DE1638244A1

DE1638244A1 - Reversibler,elektromechanischer Umformer

Info

Publication number: DE1638244A1
Application number: DE19681638244
Authority: DE
Inventors: Edgard Nazare
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1967-02-08
Filing date: 1968-02-08
Publication date: 1971-09-02
Also published as: BE710479A; FR1541654A; FR92833E; FR92837E; NL6801819A; US3531709A

Description

Reversibler, elektromechanischer Umformer

Die Erfindung bezieht sich auf einen reversiblen, elektromechanischen Umformer, bei dem der feste und der bewegliche Teil, ZoB· ein Stator und ein Hotor, durch statische Magnetfelder aufeinander einwirken.

Der erfindungsgemäße Umformer zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß eines seiner beiden Teile ein Organ in Form eines gradlinigen oder eines ringförmigen Bandes hat, auf dessen entgegengesetzte Seiten eine gleichmäßige Folge von Permanentmagnietpolen abwechselnder Polarität aufgebracht ist, und daß der andere Teil gegenüber jeder Seite des Organs eine Folge Ton unter regelmäßigen Abständen voneinander angeordneten Poletücken tr^gt,- die mit mindestens einer zugeordneten Spule magnetisch geicbaltet sind, die ihrerseits elektrische Impulsf »bwtehselöder Polaritäten aufnimmt oder erzeugt, wenn sich der

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feste und der bewegliche Teil von der einen Gleichgewichtsstellung in die darauf folgende andere Gleichgewichtesteilung relativ zueinander verstellen.

Gegenüber den entsprechenden, bekannten Maschinen oder Vorrichtungen, insbesondere Wechselstromgeneratoren, Synchronmotoren, Selsynsmotoren u.dgl. zeichnet sich der erfindungsgemäße Umformer im wesentlichen dadurch aus, daß bei ihm statische Magnetfelder und keine Drehfelder verwendet sind und daß er kein indifferentes Gleichgewicht, sondern gleichmäßig voneinander entfernte, stabile Gleichgewichtslagen hat, die er - bei Fehlen jeder elektrischen Erregung - einfach durch den Effekt der geringeren Reluktanz einnehmen kann. Sein Übergang von der einen Gleichgewichtsstellung in die andere entspricht der Umkehrung der Polarität der Polstücke, d.h. einem elektrischen Impuls. Das bedeutet, daß die Verstellungen des beweglichen Teils des Umformers und die Frequenz der elektrischen Impulse fest miteinander verbunden sind» wobei nichtperiodische Impulse einer schrittweisen synchronen Verstellung entsprechen, periodische Impulse dagegen einer im wesentlichen kontinuierlichen, synchronen Verstellung, und zwar unter Berücksichtiggung der Trägheit des beweglichen Teil«.

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Gemäß einem anderen Merkmal des erfindungsgemäßen Umformers ist der Abstand der Folstücke voneinander dem Abstand der Pole gleichen Vorzeichens auf einer Seite des Organs gleich oder ist ein ganzzahliges Vielfaches, insbesondere das Doppelte, oder auch das Vielfache eines Bruchteils davon, insbesondere das Eineinhalbfache.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung liegen sich die beiderseits des Organs befindlichen Folstücke entweder gegenüber und haben entgegengesetzte Polaritäten oder sie sind gegeneinander versetzt und haben gleiche Polaritäten.

Durch die zahlreichen möglichen Kombinationen dieser verschiedenen Anordnungsgeometrien kann die Verteilung der Gleichgewichtslagen des Umformers jedem Anwendungszweck leicht ange-

glichen werden.

Gemäß weiteren Merkmalen des Umformers gemäß der Erfindung ( kann jedem Polstück oder auch mehreren Polstücken eine Spule zugeordnet sein, und die verschiedenen Spulen des Umformers können elektrisch in Reihe oder parallelgeschaltet oder auch elektrisch unabhängig voneinander sein. Im letzteren Fall ist dem Umformer dann eine Kommutierungsvorrichtung zugeordnet.

Diese verschiedenen elektrischen Vorkehrungen ermöglichen in Kombination mit den oben beschriebenen Vorkehrungen die Herstellung

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von erfindungsgemäßen Umformern, die sehr unterschiedlichen Be-. triebsgesetzen entsprechen, wie Starten in einer bestimmten Richtung, Selbstdrehung bei G-leichstrom, Betrieb bei ein- oder vielphasigem Wechselstrom.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Organ aus nebeneinander angeordneten, flachen Permanentmagneten, die einzeln oder gemeinsam mit ein- und demselben Träger verbunden sind. Die .Polstücke sind dabei mit ein- und demselben Gehäuse fest verbunden, das beispielsweise aus getriebenem Blech besteht.

