DE1106845B

DE1106845B - Follow-up control in which at least one distant auxiliary shaft follows a main shaft

Info

Publication number: DE1106845B
Application number: DEN17855A
Authority: DE
Inventors: Boudewijn Bollee
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1959-02-11
Filing date: 1960-02-08
Publication date: 1961-05-18
Also published as: GB883928A; BE587426A; FR1247733A

Description

Nachlaufsteuerung, bei der mindestens eine entfernte Nebenwelle einer Hauptwelle folgt Die Erfindung bezieht sich auf eine Nachlaufsteuerung, bei der mindestens eine entfernte Nebenwelle einer Hauptwelle folgt. Solche Vorrichtungen finden z. B. bei Zeitanlagen mit einer Mutteruhr, bei fernbedienten Wählschaltern, bei Schiffstelegraphen, Wetterfahnen mit Anzeigerose u. dgl. Verwendung. Bei solchen Anlagen ist ein Schrittantrieb der Nebenwelle häufig erforderlich oder wenigstens erwünscht, und die Erfindung bezweckt, eine einfache und zuverlässige Vorrichtung zu schaffen, die einen solchen Schrittantrieb gewährleistet.Follow-up control, in which at least one distant auxiliary shaft is a Main shaft follows The invention relates to a follow-up control in which at least one distant secondary shaft follows a main shaft. Such devices find z. B. with time systems with a master clock, with remote-controlled selector switches, in ship telegraphs, weather vanes with indicator rose and the like. In such Systems, a step drive of the auxiliary shaft is often required or at least is desired, and the invention aims to provide a simple and reliable device to create that ensures such a stepper drive.

Gemäß der Erfindung werden auf jeder Nebenwelle die Läufer von n untereinander gleichen Synchronmotoren befestigt, die je p Ständer und Läuferpolpaare aufweisen, wobei der Wert des Umfangswinkels zwischen diesen Polpaaren für jeden der n Motoren in jedem Augenblick verschieden ist. Auf der Hauptwelle sitzt ein Schaltarm, der bei Drehung dieser Welle nacheinander eine Anzahl q - v ia von Kontakten schließt, wobei y eine ganze Zahl ist, über die die Motoren in zyklischer Folge so erregt werden, daß bei jedem Kontaktschluß die Nebenwelle um einen Winkel von weitergedreht wird, wobei z = 1 oder 2.According to the invention, the rotors of n mutually identical synchronous motors are attached to each secondary shaft, each having p stator and rotor pole pairs, the value of the circumferential angle between these pole pairs for each of the n motors is different at each instant. On the main shaft there is a switching arm which, when this shaft rotates, closes a number q - v ia of contacts one after the other, where y is an integer over which the motors are excited in a cyclic sequence so that each time the contact closes, the secondary shaft turns an angle from is rotated further, where z = 1 or 2.

Dabei können gemäß der Erfindung Einphasensynchronmotoren Verwendung finden, deren Läufer Scheiben sind, bei denen wenigstens die Felge aus einem dauermagnetischen Material, z. B. Ferroxdur, besteht. Die Erregung der Ständer erfolgt dabei durch Gleichstrom.According to the invention, single-phase synchronous motors can be used find whose runners are discs, in which at least the rim is made of a permanent magnetic Material, e.g. B. Ferroxdur. The stand is excited by Direct current.

Das Auftreten von Funken an den Kontakten läßt sich dabei dadurch vermeiden, daß die Kontakte über die Eingangskreise von n Elektronenröhren verteilt werden, in deren Ausgangskreisen die n Ständerwicklungen liegen.The occurrence of sparks at the contacts can thereby avoid that the contacts are distributed over the input circuits of n electron tubes in whose output circles the n stator windings are located.

