DE2035027B2 - Drehmoment-Gleichstrommotor - Google Patents

Description

3. Drehmoment-Gleichstrommotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelabstand (Θ) der Bürsten 50° beträgt

4. Drehmoment-Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1—3, dadurch gekennzeichnet, daß die den Kommutatorsegmenten (28a, 28ύ, 28c) zugeordneten Schleifringe (26, 27) über einen Regeltransistor (52) an die Gleichspannungsquelle (49) angeschlossen sind, daß das Potentiometer-Widerstandselement (24) an die Gleichspannungsquelle (49) angeschlossen ist, daß der am Potentiometer-Widerstandselement (24) angreifende Bürstenschleifer (35) der Bürstenanordnung mit dem Regeleingang (53) des Regeltransistors (52) über einen Eingang (5Sb) eines Differenzverstärkers (54) verbunden ist, dessen zweitem Eingang (55a) ein Meßsignal (Es) zuführbar ist, und daß eine dem Motordrehmoment entgegenwirkende Feder-Vorspannvorrichtung (48) den Drehmomentmotor eine vom jeweiligen Meßsignal f£$; abhängige stationäre Gleichgewichtsstellung einnehmen läßt.

5. Drehmoment-Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 -4, dadurch gekennzeichnet, daß ein einer stationären Skala (23) zugeordneter Zeiger (22) mit der Welle (15) verbunden ist

Die Erfindung betrifft einen Drehmoment-Gleichstrommotor mit einem Permanentmagnetrotor auf einer Welle, mit um den Rotor herum angeordneten, am Motorrahmen gehaltenen sowie jeweils mit einer ι" Feldwicklung versehenen Polstücken zum Lizeugen eines magnetischen Feldes, mit an eine Gleichspannungsquelle angeschlossenen stationären Schleifringen, mit hierzu konzentrischen, stationären sowie unter gegenseitigem Winkelabstand angeordneten Kommutatorsegmenten, die an die Feldwicklungen angeschlos sen sind, und mit einer mit der Welle drehbaren Bürstenanordnung, deren Bürsten an diametral gegenüberliegenden Seiten eine elektrische Verbindung zwischen den Schleifringen und Kommutatorsegmenten herstellen.

Die GB-PS 6 31 178 beschreibt einen Gleichstrommotor mit den im Oberhegriff genannten Merkmalen. Der bekannte Gleichstrommotor hat einen an einer Welle befestigten Rotor und am Motorrahmen gehaltene, über den Umfang verteilte Polstücke zum Erzeugen eines magnetischen Feldes. Diese Polstücke sind jeweils mit einer Feldwicklung versehen. Stationäre, konzentrische Schleifringe sied an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen. Den Schleifringen sind konzentrische, stationäre sowie unter gegenseitigem Winkelabstand angeordnete Kommutatorsegmente zugeordnet, die an die Feldwicklungen angeschlossen sind. Mit der Welle ist eine Bürstenanordnung verbunden, deren Bürsten an diametral gegenüberliegenden Seiten eine elektrische Verbindung zwischen den Schleifringen und den Kommutatorsegmenten zum Speisen der Feldwicklungen herstellen.

Der nicht als Drehmomentmotor ausgelegte bekannte Elektromotor ist für einen Schaltmechanismus bestimmt und eignet sich nicht ohne weiteres für eine Anwendung in einem Servosystem auf dem Gebiet der Meßtechnik. Um ihn entsprechend abzuwandeln, müßten verschiedene Maßnahmen durchgeführt werden, aufgrund derer ein relativ kompliziertes, großes, schweres und bezüglich der Drehmomentänderungen nicht besonders stabiles Gebilde entstünde.

