DE1152474B

DE1152474B - Centrifugal force-dependent speed-controlled pole armature motor

Info

Publication number: DE1152474B
Application number: DEK29750A
Authority: DE
Inventors: Willard Ewing Buck
Original assignee: WILLIAM DAVIDSON KYLE JUN
Current assignee: WILLIAM DAVIDSON KYLE JUN
Priority date: 1956-09-01
Filing date: 1956-09-01
Publication date: 1963-08-08

Description

Fliehkraftabhängig drehzahlgeregelter Polankermotor Die Erfindung bezieht sich auf einen drehzahlgeregelten Polankermotor mit drei Ankerspulen, die fliehkraftabhängig ein- und ausgeschaltet werden. Diese Art der Regelung weist insbesondere bei Kleinmotoren mit einer Leistung von weniger als 0,75 kW gegenüber den verhältnismäßig komplizierten Anordnungen, bei denen Schleifringe in Verbindung mit Fliehkraftschaltern verwendet werden, wesentliche konstruktive und auch wirtschaftliche Vorteile auf.The invention relates to a speed-controlled pole armature motor with three armature coils which are switched on and off depending on the centrifugal force. This type of control has significant structural and economic advantages, especially in the case of small motors with an output of less than 0.75 kW compared to the relatively complicated arrangements in which slip rings are used in conjunction with centrifugal switches.

Bei einer bekannten Einrichtung zur fliehkraftabhängigen Drehzahlregelung von Gleich- oder Wechselstrom-Kommutatormotoren ist die Ankerwicklung an zwei Stellen aufgetrennt, wobei an einer oder an beiden dieser Auftrennstellen ein Fliehkraftschalter vorgesehen ist. Bei Anwendung nur eines Fliehkraftschalters ergibt sich bei der bekannten Anordnung der Nachteil, daß nur ein Teil der Wicklungen auch bei einer Drehzahl unterhalb der Solldrehzahl wirksam wird, da die zweite Trennstelle zum Zwecke der Regelung vorhanden sein muß, weil sonst durch öffnung des einen Hiehkraftkontaktes lediglich der ohmsche Widerstand des Ankers erhöht würde, so daß in jedem Fallezwei Fliehkraftschalter vorzusehen sind, die gleichzeitig öffnen und schließen müssen, was konstruktiv sehr schwer zu bewerkstelligen ist. In jedem Falle, ob mit zwei Fliehkraftschaltern ausgestattet oder mit nur einem und einer offenen Trennstelle, wird eine Schaltung in der Weise bewirkt, daß entweder die gesamte Ankerwicklung eingeschaltet oder aber die gesamte Ankerwicklung ausgeschaltet ist. Der Anker ist daher immer stromlos wenn die Fliehkraftkontakte öffnen. Hierdurch ergibt sich eine ziemlich steile Regelcharakteristik, die vielfach nicht erwünscht ist.In a known device for centrifugal force-dependent speed control In DC or AC commutator motors, the armature winding is in two places separated, with a centrifugal switch at one or both of these separation points is provided. If only one centrifugal switch is used, the known arrangement has the disadvantage that only part of the windings even in one Speed below the target speed becomes effective because the second separation point to the The purpose of the regulation must be present, otherwise by opening one of the Hiehkraftkontakt only the ohmic resistance of the armature would be increased, so that in each case two Centrifugal switches are to be provided, which must open and close at the same time, which is very difficult to achieve constructively. In any case, whether with two Centrifugal switches equipped or with only one and one open separation point, a circuit is effected in such a way that either the entire armature winding switched on or the entire armature winding is switched off. The anchor is therefore always de-energized when the centrifugal contacts open. This results in a quite steep control characteristic, which is often not desired.