Vorteilhafterweise hat der erfindungsgemäße Umformer die Form eines Moduls, das zum Erzielen einer Betriebseinheit gleichartigen Modulen zugeordnet werden kann.

Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf die Vorrichtungen, ) in denen der erfihdungsgemäße Umformer Verwendung findet, z.B. Steuerketten, kinematische Ketten, Maschinentelegrafen oder Datenverarbeitungsvorrichtungeno ι

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung. Auf der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar zeigen

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Fig. 1 einen Axiälteilschnitt durch eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Umformers,

Fig. 2 einen Schnitt bei Linie H-II der Fig. 1,

Fig. 3 einen Axialteilschnitt durch eine abgewandelte Ausfüferungsform des erfindungsgemäßen Umformers in

Form eines Moduls, i

Fig. 4 eine Ansicht einer aus mehreren Modulen gemäß Fig. 3 bestehenden Betriebseinheit,

Fig. 5 und 6 schematisch zwei kinematische Ketten gemäß · . der Erfindung, und

Fig. 7» 8 und 9 schematisch drei jeweils elektronisch, elektromechanisch bzw· photoelektrisch betätigte Steuerketten gemäß der Erfindung. (

Fig. 1 und 2 zeigen einen erfindungsgemäßen Umformer mit einem Stator 10, dessen Gehäuse aus zwei Flanschen 11, aus tiefgezogenem Blech bestehen. Die Flansche 11, 12 sind an ihren Ümfangsrändern miteinander verbunden und tragen jeweils in ihrer Mitte einen Ringteil 13, bzw. 14. Letztere bilden dif äußere Rollbahn für ein Kugellager, dessen innere

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Rollbahn auf einer Welle 21 eines Rotors 20 gebildet ist_e Der Rotor 20 besteht aus einer ebenen Scheibe 22, an deren Umfang sektorenförmige Permanentmagneten 23 kranzartig nebeneinander angeordnet und von zwei Seitenwänden 24, 25 festgehalten sind. Lebtere sind auf den entgegengesetzten Seiten der Scheibe 22, beispielsweise mittels Bolzen 26 festgelegt. Auf beiden Seiten der Permanentmagneten 23 des Rotors 20 tragen die Flansche 11, 12 des Stators 10 lamellierte Polstücke 15, 16. Diese sind sektorenförmig ausgebildet und in Form eines Kranzes unter gleichmäßigen Winkelabständen voneinander entfernt angeordnet„ Jedes Polstück 15, 16 ist von einer Polarisierungsspule 17 bzw» 18 umgeben.

Fig«. 2 zeigt einen Stator 10, der zwölf Paare einander gegenüberliegender Polstücke 15, 16 trägt. Der Rotor 20 hat dagegen achtzehn Permanentmagneten 23 mit abwechselnd axialer Polarität. Mit dieser Vorkehrung ist insbesondere die Drehrichtung des Umformers bestimmbar, falls ihm eine geeignete Koamuüerungsvorrichtung zugeordnet ist. Letztere kann entweder außerhalb angeordnet sein, wenn die Drehgeschwindigkeit des Umformers mit der Frequenz eines beispielsweise von einem anderen Umformer gelieferten Stroms gesteuert werden soll, oder sie kann in den Umformer eingebaut sein. Dieser kann dann un-

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abhängig arbeiten und wird beispielsweise mit Gleichstrom gespeist.

Der Umformer gemäß den Fig. 1 und 2 weist eine derartige Kommutierungsvorrichtung 30 auf. Sie besteht hauptsächlich aus zwei Isolierscheiben 31, 32, die jeweils von den Ringteilen 13, 14 des Stators 10 getragen sind und deren Innenseiten zwei gedruckte Schaltungen aufweisen. Eine der gedruckten Schaltungen ist ringförmig und die andere mäanderförmig. Beide arbeiten mit einer isolierten Kurzschlußbürste '33, 34 zusammen, die fest mit dem Rotor 20 verbunden ist. Diese Ausbildung gewährleistet eine periodische Umkehrung des Speisestroms für die Spulen 17, 18, und zwar synchron mit der Drehung des Rotors 20. Die Winkelstellung der Scheiben 31, 32 in bezug auf den Stator 10 sowie die der Bürsten 33, 34 in bezug auf den

Rotor 20 sind derart bestimmt, daß sich die Polarität der Polstücke 15, 16 umkehrt, sobald der Stator eine Lage stabilen Gleichgewichts geringfügig überschreitet.

