DE2020793A1

DE2020793A1 - Gleichstrommotor

Info

Publication number: DE2020793A1
Application number: DE19702020793
Authority: DE
Inventors: Marc Bregeault
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1969-04-29
Filing date: 1970-04-28
Publication date: 1970-11-12
Also published as: GB1305304A; US3720865A; FR2041548A5

Description

Dipl.-Ing. Egon Prinz Dr. Gertrud Häuser Dipl.-Ing. Gottfried Leiser Patentanwälte Telegramme: Labyrinth München

Telefon: 83 15 10 Postscheckkonto: München 117078

8000 München 60,

Ernsbergerstrqsse 19

2 8. Aprli 1S70

Unser Zeichen; T

THOMSON-CSP
101, Boulevard Murat, Paris l6e/Frankreich

Gleichstrommotor

Die Erfindung bezieht sich auf Gleichstrommotoren ohne Kollektoren und insbesondere auf Statorwicklungsanordnungen und deren Speisung.

Diese Gleichstrommotoren bestehen allgemein aus einem Drehmelder- oder Detektorteil und einem Motorteil, welcher einen Rotor und einen gewickelten Stator umfaßt. Wenn ein Pol des Rotors, welcher im allgemeinen aus einem

Bu/ku

Dauermagneten

009848/1270

Dauermagneten besteht, sich während seiner Drehung in der Achse einer Wicklung befindet, muß die Spannung an .den Klemmen dieser Wicklung umgekehrt werden. In diesem Zeitpunkt wird die elektromotorische Gegenkraft Null, während die angelegte Spannung konstant bleibt, was eine Erhöhung des Stroms in dieser Wicklung und daher eine beträchtliche Verminderung des Wirkungsgrades zur Folge hat»

Durch die Erfindung soll dieser Nachteil vermieden werden.

Zu diesem Zweck schafft die Erfindung einen Gleichstrommotor ohne Kollektoren, mit einem Stator mit q Wicklungen, wobei q> 1 ist, einem Rotor mit wenigstens einem Paar von Polen, Detektoranordnungen zur Feststellung der Lage des Rotors und zur Bestimmung des Zeitpunktes, in dem die vom Rotor in einer der Wicklungen induzierte elektromotorische Gegenkraft Null ist und in dem die Richtung des in dieser Wicklung fließenden Stroms umgekehrt werden muß, Umsehaltanordnungen zum Umkehren dieses Stroms, welche von den Jeweils mit den genannten Wicklungen verbundenen Detektoranordnungen derart gesteuert werden, daß diese Wicklungen ständig von einer Glelchspannungsqüelle gespeist werden, dadurch gekennzeichnet, daß der in bestimmten Wicklungen fließende Strom schwächer ist als der in den anderen Wicklungen fließende Strom, daß diejenige Wicklung, in welcher die Stromrichtung umgekehrt wird, eine dieser bestimmten Wicklungen ist, und daß die Wicklung, in welcher die elektromotorische Gegenkraft Null ist, stets in Reihe

mit

mit wenigstens einer Wicklung liegt, in welcher die
elektromotorische Gegenkraft nicht Null ist.

Anhand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise
näher erläutert. Es zeigen

Figur 1 einen erfindungsgemäßen Gleichstrommotor,

Figur 2 die Verbindungsart der Wicklungen des in Figur 1 gezeigten Motorteils mit der Gleichspannungsquelle,

Figuren 3a bis 3c die Schaltbilder der Speiseschaltung der Statorwicklungen,

Figur 4 schematisch einen Hotorteil mit einem mit fünf Wicklungen ausgestatteten Stator,

Figur 5 die Art der gegenseitigen Verbindung der in Figur 4 gezeigten Wicklungen,

Figuren 6a bis 6j die Art der gegenseitigen Verbindung der Statorwicklungen,

Figur 7 schematisch einen mit fünf in Reihe geschalteten Wicklungen ausgestatteten Stator und die zugehörigen Umschalter,

Figur 8 die Art der gegenseitigen Verbindung der in Figur 7 gezeigten Wicklungen und

Figuren 9 und 10 der Erläuterung dienende Kurven.

Figur 0098 46/127 0 ·

202Q703

Figur % zeigt eine bevorzugte Aus führ uniform eines erfindungsgemjlßen Gleichstrommotors, Sr weißt einen Detektorteil D mit einem Rotor R₁ und einem Stator S, der mil? drei Haligenersitpren G^, G₂ ^{und G}3 ausgestattet ist, und einen Motorteil M auf, welcher einen aus einem bipolaren Dauermagneten gebildeten Rotor R₂ und einen Stator aufweist, der drei Wicklungen I, II und III trägt,

off

die einen gegenseitigen Abstand von - aufweisen.

