DE1214771B - Gleichstromantrieb mit ueber Transistoren gesteuerten Ankerspulen - Google Patents

Gleichstromantrieb mit ueber Transistoren gesteuerten Ankerspulen

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DE1214771B
DE1214771B DEL45384A DEL0045384A DE1214771B DE 1214771 B DE1214771 B DE 1214771B DE L45384 A DEL45384 A DE L45384A DE L0045384 A DEL0045384 A DE L0045384A DE 1214771 B DE1214771 B DE 1214771B
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DE
Germany
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motor
armature
series
coil
power source
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Application number
DEL45384A
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English (en)
Inventor
Dr-Ing Helmut Moczala
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Original Assignee
Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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Publication date
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P4/00Arrangements specially adapted for regulating or controlling the speed or torque of electric motors that can be connected to two or more different electric power supplies

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electric Propulsion And Braking For Vehicles (AREA)

Description

  • Gleichstromantrieb mit über Transistoren gesteuerten Ankerspulen Die Erfindung betrifft Gleichstromantriebe, welche aus einer Batterie über Transistoren gespeist werden, die durch einen Steuerkreis in Abhängigkeit von der jeweiligen relativen Lage zwischen Läufer und Ständer gesteuert werden. Geräte, welche von derartigen batteriegespeisten Motoren angetrieben werden, z. B. Tonbandgeräte, Plattenspieler u. dgl., sollen möglichst an eine Fremdstromquelle, z. B. eine Kraftwagenbatterie oder an das allgemeine Speisenetz, über . einen Gleichrichter anschließbar sein. Der Zweck dieser Forderung besteht darin, die Stromentnahme aus den eingebauten Zellen, z. B. Sammlerknopfzellen, möglichst niedrig zu halten, um die lästige und kostspielige Auswechslung oder Aufladung der Zellen einzuschränken. Kraftwagenbatterien oder das Speisenetz können demgegenüber auf Grund der ihnen innewohnenden Energie für derartig kleine Geräte unbeschränkt in Anspruch genommen werden. . Es ist ein Motor bekanntgeworden, bei welchem zwei in Reihe geschaltete, aus je zwei Spulenteilen bestehende Ankerspulen des Motors in der Wechselstrombrückendiagonalen einer aus vier gesteuerten Transistoren aufgebauten Brückenschaltung liegen. Die Gleichstromdiagonale dieser Brückenschaltung wird durch zwei in Reihe liegende Gleichstromquel-]en gebildet. Die Mittelpunkte beider Diagonalen sind miteinander verbunden. Die Steuerung der Transistoren erfolgt dabei so, daß während eines vorgegebenen Winkelweges des Motors, insbesondere einer Umdrehung, jede Ankerspule zweimal in verschiedenen Richtungen stromdurchflossen ist. Dieser Motor hat einen sehr guten Wirkungsgrad.
  • - Bei einem anderen bekannten Motor werden vier Ankerspulen über vier Transistoren in gleicher Drehwinkelabhängigkeit ausgesteuert, wobei aber jede Ankerspule mit einem zu ihr in Reihe geschalteten Transistor parallel zu einer einzigen Stromquelle liegt. Dadurch, daß jede Ankerspule während eines vorgegebenen Winkelweges des Motors, insbesondere einer Umdrehung, nur einmal in einer Stromrichtung durchflossen wird, hat dieser Motor einen schlechteren Wirkungsgrad.
  • Durch die Erfindung soll ein Gleichstromantrieb angegeben werden, welcher die Vorteile der beiden bekannten Motoren ausnützt und durch einfache Umschaltung eine Anordnung angibt, welche beide Motoren in einer einzigen Ausführung kombiniert. Der Qleichstromantrieb, bei welchem zwei in Reihe geschaltete, aus je zwei Spulenteilen bestehende Ankerspulen des Motors in der Wechselstrombrükkendiagonalen einer aus vier gesteuerten Transistoren aufgebauten Brückenschaltung liegen und zwei in Reihe geschaltete Stromquellen in der Gleichstromdiagonalen der Brückenischaltung vorgesehen sind, wobei die Mittelpunkte beider Diagonalen miteinander verbunden sind, so daß während eines vorgegebenen Winkelweges des Motors, insbesondere einer Umdrehung, jede Ankerspule zweimal in verschiedenen Richtungen stromdurchflossen ist, hat erfindungsgemäß das Kennzeichen, daß die beiden Spulenteile jeder Ankerspule in der Grundschaltung parallel geschaltet sind und daß der Motor durch einen Umschalter wahlweise von den zwei in Reihe geschalteten inneren Stromquellen auf eine äußere Stromquelle unterschiedlicher Leistung so umschaltbar ist, daß jeder einzelne der vier Spulenteile von einem mit diesem in Reihe liegenden Transistor derart gesteuert wird, daß er während des vorgegebenen Winkelweges einmal stromdurchflossen ist und jede aus Transistor und Spulenteil bestehende Einheit parallel zur Stromquelle liegt.