Fig. 3 zeigt einen Axialschnitt durch eine abgewandelte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Umformers, der ein Mo* dul bildet. Durch einfaches Nebeneinanderordnen gleicher Module ist die Betriebseinneit gemäß Fig. 4 erhalten. Der Modul gemäß

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Fig· 3 hat zahlreiche Elemente, die mit denjenigen des in Figo 1und 2 dargestellten Umformers identisoh oder diesen ähnlich sind und die infolgedessen die gleichen», gegebenenfalls mit einem Index versehenen Bezugszeichen haben.

Der Modul hat einen Stator 10, dessen Gehäuse aus zwei Flanschen 11^f, 12' aus tiefgezogenem Blech gebildet ist. Die Flansche sind mit ihren Umfangsrändern miteinander verbunden und auf ihren Innenseiten sind lamellierte Polstücke 15¹, 16' beiderseits des Rotors 20 gegeneinander versetzt angeordnet. Der Rotor 20 besteht aus einer ebenen Scheibe 22'_r an deren Umfang nebeneinanderliegende Permanentmagneten 23 angeklebt oder angelötet sind. Die Anzahl Magneten entspricht der Anzahl Polstücke. Die Scheibe 22¹ ist von einer Welle 21· getragen, die mit einem Längskeil 27 versehen ist. Dadurch ist der Rotor 20 drehfest mit der Welle und hat auf der Welle in Längsrichtung ein gewisses Gleitspiel. Zum Gewährleisten einer genauen axialen Zentrierung der Permanentmagneten 25 zwischen den Polstücken 15Ί 16' trägt die Scheibe 22¹ auf ihren entgegengesetzten Seiten zwei Gleitringe 28, 29» die in die innenwand der Flansche 11', 12¹ eingreifen. Die beiderseits des Rotors 20 angeordneten Polstücke 15'» 16· werden jeweils von Ringspulen 17¹, 1Ö¹ pola-

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risiert, die in Gegenrichtung gekoppelt sind, so daß die Polstükke 15', 16· gleichzeitig die gleiche Polarität haben.

Fig. 4 läßt erkennen, daß eine Betriebseinheit 40 mit erhöhtem Drehmoment durch einfaches Nebeneinanderordnen mehrerer mit dem eben beschriebenen Modul identischer Module auf der Welle 21* erhalten ist. Die Module sind zwischen zwei Endflansche 41, 42 eingespannt, die durch Klammern und Verstrebungen 43 miteinander verbunden sind. Die Flansche 11·, 12¹ jedes Moduls sind eben und parallel, während der Hotor jedes Moduls selbsttätig in bezug auf die Flansche des Gehäuses zentriert ist. Die Struktur der Einheit 40 durch einfaches Aufeinanderschichten d$r gewünschten Anzahl Module bedingt keine besonderen mechanischen Vorschriften. Einer der Module kann vorteil-r hafterweise für den Stator und den Hotor ungleich viele Pole haben, so daß die Drehrichtung der Einheit der anderen Module, die gleichviele Pole für den Rotor und den Stator haben, bestimmt ist·

Fig. 5 zeigt schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer kinematischen Kette gemäß der Erfiiiiing, die einem mechanischen (Jetriebe gleichwertig ist. Diese kinematische Kette hat einen Motor Nq mit bestimmter oder einstellbarer Drehzahl,

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mit dem ein als Generator wirkender Umformer G gekoppelt ist. Der Generator G ist über einen Wählschalter S mit einem der Umformer-141, M2 ...Mn koppelbar, die unterschiedlich viele Pole haben und mechanisch mit ein- und demselben Empfänger R gekoppelt sind. Auf diese Weise wird letzterer immer mit einer Geschwindigkeit angetrieben, die zur Geschwindigkeit des Motors Nq proportional ist. Das Übersetzungsverhältnis ist durch die Beziehung zwischen der Anzahl Pole des Generators G und des Motors N bestimmt, an die er über den Wählschalter S elektrisch angeschlossen ist*