Insbesondere in Luftfahrzeugen benutzte Meßinstrumente mit Anzeigevorrichtungen weisen häufig Servosysteme mit Nullabgleich auf, um hierdurch einen so Instrumentenzeiger oder dergleichen in Abhängigkeit von einem von einem geeigneten Wandler erhaltenen Meßsignal einzustellen. Solche Systeme benutzen einen Servo- oder Drehmomentmotor, um das Instrument in eine Gleichgewichtsstellung zu bringen, welches von einem Abgleichsignal bestimmt wird, das von einem durch den Drehmomentmotor angetriebenen Nachführungs-Potentiometer erhalten wird. Um ein ausreichendes Drehmoment zu erhalten, ist es bisher üblich gewesen, zwischen dem Drehmomentmotor und der ausgangsseitigen Antriebswelle desselben ein Untersetzungsgetriebe zu verwenden. Ein derartiges Getriebe führt jedoch nicht nur zu einer Gewichts- und Kostensteigerung, sondern es erschwert auch ein Stabilisieren des Servosystems aufgrund der Trägheitseffekte des Getriebes und des Rotors, der notwendiger weise mit einer großen Drehzahl betrieben wird.

Die DE-PS 9 73 746 beschreibt einen Gleichstrom-Kleinstmotor mit eisenlosem Glockenanker und dreiteili-

gem Kollektor. Der Motor weist umlaufende Ankerspulen auf, die im Dreieck geschaltet sind und über einen Kommutator gespeist werden. Als Stromzuführungen werden je Pol zwei um maximal 60°, beispielsweise um 50°, gegeneinander versetzte Kollektorschleifer benutzt, wobei das zu einem Pol gehörige Schleiferpaar elektrisch miteinander verbunden ist. Die gegeneinander versetzten Kollektorschleifer sollen sich auf den Verlauf der Kurve des Motordrehmomentes so auswirken, daß noch vorhandene flache Minima der to Kurve angehoben und ausgeglichen werden. Diese Entgegenhaltung befaßt sich somit mit einer Vergleichmäßigung von Motordrehmomenten und betrifft keinen Drehmoment-Gleichstrommotor im Sinne des Oberbegriffs.

Ausgehend von einem Drehmoment-Gleichstrommotor der im Oberbegriff genannten Art besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen solchen Drehmoment-Gleichstrommotor in einem Servosystem in einfacher Weise ohne Verwendung eines Untersetzungsgetriebes der Meßtechnik zugänglich zu machen, und bei ldeiner Größe, gering.-im Gewicht sowie großer Stabilität schnelle Drehmomentändeiingen zu vermeiden, die zu einem Erzeugen eines instabilen Betriebes des Servosystems neigen.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich ein Drehmoment-Gleichstrommotor der im Obw.oegriff genannten Art erfindungsgemäß dadurch aus, daß eine an dem Motorrahmen angebrachte Platte die Schleifringe, die Kommutatorsegmente und ein ringförmiges Potentiometer-Widerstandselement in einer elektrisch leitenden konzentrischen Ringanordnung trägt, daß die an den Kommutatorsegmenten angreifenden Bürsten der Bürstenanordnung als Bürstenpaare ausgebildet sind, wobei die Bürsten eines jeden Bürstenpaares einen gegenseitigen Winkelabstand haben, der wesentlich größer als der Winkelabstand zwischen benachbarten Kommutatorsegmenten, aber kleiner als die Winkelausdehnung von jedem Kommutatorsegment ist, und daß das Potentiometer-Widerstandselement mit einem an der Welle angebrachten Potentiometerschleifer der Bürstenanordnung in Eingriff steht, wobei ein von der Stellung des Potentiometerschleifers bestimmtes Drehmoment erzeugbar, ferner ein Gegendrehmoment von einer Vorspannvorrichtung auf die Welle ausübbar und die Welle bis zu einer Gleichgewichtsstellung drehbar sind.

Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen ergibt sich ein vergleichsweise kleines sowie kompaktes, in der Meßtechnik ohne Änderungen verwendbares Gebilde, so das ohne Untersetzungsgetriebe stabil und direkt ohne schnelle Drehmomentsprünge arbeitet Die Schleifringe, die Kommutatorsegmente und das ringförmige Potentiometer-Widerstandselement sind in einer platzsparenden, kompakten Weise mit der am Motorrahmen angebrachten Platte aus einem Stück gebildet. Das Motordrehmoment treibt die Motorwelle und das Potentiometer-Widerstandselement in einer Drehrichtung, und die auf die Welle einwitkende Vorspann vorrichtung erzeugt ein Gegendrehmoment in der entge- gengesetzten Richtung. Das entwickelte Motordrehmoment ist ausreichend, um ohne ein Untersetzungsgetriebe direkt angeschlossene Anzeigeglieder anzutreiben. Die an sich bekannten Bürstenpaare sorgen dafür, daß plötzliche Drehmomentänderungen des Motors verhindert werden, die eine Instabilität des Servosystems verursachen können, in dem der Motor verwendet wird.

Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend an zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 in einem perspektivischen Schnittbild einen Drehmoment-Gleichstrommotor nach der vorliegenden Erfindung,

F i g. 2 einen aus einem Potentiometer-Widerstandselement, aus Schleifringen und aus Kommutatorsegmenten bestehenden einstückigen Aufbau,

Fig.3 den Aufbau einer drehbaren Bürstenanordnung,

Fig.4 in einer Darstellung die Verbindungen bzw. Angriffsstellen zwischen der Bürstenanordnung und den Kommutatorsegmenten, den Schleifringen sowie dem Potentiometer-Widerstandselement,

Fig.5 in einer schematischen Darstellung den Drehmoment-Gleichstrommotor in einem Servosystem zum Einstellen eines Instrumentenzeigers in Abhängigkeit von einem Meßsignal,

F i g. 6A, 6B und 6C in schematischen Darstellungen die von der aus Kommutatorsegnr..^j,ten und Bürstenpaaren bestehenden Anordnung geschalteten Stromflußwege für die Feldwicklungen während der Rotation der Bürstenanordnung,

F i g. 7 die Motordrehmoment-Drehwinkelkurven für die BücJtenpaare im Vergleich zu einer herkömmlichen Bürstenanordnung und

Fig.8A, 8B die Anwendung des Drehmoment-Gleichstrommotors zum Antreiben einer Anzeige mit einem Band oder Streifen.

Der in F i g. 1 dargestellte Drehmoment-Gleichstrommotor enthält einen Motorrahmen 10, der eine zylindrische Feldeinrichtung U aus magnetischem Material trägt, die drei in gleichem Abstand angeordnete, radial vorspringende Polstücke 12, 13 und 14 aufweist Auf einer an dem Motorrahmen 10 gelagerten Motorwelle 15 ist ein zylindrischer Rotor 16 angebracht der aus einem Permanentmagnetmaterial hergestellt ist. Um das Gewicht zu verkleinern und das Mutorarehmoment zu vergrößern, ist der Rotor vorzugsweise aus einem Magnetmaterial hergestellt, das eine große Koerzitivkraft und einen großen Remanentfluß aufweist Ein hierfür besonders gut geeignetes Material ist eine Legierung, die aus Aluminium (7%), Nickel (14,5%), Kobalt (35%), Titan (5%), Eisen (34%) und Kupfer (4,5%) besteht Eine derartige Legierung wurde von der General Electric Company entwickelt und hat den Namen Alnico 8 erhalten. Dsr Rotor ist auf einem Durchmesser so magnetisiert daß gemäß Fig.5 auf einer Seite ein Nordpol /V und auf der anderen Seite ein Südpol 5 gebildet wird. Die den Rotor umgebenden Polstücke 12, 13 und 14 tragen Feldwicklungen 17, 18 und 19, die vorzugsweise im Dreieck geschaltet sind, v.'obu die Verbindungspunkte in noch zu beschreibender Weise mit einem Kommutator verbunden sind.

An einem Ende oes Motorrahmens ist eine feststehende kreisförmige Platte 20 mit einer Mittelbohrung 2\ angebracht, durch die ein Ende 15a der Motorwelle 15 ragt Das andere Ende \5b der Moturwelle wird zum Antreiben beispielsweise eines Zeigers 22 eines Anzeigeinstrumentes mit einer feststehenden Skala 23 verwendet Wie es in F i g. 2 gezeigt ist, hat die Platte 20 ein mit dieser einstückig hergestelltes ringförmige:) Potentiometer-Widerstandselement 24, drei Schleifringe 25, 26 sowie 27 \ind einen Kommutator 28 mit drei unter Winkelabstand angeordneten Kommutatorsegmenten 28a, 2Sb sowie 28c. Diese Teile bilden eine

konzentrische Ringanordnung mit unter Radialabstand befindlichen isolierten Ringen aus elektrisch leitendem Material.