Die Vorrichtung nach der Erfindung kann auch für das ruckweise Fortbewegen von Filmen Verwendung finden, indem die Hauptwelle gleichförmig angetrieben wird und auf der Nebenwelle ein Filmgreiferglied befestigt wird.The device according to the invention can also be used for jerky movement of films can be used by driving the main shaft uniformly and a film gripper member is attached to the sub-shaft.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to the drawings.

Fig. 1 zeigt ein Beispiel des Antriebs einer Nebenwelle mit drei Ferroxdurmotoren mit Hilfe eines auf einer Hauptwelle befestigten Schaltarmes, der auf zwölf Kontakten schleift; Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung, bei der die Bewegung eines Schaltarmes mit sechs Lagen auf eine Nebenwelle mit drei Einphasenmotoren und vierundzwanzig Lagen übertragen wird; Fig. 3 zeigt eine Vorrichtung, bei der die Bewegung eines Schaltarmes mit acht Lagen auf eine Nebenwelle mit zwei Einphasenmotoren und sechzehn Lagen übertragen wird.Fig. 1 shows an example of the drive of a secondary shaft with three Ferroxdurmotoren with the help of a switching arm attached to a main shaft that has twelve contacts grinds; Fig. 2 shows a device in which the movement of a switching arm with six layers on a secondary shaft with three single-phase motors and twenty-four Layers is transferred; Fig. 3 shows a device in which the movement of a Shift arm with eight layers on a secondary shaft with two single-phase motors and sixteen Layers is transferred.

Bei der Nachlaufsteuerung nach Fig. 1 sind die Wellen von, drei gleichen Ferroxdurmotoren 1, 2 und 3 durch Scheibenkupplungen 4 und 5 zu einer einzigen starren Welle vereinigt. Der Läufer jedes dieser Motoren besteht aus einer auf der Welle sitzenden Scheibe 6 mit einer Felge 9 aus Ferroxdur. Der Ständer besteht aus einem geschichteten Kern 8 mit Polstücken 9 und 10, die am Umfang in unter rechtem Winkel abgebogenen Zähnen 11 bzw. 12 enden. Die Erregung des Ständers erfolgt mit Hilfe einer auf den. Kern 8 aufgeschobenen Wicklung 13.In the follow-up control according to FIG. 1, the waves of three are the same Ferroxdurmotoren 1, 2 and 3 by disk clutches 4 and 5 to a single rigid Wave united. The rotor of each of these motors consists of one on the shaft seated disc 6 with a rim 9 made of Ferroxdur. The stand consists of one layered core 8 with pole pieces 9 and 10 that are at right angles on the circumference Bent teeth 11 and 12 end. The excitation of the stand is done with the help one on the. Core 8 pushed-on winding 13.

Unter jedem der Motoren 1, 2 und 3 sind einige Ständerlagen 11 und 12 und daneben einige Rotorpole N und S in den gegenseitigen Lagen, die sie in einem bestimmten Augenblick einnehmen, in Abwicklung dargestellt. Die Zähne 11 und 12 der drei Motoren fluchten miteinander. Aus der Zeichnung ist ersichtlich, daß für den Motor 1 die Mittellinie des oberen N-Pols des Läufers mit dem oberen Ständerzahn 12 fluchtet, während die Läufer der Motoren 2 und 3 um die Winkel (p bzw. 2 p gegen ihre Läufer versetzt sind.Under each of the motors 1, 2 and 3 are some stator layers 11 and 12 and next to it some rotor poles N and S in the mutual positions that they in one take a certain moment, shown in the process. Teeth 11 and 12 of the three motors are aligned with each other. From the drawing it can be seen that for the motor 1 the center line of the upper N-pole of the rotor with the upper stator tooth 12 is aligned, while the rotors of motors 2 and 3 are aligned by the angles (p and 2 p against their runners are offset.