  • Die neue Schaltung hat die Wirkung, daß der Motor bei Betrieb mit den ün Gerät eingebauten Zellen einen sehr hohen Wirkungsgrad zur Herabsetzung der Stromentnahme aus den Zellen hat, wobei gleichzeitig als zusätzliche Maßnahme die Mög- lichkeit geschaffen ist, den Motor an eine einzige Außenstromquelle anzuschließen; hierbei ist jedoch der Wirkungsgrad herabgesetzt, da die Spulen jeweils nur einmal während einer Umdrehung stromdurchflossen sind, also zur Erzielung der gleichen Leistung eine hohe Stromaufnahme und damit erhöhte Kupferverluste bedingen. Dieser Nachteil fällt aber nicht ins Gewicht, denn die Fremdstromquelle ist der Größenordnung nach gegenüber der erforderlichen Leistung praktisch unerschöpflich, so daß die höhere Verlustleistung vollkommen vemachlässigbar ist. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß selbst bei höheren Verlusten die HÖchsttemperatur im Motor das zulässige Maß nicht überschreitet, da nämlich der Motor bezüglich der Wärmeentwicklung überdünensioniert ist. Dies erfolgt mit Rücksicht auf den verlangten hohen Wirkungsgrad bei der Arbeit mit den eingebauten Zellen, damit diese, wie bereits erwähnt, eine möglichst lange Lebensdauer haben. Mit anderen Worten: Während der Arbeit -mit der #Eigenstromquelle wird nie die -höchstzulässige Temperatur erreicht, so daß eine thermische Reserve für die Arbeit mit einer Fremdstromquelle trotz Erzeugung höherer Kupferverluste vorhanden ist; diese Reserve wird durch die Erfindung ausgenutzt.
  • In den Zeichnungen wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen des näheren erläutert. In F i g. 1 ist das Schaltbild eines transistorgespeisten Motors gemäß der Erfindung dargestellt, dessen Stromversorgung durch zwei eingebaute, einander völlig gleiche Batterien 11 -bzw. 21 von beispielsweise je 4 V Spannung erfolgt. Dieser Motor hat nun einen Umschalter U mit drei Stellungen, der aus den Kontaktsätzen wi bzw. w2 und w. (Wechselkontakte,- die Umschaltkontakte sind) sowie zwei Ausschaltkontakten al bzw. a. besteht. Die Kontaktsätze w. bzw. w 2 des Unischalt#rs U befinden sich nun in der Stellung, daß die im Gerät eingebauten Batterien 11 bzw. 21 für die Speisung des Motors eingeschaltet sind, und zwar ist die Batterie 11 über den Wechselkontakt a # w1 mit ihrem -Pol an die beiden, verbundenen Kollektoren der Ankertransistoren 12 bzw. 22 angeschlossen, und die Batterie 21 ist über den Wechselkontakt a - w2 mit ihrem +Pol an die miteinander verbundenen Emitter der Ankertransistoren 13 bzw. 23 angeschlossen. Ferner sind die Ankerspulen 10 bzw. 10' durch den Wechselkontakt a - w 3 und den Ausschaltkontakt (Unterbrecherkontakt) a, parallel geschaltet. Ferner sind die Ankerspulen 20 bzw. 20' durch den Wechselkontakt a - w.. und den Ausschaltkontakt (Unterbrecherkontakt) a. ebenfalls parallel geschaltet. Aus der F i g. 1 ergibt sich unter Weglassung der Kontakte des Umschalters U der vereinfachte und übersichtlichere Stromlaufplan gemäß F i g. 2 für die an sich bekannte Grundschaltung des Motors.
