DE1954430A1

DE1954430A1 - DC voltage stabilization for battery drives with low supply voltages

Info

Publication number: DE1954430A1
Application number: DE19691954430
Authority: DE
Inventors: Auf Nichtnennung Antrag
Original assignee: SLEVOGT KARL DR
Current assignee: SLEVOGT KARL DR
Priority date: 1969-10-29
Filing date: 1969-10-29
Publication date: 1971-05-06

Description

Patentanmeldung Anmelder: Dr.habil.K. Slevogts 812 Weilheim, Trifthofstrasse 17 Erfinder: Udo Eoschay, Physiker, 8121 Polling, Prälatenweg 125 1/8 GleichsPannungsstabilisierung für Batterieantriebe mit kleinen Versorgungaspannungen. Patent application Applicant: Dr.habil.K. Slevogts 812 Weilheim, Trifthofstrasse 17 Inventor: Udo Eoschay, physicist, 8121 Polling, Prälatenweg 125 1/8 DC voltage stabilization for battery drives with low supply voltages.

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gemacht, die Konstanz und den Wirkungsgrad von gleichspannungsgeregelten Batterieantrieben zu verbessern und damit die Lebensdauer der eingesetzten Motore zu erhöhens In transportablen, netzunabhängigen Programmschaltwerken, in Registriergeräten aller Art, wie z.3. Schreibernf werden batteriegetriebene Gleichspannungsmotore mit hoher Gleichlaufgenauigkeit gefordert. Leider haben diese Antriebe den Naateil, daß ihre Laufgenauigkeit eine Funktion der variierenden Batteriespannung ist. Darüber hinaus sind noch flatteriespannungsänderungen zu berücksichtigen, die von der sich ändernden Umgebungstemperatur herrühren. Verschiedene Richtungen wurden daher zur Erhöhung der Laufgenauigkeit dieser Antriebe verfolgt, ohne jedoch auf den Wirkungsgrad besonderes Augenmerk zu legen. Bescheidene Erfolge konnten hierbei mit den nachfolgend aufgezählten Verfahren erreicht werden.The invention has set itself the task of the constancy and the efficiency of DC-regulated battery drives and thus the service life the motors used to increase In transportable, network-independent program switchgear, in registration devices of all kinds, such as 3. Battery-powered DC motors are used with high synchronization accuracy required. Unfortunately these drives have the naate part, that their running accuracy is a function of the varying battery voltage. About that In addition, fluctuations in the voltage of the battery must be taken into account changing ambient temperature. Different directions were therefore aimed at Increasing the running accuracy of these drives is pursued without, however, affecting the efficiency pay special attention. Modest successes could be achieved with the following enumerated procedures can be achieved.

Im 1. Verfahren sei eine gleichwechselspannungsmäßige Hybridschaltung zu nennen, die jedoch keinen direkten Gleichstrombetrieb erlaubt. Dardber hinaus zeigt diese Schaltung einen sehr geringen Wirkungsgrad, der im übrigen noch Ton der Wechselrichter-Frequenz und der Eingangsgleichspannung der Batterie abhängig ist0 Für Spannungen unter 3 Volt ist ein wirtschaftlicher Wechselrichter nur mit dem größten schaltungstechnisohen und finanziellen Aufwand zu verwirklichen.In the first method, a hybrid circuit with DC voltage is assumed which, however, does not allow direct DC operation. Beyond that shows this circuit a very low efficiency, the rest of the sound the inverter frequency and the DC input voltage of the battery ist0 For voltages below 3 volts, an economical inverter is only available with to realize the greatest amount of circuit technology and financial effort.

Die 2. Möglichkeit liegt in einer Umwandlung der elektrischen Energie über einen mechanischen Zwischenspeicher, wie z.3.The second possibility is to convert the electrical energy via a mechanical buffer, such as 3.

eine Uhrf eder, die wiederum ein genaues mechanisches Uhrwerk als Antriebsaggregat in Bewegung setzt Diese Lösung zeichnet sich durch ausgezeichneten Gleichlauf aus. Der Nachteil ist der erhöhte mechanische Herstellungsaufwand dieser Antriebe und das verhältnismäßig geringe Antriebsmoment an der Ausgangswelle0 Vergrößerung des Ausgangsmomentes dieser Antriebsaggregate führt zu beachtlichen Gesiohtserhöhungen und damit sur Begrenzung der Anwendung in mobilen-, d.h., tragbaren Geräten.a clock spring, which in turn is called an accurate mechanical clockwork Sets drive unit in motion This solution is distinguished by its excellent Synchronism off. The disadvantage is the increased mechanical production costs of these Drives and the relatively low drive torque on the output shaft0 enlargement of the output torque of these drive units leads to considerable increases in height and thus on the limitation of the application in mobile, i.e. portable devices.

