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Gleichstromgespeister Elektromotor, dessen Drehzahl durch eine Hilfsspannung synchro- nisiert ist
Die Erfindung bezieht sich auf einen gleichstromgespeisten Elektromotor mit gewickeltem oder aus permanenten Magneten bestehendem Stator, dessen Drehzahl durch eine Hilfsspannung synchronisiert ist.
Die bisher bekannten, mit Gleichstrom angetriebenen Elektromotoren ändern die Drehzahl ihrer Welle in Abhängigkeit von Belastungsänderungen. In Fällen, in welchen der mit Gleichstrom gespeiste Elektromotor zum Antrieb von Einrichtungen verwendet wird, bei denen die Drehzahländerungen unerwünscht sind, ist es notwendig, diesem noch verschiedene mechanische Regler zuzuordnen, welche aber die Drehzahl nur innerhalb gewisser Toleranzen halten, wobei diese Toleranzen und gegebenenfalls auch der Sollwert der Drehzahl im Laufe der Zeit noch gewissen Änderungen unterliegen. Die Benutzung von mechanischen Reglern hat sich besonders dann als nachteilig erwiesen, wenn die Drehzahlregelung eines mit Gleichstrom gespeisten Elektromotors in mehreren Stufen erfolgen soll.
Zur Erzielung einer höheren Genauigkeit der Drehzahlregelung ist ein Verfahren bekannt, bei welchem auf der Welle des Elektromotors so viele einzelne Regler angeordnet sind, als Drehzahlstufen bei der Regelung erzielt werden sollen. Dabei ist immer nur einer von diesen Reglern tätig. Diese Einrichtung ist sehr umfangreich, wobei die oben erwähnten Nachteile eines einzigen Reglers trotzdem in jedem Fall erhalten bleiben. Bei kleinen Apparaten ist so die Anwendung von mit Gleichstrom gespeisten Elektromotoren mit zusätzlichen Einrichtungen erschwert und manchmal auch unmöglich gemacht.
Aus der deutschen Patentschrift Nr. 517190 ist ferner eine Einrichtung zur Drehzahlregelung elektrischer Motoren bekanntgeworden, bei welcher das Feld eines Nebenschlussmotors durch Stromimpulse mittels einer intermittierenden Spannung beeinflusst wird. Diese intermittierende Spannung wird durch einen mechanischen Schwingungskreis, z. B. eine Stimmgabel erregt und an ein schmales Kontaktsegment eines mit dem Motor verbundenen Kollektors gelegt. Diesem Kontaktsegment sind mehrere Bürsten zugeordnet, an welchen verschieden grosse Widerstände angeschlossen sind. Entsprechend der Phasenverschiebung zwischen der intermittierenden Spannung und der Stellung des Kontaktsegmentes fliesst nun der Strom über die eine oder andere Bürste, so dass die Wirkung auf den Motor verschieden gross wird.
Diese Anordnung ist sehr kompliziert und die Funkenbildung, die an der intermittierenden Spannungsquelle entsteht, macht die Verwendung dieses Motors für kinematographische Aufnahmekamera mit eingebauter Tonbandaufnahmeeinrichtung unmöglich.
Die österr. Patentschrift Nr. 219129 beschreibt einen Kollektormotor, bei welchem zur Synchronisierung eine Wechselspannung an eine zusätzliche Ständerwicklung gelegt wird, die auf einem eigenen Ständerblechpaket samt Joch angeordnet ist. Für die Unterbringung dieser zusätzlichen Wicklung muss der Stator in axialer Richtung verlängert werden. Der Rotor ist ebenfalls in axialer Richtung durch einen mit der Synchronisierwicklung zusammenarbeitenden Permanentmagnetring ergänzt. Durch diese zusätzlichen Einrichtungen hat aber ein solcher Motor wesentlich vergrösserte axiale Abmessungen und auch ein grösseres Gewicht, was besonders bei transportablen Geräten, insbesondere Amateurgeräten, nachteilig ist.
Die angeführten Nachteile werden bei dem eingangs beschriebenen Elektromotor erfindungsgemäss dadurch beseitigt, dass an die Rotorwicklungen eine synchronisierte Hillswechselspannung von einer besonderen Wechselstromquelle angelegt wird, wobei die Leistung dieser Wechselstromquelle höchstens 20% der der Gleichstromquelle (6) beträgt. Die Wicklungen des Rotors sind entweder selbständig für Gleichund Wechselspannung ausgeführt oder eine Ableitung der beiden Wicklungen ist gemeinsam, oder die Gleich- und Wechselspannung wird an die einzige gemeinsame Wicklung des Rotors angelegt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in der Zeichnung schematisch veranschaulicht. Es zeigen Fig. 1 einen Gleichstrom-Elektromotor, dessen Stator aus einem permanenten Magneten besteht und dessen Rotor mit einer zusätzlichen Wicklung versehen ist und Fig. 2 einen Gleichstrom-Elektromotor, dessen Stator aus einem permanenten Magneten besteht und dessen Rotorwicklung für Gleich- und Wechselstrom gemeinsam ist.
