CH419315A - Vorrichtung zum Steuern von Elektromotoren - Google Patents

Description

  Vorrichtung     zum        Steuern    von Elektromotoren    Bei den gebräuchlichen     Elektromotoren    stellt ein  auf der     Ankerwelle        angeordneter    Kollektor über auf  ihm     schleifende    feststehende Bürsten die     Verbindung          zwischen        Ankerwicklung    und äusserem     Stromkreis     dar. Die Nachteile dieser     .Anordnung    sind zahlreich.

    Der     Stromübergang    ist nicht     zuletzt    durch die infolge  der     Reiburig    .auftretende     Abnützung        vergleichsweise     schlecht, und eiergeben sich     Funkenbildungen    mit  ihren     nachteiligen    Folgen, sowie beträchtliche Geräu  sche.

   Andererseits ist der Kollektor vielfach die  Ursache     vorn    beträchtlichen     .Anlaufschwierigkeiten.          Schliesslich    vermögen die mit einem Kollektor arbei  tenden Motoren     dien    heutigen     Anforderungen    der  Regeltechnik, insbesondere hinsichtlich der Dreh       zahlregelung,    in keiner Weise mehr gerecht zu     wer-          de-n.     



  Hieraus stellt sich der     Erfindung    die Aufgabe,     ,die     Gebrauchseigenschaften der bekannten Elektromoto  ren in der Weise entscheidend zu verbessern,     .dass    mit       einem    Verzicht auf einen Stromübergang im Kollek  tor die dadurch bedingten     Nachteile    beseitigt werden,  die andernfalls nur durch einen     ausserordentlich,          grossen,    Aufwand teilweise zu beheben sind.  



  Zur Lösung der gestellten Aufgabe sieht die Er  findung vor, dass jede     Stromzuführung    ein Steuerele  ment aufweist, das     während        eines    bestimmten Win  kelbereiches des Umlaufs des polarisierten Ankers  durch einen     Oszillator        steuerbar    ist, dessen Lei  stungsübertragung in     Abhängigkeit    vom Ankerum  lauf steuerbar ist, und dass die n Steuerelemente     in,     einem Winkel von 360 /n angeordnet sind.  



  An die Stelle des Kollektors treten damit die  Steuerelemente, die wiederum in     funktioneller    Ab  hängigkeit vom     Ankerumlauf    .arbeiten. In einem be  sonders     einfachen    Fall beträgt die Zahl n der Steuer-         elemente    3. Sie kann jedoch auch zahlreiche     ,andere          Werte    .annehmen.  



  In     Weiterbildung    dieses allgemeinen Grundge  dankens der     Erfindung    ist bei einer praktischen     Aus-          fÜhrungsform    vorgesehen, dass jedem Steuerelement  ein     Oszillator        zugeordnet    ist, deren     Schwsngkreisspu-          len    im     Wirkungsibereich    einer mit dem     Anker    umlau  fenden     Blende    liegen, die jeweils mindestens einen  der Schwingkreise     dämpft.     



  Diese Ausbildung ermöglicht die Steuerung des  Motors     allein    ,auf induktivem Wege,     sodass    sich ein  Höchstmass an Betriebssicherheit und eine ausseror  dentliche Präzision der     Wirkungsweise    ergeben, wie  sie für zahlreiche Anwendungsgebiete, insbesondere  in der Regeltechnik,     unabdingbare    Voraussetzungen  sind.

       Gelangt        .beispielsweise    die     Schwingkreisspule     ,des in, Betrieb     befindlichen        Oszillators    unter die Ein  wirkung .der umlaufenden Blende, so wirkt sich die  dadurch     hervorgerufene        Dämpfungdahingehend    aus,  dass kein     Hochfrequenzstrom    mehr erzeugt wird und  das     Steuerelement        vollen    Strom führen kann.  



  Im Rahmender Ausführungsbeispiele der Erfin  dung ergibt sich: insofern .eine weitere Möglichkeit,  als bei einem anderen     Ausführungsbeispiel    den n       Steuerelementen    ein gemeinsamer     Oszillator    als       Schwingungserzeuger    zugeordnet ist, dessen Aus  gangsspannung jeweils     mindestens    einem der Steuer  elemente     einkoppelbar    ist. Dabei     erfolgt    ein Strom  fluss     in    .den .Steuerelementen     jeweils        dann,    wenn das  Koppelelement beim.

