DE1763278B2 - Power tool - Google Patents
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Elektrowerkzeug mit einem aus einem Wechsel- oder Drehstromnetz über Gleichrichter gespeisten Gleichstrommotor mit Nebenschlußwicklung.The invention relates to a power tool with one of an alternating or three-phase network DC motor with shunt winding fed by rectifier.
Bekannte Elektrowerkzeuge mit hoher Lastdrehzahl sind mit Gleichrichter und permanenterregtem Motor Ausgerüstet. Sie unterscheiden sich von den üblichen Elektrowerkzeugen zwar durch die hohe Lastdrehzahl Und relativ niedrige Leerlaufdrehzahl, weisen aber auch wesentliche Nachteile auf. Das bei Überlastung sich wesentlich verstärkende Ankerquerfeld bildet zusammen mit dem durch die Permanentmagnete erregten konstanten Hauptfeld ein resultierende!» Feld, das sich Je nach dem Belastungsfall um einen mehr oder weniger großen Winkel gegenüber der geometrischen neutralen Zone verdreht und sowohl die Kommutierung wie auch das Drehmoment nachteilig beeinflußt. Dasselbe gilt für das Anlaufverhalten der bekannten permanenterregten Elektrowerkzeuge. Bei den üblichen mit Wechselstrom gespeisten und von einem Hauptschlußmotor angetriebenen Elektrowerkzeugen ändern sich dagegen Hauptfeld und Ankerquerfeld bei BeIastung im gleichen Maße; daher bleiben das resultierende Feld und damit auch die neutrale Zone in ihrer Winkellage unverändert; infolgedessen weisen diese Elektrowerkzeuge ein elastisches Verhalten bei weitgehender Überlastsicherheit und eine bei allen Belastungszuständen gute Kommutierung auf. Diesen Vorteilen stehen als Nachteil neben der bekannten Lastabhängigkeit der Drehzahl die durch den Wechselstrom bedingten hohen Magnetisierungs- und Wirbelstromverluste gegenüber. Known power tools with high load speed are with rectifiers and permanently excited motors Equipped. They differ from conventional power tools in that they have a high load speed And relatively low idle speed, but also have significant disadvantages. That when overloaded together with that excited by the permanent magnets, the armature transverse field is significantly strengthening constant main field a resulting! " Field, which varies depending on the load case by one more or less large angle with respect to the geometric neutral zone and twisted both the commutation as well as adversely affecting torque. The same applies to the start-up behavior of the known permanent magnet Power tools. With the usual alternating current fed and from a main circuit motor driven power tools, on the other hand, change the main field and armature transverse field under load to the same extent; therefore the resulting field and thus also the neutral zone remain in their angular position unchanged; As a result, these power tools have an elastic behavior to a large extent Overload protection and good commutation in all load conditions. These advantages are available as a disadvantage besides the known load dependency of the speed the one caused by the alternating current high magnetization and eddy current losses.
Weiterhin ist es bekannt, Gleichstromnebenschluß- oder Gleichstromdoppelschlußmotoreri über Gleichrichter an ein Wechsel- oder Drehstromnetz anzuschließen; vergleiche das Buch »Elektronische und magnetische Steuerungen und Regelungen in der Antriebstechnik« VDE-Verlag, 1953, S. 104 bis 106, insbesondere Bild 1. Dort ist die Nebenschlußwicklung des Motors über einen eigenen Gleichrichtersatz, den sogenannten »Feldgleichrichter« getrennt von dem Anker-Stromkreis an die Wechsel- oder Drehstromversorgung angeschlossen. In dieser Veröffentlichung ist auch das Problem angeschnitten, daß bei wechselnder Last durch »lückenden« Betrieb ein Drehzahlabfall auftritt, welcher von der Größe der Lücken, d. h. von der Welligkeit der Versorgungsspannung, abhängig ist. Mittel zur Behebung dieser Schwierigkeit sind nicht angegeben. It is also known to use direct current shunt or direct current double circuit motors via rectifiers to be connected to an alternating or three-phase network; compare the book »Electronic and Magnetic Controls and regulations in drive technology «VDE-Verlag, 1953, pp. 104 to 106, in particular Fig. 1. There is the shunt winding of the motor via its own set of rectifiers, the so-called "Field rectifier" separated from the armature circuit to the AC or three-phase supply connected. This publication also addresses the problem that when the load changes due to "intermittent" operation, a speed drop occurs, which depends on the size of the gaps, i. H. from the ripple the supply voltage. Means for overcoming this difficulty are not given.
