drehzahlveränderlicher Elektromotor nach einem der Ansprüche 1 bis 17, mit Ausnahme des Anspruches 10 oder eines von ihm abhängigen Anspruches, dadurch gekennzeichnet, dass die Belastung des Ständers oder des Läufers durch ein Kreiselgebläse bewirkt wird, das ein verschiebbares Gehäuse besitzt, durch dessen Verschiebung die von dem Gebläse abgegebene Luftströmung verschieden stark gedrosselt werden kann.

19. Drehzahlveränderlicher Elektromotor nach einem derAnsprüche l bis 17, mit Ausnahme des Anspruches 10 oder eines von ihm abhängigen Anspruches, dadurch gekennzeichnet, dass die Belastung des Ständers oder des Läufers durch ein Tragorgan, welches Dauermagnete trägt, und mehrere um das Tragorgan herum angeordnete, radialverschiebbare weitere Dauermagneten bewirkt wird, deren Abstand von <Desc/Clms Page number 5> dem den Dauermagneten, die von dem Tragorgan getragen werden, die Belastung des Ständers oder des Läufers bestimmt.