Figo 6 zeigt schematisch ein anderes Beispiel einer erfindungsgemäßen kinematischen üette. Diese nat einen Motor Nq, der mechanisch mit einem als Generator wirkenden Umformer G koppelbar ist, mit dem mehrere Umformer BIT, M2.„.Mn mit unterschiedlich vielen Polen in Reihe geschaltet sind, die je mit einem mechanischen Empfänger R1, R2...Rn gekoppelt sind. Auf diese Weise entsprechen jeder Winkelverstellung des Motors Nq proportionale, verschiedene Winkelverstellungen der Empfänger R1, R2...Rn. Bine derartige kinematische Kette Kann beispielsweise zum Übertragen von Momenten verwendet werden, wobei sie dann einem mechanischen Reduziergetriebe mit Mehrfachanzapfung entspricht, zum Steuern der Winkel Stellungen mehrerer Oigane,

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ζ.Be in einer Fernsteuerungsvorrichtung oder einem Maschinentelegrafen, oder auch zur herstellung von numerischen Zählern.

Fig. 7» ö und 9 zeigen drei erfindungsgemäße Steuerungsketten. Diese umfassen sämtlich einen Impulsgenerator mit einer bestimmten Hücklauffrequenz, der über Verstarker die Drehung eines oder mehrerer erfindungsgemäßer Umformer steuert.

Im Ausführungsbeispiel der Fig. 7 besteht der Impulsgene- -rator aus einer elektronischen Betätigungsvorrichtung CEL, die einen Steuergenerator FO mit bestimmter oder einstellbarer Frequenz umfaßt. Letzterer speist in Parallelschaltung eine Anzahl Frequenz teiler oder -vervielfacher F1, F2,.Fn, deren Ausgangssignale jeweils den Betrieb eines Verstärkers A1, A2.,.in steuern, die einen Umformer M1, M2...Mn mit einem starken Wechselstrom, vorzugsweise einen Impulsstrom, beliefern. Auf diese Weise sind die Drehzahlen der verschiedenen Umformer durch die Frequenz des Steuergenerators FO und die des zugeordneten Frequenzteilers oder -vervielfachers bestimmt·

Fig. ö zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Steuerkette mit einer elektromechanischen Betätigungsvorrichtung CEM. Diese Vorrichtung besteht einfach aus einer von einem Motor Nq mit be-

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stimmter oder einstellbarer Geschwindigkeit in Drehung versetzten Scheibe. Diese Scheibe weist eine Folge konzentrischer Spuren mit jeweils einer bestimmten Anzahl unter regelmäßigen Abständen angeordneten, leitenden Feldern auf, die alle mit ein- und derselben Klemme einer (nicht dargestellten) Spannungsquelle verbunden sind. Auf diesen Spuren schleifen zwei Sätze Bürsten, die je mit einem Wählschalter S1, bzw. S2 verbunden sind. Letztere wiederum sind mit Verstärkern A1, A2 verbunden, die die Speisung von Umformern M1, M2 gewährleisten» Diese Umformer drehen sich konstant mit proportionalen Drehzahlen, deren Beziehung derjenigen der Anzahl leitender Felder der ausgewählten Spuren entspricht. Selbstverständlich könnte anstelle der Scheibe eine Trommel vorgesehen sein und die Bürsten können außerdem durch Kontaktgeber ersetzt sein, die durch auf der Scheibe oder der Trommel vorgesehene Nocken betätigt sind.

Fig. 9 zeigt schematisch eine Steuerkette gemäß der Erfindung, die eine photoelektrische Betätigungsvorrichtung OFE umfaßt. Diese Vorrichtung hat im wesentlichen eine Scheibe D, die von einem Motor Nq in Drehung versetzt ist und in konzentrisfer Anordnung Reinen von gleichmäßig unter Abstand voneinander angeordneten Durchbrechungen aufweist. Beiderseits der Scheibe D

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ist eine Lichtquelle L und eine Reihe lichtempfindlicner Zellen vorgesehen, die über einen Wählschalter einen Verstärker A betätigen, der einen Umformer M. speiste Die Drehzahl des Umformers M ist proportional zu der des Motors Nq , und zwar in einem durch die Anzahl Durchbrechungen der vor der jeweiligen Zelle vorbeilaufenden Scheibe bestimmten Verhältnis·