Am Ende 15a der Motorwelle ist eine Bürstenplatte 29 befestigt, die aus einem elektrisch isolierenden Material hergestellt und mit einer zentralen Hülse 30 sowie einer Stellschraube 31 zum Befestigen der Bürstenplatte an der Welle versehen ist. Von der Innenseite der Bürstenplatte ragt eine Reihe von Bürsten vor, die gegen das Potentiometer-Widerstandselement 24, die Schleifringe 25, 26 und 27 und den Kommutator 28 drücken und einen noch zu beschreibenden elektrischen Kontakt herstellen.

Wie in Fig. 3 gezeigt ist, befinden sich an der Innenseite der Bürstenplatte 29 drei im Abstand angeordnete Glieder 32, 33 und 34 einer Bürstenanordnung, die aus einem elektrisch leitenden Material hprgpstellt und auf geeignete Weise, wie z. B. durch Vernieten, an der Bürstenplatte befestigt sind. Das Glied 32 weist zwei gebogene Federarme auf, die an ihren äußeren Enden einen Potentiometerschleifer 35 und eine Bürste 36 tragen, während die Glieder 33 und 34 jeweils drei Federarme aufweisen, die die Bürsten von Bürstenpaaren 37, 38 bzw. 40, 41 und Bürsten 39 sowie 42 tragen. Die Bürsten können aus dünnen Drähten bestehen, die an den Federarmen angelötet bzw. angeschweißt sind; vorzugsweise werden für jede Bürste mehrere Drähte verwendet, um einen kontinuierlichen elektrischen Kontakt mit den leitenden Ringen auf der Platte 20 zu gewährleisten.

In Fig.4 ist dargestellt, in welcher Weise die elektrischen Verbindungen über die Bürsten bzw. Bürstenpaare sowie den Potentiometerschleifer zu den leitfähigen Ringen auf der Platte 20 hergestellt werden. Zur leichteren Darstellung sind die Schleifringe 25, 26 sowie 27, die Kommutatorsegmente 28a, 286 sowie 28c und das Potentiometer-Widerstandselement 24 als gerade Linien anstatt als Kreise gezeigt. Die drei Potentiometer-Verbindungen werden an Anschlüssen 43, 44 und 45 hergestellt, so daß der als Bürste ausgebildete, gegen das Potentiometer-Widerstandselemen« 24 drückende Potentiometerschleifer 35 und die hiermit verbundene Bürste 36, die gegen den Schleifring 25 drückt, als Schleifer des Potentiometers wirken, der durch die die Bürstenplatte 29 drehende Motorwelle eingestellt wird. Vorzugsweise ist das Potentiometer-Widerstandselement 24 für eine große Auflösung und eine geringe Reibung aus einem gepreßien, leitenden Kunststoff hergestellt.

Den Anschlüssen 46 und 47 der Platte 20 wird Gleichstrom zugeführt, der in folgender Weise durch die im Dreieck geschalteten Feldwicklungen 17,18 und 19 fließt Von dem Anschluß 46 fließt der Strom über den Schleifring 27, die Bürste 39 und das Bürstenpaar 37,38 zu den Kommutatorsegmenten 28a, 26b und 28c; die gemäß Darstellung mit den Verbindungspunkten zwischen den Feldwicklungen verbunden sind. Der Strom verläßt die Feldwicklungen und den Kommutator über das Bürstenpaar 40,41 sowie die Bürste 42 und den Schleifring 26, um zu dem anderen Anschluß 47 zu fließen.