   Umlauf des Ankers in Wir  kungsverbindung mit den     Steuerelementen        gelangt.     Dieser     Stromfluss    löst     dann    den gewünschten     Steuer-          vorgang,aus.     



  Es hat sich als     zweckmässig    erwiesen, die Anord  nung     @so    zu     treffen,    dass -die Steuerelemente einen       Transistor    als Schalter aufweisen. Stattdessen kann      aber auch ein     in,    einer     Schutzgasatmosphäre        befinddi-          cher        Kontakt    als Schalter Verwendung     finden,    wie  die     Erfindung    in weiterer     Ausgestaltung    vorsieht.

    Welchem dieser     Elemente    jeweils der     Vorzug    gege  ben     wird,    richtet -sich ganz nach den gestellten. Anfor  derungen.  



  Die mit dem Anker     umlaufende    Blende besteht  bei einem anderen     Ausführungsbeispiel    der     Erfin     düng aus einer     einflachen    Blechfahne.     .Sie    kann aber  auch aus einer     Dämpfungsspule    bestehen, die mit  dem Anker rotiert. In jedem     Fall        mu        ss    die     Dämpfung     der     einzelnen        Oszillatoren    so weit     ;gehen,        idass        die     diesen zugeordneten.

   Steuerelemente .ansprechen     kön          nen.     



  Es ist weiter     im    Rahmen der Erfindung möglich,       dass    die Kopplung induktiv     erfolgt.    Besondere Vor  teile bietet dabei die in     Weiterbildung        @dieses    Gedan  kens     gemäss    der     Erfindung    vorgesehene     Anordnung     einer Koppelspule. An deren     Stelle    kann jedoch     zur     Kopplung auch ein     HF-Eisenjoch    Verwendung fin  den.  



  Für bestimmte     Anwendungsfälle    kann die der  Erfindung zugrunde liegende Aufgabe fauch unter Zu  hilfenahme einer     kapazitiven    Kopplung gelöst wer  den.  



  In weiterer     Ausgesüalbung    der Erfindung kann       eines    der mit Odem Anker umlaufenden, Strom füh  renden Elemente ,einen     Fliehkraftschaher        aufweisen,     der .eine Steuerfunktion ,auf das oder die jeweiligen  Steuerelemente ausübt.

   Damit     kann.    der     jankerabhän-          gigen    Steuerung     für    die Steuerelemente ein Schaltor  gan zugeordnet werden, das infolge seiner     geringen          Kontaktbelastungeinen    besonders genau arbeitenden  Drehzahlfühler     bildet,    der     :beispielsweise    :

  den Strom  fluss durch die Koppelspule oder aber die     Dämp-          fungsspule,    die     jeweils    mit dem Anker     umlaufen,    un  terbricht, so     dass    im einen Fall die Dämpfung un  wirksam und im anderen     Fall    die Kopplung stromlos  wird.  



  Mit dieser. Ausbildung kann die Erfindung     inso-          fern    Bedeutung gewinnen,     als    auf diese Weise näm  lich eine     Drehzahlregelung    ,ermöglicht     wird,    die  höchsten Ansprüchen gerecht zu werden vermag     und     die nur einen     minimalen        Aufwand    erfordert,     denn    der  gewünschte Erfolg stellt sich bereits     @dadurch    ein,     dass     der Grundaufbau der     Steuerung    nur um einen ebenso  einfachen wie wirkungsvollen     Fliehkraftregler    er  gänzt wird.

   Diese Vorrichtung     vereinigt    in     !sich        die          Vorzüge    :des     kollektorlosen        Betriebs    mit denjenigen  der höchsten     Ansprech-    und     Regelgenauigkeit.     



  Weitere Merkmale,     Einzelheiten    und Vorteile       bevorzugter        Ausführungsformen    der     Erfindung    erge  ben sich :aus der folgenden Beschreibung,     @derselben     sowie anhand der. Zeichnung. Hierbei zeigen:       Fig.    1 -das     Schaltbild    einer ersten     Ausführungs-          form;          Fig.    2 das     Schaltbild    einer zweiten Ausführungs  form und       Fig.3    eine schematische     Teildarstellung    eines  gemäss     Fig.    2 geschalteten Motors.