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Claims

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Patentansprüche :

1. Reversibler elektromechanischer Umformer mit einem festen und einem beweglichen Teil, beispielsweise einem Stator und einem Rotor, die über statische Magnetfelder aufeinander einwirken, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Teile (20) ein Organ in Form eines gradlinigen oder ringförmigen Bandes hat, auf dessen entgegengesetzte Seiten eine regelmäßige Folge von Permanentmagnetpolen abwechselnder Polarität aufgebracht ist, und dessen anderer Teil (10) gegenüber jeder Seite des. Organs eine Folge unter gleichmäßigen Abständen voneinander angeordneter Polstücke 05;16) umfaßt, die mit mindestens einer zugeordneten Spule (17,1ö) gekoppelt sind, die elektrische Impulse wechselnder Polarität aufnimmt oder abgibt, wenn sich der bewegliche Teil relativ zum festen Teil aus einer seiner aufeinanderfolgenden Gleichgewichtsstellungen verstellt.

2. Umformer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Polstücke (15,16) demjenigen der gleichnamigen Pole auf einer Seite des Organs oder einem ganzen Vielfachen, insbesondere' dem Zweifachen oder einen vielfachen Bruch, insbesondere 5/2, entspricht.

5. Umformer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiderseits des Organs liegenden Polstücke (15,16) entweder

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einander gegenüberliegen und entgegengesetzte Polaritäten haben oder versetzt zueinander angeordnet sind und gleiche Polaritäten haben.

4. Umformer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Polstück (15,16) eine Spule (17,1ö) zugeordnet ist.

5. Umformer nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß mehreren Polstücken (15*ι 16¹) eine einzige Spule (17*, 18¹) ' zugeordnet ist.

6. Umformer nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß er mehrere Spulen 07', 18') hat, die elektrisch in Serie und/oder parallelgeschaltet sind.

7. Umformer nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß er mehrere elektrisch unabhängige Spulen (17,1b) sowie eine zugeordnete Umsehaltvorrichtung hat.

ö. Umformer nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch ' gekennzeichnet, daß das Organ aus nebeneinander angeordneten flachen Permanentmagneten (23) gebildet ist, die getrennt oder gemeinsam fest mit ein und demselben Träger (22,22') verbunden sind.

9. Umformer nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Polstücke (15,16) fest mit ein und demselben Gehäuse (11-12, 11'-12') verbunden sind, das beispielsweise aus tiefgezogenem Blech besteht.

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10. Umformer nach einem der bisherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß er als Modul ausgebildet ist, der mit gleichartigen Modulen zum Bilden einer Betriebseinheit zusammenfaßbar ist.

11. Kinematische Kette, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens zwei Umformer nach einem der Ansprüche 1 bis 10 umfaßt, von denen der eine (G) mit einem Motor (H) und der andere (M) mit einem Empfänger (R) mechanisch gekoppelt ist.

12. Kinematische Kette nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere Umformer (M.,, M₂ ... Mn) umfaßt, die mechanisch mit ein und demselben Empfänger (R) und elektrisch über einen Wählschalter (S) mit mindestens einem Umformer (G) gekoppelt sind, der wiederum mechanisch mit einem Motor (N) verbunden ist.

13. Kinematische Kette nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere Umformer (G; M, M^ ... Mn) umfabt, die mit jeweils mit Motoren und mechanischen Empfängern (N; fi-j, Rp ... Rn) verbunden und miteinander gekoppelt sind.

14. Kinematische Kette nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest bestimmte Umformer (G; M-j, Mp ... Mn) verschieden viele Pole aufweisen.

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15. Steuerkette, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens einen Umformer (M) nach einem der Ansprüche-1 bis 10 umfaßt, dessen kontinuierliche oder schrittweise Drehung durch einen Generator mit alternierenden Impulsen (CEI, CEÄ, CFE) gesteuert ist, und zwar gegebenenfalls über einen Wählschalter (S1, S2) und/oder einen zugeordneten Verstärker oder einen Verstärker (A).

16. Steuerkette nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere Umformer (M«, 1^VL ... Mn) umfaßt, die von ein und demselben Impulsgenerator (GEL, CEM, CPE) gesteuert sind, und daß die Anzahl Pole und/oder die Frequenz der gelieferten Impulse bei zumindest einigen der Umformer unterschiedlich ist bzw. sind.

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