Wie es in F i g. 5 dargestellt ist, sind die Bürstenpaare 37, 38 und 40, 41 auf dem Kommutator diametral gegenüberliegend angeordnet, wobei der Winkelabstand zwischen den Bürsten eines jeden Bürstenpaares durch den Winkel θ gegeben ist

Wenn die Motorwelle und die damit verbundene Bürstenanordnung rotiert, wird der durch die Feldwicklungen fließenden Strom durch die Kommutatorwirkung umgeschaltet, um ein Drehfeld zu erzeugen, dem der magnetisierte Rotor folgt, so daß eine Motorwirkung erzeugt wird.

Die Aufgabe der unter Winkelabstand angeordneten Bürsten der Bürstenpaare 37, 38 und 40, 41 besteht darin, die Drehmoment-Drehwinkelcharakteristik des Motors zu glätten und steile Drehmoment-Gradienten während der Motordrehung zu vermeiden, die zu einem

in Zittern bzw. Pendeln und zu Instabilitäten führen, wenn der Motor in einem geschlossenen Servosystem verwendet wird.

Die Art und Weise, in der die Bürstenpaare den Strom in den im Bereich angeschlossenen Feldwicklungen

ι ί schalten, ist in den F i g. 6A, 6B und 6C gezeigt. In der in Fig. 6A gezeigten Stellung der Bürstenanordnung verbindet das Bürstenpaar 37, 38 die Kommutatorsegmente 28a und 28c derart untereinander, daß die Feldwicklung 19 kurzgeschlossen ist. Das Bürstenpaar 40,41 befindet sich mit dem Kommutatorsegment 286 in Eingriff, so daß die Feldwicklungen 17 und 18 den vollen Strom und die volle Spannung erhalten. Unter der Annahme, daß die Winkelausdehnung eines jeden der drei Kommutatorsegmente wegen der dazwischen

.r, befindlichen Isolation etwas kleiner als 120° ist und daß der Wirkelabstand (Winkel Θ) zwischen den Bürsten der BürMenpaare 50° beträgt, so bleibt dieser Zustand bestehen, bis die Stellung gemäß Fig. 6B erreicht ist. Diese ergibt sich nach einer im Uhrzeigersinn

in erfolgenden Drehung der Bürstenanordnung von etwa 30°. In dieser Stellung befindet sich das Bürstenpaar 37, 38 mit dem Kommutatorsegment 28c in Eingriff und liegt das Bürstenpaar 40, 41 an dem Kommutatorsegment 286 an. Somit erhält die Feldwicklung 18 volle Spannung und vollen Strom, während die Feldwicklungen 17 und 19 in Reihe geschaltet sind und so nur die halbe Spannung und den halben Strom aufnehmen. Nach einer weiteren Drehung der Bürstenanordnung im Uhrzeigersinn um 30° ist die in Fig.6C gezeigte Stellung erreicht; jetzt verbindet das Bürstenpaar 40,41 die Kommutatorsegmente 28a sowie 28b miteinander, und das Bürstenpaar 37,38 greift an dem Kommutatorsegment 28c an. Somit wird die Feldwicklung 17 kurzgeschlossen, und die Feldwicklungen 18 und 19 erhalten die volle Spannung und den vollen Strom. Es ist somit ersichtlich, daß bei einer Drehung der Bürstenanordnung alle Feldwicklungen der Reihe nach die volle Spannung sowie den vollen Strom, die halbe Spannung sowie den halben Strom und im kurzgeschlossenen Zustand keine Spannung sowie keinen Strom erh-'.ten. Auf diese Weise wird ein Drehfeld für eine Motorwirkung erzeugt

In einer herkömmlichen Borstenanordnung, bei der ein Satz diametral gegenüberliegender Bürsten verwendet wird, ist die Kommutatorschaltfolge die gleiche wie die oben beschriebene, außer, daß der Zustand, in der eine Feldwicklung kurzgeschlossen ist und die anderen zwei die volle Spannung sowie den gesamten Strom erhalten, nur während des kurzen Intervalls auftritt, in dem die Bürste fiber die Isolation zwischen benachbarten Kommutatorsegmenten gleitet Dabei sei angenommen, daß die Bürste genügend breit ist, um die Isolation zwischen den Kommutatorsegmenten zu überspannen und momentan beide Segmente miteinander zu verbänden. Die doppelten Bürsten der Bürstcnpaarc erstrecken sich dagegen wesentlich über den Winkelstellungsbereich der Bürsten hinaus, in dem eine Feldwicklung kurzgeschlossen ist und die anderen zwei

