DE1204311B - Aus einer Gleichstromquelle gespeister Elektromotor ohne mechanischen Kommutator - Google Patents

Aus einer Gleichstromquelle gespeister Elektromotor ohne mechanischen Kommutator

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DE1204311B
DE1204311B DEL36788A DEL0036788A DE1204311B DE 1204311 B DE1204311 B DE 1204311B DE L36788 A DEL36788 A DE L36788A DE L0036788 A DEL0036788 A DE L0036788A DE 1204311 B DE1204311 B DE 1204311B
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DE
Germany
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commutator
switching elements
electronic switching
npn
transistors
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Pending
Application number
DEL36788A
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English (en)
Inventor
Dr-Ing Kurt Gocht
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Original Assignee
Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/06Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices
    • H02K29/12Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices using detecting coils using the machine windings as detecting coil

Description

  • Aus einer Gleichstromquelle gespeister Elektromotor ohne mechanischen Kommutator Bei herkömmlichen Gleichstrommotoren werden die Ankerströme über einen Kommutator und Bürsten in den Ankerkreis geleitet. Für die Betriebssicherheit ist die Güte der Kommutierung von ausschlaggebender Bedeutung. Beim Stromübergang zwischen Bürsten und Kommutator handelt es sich um einen Kontaktvorgang, bei dem durch die Nutung, durch Riefen und andere Unebenheiten des Kommutators in Verbindung mit elektromagnetischen Vorgängen die Betriebssicherheit infolge von Funkenbildung beim übergang der Bürsten von einer Kommutatorlamelle zur anderen ungünstig beeinflußt wird. Es sind daher Versuche unternommen worden, diese Fehlerquelle zu beseitigen, indem der mechanische Kommutator durch elektronische Elemente ersetzt wurde.
  • Es sind Motoren bekanntgeworden, bei denen durch elektronische Steuereinrichtungen die Ständerwicklungen durch in Abhängigkeit von der Läuferstellung gegebene Gleichstromimpulse so erregt werden, daß die mit ausgeprägten Magnetpolen versehenen Rotoren laufend gleichsinnig angetrieben werden. Diese Motoren sind jedoch weniger als Gleichstrommotoren, sondern eher als Wechselstrommotoren mit Pulsationscharakter anzusehen.
  • Bei weiteren bekannten Arten von gleichstromgespeisten Motoren werden Ringanker mit geschlossener Ankerwicklung verwendet, welche gleichmäßig über die Peripherie verteilte Anzapfungen aufweist. Die, Anzapfleitungen dienen zur Stromzuführung über eine Kommutierungseinrichtung aus elektronischen Elementen, welche an Stelle des altbekannten mechanischen Kommutators tritt. Dabei ist jeder Anzapfleitung ein Paar elektronischer Stromventile zugeordnet, die durch Steuervorrichtungen wechselseitig geöffnet und geschlossen werden, und zwar in einer solchen Folge, daß im Anker die gleiche periodische Stromverteilung zustande kommt wie bei einem mechanischen Kommutator mit einer Lamellenzahl, welche der Zahl der Ankeranzapfungen entspricht. Bei einem dieser bekannten Motoren sind an jeder Anzapfleitung die Eingangsklemmen zweier in entgegengesetzter Richtung durchlässiger elektronischer Elemente angeschlossen, deren Durchlässigkeit jeweils in Abhängigkeit von der räumlichen Lage durch direkte Einwirkung magnetischer Felder bewirkt wird. Die Ausgangsklemmen sämtlicher elektronischen Elemente der einen Durchlaßrichtung sind mit einem Schleifring, die Ausgangsklemmen der elektronischen Elemente der anderen Durchlaßrichtung mit einem zweiten Schleifring verbunden, deren Bürsten jeweils an einem Pol der Speisespannung angeschlossen ist. Bei einem anderen bis auf die magnetische Steuerung in gleicher Weise geschalteten Motor dienen Transistoren als elektronische Schaltelemente. Für die beiden Durchlaßrichtungen werden hierbei pnp-Transistoren einerseits und npn-Transistoren andererseits verwendet. Die Steuerung der Transistoren erfolgt bei dieser Anordnung mit Hilfe eines mechanischen Kommutators, welcher jedoch lediglich die Steuerströme zu führen hat.
  • Als Nachteil dieser bekannten Motoren ist in bestimmten Fällen anzusehen, daß jeweils die beiden eine Kommutatorlamelle imitierenden elektronischen Elemente an einer einzigen Ankeranzapfung liegen, wodurch genau die Wirkung eines mechanischen Kommutators erzielt wird. Man hat also die althergebrachte Schaltung des Kommutators in die elektronische Wirkungsweise übersetzt und dabei die Nachteile dieser Schaltorgane mit übernommen, wie sie besonders bei Motoren mit ungeradzahligen Lamellenzahlen zutage treten. Bei beispielsweise drei Kollektorlamellen sind stets zwei Drittel der Ankerwicklung in der einen Richtung und ein Drittel der Ankerwicklung in der anderen Richtung von Strömen unterschiedlicher Größe durchflossen, was starke Drehmomentänderungen und einen unruhigen Gang zur Folge hat.