Aus der Zeitschrift »Werkstaltechnik« 50 (1960), S. 564, ist eine Anordnung bekannt, bei der ein Doppelschlußmotor über einen Drehstrom-Brückengleichrichter gespeist wird. Entkopplungsmittel zwischen der Reihenschluß- und der Nebenschlußwicklung sind nicht vorgesehen; das gleiche gilt für eine ähnliche, aus einem Drehstromnetz gespeiste Schaltungsanordnung entsprechend der CH-PS 3 71 500.From the magazine "Werkstaltechnik" 50 (1960), p. 564, an arrangement is known in which a double-wound motor is fed via a three-phase bridge rectifier. Decoupling means between the Series and shunt windings are not provided; the same goes for a similar, off Circuit arrangement fed by a three-phase network in accordance with CH-PS 3 71 500.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Elektrowerkzeug der eingangs genannten, aus den vorgenannten Druckschriften bekannten Art zu schaffen, dessen Lastdrehzahl nur wenig unterhalb der Leerlaufdrehzahl liegt.The object of the invention is to provide a power tool of the type mentioned at the beginning, from the above-mentioned publications known type to create the load speed is only slightly below the idle speed.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung bei einem Eiektrowerkzeug der eingangs genannten Art dadurch erreicht, daß in Reihe mit der Ankerwicklung des Antriebsmotors eine in Stromrichtung gepolte Diode geschaltet ist. Diese Diode wirkt sich hinsichtlich der Erhöhung der Lastdrehzahl um so stärker aus, je stärker der Gleichstrom pulsiert; am deutlichsten wird der Einfluß bei einer gleichgerichteten Wechselspannung mit sehr starken Pulsationen. Dort tritt das geschilderte Problem der Unterdrückung von aus der gegenseitigen Induktion von Anker und Feld herrührenden Strömen in sehr viel stärkerem Maße auf als bei einem gleichgerichteten Drehstrom, welcher gegenüber dem gleichgerichteten Einphasenwechselstrom eine geringere Welligkeit besitzt. ...According to the invention, this object is achieved in an electric tool of the type mentioned at the outset achieves that in series with the armature winding of the drive motor, a diode polarized in the current direction is connected is. This diode has a stronger effect in terms of increasing the load speed, the stronger it is the direct current pulsates; the influence is most evident with a rectified alternating voltage with very strong pulsations. This is where the described problem of mutual suppression occurs Induction of currents originating from armature and field to a much greater extent than in the case of a rectified one Three-phase current, which compared to the rectified single-phase alternating current has a lower ripple owns. ...
Bei einem aus einem Wechselstromnetz über eine Graetz-Brücke gespeisten Gleichstrommotor mit Nebenschlußwicklung tritt eine Phasenverschiebung des Erregerstromes gegenüber der pulsierenden Gleichspannung auf. Wegen der Induktivität der Erregerwicklung sinkt der Erregerstrom nicht in gleichem Maße ab wie die Spannung am Ausgang des Gleichrichters. Der Erregerstrom fließt beim Absinken der pulsierenden Gleichspannung nahezu in unveränderter Größe weiter und besitzt einen erheblichen Gleichstromanteil. Auf Grund dieser Tatsache bleibt die Maschine im Bereich der Spannungslücken erregt, und es wird im Anker eine Spannung induziert wie beim Generatorbetrieb; durch die Generatorwirkung wird der Anker abgebremst.For one from an AC network via a Graetz bridge fed DC motor with shunt winding occurs a phase shift of the Excitation current compared to the pulsating DC voltage. Because of the inductance of the excitation winding the excitation current does not decrease to the same extent as the voltage at the output of the rectifier. Of the When the pulsating DC voltage drops, the excitation current continues to flow almost unchanged and has a considerable direct current component. Because of this, the machine stays in range excites the voltage gaps, and a voltage is induced in the armature as in generator operation; by the generator effect is braked by the armature.
