DE1538877C

DE1538877C - Speed-controlled DC motor

Info

Publication number: DE1538877C
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr Ing 5778 Me schede Otzipka Willi Dip! Ing 1000 Berlin Moczala
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH, 6000 Frankfurt
Publication date: 1971-10-14

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf drehzahlgeregelte sondern der Motor ist auf Wunsch auch mit beidenThe invention relates to speed-controlled but the motor is also available with both on request

Gleichstrommotoren mit Dauermagnetläufer, bei wel- Kommutierungseinrichtungen lieferbar. Die Bauglie-DC motors with permanent magnet rotor, available with wel commutation devices. The structural

chen die an den Ständerspulen über Dioden abge- der, welche die Kommutierungseinrichtung enthalten,are transferred to the stator coils via diodes, which contain the commutation device,

griffene drehzahlabhängige Spannung auf einen können beispielsweise mittels gedruckter Schaltungengripped speed-dependent voltage on one can for example by means of printed circuits

Tachometerkreis gegeben und die Stromzuführung 5 oder als integrierte Bauelemente aufgebaut sein undTachometer circuit given and the power supply 5 or built as integrated components and

an die Ständerspulen in Abhängigkeit;von der Lau- werden durch einen einfachen Arbeitsgang seitlich imdepending on the stator coils; from the Lau- are through a simple operation laterally in the

ferstellung gesteuert wird. "£■--' Motorgehäuse angebracht, wobei ihre rotierendenproduction is controlled. "£ ■ - ' Motor housing attached, its rotating

Es sind bisher Gleichstrommotoren mit mechani- Teile auf die Läuferwelle gesteckt und die AnschlüsseSo far, DC motors with mechanical parts have been plugged onto the rotor shaft and the connections

schem Kommutator, aber auch solche mit elektroni- für die Ständerspulen und die Gleichstromquelle imSchem commutator, but also those with electronic for the stator coils and the direct current source in the

schem Kommutator bekanntgeworden. Die übliche io Ständer mit denen der Bauglieder automatisch zu-Schem commutator has become known. The usual io stand with which the structural members are automatically

Art der Drehzahlregelung bei Gleichstrommotoren sammengefügt werden.Type of speed control for DC motors are combined.

mit mechanischem Kommutator besteht darin, die Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in denwith mechanical commutator is that an embodiment of the invention is in the

Stromzufuhr an die Erregerspule des Motors mittels Zeichnungen dargestellt.Power supply to the excitation coil of the motor shown by means of drawings.

eines Fliehkraftschalters bei Überschreiten einer F i g. 1 zeigt den schematischen Aufbau des Ansprechdrehzahl zu unterbrechen. Sowohl der me- 15 Motors, während in den F i g. 2 und 3 zwei Schaltchanische Kommutator, auf welchem bekanntlich bilder für beide Betriebsarten wiedergegeben sind.
Kohlebürsten schleifen, als auch der Fliehkraftschal- Mit 1 ist der "Ständer des Motors bezeichnet, in ter sind als Kontakte als Fehlerquellen für den Motor welchem die Ständerwicklung 2 untergebracht ist. anzusehen. Man ist daher dazu übergegangen, den Der Läufer des Motors ist mit 3 bezeichnet und auf mechanischen Kommutator durch einen elektroni- ao der Welle 4 angebracht. Er ist entsprechend der Besehen zu ersetzen. Bei einem solchen bekannten zeichnung NS magnetisiert. Auf der Welle 4 sitzt, der Motor sind den Ständerspulen Transistoren vorge- Kommutator 5, welcher als Baueinheit angegeben ist, schaltet, deren Stromdurchlässigkeit beispielsweise die entweder einen elektronischen oder einen mevon einem Hochfrequenz-Oszillator gesteuert wird. chanischen Kommutator enthalten kann, so daß beide Man hat so den an sich billigen, mit einfachen Mit- 25 Kommutatoren leicht. gegeneinander austauschbar teln aufgebauten Gleichstrommotor mit -mechani- sind. Im Falle des. mechanischen Komutators laufen schem Kommutator durch einen teureren Gleich- die Bürsten mit dem Läufer des Motors um, wähstrommotor mit elektronischem Kommutator ersetzt, rend der Kommutator selbst am Ständer angebracht dabei jedoch den Vorteil erkauft, einen weniger stör- ist.a centrifugal switch when a F i g. 1 shows the schematic structure of the response speed interrupt. Both the me- 15 motor, while in Figs. 2 and 3 are two switching mechanisms commutator, on which, as is well known, images for both operating modes are shown.
Grinding carbon brushes, as well as the centrifugal scarf. With 1 the "stator of the motor is designated, in ter are to be regarded as sources of error for the motor which the stator winding 2 is housed as contacts 3 and mounted on the mechanical commutator by an electronic ao of the shaft 4. It is to be replaced as shown. In such a known drawing, NS magnetized. On the shaft 4, the motor, the stator coils are transistors in front of the commutator 5, which is specified as a structural unit, the current permeability of which can contain, for example, either an electronic commutator or a mechanical commutator controlled by a high-frequency oscillator, so that both commutators are cheap and easily interchangeable with simple common commutators direct current motor with -echani- are, in the case of the mechanical commutator The commutator runs with a more expensive DC motor - the brushes with the rotor of the motor are replaced with an electronic commutator, but the commutator itself attached to the stator has the advantage of being less disruptive.