In der Fig. 1 wird ein Gleichstrom-Elektromotor veranschaulicht, dessen zwei Polschuhe 1 durch permanente Magnete gebildet werden und an dessen Rotor zwei getrennte Wicklungen 2 und 7 angebracht
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sind. Die Wicklung 2 wird durch Gleichstromquelle 6 über einen Kommutator 3 gespeist, die Wicklung 7 wird über die Kollektorringe 4 mit der Wechselstromquelle 5 gekuppelt.
In der Fig. 2 wird schematisch ein Gleichstrom-Elektromotor dargestellt, welcher im wesentlichen mit dem in der Fig. 1 veranschaulichten Elektromotor übereinstimmt. Der Rotor dieses Elektromotors ist nur mit einer einzigen Wicklung 2 versehen, wobei jedes der Enden dieser Wicklung mit einem der selbständigen Kollektorringe 4 verbunden ist, welche ähnlich wie in der Fig. 1 auch mit der Wechselstromquelle 5 und gleichzeitig jedes dieser Enden mit dem entsprechenden Kommutatorteil 3 gekuppelt sind.
Der erfindungsgemässe Elektromotor arbeitet so, dass nach dem Anlauf mittels des Gleichstroms seine Drehzahl sich im bestimmten Zeitabschnitt der gewünschten Synchrondrehzahl nähert, die durch die Konstruktion der Synchronisierwicklung 7, durch die Statorausführung und durch die Frequenz der Synchronisierspannung gegeben ist. Die Drehzahl des Elektromotors wird in den Synchronlauf geschaltet und auch dann erhalten, wenn die Belastung an dessen Welle geändert wird.
Der notwendige Wechselstrom- Leistungsbedarf beträgt dabei nur einen Bruchteil des Gleichstrom-Leistungsbedarfs, welcher zur Erzeugung des Drehmomentes nötig ist, wodurch sich der Elektromotor wesentlich von den bisher verwendeten synchro- nen Wechselstrom-Elektromotoren unterscheidet, bei denen der ganze zur Erzeugung des Drehmomentes benötigte Leistungsbedarf der Wechselstromquelle entnommen wird.
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Der Umstand, dass der notwendige Wechselstrom-Leistungsbedarf beim Erfindungsgegenstand nur einen Bruchteil des der Gleichstromquelle 6 entnommenen Gleichstrom-Leistungsbedarfs beträgt, ermöglicht die Konstruktion von kleinen, z. B. Transistor-Umformern, die durch die zum Elektromotorantrieb bestimmte Gleichstromquelle 6 gespeist werden. Es ist leicht möglich, die Frequenz der durch einen solchen Umformer gewonnenen Wechselspannung- (der Umformer ersetzt die Wechselspannungsquelle 5)-sinner- halb weiter Grenzen durch irgendeines der bekannten Verfahren (Kapazität, Widerstandsänderung, u. dgl.) zu ändern, so dass die Elektromotordrehzahl erfindungsgemäss leicht änderbar ist, wobei der eingestellte Wert eine sehr gute Konstanz aufweist und beliebig reproduzierbar ist.
Der erfindungsgemässe Elektromotor findet einen vielseitigen Anwendungsbereich überall dort, wo man einen zweckdienlichen, z. B. durch das Netz oder durch eine besondere Wechselspannungsquelle gespeisten Synchronmotor nicht anwenden kann. Besonders vorteilhaft ist die Anwendung bei kleinen transportablen Geräten mit Gleichstromquelle, wie es bei den kinematographischen Aufnahmekameras, transportablen Batterie-Magnettongeräten u. dgl. der Fall ist.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Gleichstromgespeister Elektromotor mit gewickeltem oder aus permanenten Magneten bestehendem Stator, dessen Drehzahl durch eine Hilfsspannung synchronisiert ist, dadurch gekennzeichnet, dass an die Rotorwicklungen (2, 7) eine synchronisierte Hilfs-Wechselspannung von einer besonderen Wechselstromquelle (5) angelegt wird, wobei die Leistung dieser Wechselstromquelle (5) höchstens 20% der der Gleichstromquelle (6) beträgt.