Es ist ferner ein fliehkraftbetätigter Regler für den Antriebsmotor eines Kreiselgerätes bekanntgeworden, bei welchem die Regelung in der Weise bewirkt wird, daß ein Teil der Ankerspulen angeschaltet bleibt, nachdem bei überschreiten der Solldrehzahl eine Fliehkraftkontaktauslösung erfolgte. Bei dieser bekannten Anordnung sind zwei getrennte Fliehkraftschalter angeordnet, um beide Zweige des Ankerstromkreises zur Erzielung einer ausreichenden Regelwirkung zu unterbrechen. Der Nachteil dieser Anordnung besteht im wesentlichen darin, daß es praktisch unmöglich ist, Regelvorrichtungen dieser Art mit zwei getrennten Fliehkraftschaltern in wirtschaftlicher Weise so herzustellen, daß beide Schalter zu gleicher Zeit öffnen bzw. schließen, was für ein befriedigendes Arbeiten der Regelvorrichtung unerläßlich ist.It is also a governor for the drive motor that is operated by centrifugal force a gyroscope has become known, in which the control is effected in the manner is that a part of the armature coils remains switched on after exceeding centrifugal force contact was triggered at the set speed. With this well-known Arrangement are two separate centrifugal switches arranged to both branches of the To interrupt the armature circuit to achieve a sufficient control effect. The main disadvantage of this arrangement is that it is practically impossible is, control devices of this type with two separate centrifugal switches in more economical Way to produce so that both switches open or close at the same time, what is essential for a satisfactory operation of the control device.

Ziel der Erfindung ist es, einen betriebssicher arbeitenden und einfach herstellbaren fliehkraftabhängigen Drehzahlregler für einen Polankermotor, insbesondere einen Kleinmotor, z. B. zum Antrieb von Sprechmaschinen, zu schaffen, der in einem weiten Last- und Spannungsbereich eine Konstanthaltung der Drehzahl entsprechend der gewünschten Regelcharakteristik bewirkt.The aim of the invention is to provide an operationally reliable and simple manufacturable centrifugal force-dependent speed controller for a pole armature motor, in particular a small motor, e.g. B. to drive talking machines to create that in one wide load and voltage range, the speed is kept constant accordingly the desired control characteristics caused.

Gemäß der Erfindung ist der drehzahlgeregelte Polankermotor in der Weise ausgebildet, daß ein einziges, mit dem Anker umlaufendes, durch Fliehkraft betätigtes Schaltglied vorgesehen ist, das ein oder mehrere Kontaktstücke trägt, die bei Sternschaltung der Ankerwicklung in einer oder zwei Sternpunktzuleitungen und bei in Dreieck geschalteter Ankerwicklung zwischen einer Kommutatorlamelle und der zugehörigen Dreieckverbindung hegen.According to the invention, the speed-controlled pole armature motor is in the Way designed that a single, revolving with the armature, by centrifugal force an actuated switching element is provided which carries one or more contact pieces, the star connection of the armature winding in one or two star point supply lines and with an armature winding connected in a triangle between a commutator bar and the associated triangular connection.

Unter der Bezeichnung Sternschaltung soll dabei eine Schaltung verstanden werden, bei der jede Ankerpule mit einem Ende an je eine Kommutatorlamelle angeschaltet und mit dem anderen Ende mit den anderen Ankerspulen verbunden ist. Unter Dreieckschaltung soll dabei eine Schaltung verstanden werden, bei der die Ankerspulen in einem geschlossenen Kreis hintereinandergeschaltet sind, wobei die Verbindungspunkte zweier aufeinanderfolgender Spulen mit je einer Kommutatorlamelle verbunden sind.Under the designation Star connection is to be understood to mean a circuit which is turned on when each Ankerpule at one end to a respective commutator segment and connected to the other end with the other armature coils. A delta connection should be understood to mean a circuit in which the armature coils are connected in series in a closed circuit, the connection points of two successive coils being connected to one commutator bar each.

Die Forderung einer weichen Drehzahlregelung mit geringen Ankerstromspitzen wird in zweckmäßiger Weise durch das einzige Schaltglied in Verbindung mit dem vorstehend gekennzeichneten einzigen Kontaktstück erreicht, während bei der alternativen Ausführung für Anwendungen, die, eine härtere Regelcharakteristik erfordern, eine Abschaltung aller Spulen mittels eines einzigen Schaltgliedes in Verbindung mit zwei Kontaktstücken bewerkstelligt werden kann, wobei durch das einzige Schaltglied die gleichzeitige öffnungs- und Schließbewegung der Kontakte gewährleistet wird.The requirement for a soft speed control with low armature current peaks is expediently by the single switching element in connection with the above marked single contact piece achieved, while in the alternative version for applications that, a require harder control characteristics, a disconnection of all coils by means of a single switching element in connection can be accomplished with two contact pieces, with the single switching element the simultaneous opening and closing movement of the contacts is guaranteed.