Die Größe des Winkels (p ist hierbei gleich elektrischen Graden, wenn n die Motorenzahl darstellt. Im betrachteten Falle ist somit der Winkel elektrische Grade, was Winkelgraden entspricht, wenn p die Anzahl der Polpaare jedes Motors darstellt. Ist somit P gleich 4, so ist cp = 30°, weil z = 1, wobei z die Zähnezahl des Ständers bedeutet. Werden die drei Ständer in der natürlichen Folge erregt, so drehen die drei Motoren während eines vollen Erregungszyklus die Nebenwelle nacheinander um drei Schritte von je 30°. Jede volle Umdrehung der Nebenwelle erfordert hier somit vier Erregungszyklen, die je aus drei aufeinanderfolgenden Erregungsperioden, d. h. im ganzen zwölf Erregungen, bestehen.The size of the angle (p is the same here electrical degrees when n is the number of motors. In the case under consideration is therefore the angle electrical grade what Degrees if p is the number of pole pairs in each motor. If P is thus 4, then cp = 30 °, because z = 1, where z is the number of teeth on the stator. If the three stands are excited in the natural sequence, the three motors rotate the auxiliary shaft one after the other by three steps of 30 ° each during a full excitation cycle. Each full revolution of the auxiliary shaft thus requires four excitation cycles, each of which consists of three successive excitation periods, ie a total of twelve excitations.

Die Erregerströme werden im dargestellten Beispiel über Leitungen 14 von drei Elektronenröhren 15, 16 und 17 geliefert, deren Steuerelektroden 18, 19 und 20 mit drei konzentrischen Leitern 21, 22 bzw. 23 verbunden sind, die je mit vier Kontakten 24 versehen sind, welche zwölf Kontakte (wobei y = 4, so daß q = 4 - 3) in einem Kreis liegen, um dessen :Mittelpunkt ein auf den Kontakten 24 schleifender Schaltarm 25 drehbar ist. Der Drehpunkt 26 des Schaltarmes wird auf einem positiven Potential gehalten.In the example shown, the excitation currents are supplied via lines 14 from three electron tubes 15, 16 and 17, the control electrodes 18, 19 and 20 of which are connected to three concentric conductors 21, 22 and 23, which are each provided with four contacts 24, which twelve Contacts (where y = 4, so that q = 4 - 3) lie in a circle, around the center of which a switching arm 25 sliding on the contacts 24 can be rotated. The pivot point 26 of the switching arm is held at a positive potential.

Die Steuerelektroden 18, 19 und 20 werden normalerweise auf einem so negativen Potential gehalten, daß kein Strom die Röhren 15 bis 17 durchfließen kann. Sobald jedoch der Schaltarm einen der Kontakte 24 erreicht, wird das Steuergitter einer der drei Röhren positiv, so daß diese Röhre leitet und der betreffende Ständer erregt wird. Die Kontakte 24 sind derart mit den Ringleitern 21, 22 und 23 verbunden, daß bei Drehung des Armes 25 in der Pfeilrichtung aus der dargestellten Lage, in der der Motor 1 erregt ist, nacheinander die Erregung der Motoren 2, 3, 1, 2, 3, 1,2 usw. erfolgt.The control electrodes 18, 19 and 20 are usually on a held so negative potential that no current flow through the tubes 15-17 can. However, as soon as the switching arm reaches one of the contacts 24, the control grid becomes one of the three tubes positive, so that this tube conducts and the relevant stand is excited. The contacts 24 are connected to the ring conductors 21, 22 and 23 in such a way that that upon rotation of the arm 25 in the direction of the arrow from the position shown, in which the motor 1 is excited, one after the other the excitation of the motors 2, 3, 1, 2, 3, 1,2 etc. takes place.