Diese Wicklungen sind mit der Gleichstromquelle über drei Paare von Unterbrechern 1 bis 6 verbunden, wobei jedes Paar einen Umschalter oder Wendeschalter bildet, wie in Figur 2 gezeigt. Die Unterbrecher 1 bis 6 können beispielsweise Halbleiterelemente oder unter versiegelten Glaskolben angeordnete Federkontakte sein. Diese Umschalter werden von den dr«?l Hallgeneratoren G--, G„ und G,

des Detektorteils D gesteuert. Das Speiseschaltbild der Wicklungen ist in Figur 3 für drei Stellungen des Rotors R₂ gezeigt. Wenn die Unterbrecher 2, 3 und 5 geschlossen sind, sind die Unterbrecher 1, H, 6 geöffnet. In der Wicklung I fließt ein Strom i, wahrend in den Wieklungen II und III, die gegenseitig parallel liegen und bei-

de bezüglich der Wicklung I in Reihe liegen, ein Strom —5-

In umgekehrter Richtung, wie der die Wicklung I durchfließende Strom fließt. Wenn der Rotor R₂ durch die Achse der Wicklung II geht (Θ = 30° in Figur 1), was einer Stellung entspricht, in der die vom Rotor in dieser Wicklung induzierte elektromotorische Kraft Null ist, schließt sich der Unterbrecher 4, während der Unterbrecher 3 sich öffnet, und das Schaltbild 3b zeigt, daß ein

Strom 0 0 9 8 A 6 / T 2 7 0

Strom 1 die Wicklung III in einer Richtung durchfließt, während ein. Strom'—s— in entgegengesetzter Richtung in

den Wicklungen I und II fließt. Die elektromotorische Gegenkraft Ist in der Wicklung II Null.

In Figur 3c (Θ = 90° +S) sind die Unterbrecher 1, H und 5 geschlossen und die Unterbrecher 2, 3 und 6 geöffnet» Der in der Wicklung I fließende Strom ändert seLne Richtung, ohne seinen Absolutwert zu verändern, während

in der Wicklung II der Strom von i auf —j- übergeht, ohne seine Richtung zu ändern. Daher ist in jedem Zeitpunkt, In dem die elektromotorische Gegenkraft in einer Wicklung Null wird, der dieselbe durchfließende Strom verhältnismäßig schwach und diese Wicklung liegt stets in Reihe mit wenigstens einer weiteren Wicklung, in welcher die elektromotorische Gegenkraft groß Ist, wodurch der Wirkungsgrad des Motors erhöht wird. Dies gilt gleit chermaßen für die weiter unten beschriebenen Ausführungsformen.

Figur 4 zeigt einen Gleichstrommotor gemäß der Erfindung, bei dem der Motorteil einen bipolaren Rotor und einen Stator mit fünf Wicklungen I, II, III, IV und V

2 Tt

aufweist, die gegeneinander um —f— versetzt und in

der in Figur 5 gezeigten Weise über Unterbrecherpaare 11 bis 20 mit der Gleichstromquelle verbunden sind, wobei die Unterbrecher derart in der Wicklungsschaltung angeordnet sind, daß sie sich fortlaufend öffnen und schließen, wobei die aufeinanderfolgenden Speiseschaltbilder der Wicklungen In den Figuren 6a bis 6j gezeigt sind.

Für 009846/1270 ^:

Für eine Winkelstellung des Rotors des Motorelements θ s 54° -£ , welche dem Zeitpunkt entspricht, der dem Durchgang des N-PoIs des Rotors durch die Achse der Wicklung III' vorangeht, sind die Unterbrecher 11, 13, 16, 18 und 20 geschlossen und die Unterbrecher 12, 14, 15, 17 und 19 sind geöffnet. In den Wicklungen I und

II fließt ein Strom -|- und in den Wicklungen III, IV

und V fließt ein Strom —§— in umgekehrter Richtung. Für θ - 54° ⁺ £ schließt sich der Unterbrecher 15 wieder und der Unterbrecher 16 öffnet sich, der durch die Wicklung

III fließende Strom ändert seine Richtung, während sein

Wert gleich -4- bleibt. Der in den Wicklungen IV und V fließende Strom ändert seine Richtung nicht.

Für jede Drehung des Rotors um 36°, ausgehend von der Stellung θ = 54° (Figur 4) als Anfangsstellung, werden awel Unterbrecher betätigt, was die aufeinanderfolgenden Schaltbilder 6a, 6b, 6c ... 6j ergibt, wobei der Rotor dann eine vollständige Umdrehung Θ = 54° + 2" durchgeführt hat (Pigur 6a).

* Wenn man von θ = 90^Q -£ zu θ = 90° +€ übergeht, kehren die Unterbrecher 14 und 12 Jeweils ihre Stellung um, der Unterbrecher 14, welcher geschlossen war, öffnet sich und der Unterbrecher 12, welcher geöffnet war, schließt sich.