  • Durch die Erfindung wird ein Motor angegeben, bei welchem die geschilderten Nachteile vermieden werden. Der gleichstromgespeiste Motor mit einer in sich geschlossenen Ankerwicklung, deren Anzapfungen statt mit Kommutatorlamellen mit nur in einer Richtung durchlässigen und in Abhängigkeit von ihrer jeweiligen Lage gesteuerten elektronischen Schaltelernenten verbunden sind, wobei an Stelle jeder Kommutatorlamelle zwei entgegengesetzt gepolte elektronische Schaltelemente (npn- und pnp-Transistoren) vorgesehen sind, ist erfindungsgemäß derart ausgebildet, daß die als Ersatz für jede Lamelle eines (l+2n)teiligen, vorzugsweise 3teiligen Kommutators vorgesehenen zwei entgegengesetzt gepolten elektronischen Schaltelemente (des npn- und pnp-Typs) jeweils an zwei benachbarten Anzapfungen einer in sich geschlossenen zweipoligen Anken wicklung mit 2x (l+2n) Anzapfungen angeschlossen sind (wobei n eine von 0 verschiedene ganze Zahl ist) und nach jeder räumlichen Verdrehung des b Ankers um 3600 jeweils zwei diametral gegenüber-1 +2n liegende elektronische Schaltelemente des npn-und pnp-Typs durch Induktionswirkung über Steuerspulen in den leitenden Zustand gesteuert werden. Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß in Anordnungen für eine ungerade Anzahl von Kommutierungen je Polarität und je Umdrehung beide Hälften der Ankerwicklung des Motors stets von Strömen gleicher Größe durchflossen werden, wodurch ein ruhigerer Lauf des Motors gegeben ist.
  • In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erflnduno, dargestellt.
  • In F i g. 1 bis 4 ist eine transistorgesteuerte Stromwendereinrichtung für einen zweipoligen Ständer und einen Anker mit geschlossener Wicklung dargestellt. Der Anker 1 wird über die Transistoren 2 (F i g. 3) aus der Batterie 4 nach Schließung des Schalters 5 gespeist. Die Stromzuführung von der Batterie 4 zum Anker 1 erfolgt (F i g. 1) über Schleifringe 6, 7 und Bürsten 8, 9. Der Steuerkern 10, welcher mit dem Anker 1 über die Welle 11 verbunden ist, träg *' t Spulen f, bis f. (F i g. 4), in welchen Spannungen induziert werden, deren Richtung von der jeweiligen Lage des Ankers abhängt. Außerdem ist ein von der Batterie 4 erre-ter Elektromagnet 12 (F i g. 1) vorgesehen, dessen Aufgabe an anderer Stelle behandelt wird.
  • F i g. 1 zeigt das Grundschema des gesamten Motors; in F i g. 2 ist die Gesamtschaltung des Läufers dargestellt.
  • Die Einrichtung entspricht in ihrer Wirkung einem Motor mit 3teiligem [allgemein mit einem (1 + 2 n)teili,-enl Kommutator und ist hier mit sechs [allgemein mit 2 (l+2n)] Transistoren ausgerüstet, von denen die Hälfte aus pnp-, die andere Häfte aus npn-Flächentransistoren besteht. F i g. 3 zeigt zum besseren Verständnis der Schaltung der Transistoren nochmals die Teilschaltung für die stromführende Diagonale. In F i g. 4 ist schematisch die Anordnung des Steuerkerns wiedergegeben, dessen Spulen f, bis f(, mit gleichem Wicklungssinn aufeinanderfolgen.
  • Da nun zwei aufeinanderfolgende Transistoren wegen ihres verschiedenen Aufbaus verschieden gepolte Steuerspannungen zum Einschalten benötigen, so, schaltet der eine nur mit Nord-, der andere nur mit Süd-Magnetismus. Deshalb beträgt der Schaltwinkel jeweils 2 - 60 = 120'. Andererseits erhalten jeweils zwei diametral gegenüberliegende Schaltspulen zwar verschieden gepolte Steuerspannungen; da diese aber auf Transistoren mit entgegengesetzter Durchgangsrichtung wirken, werden beide stets gleichzeitig ein- und ausgeschaltet, wobei die Stromrichtung J in den Ankerzuleitungen jeweils der gewünschten Richtung entspricht. F i g. 3 zeigt, daß während der Einschaltdauer, wie es sein soll, die Wicklung des Ankers 1 vom Arbeitsstrom durchflossen ist. Der Einschaltbereich kann durch Änderung der Polschuhbreite Elektromagneten 12, der Ein -und Ausschaltzeitpunkt durch Verdrehen des Steuerkerns 10 auf der Motorachse einreguliert werden.
  • Bei den Anordnungen nach der Erflndung sind im Stillstand sämtliche Schalttransistoren gesperrt. Die Steuerung setzt erst in der Bewegung ein. Infolgedessen läuft ein solcher Motor ohne besondere Maßnahmen nicht von selbst an, auch dann nicht, wenn der Schalter 5 geschlossen wird. Der Anlauf kann außer durch Anwerfen auf sehr verschiedene Weise erreicht werden, z. B. durch einen kleinen Elektromagneten 12, der nach F i g. 1 in der Nähe des Steuerkerns 10 befestigt ist, beim Einschalten des Batterieschalters 5 erregt wird und im Steuerkern 10 kurzzeitig eine Steuer-EMK erzeugt.