Hierbei ist es bedeutungslos, ob die Fortbewegung des Armes 25 gleichförmig oder schrittweise erfolgt, sofern die Dauer der Berührung des Armes mit jedem der Kontakte 24 ausreicht, um die Nebenwelle jeweils um den vollen Winkel T, zu drehen. Infolgedessen läßt sich die Vorrichtung sowohl in Fällen verwenden, in denen der Schaltarm in mehr oder weniger unregelmäßigen Zeitabständen schrittweise bewegt wird, wie bei Schiffstelegraphen, als auch in Fällen, in denen eine gleichförmige Drehbewegung in eine intermittierende Drehbewegung umgewandelt werden muß, wie z. B. beim Antrieb von Filmen in einem Bildwerfer.It is irrelevant here whether the movement of the arm 25 is uniform or occurs gradually, provided the duration of contact of the arm with each of the Contacts 24 are sufficient to rotate the auxiliary shaft by the full angle T, in each case. As a result, the device can be used both in cases where the Switching arm moved step by step at more or less irregular time intervals becomes, as with ship telegraph, as well as in cases where a uniform Rotary motion must be converted into intermittent rotary motion, such as. B. when driving films in a projector.

Es dürfte einleuchten, daß die Erregung der Ständerwicklungen auch ohne die Vermittlung der Röhren 15 bis 17 unmittelbar über den Drehschalter 21 bis 26 erfolgen kann. Dies hat jedoch den Nachteil, daß der Erregerstrom jeweils bei den Kontakten 24 unterbrochen wird, was störende Funkenbildung herbeiführen kann. Bei sehr kleinen Motoren ist dieser Nachteil jedoch geringfügig.It should be evident that the excitation of the stator windings also without the intermediation of the tubes 15 to 17 directly via the rotary switch 21 to 26 can be done. However, this has the disadvantage that the excitation current in each case the contacts 24 is interrupted, which can cause disruptive sparking. However, with very small engines this disadvantage is minor.

Es dürfte auch einleuchten, daß die Motoren so zusammengesetzt werden können, daß an Stelle der Ständerzähne die Rotorpole miteinander fluchten. Selbstverständlich müssen in diesem Falle die ersteren gegeneinander versetzt sein.It should also be evident that the engines are put together in this way can that the rotor poles are aligned with each other instead of the stator teeth. Of course in this case the former must be offset from one another.

Bei der Verwendung einer ungeraden Motorenzahl, d. h. bei iz = 3, 5, 7, usw., läßt sich die mögliche Lagerzahl q = yn, wobei r eine gerade Zahl ist, der Nebenwelle durch Umkehrung der Stromrichtung bei jeder Erregung verdoppeln. Ein Beispiel dieses Verfahrens für drei Motoren mit je vier Polpaaren, so daß ia = 3, p = 4, z = 2, q = b und 3 = 2, ist in Fig. 2 dargestellt. Der Winkel cp jedes Schrittes der Nebenwelle ist hierbei = 15 Winkelgrade. In der schematischen Figur sind die drei Läufer, deren Pole fluchtend gedacht sind, als ein Zentralrotor 27 dargestellt, der in der Zeichnung von den drei Statorkränzen 28, 29 und 30 konzentrisch umgeben wird. Die Ständerwicklungen 31, 32 und 33 gehören je zu einem dieser Ständer. Der drehbare Schaltarm besteht aus zwei leitenden Teilen 34 und 35, die durch einen Isolierteil 36 miteinander verbunden sind. Das äußere Ende des Teiles 34 schleift auf einem Kranz von sechs Kontakten 37, die wechselweise mit einem von drei konzentrischen Leitern 38, 39 und 40 und über diese Leiter mit einem der Enden der Ständerwicklungen 31, 32 und 33 verbunden sind, deren andere Enden am Drehpunkt 41 des Schaltarmes liegen. Das innere Ende des Teiles 34 dieses Armes schleift auf sechs weiteren, in einem zweiten Kreis angeordneten Kontakten 42, die abwechselnd mit der Plus- und der Minusklemme einer Gleichstromquelle verbunden sind. Letzteres ist auch der Fall mit einem dritten Kontaktkranz 43, auf dem ein Ende des Teiles 35 des Schaltarmes schleift.When using an odd number of motors, ie with iz = 3, 5, 7, etc., the possible number of bearings q = yn, where r is an even number, of the auxiliary shaft can be doubled by reversing the direction of the current with each excitation. An example of this method for three motors with four pairs of poles each, so that ia = 3, p = 4, z = 2, q = b and 3 = 2, is shown in FIG. The angle cp of each step of the secondary shaft is here = 15 degrees. In the schematic figure, the three rotors, the poles of which are intended to be aligned, are shown as a central rotor 27 which is concentrically surrounded in the drawing by the three stator rings 28, 29 and 30. The stator windings 31, 32 and 33 each belong to one of these stator. The rotatable switching arm consists of two conductive parts 34 and 35 which are connected to one another by an insulating part 36. The outer end of the part 34 slides on a ring of six contacts 37 which are alternately connected to one of three concentric conductors 38, 39 and 40 and via these conductors to one of the ends of the stator windings 31, 32 and 33, the other ends of which are connected to Pivot point 41 of the switching arm lie. The inner end of the part 34 of this arm slides on six further contacts 42, arranged in a second circle, which are alternately connected to the plus and minus terminals of a direct current source. The latter is also the case with a third contact ring 43 on which one end of the part 35 of the shift arm slides.