anfälligen Motor zu haben. Trotz dieses guten 30 Die Ständerwicklung ist in die drei Ständerspu-to have a susceptible engine. Despite this good 30 The stator winding is in the three stator coils

Motors besteht aber weiterhin die Forderung, billige len 6, 7 und 8 unterteilt. Gemäß F i g. 2, in welcherMotors, however, continues to demand that cheap len 6, 7 and 8 be subdivided. According to FIG. 2, in which

Motoren zu liefern, so daß auch weiterhin Motoren die, Schaltung mit mechanischem Kommutator wie.-To deliver motors, so that motors can continue to use the circuit with mechanical commutator such as.

mit mechanischem Kommutator gebaut werden dergegeben ist, sind die Ständerspulen an die Kom-be built with a mechanical commutator is given, the stator coils are to the commutation

müssen. mutatorlamellen 9, 10 und 11 des mechanischenhave to. mutator slats 9, 10 and 11 of the mechanical

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, 35 Kommutators angeschlossen. Dieser mechanische einen Motor anzugeben, welcher ohne aufwendige Kommutator weist außerdem eine vierte Lamelle 12 Veränderungen sowohl der Forderung nach einem auf, welche sich über 180° erstreckt. Auf den Kombilligen Motor mit mechanischem Kommutator als mutatorlamellen schleift die Bürstenbrücke 13. Geauch nach einem teureren Motor mit elektronischem speist wird der Motor nach Schließen des Schalters Kommutator genügt. Diese Aufgabe wird gemäß der 40 14 aus der Batterie 15. Zwischen Batterie und Kom-Erfindung für einen drehzahlgeregelten GleichstromT mutator liegt der Steuertransistor 16 mit seiner motor mit Dauermagnetläufer, bei welchem die an Emitter-Kollektor-Strecke, dessen Basis an einen aus den Ständerspulen über Dioden abgegriffene dreh- den Widerständen 26 und 27 bestehenden Spannungszahlabhängige Spannung auf einen Tachometerkreis teiler angeschlossen ist. Über die Emitter-Kollektorgegeben und die Stromzuführung an die Ständerspu- 45 Strecke eines Zwischentransistors 28 ist der Widerlen in Abhängigkeit von der Läuferstellung gesteuert stand 26 mit dem negativen Pol der Stromquelle 15 wird, dadurch gelöst, daß die Anschlüsse der Stan- verbunden. An die Ständerspulen sind Dioden 17,18, derspulen, der Gleichstromquelle und der Drehzahl- 19 angeschlossen, über welche die an den Ständerregelung im Motor ohne zusätzliche Maßnahmen spulen anliegende Spannung auf den Kondensator 20 wahlweise mit den Anschlüssen einer mechanischen 50 gegeben wird. Diese Spannung liegt ebenfalls an der oder einer elektronischen, seitlich im Motorgehäuse mit 21 bezeichneten spannungsabhängigen Brückenanzuordnenden Kommutierungseinrichtung verbind- schaltung, in deren Nullzweig der Regeltransistor 22 bar sind. Der Vorteil der Erfindung liegt darin, daß liegt, dessen Kollektor mit der Basis des Zwischender Aufbau des Motors im Ständer und im Läufer transistors 28 verbunden ist.The invention is now based on the object of connecting 35 commutators. This mechanical one specify a motor which, without an expensive commutator, also has a fourth lamella 12 Changes in both the requirement for one, which extends over 180 °. On the combi leagues Motor with mechanical commutator as mutator lamellas grinds the brush bridge 13. Also After a more expensive motor with electronic feeds, the motor will after closing the switch Commutator is sufficient. According to FIG. 40, this task is derived from battery 15. Between battery and com-invention for a speed-controlled direct current T mutator, the control transistor 16 is located with its motor with permanent magnet rotor, in which the emitter-collector path, its base to one out the stator coils tapped via diodes, rotating resistors 26 and 27 existing voltage number dependent Voltage is connected to a tachometer circuit divider. The resistor is given via the emitter-collector and the power supply to the stator circuit 45 path of an intermediate transistor 28 Controlled as a function of the rotor position, 26 stood with the negative pole of the power source 15 is solved in that the connections of the Stan- connected. Diodes 17, 18 are attached to the stator coils, derspulen, the direct current source and the speed 19 connected, via which the stator control In the motor, without additional measures, the voltage present coils onto the capacitor 20 optionally with the connections of a mechanical 50 is given. This tension is also due to the or an electronic voltage-dependent bridge to be arranged laterally in the motor housing with 21 Commutation device connecting circuit, in whose zero branch the control transistor 22 are cash. The advantage of the invention is that lies its collector with the base of the intermediate Structure of the motor in the stator and in the rotor transistor 28 is connected.