Claims (2)

  1. Patentansprüche: 1. Gleichstronigespeister Motor mit einer in sich geschlossenen Ankerwicklung, deren Anzapfungen statt mit Kommutatorlamellen mit nur in einer Richtung durchlässigen und in Ab- hängigkeit von ihrer jeweiligen Lage gesteuerten elektronischen Schaltelementen verbunden sind, wobei an Stelle jeder Kommutatorlamelle zwei entgegengesetzt gepolte elektronische Schaltelemente (npn- und pnp-Transistoren) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die als Ersatz für jede Lamelle eines (l+2n)teiligen, vorzugsweise 3teiliggen Kommutators vorgesehenen zwei entgegengesetzt gepolten elektronischen Schaltelemente (des npn- und pnp-Typs) jeweils an zwei benachbarten Anzapfungen einer in sich geschlossenen zweipoligen Ankerwicklung mit 2 x (1 --. 2 n) Anzapfungen angeschlossen sind (wobei n eine von 0 verschiedene ganze Zahl ist) und nach jeder räumlichen Verdrehung des Ankers um jeweils zwei diametral gegenüberliegende elektronische Schaltelemente des npn- und pnp-Typs durch Induktionswirkung über Steuerspulen in den leitenden Zustand gesteuert werden.
  2. 2. Motor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die an sich bekannte Verwendung von Induktionsspulen in den Basiskreisen der Transistoren, welche unter dem Einfluß von relativ zu diesen bewegten Magneten stehen. 3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschluß an die feststehende Stromquelle über Schleifringe erfolgt. 4. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromquelle (Sammler) mit dem Läufer rotiert. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschrift Nr. 1050 812; USA,-Patentschriften Nr. 2 847 591, 2 867 762, 2 895 095; französische Zusatz-Patentschrift Nr. 70 016 zu Patent Nr. 1090 564. In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 1181798.
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