Eine 30 Möglichkeit liegt in der Kompensation der stark variierenden Batteriespannung durch mechanische Regler, die jedoch bei der starken mechanischen Belastung im Eiflsatz, zu starken Verschleißerscheinungen im Motor selbst, d.h., bei den mechanischen Reglern, führt. Damit unterliegt die Bebensdauer dieser Motors starken Einsatzbegrenzungen.One possibility is to compensate for the strongly varying Battery voltage through mechanical regulator, however, when the strong mechanical Load in the load, excessive wear and tear in the engine itself, i.e., with the mechanical regulators. This means that the service life of this engine is subject to strong bet limits.

Als letzte Möglichkeit seien elektronische Spannungs- bzw. Strom-Regler genannt. Regelschaltungen für Spannungen über 3 Volt aus gangsspannung sind in einer Vielzahl bekannt und auch bewährt.The last option is electronic voltage or current regulators called. Control circuits for voltages over 3 volts from output voltage are in one Many known and also proven.

Für Ausgangsspannungen unter 3 Volt werden diese elektronischen Regler, die zwischen Batterie und Gleichspsnnungsantrieb geschaltet werden, im Wirkungsgrad sehr schlecht. D.h., der Nachteil liegt in einem verhältnismäßig großen 3atterieleistungsbedarf.For output voltages below 3 volts, these electronic regulators, that are switched between the battery and DC drive, in terms of efficiency very bad. That is, the disadvantage is a relatively large battery power requirement.

Die Erfindung hat sioh daher zur Aufgabe gemacht, Möglichkeiten zu suchen, Spannungen unter 3 Volt für gleiohapannungagetriebens Kleinetmotore in Batteriegeräten zu stabilisieren. Dabei wurde der größte Wert auf eine maximale Ausnutzung der Batteriekapazitit gelegt. Darüber hinaus sollte der schaltungstechnische Aufwand sehr gering bleiben, um eine finanzielle Belastung der Stabilisierungseinheiten zu vermeiden.The invention has therefore set itself the task of creating possibilities looking for voltages below 3 volts for gleiohapensionagetriebens small motors in battery devices to stabilize. The greatest value was placed on maximum utilization of the battery capacity placed. In addition, the circuitry effort should remain very low, a financial burden on the stabilization units to avoid.

F5r die Stabilisierung von BetriebsspPnnungen in elektrischen Uhren werden auf dem Markt integrierte Stabilisierungsschaltungen für 1,1 Volt angeboten. Es handelt sich hierbei um monolithische Transistorschaltungen, die in der Uhrenschaltung eine Eingangsspannung von 1w2 bis 1t7 Volt auf eine Ausgangaspannung von 1,1 Volt stabilisieren. Dabei ist die mittlere Stromaufnahme der Schaltung selbst sehr gering, d.ho der Eigenbedarf vernachlässigbar. Für den einwandfreien Betrieb dieser Schaltung ist jedoch Stabilisierungshilfsspannung notwendig, die einen Stabilisierrngsstrom für die Schaltung liefert. Leider liegt diese Stabilisierungshilfsspannung immer über der zu regelnden Spannung von 1t2 bis 1,7 Volt. In der Uhrentechnik wird diese Stabilisierungshilfs spannung durch induktive Wechselspannungsmitkopplung mit ans ehlies -sender Gleichrichtung erzeugt. Dies geschieht über die Pendelbewegung der magnetisch aktiven Unruhe in einer Induktionsspule.For the stabilization of operating voltages in electrical clocks Integrated stabilization circuits for 1.1 volts are offered on the market. These are monolithic transistor circuits that are used in the clock circuit an input voltage of 1w2 to 1t7 volts to an output voltage of 1.1 volts stabilize. The average power consumption of the circuit itself is very low, d.ho the own consumption negligible. For the correct operation of this circuit However, auxiliary stabilization voltage is necessary, which provides a stabilization current for the circuit supplies. Unfortunately, this auxiliary stabilization voltage is always there above the voltage to be regulated from 1t2 to 1.7 volts. In watch technology this becomes Auxiliary stabilization voltage through inductive AC voltage coupling with ans ehlies transmitter rectification generated. This is done via the pendulum movement of the magnetically active unrest in an induction coil.

Ohne diese, in der Uhrentechnik aufgrund der alternierenden Bewegung der Unruhe, mögliche Spannungsmitkopplungg ist die monolithische Transistorschaltung zu stabilisierungazwecken von Spannungen unter 2 Volt unbrauchbar.Without this, in watch technology due to the alternating movement The unrest, possible voltage feedback, is the monolithic transistor circuit useless for stabilization purposes of voltages below 2 volts.

Dieser Nachteil läßt sich durch eine Hilfasohaltung, die dem Erw findungegedanken zugrunde liegt, beseitigen.This disadvantage can be solved by a Hilfasohaltung that thought the Erw invention underlying, eliminate.