In der dargestellten Lage wird die Wicklung 33 von einem von links nach rechts fließenden Strom erregt, wodurch die Rotorpole gerade vor die Ständerzähne des inneren Kranzes 30 gebracht sind. Wird jetzt der Schaltarm um einen Schritt in der Pfeilrichtung bewegt, so wird die Wicklung 32 in entgegengesetztem Sinne erregt und wird der Läufer um einen Winkel von 15° in der Pfeilrichtung gedreht, wobei die Pole gegenüber den Ständerzähnen des mittleren Kranzes zu stehen kommen, usw.In the position shown, the winding 33 is taken from the left current flowing to the right is excited, making the rotor poles just in front of the stator teeth of the inner ring 30 are brought. Will now move the switch arm one step moved in the direction of the arrow, the winding 32 is moved in the opposite direction excited and the rotor is rotated through an angle of 15 ° in the direction of the arrow, where the poles come to stand opposite the stand teeth of the central ring, etc.

Bei Verwendung einer geraden Motorenzahl muß die Umkehr der Stromrichtung nicht bei jedem Schritt des Schalters, sondern nach je n Schritten erfolgen, wobei iz somit gleich 2, 4,. 6, usw. ist.When using an even number of motors, the direction of the current must be reversed not at every step of the switch, but after every n steps, where iz thus equals 2, 4 ,. 6, etc. is.

Ein Beispiel für zwei auf der Nebenwelle angeordnete Motoren mit je vier Polpaaren. ist in Fig. 3 dargestellt. Die beiden Ständerwicklungen 44 und 45 werden wechselweise über einen aus zwei Teilen 46 und 47 bestehenden Schaltarm mit einer Lagemahl q = 8 mit Gleichstrom erregt. Drehwinkel , weil z = 2. Die mit der Stromquelle verbundenen Kontakte sind auch hier auf zwei Kränze verteilt, und zwar derart, daß nach je zwei Schritten des Schaltarmes eine Umkehr der Stromrichtung erfolgt. In der dargestellten Lage wird die Wicklung 44 durch einen von rechts nach links fließenden Strom erregt und stehen die Rotorpole des linken Motors gerade vor den Ständerzähnen, während die Läuferpole des rechten Motors mitten zwischen den Ständerzähnen stehen. Wird der Arm in der Pfeilrichtung um einen Schritt weitergedreht, so wird die Wicklung 45 durch einen gleichfalls von rechts nach links fließenden Strom erregt und wird der Läufer des zweiten Motors um einen Winkel von 22,5° in der gleichen Richtung wie der Schaltarm gedreht. Beim nächsten Schritt des Schaltarmes erfolgt eine Umkehrung der Stromrichtung und wird die Wicklung 44 durch einen von links nach rechts fließenden Strom erregt, so daß die Polarität der Ständerzähne umgekehrt und die Motorwelle um einen Winkel von 22,5° weitergedreht wird usw.An example of two motors arranged on the auxiliary shaft, each with four pairs of poles. is shown in FIG. 3. The two stator windings 44 and 45 are alternately excited with direct current via a switching arm consisting of two parts 46 and 47 with a number of positions q = 8. Rotation angle , because z = 2. The contacts connected to the current source are also distributed over two rings here, in such a way that the current direction is reversed after every two steps of the switching arm. In the position shown, the winding 44 is excited by a current flowing from right to left and the rotor poles of the left motor are just in front of the stator teeth, while the rotor poles of the right motor are in the middle between the stator teeth. If the arm is rotated one step further in the direction of the arrow, the winding 45 is excited by a current also flowing from right to left and the rotor of the second motor is rotated through an angle of 22.5 ° in the same direction as the switching arm. In the next step of the switching arm, the direction of the current is reversed and the winding 44 is excited by a current flowing from left to right, so that the polarity of the stator teeth is reversed and the motor shaft is rotated further through an angle of 22.5 °, etc.