Wird nun gemäß der Erfindung in Reihe mn der Ankerwicklung des Antriebsmotors eine in Stromrichtung gepolte Diode zugeschaltet, so fällt an dieser Diode die im Generatorbetrieb erzeugte Spannung ab. Diese negative Spannung überlagert sich dagegen beim Fehlen der Diode am Ausgang der Graetz-Brücke der von dieser gleichgerichteten Spannung, und es entsieht eine nicht mehr auf Null abfallende Summenspannung von beträchtlicher Höhe, die ständig an der Erregerwicklung anliegt. Ein dieser Spannungserhöhung, d. h. der im Anker induzierten EMK entsprechend vergrößerter Erregerstrom über die Erregerwicklung und den Anker verursacht eine Verstärkung des Erregerfeldes und somit eine Abbremsung des Ankers, wenn die Diode fehlt. Diese Drehzahlverringerung des Ankers kann durch Einschalten der Diode verhindert werden, weil beim Vorhandensein derselben an dieser der im Generatorbetrieb erzeugte Spannungsanteil abfällt und nicht zu einer erhöhten Erregung der Maschine beitragen kann. An Hand der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.Is now according to the invention in series mn the armature winding of the drive motor a diode polarized in the direction of the current is switched on, the voltage generated in generator mode. On the other hand, this negative voltage is superimposed if it is missing the diode at the output of the Graetz bridge the voltage rectified by this, and one emerges No longer falling to zero total voltage of considerable height, which is constantly on the excitation winding is applied. One of this increase in voltage, i. H. the EMF induced in the armature is correspondingly increased Excitation current via the excitation winding and the armature causes a strengthening of the excitation field and thus a deceleration of the armature if the diode is absent. This reduction in the speed of the armature can be achieved by Switching on the diode can be prevented, because if the diode is present on it, it is in generator mode generated voltage component drops and cannot contribute to increased excitation of the machine. An exemplary embodiment of the invention is explained in more detail with reference to the drawing.
In der Zeichnung ist der Gleichrichter des dargestellten
Elektrowerkzeugs als mit Einphasenstrom gespeist gezeichnet; die Schaltung des Gleichrichters ist nicht
angegeben und nicht Gegenstand der Erfindung. Der dargestellte Antrieb für das Elektrowerkzeug enthält
einen Motor 18 mit Doppelschlußwicklung mit in Reihe zum Läufer in Stromrichtung angeordneter Diode 26
und mit Kondensatoren 27 zur Überbrückung der FeId- und Läuferwicklungen. Für die Hauptschlußfeldwicklung
ist eine verzögerte Kurzschlußanordnung vorgesehen.
Wie bereits einleitend ausgeführt und begründet, sollIn the drawing, the rectifier of the power tool shown is drawn as being fed with single-phase current; the circuit of the rectifier is not specified and is not part of the invention. The illustrated drive for the power tool contains a motor 18 with double-ended winding with a diode 26 arranged in series with the rotor in the direction of current and with capacitors 27 for bridging the field and rotor windings. A delayed short-circuit arrangement is provided for the main circuit field winding.