      Die     Stromzuführungen    ödes mit M     bezeichneten     Motors     sind    bei 1, 2 und 3 angedeutet, und :es ist     wei-          terdargestellt,    dass in diese     Stromzuführungen    je ein       Steuerelement        in.    Formeines mit einem Transistor 4  bestückten Schalters 5 einbezogen ist. Dieser Schalter  5 vereinigt in sich weiter die     erforderlichen    Wider  stände sowie einen Kondensator und einen Gleich  richter.

   Jedem dieser Steuerelemente 5 ist ein     Oszil-          lator    6 von an sich     bekannter        Ausführung    zugeord  net,     dessen        Schwingkreisspule    mit 7 bezeichnet ist.  Der     Oszillator    erzeugt einen HF-Strom und     bewirkt          dadurch    -ein Öffnen     ides    Schalters 5, sodass der       Stromzufluss    durch die     einzelnen    Zuleitungen 1, 2  oder 3 unterbrochen wird.  



  Gemäss der     Fig.    1 sind, entsprechend den drei       Stromzuführungen,    1 bis 3, die Steuerelemente 5 um  jeweils 360 /n = l20      gegeneinander    räumlich ver  setzt     ,angeordnet.     



  Mit dem in der Schemazeichnung nicht wiederge  gebenen Anker des Motors. M, dessen Umlaufrich  tung beispielsweise dem     ;Pfeil    8 entspricht, läuft eine  Blende um, die in Form- eines     Dämpfungskreises    9  mit einem, Widerstand und einer Spule 10 versehen  ist. Zur     Drehzahlregelung    ist     -ausserdem    noch ein       Fliehkraftreglerschalter    11 in     Aden        Dämpfungskreis    9  einbezogen.  



  Läuft der Motor M im Betrieb in     .Pfeilrichtung    8  um., so wirkt die mit     @dein    Anker umlaufende     Dämp-          fungsspul:e    10 nacheinander auf. die Schwingkreis  spule 7 des     jeweiligen        Oszilllators    6 ein. Das hat     zur     Folge, dass die     HF-Strom-Erzeugung    durch den       Oszillator    unterbrochen wird,     sodass    der diesem       Oszillator    zugeordnete Schalter 5 vollen Strom ziehen  kann.

   Dieses Spiel wiederholt sich mit dem Umlauf  ,des     Dämpfungskreise,s    9 .bei jedem der dargestellten       idrei    Steuerelemente     bzw.deren        Oszillatoren    von  neuem, so dass sich hieraus eine wirkungsvolle und       ausserordentlich    zuverlässig arbeitende Motorsteue  rung ergibt.  



  Steigt dabei die Drehzahl des Ankers über einen       vorbestimmten    Wert an., so öffnet der Schalter 11  unter (der     Wirkung        der    Zentrifugalkraft, d.     h.    die von  der Spule 10 .ausgehende     Dämpfungswirkung    wird  momentan unterbrochen, so d ass der jeweils im Ein  wirkungsbereich der Spule 10 des     Dämpfungskreises     9 liegende     Oszillator    6     weiterschwingt    und     mithin    der       jeweilige        ,Schalter    5 geöffnet ist.

   Sinkt dabei infolge  ,der unterbrochenen     .Stromzufuhr    zum Motor dessen  Drehzahl entsprechend ab,     schliesst    der Fliehkraft  schalter w; im vorbestimmten Drehzahlbereich wie  der, so     dass    der     Dämpfungskreis    9     wieder    funktions  fähig     ist.     



  Die     Fig.    2 gibt     einte        Schaltung    mit n = 3     Steuer-          elementen        in    Form     -der    mit 5 bezeichneten Schalter  wieder, die     ebenfalls    mit Transistoren 4 bestückt     sind     und je eine Koppelspule .aufweisen.     Hierfür        kommen     gegebenenfalls einfache     HF-    bzw.     Ferritkern-Spulen     in Frage.

   Den drei     Steuerelementen    5 ist bei dieser       Ausführungsform    der Erfindung ein     gemeinsamer          Oszillator        zugeordnet,    der     insgesamt    mit 13     bezeichnet         ist und     dessen        Schwingkreisspule    14, wie insbeson  dere     Fig.    3     zeigt,    um die     Ankerwelle    15     angeordnet     ist.