Wird nach Fig. 1 über die handelsüblich käufliche Stabilisierungs schaltung (1) ein Motor (2) angetrieben und wird auf die Antriebswelle (3) ein Gleichspannungsgenerator (4), wie er ebenfalls im Handel allgemein erhältlich ist, angeflanscht und liefert dieser Spannungs generator eine Spannung von 2 Volt bei einem Strom von ca. 200 bis DOO/uA, so läßt sich dieser Strom zur Stabilisierung des Stabilisierungsmoduls (1) verwenden. Diese Art der Spannungsmitkopplung führt dazu9 daß das Stabilisierungsmodul eine exakt geregelte Spannung dem Antriebsmotor (2) zuführt Wird darüber hinaus in den Spannungsmitkopplungskreis noch ein regelbarer Widerstand (5) gelegt, so läßt sich der Stabilisierungsstrom in gewissen Grenzen variieren. Dieser Regelwiderstand (5) kann als temperaturempfindlicher Widerstand oder aber als eine Kombination aus fest- und temperaturempfindlichen Widerständen ausgebildet werden. Mit Hilfe von solchen Kombinationen lassen sich Temperaturkoefizienten der Regelmodulcharakteristik, sowohl als auch der Antriebsmotor-Elemente kompensieren. Es ist einleuchtend, daß diese Generatorspannung auch durch eine feste Hilfsspannung, erzeugt Ton einer Batterie oder beliebigen anderen Spannungsquelle, ersetzt werden kann. Weiterhin ist einzusehen, daß sich nicht nur Spannungen von 1A1 Volt stabilisieren lassen, sondern auch beliebige Vielfache von 1,1 Volt durch Kaskadenschaltung. Dabei kann die jeweilige Stabilisierungsschaltung der vorhergehenden Kaskade durch die stabilisierte Spannung der nachfolgenden Stabilisierungsschaltung gesteuert werden. Die letzte Kaskade wird dann vom motorgetriebenen Spannungegenerator gesteuert, oder aber auch durch eine beliebige Fest spannung.Is shown in Fig. 1 on the commercially available stabilization circuit (1) a motor (2) is driven and a DC voltage generator is applied to the drive shaft (3) (4), as it is also generally available in the trade, flanged and delivers this voltage generator has a voltage of 2 volts at a current of approx. 200 to DOO / uA, this current can be used to stabilize the stabilization module Use (1). This type of voltage coupling leads to the stabilization module A precisely regulated voltage is also supplied to the drive motor (2) another adjustable resistor (5) is placed in the voltage feedback circuit, see above the stabilization current can be varied within certain limits. This rheostat (5) Can be used as a temperature sensitive resistor or as a combination of Fixed and temperature-sensitive resistors are formed. With the help of such combinations can be used to determine temperature coefficients of the control module characteristics, both as well as the drive motor elements compensate. It is evident that this generator voltage also through a fixed auxiliary voltage, generates sound of a battery or any other voltage source. It can also be seen that not only voltages of 1A1 volts can be stabilized, but also any Multiples of 1.1 volts by cascading. The respective stabilization circuit of the preceding cascade by the stabilized voltage of the subsequent stabilization circuit being controlled. The last cascade is then from the motor-driven voltage generator controlled, or by any fixed voltage.

Durch Parallel-Schaltung von Spannungsstabilisierungsschaltungen lassen sich dabei beliebige Belastungsatröme aus der Stabilisierung entnehmen, so daß dem Gleichstrommotor keine nennenswerten Leistungsbeschränkungen auferlegt werden müssen.Allow voltage stabilization circuits to be connected in parallel any load flows can be found in the stabilization, so that the DC motor no significant performance restrictions need to be imposed.

Die Vorteile dieser Regelschaltung für die Gleichlaufgenauigkeit von batteriegetriebenen Gleichstrommotoren liegt auf der Hand.The advantages of this control circuit for the synchronization accuracy of battery powered DC motors is obvious.

Minimaler Leistungsverbrauch, bei optimalem Wirkungsgrad. Durch Spannungskonstanthaltung wird die Lebensdauer, evtl. im Motor enthaltener mechanischer Regelglieder, bedeutend vergrößert.Minimal power consumption with optimal efficiency. By Constant voltage maintenance the service life of any mechanical control elements contained in the motor becomes significant enlarged.

Claims

Voltage stabilizer for motors driven by direct current, characterized in that that a stabilizing element which is generally commercially available for clock drives is via a voltage generator mechanically coupled to the engine> with a stabilization current is controlled to a constant motor supply voltage.

2. Voltage stabilizer for DC-driven motors according to claim 1, characterized in that the absolute level of the stabilized voltage is about a resistor that controls the size of the stabilization current can be changed can.

3. Voltage stabilizer for DC-driven motors according to claim 2, characterized in that the resistor in the positive feedback circuit is a thermal resistor, or a combination of fixed and thermal resistors isto

4. Voltage stabilizer for DC-driven motors according to claim 1, 2, 3 and 4, characterized in that that the thermal resistor or the combination of fixed and thermal resistors the Temperature coefficients of the overall electrical and mechanical structure in suitable Way to compensate siren

5. Voltage stabilizer for DC-driven motors, according to Claim 1 characterized in that the generator voltage also by a fixed voltage, corresponding size, can be replaced.

6. Voltage stabilizer for DC-driven motors according to claim 1, characterized in that several to increase the stabilized voltage Stabilizing elements can be connected in cascade.

7. Voltage stabilizer for DC-driven motor according to claim 1, characterized in that several stabilizing elements to increase performance can be connected in parallel.

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