  • Wie F i g. 2 zeigt, sind also die Ankertransistoren 12 bzw. 13, 22 und 23 zu einer Brückenschaltung zusammengefaßt. In der einen Diagonalen (vertikal) liegen die in Serie geschalteten Batterien 11 bzw. 21, in der anderen Diagonalen (horizontal) liegen in Serie die beiden Gruppen von je zwei paraUelgeschalteten Ankerspulen 10, 10' in Serie mit 20, 20'. Die sich in der Mitte kreuzenden Verbindungsleitungen sind gemäß der Schaltung nach F i g. 1 bzw F i g. 2 miteinander verbunden, so daß die beiden Gruppen der jeweils parallelgeschalteten Ankerwicklungen während einer vollen Umdrehung des Magnetläufers des Motors zweimal im Gegentakt mit Erregerströmein abwechselnd aus den Batterien 11 bzw. 21 gespeist werden können, sofern im Betrieb des Motors die vier Ankertransistoren in einer ganz bestimmten zyklischen Folge erregt werden. Die Erregung der Ankertransistoren kann beispielsweise in an sich bekannter Weise durch einen hochfrequent schwingenden Oszillator erfolgen, dessen Impulse in Ab- hängigkeit von der Läuferstellung die Transistoren stromdurchlässig machen. Der Konstruktion des Motors entsprechend, liegen die Achsen der elektrisch parallelgeschalteten Spulen 10 bzw. 10' parallel, während die Achsrichtung der anderen parallelgeschalteten Spulen 20 bzw. 20' senkrecht zu den ersten, - 4 Spulenachsen -liegt. Die in den Ankerispufen jeweils erregten Magnetfelder liegen also ebenfalls in gleicher Achsrichtung ihrer erregenden Ankerspulen. Die Drehrichtung des Magnetläufers ist nun durch die Strofnrichttin-g-m" den Kupferwindungen- der--#erspulen- und die Richtung ihrer erregten Magnetpole gegenüber der Magnetfeldrichtung des Magnetläufers konstruktiv und schaltungsgemäß festgelegt.
  • Die Erregungsschaltung des Motors kann durch den Umschalter U so umgeschaltet werden, daß die Speisung aus einer äußerlich anschließbaren Stromquelle, beispielsweise einer Autobatterie von 6 V Spannung oder einem Netzgleichrichter gleicher Spannung erfolgt. Wie in F i g. 3 - dargestellte ist der Umschalter von einer Betriebsstellung über eine Aus-Stellung in die andere Betriebsstellung geschaltet worden. Die Ausschaltkontakte ajL und a2 sowie der Wechselkontakt w3 - b haben die Parallelschaltung der Ankerwicklungen 10 bzw. 10' und 20 bzw. 20' aufgetrennt und die Ankerwicklungen mit den Ankertransistoren zu einer Erregungsschaltung gemäß F i g. 3 und - in. vereinfachter Darstellung- - gemäß F i g. 4 zusarnm engeschaltet. Die beiden Wechselkontakte w. bzw. w2 haben ebenfalls in -Stellung b die fremde Stromquelle (6-V-Batterie), die an den Anschlußklemmen- + bzw. - angeschlossen ist, in die erregungsbereite, Schaltung eingeschaltet.
  • Wie F i ge 4 zeigt, liegt nun eine Erregungsschaltung des Motors vor, in welcher jede Ankerspule durch einen zugeordneten Ankertransistor, welcher, wie schon in Verbindung mit F i g. 1 erläutert wurde, durchgeschaltet werden kann, aus einer 6-V-Stromquelle erregt wird. Der Motor hat in dieser Schaltung einen geringeren Wirkungsgrad gegenüber der Schaltung in F i g. 2, wie im Nachstehenden des näheren erläutert wird. Dieser Nachteil fällt - aber wegen der wesentlich höheren Belastbarkeit der anschließbaren, äußeren Stroniquelle (6-V-Autobatterie oder Netzgleichrichter) nicht ins Gewicht..
  • In einer Umdrehung des Motorläufers bleibt jede Ankerspule einmal während einer Vierteldrehung stromerregt. Selbstverständlich ist die vom Motor geforderte Leistung (Drehmoment und geregelte-Drehzahl)' die gleiche wie bei der eigenen Strormquelle. Die Spannung der fremden Stromquelle ist - wie allgemein üblich - erhöht, beispielsweise beträgt sie, wie aus F i g. 4 hervorgeht, 6 V. Die Verlustleistung (12 - R) ist dementsprechend in jeder einzelnen Ankerspule erhöht, wenn auch zeitlich kürzer. Die Fremdstromquelle wird impulsmäßig etwa zweifach stärker'beansprucht; sie ist aber ergiebiger, da ihre Kapazität vielfach größer als die der eingebauten Batteriezellen ist. Die Nutzleistung wird also gemäß, der Schaltung nach F i g. 4 erreicht, wenn auch die Leistungsbilanz (geringerer Wirkungsgrad) durch eine ergiebigere Fremdstromquelle gedeckt werden muß. Der Motor ist so dimensioniert, daß infolge der erhöhten Verlustleistung die zusätzliche Temperatur-# erhöhung unbedeutend ist.
  • Die Erfindung ist also besonders vorteilhaft, wenn die Fremdstromquelle eine höhere Spannung hat als die Eigenstromquelle. Die sich hieraus ergebendenhöheren Verluste kann eine derartige Stromquelle, z. B. Kraftwagenbatterie, ohne weiteres hergebeii. Die Erfindung ist aber auch dann vorteilhaft ' wenn die Spannung der Fremdstro-mquelle nicht höher ist als die der eigenen Stromquelle, z. B. in beiden Fällen 6V. Dann sind. zwar die Verluste in beiden Fällen die gleichen, jedoch hat die Erfindung immer noch den Vorteil, daß durch die besondere Schaltung eine Fremdstromquelle ohne Anzapfung benutzt werden kann.