As already stated in the introduction and justified, should
gemäß der Erfindung ein Elektrowerkzeug mit elektrischer Felderregung weitergebildet werden, wobei die Erregerwicklung aus einer Wechselstromquelle über einen Gleichrichter gespeist wird. Wenn die Felderregung ganz oder teilweise im Hauptschluß liegt, kann zur Unterdrückung unerwünschter Eigenschaften des Hauptschlußverhaltens eine drehzahlregelnde Einrichtung vorgesehen sein, die bei Entlastung die ansteigende Drehzahl des Läufers auf einen nur wenig oberhalb der Lastdrehzahl liegenden Wert begrenzt. Zur Dreh-Zahlregelung können neben mechanischen Reglern, die auf Fliehkraft oder auf einen Strömungswiderstand abgestimmt sind, auch elektrische Stellgrößen verwendet werden, die in einen geeigneten Drehzahlregler eingegeben werden. So kann ein vom Läufer des Antriebsmotors angetriebener Stromerzeuger, z. B. ein sogenannter Tachogenerator, ein elektronisches Schaltglied steuern, das die am Motor liegende Spannung beeinflußt. Die Sicherheit eines Elektrowerkzeuges der beschriebenen Art wird erhöht, wenn zusätzlich zu der drehzahlregelnden Einrichtung noch eine Sicherheitseinrichtung vergesehen wird, die die Drehzahl begrenzt. Diese die Drehzahl begrenzende Einrichtung kann so ausgebildet sein, daß sie bei Überschreiten der zugelassenen Höchstdrehzahl das Elektrowerkzeug vom Netz trennt. Sie kann auch, ohne den Strom zu unterbrechen, auf andere Weise verhindern, daß die Drehzahl unzulässig hoch wird. Hierzu können bekannte Schalter benutzt werden.According to the invention, a power tool with electric field excitation can be developed, the Excitation winding is fed from an alternating current source via a rectifier. When the field excitement is wholly or partially in the main circuit, can suppress undesirable properties of the Main circuit behavior a speed-regulating device can be provided, the increasing when relieved Speed of the rotor limited to a value lying only slightly above the load speed. For speed control can in addition to mechanical regulators, which are tuned to centrifugal force or to a flow resistance are, electrical manipulated variables can also be used, which are entered into a suitable speed controller will. For example, a generator driven by the rotor of the drive motor, e.g. B. a so-called Control tachometer generator, an electronic switching element that influences the voltage applied to the motor. The safety of a power tool of the type described is increased if, in addition to that speed-regulating device is provided with a safety device that limits the speed. This speed-limiting device can be designed so that it is exceeded when the permitted maximum speed disconnects the power tool from the mains. You can do without the electricity too interrupt, otherwise prevent the speed from becoming impermissibly high. For this purpose, known Switches are used.
Die in der Zeichnung gezeigte Antriebsanordnung enthält außer einem im Hauptschluß liegenden Teil der Feldwicklung noch einen im Nebenschluß liegenden Teil; diese sogenannte Doppelschlußwicklung hat bekanntlich den Vorteil des günstigen Anlauf- und Überlastverhaltens der Hauptschlußwicklung, verbunden mit der weitgehend lastunabhängigen Drehzahl eines Nebenschlußmotors. Unter Umständen ist es vorteilhaft, bei einem solchen Doppelschlußmotor einen Verzögerungsschalter vorzusehen, der die Hauptschlußwicklung nach Beendigung des Anlaufvorganges kurzschließt. Die verzögerte Überbrückung der Hauptschlußwicklung kann dabei durch einen besonderen drehzahlabhängigen Fliehkraftschalter erfolgen; durch ein drittes Kontaktpaar 23 im Schalter des Elektrowerkzeuges, das unter Einwirkung eines federnden Zwischengliedes 24, jedoch durch eine pneumatische, hydraulische oder andersartige Einrichtung 25 gebremst, der Bewegung des Schalters verzögert folgt; durch einen thermisch wirkenden Verzögerungsschalter; durch einen vom Kühlluftstrom beeinflußten Schalter; durch elektrische Verzögerungen (Aufladen eines Kondensators, RC-GWed); durch EMK-abhängige Relais oder durch eine Kombination