Für θ = 126° werden die Unterbrecher 18 und 17 betätigt usw.

Es 009846/1270

Ee ist ersichtlich, daß die Unterbrecher paarweise betätigt werden und durch Umschalter ersetzt werden können (ein Umschalter Je Unterbrecherpaar).

Figur 7 zeigt einen Stator mit fünf in Retie geschalteten Wicklungen und die Figuren 8a bis 8J zeigen, wie sie gegenseitig und mit der Spannungsquelle über zehn Unterbrecher 21 bis 30 verbunden sind, die natürlich durch fünf Umschalter ersetzt werden können. Wenn daher die Unterbrecher 23 und 29 in Figur 7 geschlossen sind, sind alle anderen geöffnet und man erhält das Schaltbild der Figur 8a. Sodann öffnet sich der Unterbrecher 29 und der Unterbrecher 25 schließt sich (Figur 8b), sodann öffnet sich der Unterbrecher 23 und der Unterbrecher 28 schließt sich (Figur 8c) usw.

Figur 9 zeigt die Arbeltsweise eines Gleichstrommotors gemäß der Erfindung, welcher drei Statorwicklungen im Motorteil und nur zwei Hallgeneratoren im Detektorteil aufweist, Die Spannungen Ug. und Ug₂, welche von den zwei Hallgeneratoren erzeugt werden, werden als Funktion des Winkels θ des Rotors abgegeben, wobei dieHallgenerato-

2 1Γ

ren gegeneinander um einen Winkel von —-*— versetzt sind.

Die dritte Spannung Ug, wird erhalten, indem man den umgekehrten Wert der Summe der Spannungen Ug. und Ug₂ nimmt, wie in Figur 10 gezeigt.

Es ist zu bemerken, daß zur klareren Darstellung der Zeichnung der mit den zweiten Enden der Wicklungen verbundene Umschalter stets durch zwei Unterbrecher dargestellt ist. Es ist klar, daß Jedes Unterbrecherpaar

in 0 9 8 4 6/1270

in vorteilhafter Weise durch einen Umschalter ersetzt werden kann, obwohl die Verwendung von zwei Unterbrechern aus rein technischen Gründen manchmal bevorzugt werden kann.

Patentansprüche 009846/1270

Claims

Patentansprüche

fl.)Gleichstrommotor ohne Kollektoren, mit einem Stator mit q Wicklungen, wobei q>l ist, einem Rotor mit wenigstens einem Paar von Polen, Detektoranordnungen zur Feststellung der Lage des Rotors und zur Bestimmung des Zeitpunktes, in dem die vom Rotor in einer der Wicklungen induzierte elektromotorische Gegenkraft Null ist und in dem die Richtung des in dieser Wicklung fließenden Stroms umgekehrt werden muß, Umsehaltanordnungen zum Umkehren dieses Stroms, welche von den jeweils mit den genannten Wicklungen verbundenen Detektoranordnungen derart gesteuert werden, daß diese Wicklungen ständig von einer Gleiehspannungsquelle gespeist werden, dadurch gekennzeichnet, daß der in bestimmten Wicklungen fließende Strom schwächer 1st als der in den anderen Wicklungen fließende Strom, daß diejenige Wicklung, in welcher die Stromrichtung umgekehrt wird, eine dieser bestimmten Wicklungen ist, und daß die Wicklung, in welcher die elektromotorische Gegenkraft Null ist, stets in Reihe mit wenigstens einer Wicklung liegt, in welcher die elektromotorische Gegenkraft nicht Null ist.
2. Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ums ehalt anordnungen so angeordnet sind', daß in einem beliebigen Zeitpunkt eine erste Gruppe von η Wicklungen, wobei η zwischen 1 und q - 1 liegt, und eine zweite Gruppe von Wicklungen gebildet wird, welche die restlichen Wicklungen umfaßt, wobei der in den Wick

lungen 009846/12 7 0

- ίο -

lungen der ersten Gruppe fließende Strom schwächer 1st als der in den anderen Wicklungen der zweiten Gruppe fließende Strom, und daß, während der Strom in einer der Wicklungen umgekehrt wird, die Wicklungen der ersten Gruppe in die zweite Gruppe umgeschaltet werden und umgekehrt mit Ausnahme der Wicklung, in welcher eine Richtungsumkehr des Stroms stattfindet, wobei diese Wicklung in der gleichen Gruppe verbleibt.
3. Gleichstrommotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß q ungerade ist.
4. Gleichstrommotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß η gleich 1st, wobei die genannten Wicklungen in jeder der Gruppen in Reihe geschaltet sind.
5. Gleichstrommotor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Wicklungen in jeder der Gruppen parallelgeschaltet sind.

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