die volle Spannung und den gesamten Strom aulnchmen. Dadurch wird die das effektive Motordrehmoment erzeugende Komponente des Motorfcldes kräftig gestärkt, da die kurzgeschlossene Feldwicklung nahe der Stellung liegt, in der sie ein entgegegesetzt wirkendes Drehmoment erzeugen würde. Um diesen F.ffekt möglichst groß zu machen, ist der Winkelabstand der Bürsten der Bürstenpaare vorzugsweise so gewählt, daß ".r möglichst groß ist, ohne daß die Glcichstromzu· fuhr ?n einem der Kommutatorsegmente kurzgeschlossen ist. Für den dargestellten Kommutator mit drei Kommutatorsegmenten tritt diese Kurzschlußwirkung dann auf. wenn der Winkclabstand der paarigen Bürsten in die Nähe von bO kommt. In der Praxis wurden gute (Ergebnisse mit einem Winkel /wischen den paarigen Bürsten in dem Bereich /wischen 45" und etwas weniger als 60" und vorzugsweise von 50 ±5' erhalten, was von dem Abstand der Komiiuiiatorsegmente und den I lerstellungstoleranzcn abhängt.

Die Wirkung der Bürstenpaar-Anordnung hinskH-lieh einer Glättung der Drehmoment-Drehwinkel-Kur \e des Motors ist in graphischer Form in Fi ρ 7 dargestellt. Die Kurve A zeigt die Drehmomentändcrung für das Bürstenpaar bei einem Winkel von etwa )0". wahrend die Kurve /?die Drehmomentänderung für einen .in/igen BürMensatz zeigt, in dem die Bürsten in herkömmlicher W.-isr diametral gegenüberliegend auf dem Kommutator angeordnet sind. Es wird deutlich, daß die in Kurve A dargctellten Drehmomentanderungen relativ glatt sind, während die in Kurve S dargestellten in Abständen von bO" der Motordrehung steile tmsiente Schwingungen zeigen. Diese Spitzen treten wahrend des schmalen Winkelbcreiches auf, in dem die Ki mmutatorsegmente durch die zwischen benachbarten Segmenten befindliche Bürste kurzgeschlossen sind )5 Derartige transiente Spitzen neigen da/u, eine Instabilität und ein Pendeln in dem Servosystem zu erzeugen, insbesondere wenn zwischen dem Motor sowie seiner Ausgangswelle kein Untersetzungsgetriebe vorhanden ist und wenn der Motor gegen die Vorspannkraft einer Rückholfeder arbeitet.

Das Bürstenpaar hat noch den zusätzlichen wesentlichen Vorteil, daß es das Bürstenfeuer auf ein Minimum herabsetzt, denn es sorgt für einen zusätzlichen Ableitungspfad für den induktiven Stoß in den Feldwicklungen, wodurch ein allmähliches Abfallen des induktiven Stromes möglich ist.

Fig. 5 zeigt den Drehmoment-Gleichstrommotor in einem Servosystem, das zur Einstellung des Zeigers eines Anzeigeinstrumentes dient. Der Motor liefert ein so Drehmoment zum Antreiben der Welle 15 und des hiermit verbundenen Zeigers 22 im Uhrzeigersinn (steigende Skalenwerte). Eine geeignete, eine Vorspannung liefernde Vorspanr.vcrrichtur.g 48 in Form einer Spiralfeder, von der ein Ende an dem Motorrahmen 10 und das andere Ende an der Welle 15 befestigt sind, liefert ein Gegenmoment, um die Welle 15 im Gegenuhrzeigersinn (fallende Skalenwerte) zu drehen. Eine Gleichspannungsquelle 49 ist mit den Anschlüssen 46 und 47 über einen Kollektor 50 und einen Emitter 51 eines Regeltransistors 52 verbunden. Die Vorspannung, die der Basis bzw. den Regeleingang 53 des Regeltransistors 52 durch einen Differenzverstärker 54 in Form eines Operationsverstärkers zugeführt wird, steuert den Motorstrom über den Regeltransistor.