Claims (1)

  1. Patentanspruch: Gleichstromantrieb, bei welchem zwei in Reihe geschaltete, aus je zwei Spulenteilen bestehende Ankerspulen des Motors in der Wechselstrombrückendiagonalen einer aus vier gesteuerten Transistoren aufgebauten Brückenschaltung liegen und zwei in Reihe geschaltete Stromquellen in der Gleichstromdiagonalen der Brückenschaltung vorgesehen sind, wobei die Mittelpunkte beider Diagonalen miteinander verbunden sind, so daß während eines vorgegebenen Winkelweges des Motors, insbesondere einer Umdrehung, jede Ankerspule zweimal in verschiedenen Richtungen stromdurchflossen ist, d a d u r c h g e k e n n - zeichnet, daß die beiden Spulenteile jeder Ankerspule in der Grundschaltung parallel geschaltet sind und daß der Motor durch einen Umschalter (U) wahlweise von den zwei in Reihe geschalteten inneren StromqueRen (11, 21) auf eine äußere Stromquelle unterschiedlicher Leistung so umschaltbar ist, daß jeder einzelne der vier Spulenteile von einem mit diesem in Reihe liegenden Transistor gerart gesteuert wird, daß er während des vorgegebenen Winkelweges einmal stromdurchflossen ist und jede aus Transistor und Spulenteil bestehende Einheit parallel zur Stromquelle liegt. In Betracht gezogene Druckschriften: Französische Patentschrift Nr. 1308 238; USA.-Patentschrift Nr. 2 980 839.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3010435A1 (de) * 1980-03-19 1981-09-24 Papst-Motoren Kg, 7742 St Georgen Kollektorloser gleichstrommotor

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2980839A (en) * 1959-02-12 1961-04-18 Haeussermann Walter Electric motor
FR1308238A (fr) * 1960-12-21 1962-11-03 Airotor Vertriebsgesellschaft Installation de moteur à courant continu à commandement automatique pour grandes vitesses

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