Es hat sich gezeigt, daß mit der erfindungsgemäßen Drehzahlregelvorrichtung eine Genauigkeit von 1% oder weniger eingehalten werden kann, und zwar ini wesentlichen unabhängig von Belastungs- oder Spannungsschwankungen in einem breiten Bereich.It has been shown that with the speed control device according to the invention an accuracy of 1% or less can be maintained essentially regardless of load or voltage fluctuations over a wide range.

Gemäß einer bevorzugten Ausführüngsform der Erfindung ist das die Kontaktbrücke tragende Schaltglied als Blattfeder ausgebildet, die in ihrem mittleren Bereich ein Gewicht trägt. Zweckmäßigerweise ist die Blattfeder dabei in ihrem mittleren Bereich gewölbt, wodurch erreicht wird, daß bei der Kontaktbetätigung, und zwar sowohl beim Schließen alsauch beim Öffnen der Kontakte, eine gewisse Reibwirkung erzielt wird, die die Kontaktoberflächen blank hält.According to a preferred embodiment of the invention, this is the Contact bridge carrying switching element designed as a leaf spring, which in its middle Area carries a weight. The leaf spring is expediently in its middle Arched area, whereby it is achieved that when the contact is actuated, namely a certain frictional effect both when closing and when opening the contacts is achieved, which keeps the contact surfaces blank.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Schaltglied auf einem mit dem Anker umlaufenden Schwungrad angebracht.According to a further embodiment of the invention, the switching element is mounted on a flywheel rotating with the armature.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen an Hand der Zeichnung. In der Zeichnung zeigt Fig. 1 eine Seitenansicht eines gemäß der Erfindung ausgebildeten Polankermotors, teilweise im Schnitt nach der Linie 1-1 gemäß Fig. 2, Fig. 2 eine axiale Ansicht des in Fig. 1 dargestellten Elektromotors, Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie 3-3 gemäß Fig. 1, Fig. 4 ein schematisches Schaltbild mit Ankerwicklung in Sternschaltung, Fig. 5 ein schematisches Schaltbild mit der Ankerwicklung in Dreieckschaltung, Fig. 6 ein schematisches Schaltbild einer weiteren Ausführungsforni mit der Ankerwicklung in Sternschaltung.Further advantages and details of the invention emerge from the following description of exemplary embodiments with reference to the drawing. In the drawing, FIG. 1 shows a side view of a pole armature motor designed according to the invention, partially in section along the line 1-1 according to FIG. 2, FIG. 2 shows an axial view of the electric motor shown in FIG. 1 , FIG. 3 shows a section the line 3-3 according to FIG. 1, FIG. 4 is a schematic circuit diagram with armature winding in star connection, FIG. 5 is a schematic circuit diagram with the armature winding in delta connection, FIG. 6 is a schematic circuit diagram of a further embodiment with the armature winding in star connection.

Der aus Fig. 1 bis 3 ersichtliche Elektromotor, der durch Batterien gespeist werden kann, weist ein becherförmiges Gehäuse, 10 mit einem Lagerschild 11 auf, in welchem die Motorwelle 12 gelagert ist. Der Stator des Motors weist ein Paar Polschuhe 13 auf, die sich an der Innenseite des Gehäuses 10 an gegenüberliegenden Seiten der Welle 12 erstrecken und von zwei Permanentmagneten 14 erregt werden. Der auf der Welle 12 befestigte Anker weist drei ausgeprägte Pole 15 auf, von denen jeder eine Ankerspule 16 trägt. Der Kommutator weist drei in Umfangsrichtung versetzte Segmente 17 auf, die in der aus Fig. 4 bis 6 ersichtlichen Weise mit den Ankerspulen 16 verbunden sein können.The electric motor shown in FIGS. 1 to 3 , which can be fed by batteries, has a cup-shaped housing 10 with a bearing plate 11 in which the motor shaft 12 is mounted. The stator of the motor has a pair of pole shoes 13 which extend on the inside of the housing 10 on opposite sides of the shaft 12 and are excited by two permanent magnets 14. The armature mounted on the shaft 12 has three salient poles 15 , each of which carries an armature coil 16 . The commutator has three circumferentially offset segments 17, which may be connected in from FIG. 4 to 6 obvious way with the armature coils 16.