Die Lagerzahl der Motorwelle ist 360: 22,5 = 16 und das Verhältnis v zwischen der Lagerzahl q des Schaltarmes, die hier 8 (y = 4) ist, und der Lagerzahl der Welle ist somit 1:2. Dieses Verhältnis ist erforderlichenfalls durch die Wahl einer größeren Polpaarezahl P steigerbar. Auch dann muß nach je zwei Schritten des Schaltarms die Stromrichtung umgekehrt werden. Ist eine größere Motorenzahl auf der Welle befestigt, so daß n = 4, 6, 8 usw., so muß die Umkehr der Stromrichtung nach je 4, 6, 8 usw. Schritten erfolgen.The number of bearings on the motor shaft is 360: 22.5 = 16 and the ratio v between the number of bearings q of the switching arm, which is 8 (y = 4) here, and the number of bearings the wave is therefore 1: 2. This ratio is by choice if necessary a larger number of pole pairs P can be increased. Even then, after every two steps of the Switching arm the current direction can be reversed. Is a larger number of engines on attached to the shaft, so that n = 4, 6, 8, etc., the direction of the current must be reversed after 4, 6, 8 etc. steps.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Follow-up control in which at least one distant auxiliary shaft follows a main shaft, characterized in that the rotors of n identical synchronous motors with P stator and rotor pole pairs are attached to each auxiliary shaft, the value of the circumferential angle between these pole pairs for each of the n motors is different at each moment, and that a switching arm is attached to the main shaft which, when this shaft rotates, successively closes a number q = rn of contacts, where y is an integer over which contacts the motors are energized in this way in a cyclical sequence be that with each contact closure the secondary shaft by an angle of is rotated further, where z = 1 or 2.

2. Controller according to claim 1, characterized in that the differential angle is the same for every two successive motors is.

3. Control according to claim 1, characterized in that the differential angle is the same for every two successive motors where z = 2, and that the direction of the excitation current of the motors is reversed after every n steps of the switching arm, where r is an even number.

4th The controller of claim 2, wherein n is odd and at least equal to 3, thereby characterized in that the direction of the excitation current of the motors at each step of the switching arm is reversed.

5. Control according to claims 1 to 4, characterized in that that the rotors of the motors are disks, in which at least the rim of one permanent magnetic material, e.g. B. Ferroxdur, and that the stand in cyclic Sequence to be excited with direct current.

6. Control according to claim 5, characterized in that that the contacts cooperating with the switching arm via the input circuits of n electron tubes are distributed, in whose output circuits the n stator windings lie.

7. Control according to claims 1 to 6, characterized in that the main shaft is driven uniformly and that on the auxiliary shaft a link to jerk Moving a film is attached.