für beide Zwecke, also für mechanische und elektro- 55 Die Wirkungsweise dieser Anordnung ist folgende:for both purposes, i.e. for mechanical and electrical 55 The mode of operation of this arrangement is as follows:

nische Kommutierung, der gleiche ist und daß der so Durch Schließen des Schalters 14 kann ein Strom ausniche commutation, the same and that of the way. By closing the switch 14, a current can be turned off

aufgebaute Motor je nach Wunsch und Verwen- der Batterie 15 über die Ständerspule 7 fließen, wieThe built-up motor can flow through the stator coil 7 as desired and as required

dungszweck mit einem billigen mechanischen oder es in der F i g. 2 dargestellt ist. Zu diesem Zeitpunktpurpose with a cheap mechanical or it in the F i g. 2 is shown. At this time

einem teureren elektronischen Kommutator für ist der Steuertransistor 16 stromdurchlässig. DurchThe control transistor 16 is current-permeable for a more expensive electronic commutator. Through

höchste Anforderungen ausgerüstet werden kann. Es 60 das von der Spule 7 erzeugte Drehmoment beginntcan be equipped to meet the highest requirements. It 60 the torque generated by the coil 7 begins

muß lediglich auf der Welle ein Bauteil ausgewech- sich der Läufer und damit die ebenfalls auf derall that has to be done is to replace a component on the shaft, the rotor and thus also the one on the

seit werden, nämlich der elektronische Kommutator Welle 4 angebrachte Bürstenbrücke 13 zu drehen, sosince be, namely to rotate the electronic commutator shaft 4 attached brush bridge 13, so

gegen den mechanischen Kommutator oder umge- daß nach einer kurzen Drehung die eine Bürste deragainst the mechanical commutator or vice versa after a short turn one brush of the

kehrt, um den jeweils gewünschten Motor zu erhal- Bürstenbrücke 13 von der Lamelle 10 auf die La-reverses in order to get the respectively desired motor- brush bridge 13 from the lamella 10 to the load

ten. Der Austausch des Kommutators umfaßt dabei 65 melle 11 aufgelaufen ist und die Ständerspule 8 vonth. The exchange of the commutator includes 65 melle 11 has accumulated and the stator coil 8 of

auch alle für die Drehzahlregelung erforderlichen Strom durchflossen wird. Auf diese Weise beginntall of the current required for speed control is also passed through. That way starts

Elemente. Es ergibt sich durch die Erfindung nicht der Motor hochzulaufen bis zu einer bestimmten An-Elements. As a result of the invention, the motor does not run up to a certain start

nur eine Vereinfachung bezüglich der Lagerhaltung, sprechdrehzahl, bei welcher das an der Brücken-only a simplification in terms of storage, speaking speed, at which the on the bridge

schaltung 21 anliegende Potential bewirkt, daß der Regeltransistor 22 stromdurchlässig wird und die Stromdurchlässigkeit des Zwischentransistors 28 vermindert bzw. den Zwischentransistor 28 völlig stromundurchlässig macht. Dadurch wird das Potential der Basis des Steuertransistors 16 so wert verschoben, daß die Stromdurchlässigkeit desselben herabgesetzt wird und die Ständerspulen nicht menr den zur Aufrechterhaltung des Drehmoments erforderlichen Strom erhalten, so daß die Drehzahl etwas absinkt. Auf diese Weise kann der Motor mit konstanter Drehzahl betrieben werden.Circuit 21 applied potential causes that the control transistor 22 is current-permeable and the The current permeability of the intermediate transistor 28 is reduced or the intermediate transistor 28 is completely impermeable to current power. As a result, the potential of the base of the control transistor 16 is shifted to such an extent that that the current permeability of the same is reduced and the stator coils are not menr to maintain of the torque required current received, so that the speed drops slightly. In this way, the motor can be operated at a constant speed.