Auf einem mit dem Anker umlaufenden Schwungrad 20 ist ein festes Kontaktstück 18 angeordnet, das mit einem beweglichen Kontaktstück 19 zusammenwirkt, das am Ende einer am Schwungrad 20 befestigten Blattfeder 32 sitzt. An der als Schaltglied wirkenden Blattfeder 32 ist im mittleren Bereich ein Gewicht 33 befestigt, das der Wirkung der Zentrifugalkraft ausgesetzt ist. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß bei überschreiten einer vorbestimmten Drehzahl das bewegliche Kontaktstück 19 von dem festen Kontaktstück 18 abgehoben wird.Arranged on a flywheel 20 rotating with the armature is a fixed contact piece 18 which interacts with a movable contact piece 19 which is seated at the end of a leaf spring 32 fastened to the flywheel 20. On the leaf spring 32 acting as a switching element, a weight 33 is attached in the middle area, which is exposed to the effect of centrifugal force. The arrangement is such that when a predetermined speed is exceeded, the movable contact piece 19 is lifted from the fixed contact piece 18.

Mit dem Kommutator wirken zwei diametral gegenüberliegende Bürsfen 21 zusammen, die durch Schraubenfedern 22 gegen die Kommutatorlamellen 17 gedrückt werden. Die Federn 22 stützen sich an Kontaktschrauben 23 ab, die an eine Batterie angeschlossen werden können.Two diametrically opposite brushes 21 cooperate with the commutator and are pressed against the commutator segments 17 by helical springs 22. The springs 22 are supported on contact screws 23 which can be connected to a battery.

Hauptgehäuse 10 und Lagerschild 11, die zweckmäßigerweise aus elektrisch isolierendem Material, z. B. Kunststoff, hergestellt sind, werden durch Schrauben 24 zusammengehalten. Die Polschuhe 13 liegen in Ausschnitten 25 desGehäuses 10; die Kommutatorlamellen 17, die in der Sternschaltung gemäß Fig. 4 mit dem einen Ende der Ankerspulen 16 über Leiter 26 verbunden sind, werden von einer auf der Welle 12 befestigten Isolierstoffbuchse 27 getragen. Die Halterung erfolgt durch Ringe 28, 29. Main housing 10 and end shield 11, which are advantageously made of electrically insulating material, for. B. plastic, are held together by screws 24. The pole pieces 13 lie in cutouts 25 of the housing 10; the commutator 17 in the star connection as shown in FIG. 4 with the one end of the armature coils 16 are connected via conductors 26 are supported by a shaft 12 mounted on the insulating material bush 27th It is held by rings 28, 29.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 sind die äußeren Enden zweier Ankerspulen 16 miteinander und mit dem festen Kontaktstück 18 durch Leiter 30 verbunden, während das äußere Ende der dritten Spule 16 über einen Leiter 31 an die das bewegliche Kontaktstück 19 tragende Blattfeder 32 angeschlossen ist.According to the embodiment of FIG. 4, the outer ends of two armature coils 16 are connected to one another and to the fixed contact piece 18 by conductors 30 , while the outer end of the third coil 16 is connected via a conductor 31 to the leaf spring 32 carrying the movable contact piece 19 .

Die Feder 32 ist zweckmäßigerweise derart durchgebogen, daß bei der Kontakt:betätigung eine Reibwirkung zwischen den Kontaktstücken 18 und 19 auftritt, durch welche die Kontaktoberfläche saubergehalten wird.The spring 32 is expediently bent in such a way that when the contact is actuated, a frictional effect occurs between the contact pieces 18 and 19 , by means of which the contact surface is kept clean.