   Mit dieser     Ankerwelle    15 ist     ein,    Koppelspulen  paar 16 verbunden,     Idas    neben der     ausserhalb    auf  dem     Lagerschild    17 des Motors     gelagerten    HF-Spulen  14 umläuft und dabei     nacheinander    in den Wirkungs  bereich je .einer der     Einkoppelspulen    12 der Steuer  elemente 5 gelangt.

   Es bildet     sich        dabei    in     einer    der  Koppelspulen 12 ein     Stromfluss        aus"    der jedoch so  fort wieder unterbrochen wird, worauf     allerdings    die  nachfolgende Koppelspule Strom führt. Auch hier  sind die beispielsweise dargestellten drei Koppelspu  len 12 um je einen     Winkel    von, 120  gegeneinander  versetzt.     Damit    wiederholt sich das Spiel     beim    Um  laufen     der        Koppelspule    16 in Pfeilrichtung 8 in     regel-          mässigen    Abständen.  



  Wie bei der     Ausführungsform    nach     Fig.    1 kann  auch :das     umlaufende        Koppelspulenpaar    16 einen       Fliehkraftschalter    11 aufweisen, der öffnet, wenn die  Drehzahl oder Ankerwelle 15 über einen vorbestimm  ten Wert ansteigt und im anderen Fall geschlossen  bleibt.  



       Selbstverständlich    ist die Erfindung nicht auf die  im Vorstehenden beschriebenen und in der Zeich  nung wiedergegebenen Ausführungsformen     bie-          schränkt,    sondern es     sind        demgegenüber    zahlreiche  Abänderungen möglich, ohne dass diese vom Grund  gedanken d er     Erfindung    abweichen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH Vorrichtung zum Steuern von Elektromotoren, dadurch gekennzeichnet, .dass jede Stromzuführung (1, 2, 3) ein Steuerelement (5) aufweist, das während eines bestimmten Winkelbereichs des Umlaufs des polarisierten Ankers durch einen Oszillator (6 bzw. 13) steuerbar ist, dessen Leistungsübertragung in A<B>b</B> hängigkeit vom Ankerumlauf steuerbar ist, und dass die n Steuerelemente in einem Winkel von 360 /n angeordnet sind.

   UNTERANSPRÜCHE 1. Vorrichtung nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, .dass jedem Steuerelement (5) ein Oszillator (6) zugeordnet ist, deren Schwingkreisspu- len (7) im Wirkungsbereich einer mit dem Anker um laufenden Blende liegen, die jeweils mindestens einer der Schwingkreise dämpft. 2. Vorrichtung nach.

   Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass den n Steuerelementen (5) ein gemeinsamer Oszillator (13) zugeordnet ist, dessen Ausgangsspannung jeweils mindestens einem der Steuerelemente (5) einkoppelbar ist. 3. Vorrichtung nach Patentanspruch und Unter ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelemente (5) einen Transistor (4) als Schalt organ aufweisen. 4.

   Vorrichtung nach Patentanspruch und Unter ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass ,die Steuerelemente (5) einen in einer Schutzgasatmo- sphäre befindlichen Kontakt :als Schaltorgan aufwei sen. 5. Vorrichtung nach Unteransprüchen 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende aus einer Blechfahne besteht. 6. Vorrichtung nach Unteransprüchen 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Blende aus einer Dämpfungs#spule (10) besteht. 7.

   Vorrichtung nach Unteransprüchen 2-4, da durch gekennzeichnet, dass die Kopplung induktiv erfolgt. B. Vorrichtung nach Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kopplung eine Koppelspule (16) dient. 9. Vorrichtung nach Unteransprüchen 2-4, da ,durch gekennzeichnet, dass die Kopplung kapazitiv erfolgt. 10. Vorrichtung nach Unteranspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kopplung ein HF-Eisenjoch dient. 11.

   Vorrichtung nach dem Patentanspruch und Unteransprüchen 1-10, dadurch gekennzeichnet, dass ein mit dem Anker umlaufendes stromführendes Element (9 bzw. 16) .einen Fliehkraftschalter (11) au weist, oder eine Steuerfunktion auf das oder die jeweiligen Steuerelemente (5) ausübt. 12. Vorrichtung nach Unteranspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Fliehkraftschalter (11) in ,der Dämpfungsspule (9) angeordnet ist.

   13. Vorrichtung nach Unteranspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Fliehkraftschalter in der Koppelspule (16) angeordnet ist.