zweier oder mehrerer dieser Möglichkeiten. Besonders verlustarm arbeitet ein Elektrowerkzeug der beschriebenen Art mit Nebenschluß- oder Doppelschlußmotor, wenn in Reihe mit dem Läufer die Diode 26 in Stromrichtung angeordnet ist, welche Ströme, die aus der gegenseitigen Induktion von Anker und Feld herrühren, und infolgedessen die damit verbundenen Verluste unterdrückt.The drive arrangement shown in the drawing contains, in addition to a part of the field winding located in the main circuit, also a part located in the shunt; As is known, this so-called double-circuit winding has the advantage of the favorable start-up and overload behavior of the main circuit winding, combined with the largely load-independent speed of a shunt motor. Under certain circumstances, it is advantageous to provide a delay switch in such a double-ended motor which short-circuits the main-circuit winding after the start-up process has ended. The delayed bridging of the main circuit winding can be done by a special speed-dependent centrifugal switch; by a third pair of contacts 23 in the switch of the power tool, which, under the action of a resilient intermediate member 24, but braked by a pneumatic, hydraulic or other type of device 25, follows the movement of the switch with a delay; by a thermal delay switch; by a switch influenced by the flow of cooling air; due to electrical delays (charging a capacitor, RC-GWed); by EMF-dependent relays or by a combination of two or more of these possibilities. A power tool of the type described with a shunt or double-wound motor works with particularly low losses if the diode 26 is arranged in series with the rotor in the current direction, which suppresses currents resulting from the mutual induction of armature and field, and consequently the associated losses.
Der in dem beschriebenen Elektrowerkzeug fließende Strom weist als gleichgerichteter Wechselstrom je nach Art des Wechselstromes (Einphasenstrom oder Mehrphasenstrom) und nach der Art des Gleichrichters mehr oder weniger starke Stromspitzen auf, die unerwünschte Induktionswirkungen und magnetische Verluste zur Folge haben. Diese Verluste können dadurch verringert werden, daß das für den Läufer verwendete Dynamoblech bei 0,35 mm Dicke und einer Induktion von 10 000 Gauß einen Magnetisierungsveriust von höchstens 1,45 W/kg hat. Es hat sich weiter als zweckmäßig erwiesen, wenn die je Kommutatorlamelle zu übertragende elektrische Leistung durch Erhöhung der Nutenzahl des Läufers kleiner als sonst üblich gehalten wird. Ais besonders günstig wurden Nutenzahlen ermittelt, die einem Verhältnis von Läuferdurchmesser zu Nutenzahl entsprechen, das höchstens bis 2,9, vorzugsweise unter 2,5 beträgt. Kommutierung und Bürstenfeuer werden weiter günstig beeinflußt, wenn zur Läuferwicklung und zu den Feldwicklungen in an sich bekannter Weise die Kondensatoren 27 parallel geschaltet sind.The current flowing in the power tool described has a rectified alternating current according to the type of alternating current (single-phase or multi-phase current) and according to the type of rectifier more or less strong current peaks, the undesirable induction effects and magnetic losses have as a consequence. These losses can be reduced by using the one used for the rotor Dynamo sheet with a thickness of 0.35 mm and an induction of 10,000 Gauss a magnetization loss of has a maximum of 1.45 W / kg. It has also proven to be useful if the commutator bar is closed Transferring electrical power kept smaller than usual by increasing the number of slots in the rotor will. As a particularly favorable number of slots were determined that correspond to a ratio of rotor diameter to Corresponding to the number of slots, which is at most up to 2.9, preferably below 2.5. Commutation and brush fire are further influenced favorably if the rotor winding and the field windings are known per se Way the capacitors 27 are connected in parallel.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| BF | Willingness to grant licences | ||
| BHN | Withdrawal |