Abweichend von der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 kann auch eine Dreieckschaltung gemäß Fig. 5 gewählt werden, bei welcher die drei Ankerspulen 16 in einem geschlossenen Kreis hintereinandergeschaltet sind. Das feste Kontaktstück 18 ist mit einer Kommutatorlamelle 17 über eine Leitung 41 verbunden, während das bewegliche Kontaktstück 19 über eine Leitung 40 an die zugehörige Dreieckverbindung angeschlossen ist.In a departure from the circuit arrangement according to FIG. 4, a delta connection according to FIG. 5 can also be selected, in which the three armature coils 16 are connected in series in a closed circuit. The fixed contact piece 18 is connected to a commutator bar 17 via a line 41, while the movable contact piece 19 is connected to the associated triangular connection via a line 40.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 sind die in Stern geschalteten Ankerspulen 16 mit einem Ende an je eine Kommutatorlamelle 17 angeschlossen. Die äußeren Enden zweier Spulen 16 sind über Verbindungsleitungen 43 an zwei feste Kontaktstücke 38 angeschlossen, die mit zwei beweglichen Kontaktstücken 39 zusammenwirken, welche von dem als Blattfeder ausgebildeten Schaltglied 32 getragen werden. Mit diesem Schaltglied 32 ist das Ende der dritten Spule 16 über eine Verbindungsleitung 44 verbunden.According to the exemplary embodiment according to FIG. 6 , the star-connected armature coils 16 are each connected at one end to a commutator bar 17 . The outer ends of two coils 16 are connected via connecting lines 43 to two fixed contact pieces 38 which interact with two movable contact pieces 39 which are carried by the switching element 32 , which is designed as a leaf spring. The end of the third coil 16 is connected to this switching element 32 via a connecting line 44.

Wenn im Betrieb die vorbestimmte Drehzahl überschritten wird, spricht das fliehkraftbetätigte Schaltglied an, wodurch ein Teil oder alle Ankerspulen 16 stromlos werden. Dadurch ergibt sich eine Verringerung der Antriebskraft, so daß die durch Fliehkraft geöffneten Kontaktverbindungen 18, 19 bzw. 38, 39 wieder geschlossen werden. Trotz größter Belastungs- und Spannungsschwankungen kann durch diese Art der Regelung eine zuverlässige Konstanz der Drehzahl mit einer Genauigkeit von nur wenigen Umdrehungen Abweichung während einer Minute erreicht werden.If the predetermined speed is exceeded during operation, the centrifugally actuated switching element responds, whereby some or all of the armature coils 16 are de-energized. This results in a reduction in the driving force, so that the contact connections 18, 19 and 38, 39 opened by centrifugal force are closed again. In spite of the greatest fluctuations in load and voltage, this type of control enables reliable constancy of the speed with an accuracy of just a few revolutions deviation within one minute.

Die Schaltanordnungen gemäß Fig. 4 und 5 sind für solche Anwendungsfälle zweckmäßig, bei denen eine weiche Drehzahlregelung mit geringen Ankerstromspitzen gewünscht wird. In beiden Fällen bleibt nämlich nach öffnung der Kontaktverbindungen 18, 19 ein Teil der Ankerspulen wirksam, wie sich ohne weiteres aus den Schaltbildern ergibt.The switching arrangements according to FIGS. 4 and 5 are useful for those applications in which a smooth speed control with low armature current peaks is desired. In both cases, after the contact connections 18, 19 have been opened , some of the armature coils remain active, as is readily apparent from the circuit diagrams.

Wird dagegen ein schnelleres Ansprechen bei auftretenden Belastungs- oder Spannungsschwankungen gewünscht, so ist eine Schaltung gemäß Fig. 6 vorzuziehen, bei welcher durch öffnung der Kontaktverbindungen 38, 39, wie aus dem Schaltbild ersichtlich, sämtliche drei Ankerspulen 16 auf einmal stromlos und bei Wiedereinschaltung in gleicher Weise zusammen wieder stromführend werden.If, however, a more rapid response in load occurring or voltage variations is required, a circuit is shown in FIG. Preferable to 6, wherein by opening of the contact connections 38, 39, as can be seen from the diagram, all three armature coils 16 energized at a time and in reclosing in be energized again in the same way.

Claims

PATENT CLAIMS: 1. Speed-controlled pole armature motor with three armature coils, which are switched on and off depending on the centrifugal force, characterized in that a single switching element (32) , which rotates with the armature and is operated by centrifugal force, is provided, which has one or more contact pieces (19, 39) which, when the armature winding is star-connected, are in one or two star-point supply lines and when the armature winding is connected in a triangle, they lie between a commutator bar and the associated triangular connection.

2. Pole armature motor according to claim 1, characterized in that the switching element (32) is designed as a leaf spring which carries a weight (33) in its central region. 3. Pole armature motor according to claim 2, characterized in that the leaf spring is curved in its central area. 4. Pole armature motor according to Claim 1 to 3, characterized in that the switching element (32) is mounted on a flywheel (20) rotating with the armature. Considered publications: German Patent Specifications Nos. 623 289, 704 184; USA. Pat. No. 2,176,804.