Bei der Ausführung mit ruhendem Kommutator und umlaufenden Bürsten wird aus fertigungstechnischen Gründen zweckmäßig ein Plankommutator verwendet. Bei entsprechend genauer Fertigung ist allerdings auch ein Zylinderkommutator möglich. Durch die ruhenden Kommutatorlamellen ergibt sich noch der weitere Vorteil, daß zum Abbau von auftretenden Spannungsspitzen und zur Funkenlöschung die dazu notwendigen Elemente (Kondensatoren, Widerstände) leicht, d. h. ohne Schleifringe, eingebaut werden können.In the version with a stationary commutator and rotating brushes, manufacturing technology A face commutator is expediently used for reasons. However, if the manufacturing process is more precise a cylinder commutator is also possible. Due to the stationary commutator segments, there is still the further advantage that to reduce occurring voltage peaks and to extinguish the spark necessary elements (capacitors, resistors) easily, d. H. without slip rings be able.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf einen feststehenden Kommutator beschränkt, sondern es kann auch ein umlaufender Kommutator mit feststehenden Bürsten eingesetzt werden. Of course, the invention is not limited to a fixed commutator, but rather it a rotating commutator with fixed brushes can also be used.

In F i g. 3 sind die Ständerspulen 6, 7 und 8 über Transistoren 23, 24 und 25 mit der ,Batterie 15 verbunden. Die Spannung der Ständerspulen ist wiederum über die Dioden 17, 18 und 19 abgegriffen und auf den Kondensator 20 gegeben, liegt also auch an der mit 21 bezeichneten spannungsabhängigen Brükkenschaltung, in deren Nullzweig der Regeltransistor 22 liegt. Der Hochlauf des Motors ist der gleiche, wie schon in Fig. 2 beschrieben. Bei Erreichen der Ansprechdrehzahl wird wiederum der Regeltransistor 22 stromdurchlässig und vermindert die Stromdurchlässigkeit des Zwischentransistors 28 und damit auch die Stromdurchlässigkeit der Ständertransistoren 23, 24 und 25, welche dann im Extremfall auch strom-.undurchlässig werden können. Die mit 29, 30 und 31 bezeichneten Widerstände sind steuerbar und ändern ihren Widerstandswert in Abhängigkeit von der Drehzahl. Sie können beispielsweise als magnetfeldabhängige Widerstände ausgebildet sein.In Fig. 3, the stator coils 6, 7 and 8 are connected to the battery 15 via transistors 23, 24 and 25. The voltage of the stator coils is in turn tapped via the diodes 17, 18 and 19 and given to the capacitor 20, is also due to the voltage-dependent bridge circuit designated by 21, the control transistor 22 is located in the zero branch. The motor start-up is the same, as already described in FIG. Upon reaching the Response speed, in turn, the control transistor 22 is current-permeable and reduces the current permeability of the intermediate transistor 28 and thus also the current permeability of the stator transistors 23, 24 and 25, which in extreme cases can also become impermeable to current. Those with 29, 30 and 31 designated resistors are controllable and change their resistance value depending on the speed. For example, they can be designed as resistors that are dependent on the magnetic field.

Claims

Patent claims:

1. Speed-controlled DC motor with ίο permanent magnet rotors, in which the Stator coils, speed-dependent voltage tapped via diodes on a tachometer circuit given and the power supply to the stator coils depending on the rotor position is controlled, characterized in that the connections of the stator coils, the DC

. power source and the speed control in the motor without additional measures, optionally with the Connections of a mechanical or an electronic one to be arranged laterally in the motor housing Commutation device (5) can be connected.

2. DC motor according to claim 1, characterized in that the mechanical Commutation device with fixed commutator segments that can be connected to the stator coils (9, 10, 11), which are arranged in a semicircle, with one of the commutator bars opposite slip ring part (12) and a pair of brushes rotating with the rotor shaft (4) (13) equipped with opposing brushes that are conductively connected to one another are.

3. DC motor according to claim 1, characterized in that the electronic Commutation device with a number of corresponding to the number of stator coils Transistors (23, 24, 25), the collectors of which can be connected to the stator coils, and with is equipped with a control element rotating with the rotor shaft (4).

1 sheet of drawings