Ein Meßsignal E_s in Form einer Eingangsspannung, die von einem geeigneten, nicht dargestellten Wandler geliefert wird und beispielsweise ein Maß für eine gemessene Größe, wie z. B. eine Temperatur, einen Druck etc., sein kann, wird einem (zweiten) Eingang 55a des Differenzverstärkers 54 zugeführt. Die zwischen dem Bürstenschleifer 35 und dem Anschluß 45 des Potentiometer-Widerstandselementes abfallende Spannung wird dem anderen (ersten) Eingang 556 des Differcnzverstärkers 54 zugeführt. Dieser hat einen bekannten Aufbau und liefert eine Ausgangsspannung von einer Polarität, wenn die dem Eingang 55a zugeführte Spannung diejenige überschreitet, die dem anderen Eingang 556 zugeführt wird, während er eine Aussgangsspannung entgegengesetzter Polarität liefert, wenn die liingangsspannung am F.ingang 556 größer ist als die Spannung am Eingang 55a. Die Polaritäten sind so gewählt, daß dann, wenn das Meßsignal Es größer ist als dasjenige am Bürstenschleifer 35, der Regeltransistor 52 eingeschaltet ist und einen Strom zum Motor hindurchläßt, so daß dieser die Welle 15 und den Zeiger 22 gegen die Vorspannung der Feder der Vorspannvorrichtung 48 in Richtung steigender Skalenwerte antreibt. Wenn eine Gieichgcwichtssieiiurig enekiii lsi, die durch die Ausgangsspannung des Potentiometer-Widerstandselementes bestimmt ist. sind das Motordrehmoment sowie das Federgegenmoment ausgegliche'i, und der Zeiger bleibt an einer bestimmten Stelle stehen, die ein Maß für die durch das Meßsignal £\ gegebene Größe ist. Wenn die gemessene Große und damit das Meßsignal Es kleiner werden, wird die an den Hingang 556 des Differenzverstärker angelegte Spannung größer als die an den Eingang 55.) angelegte Spannung, und der Regeltransistor 52 schaltet den Motorstrom ab Damit kann die Feder der Vorspannvorrichtung 48 die Welle 15 und den Zeiger 22 in Richtung fallender Skalenwerte drehen, bis die Ausgangsspannuni' des Potentiometer-Widerstandselementes genügend verhindert worden ist, um ein neues Gleichgewicht :n einer spannungsvermindernden Stellung herzustellen, die vom Wert des Meßsignals Ek abhängt. Bei einem Ausfallen der Versorungsenergie dreht die Feder der Vorspannvorrichtung 48 den Zeiger 22 im Gegenuhrzeigersinn über die Nullstellung hinausgehend in eine »Aus«-Stellung, so daß zuverlässig angezeigt wird, daß ein Leistungsverlust aufgetreten ist.

Während der Zeit, in der der Regeltransistor so vorgespannt ist, daß der Motorstrom abgeschaltet ist, ist es wünschenswert, einen Entladungspfad für die in den Feldwicklungen gespeicherte induktive Energie vorzusehen. Zu diesem Zweck ist den Anschlüssen 46 und 47 des Motoreingangs eine Diode 56 parallelgeschaltet, und zwar mit einer in F i g. 5 gezeigten derartigen Polarisierung, daß nur eine Gegen-EMK-Spannung durchgelassen wird.

Es wurde festgestellt, daß ein derart aufgebauter Drehmoment-Gleichstrommotor für einen ausschwingenden (nicht pendelnden) Betrieb sorgt, wenn er in dem oben beschriebenen Servosystem verwendet wird. Eine beispielhafte Ausführungsform, die ein angemesse nes Ausgangsdrehmoment von 160 gern lieferte, um einen Instrumenten-Zeiger ohne Untersetzungsgetriebe anzutreiben, hatte einen Außendurchmesser von 413 mm, einen Rotordurchmesser von 153 mm sowie ein Gewicht von 141,75 g und erforderte einschließlich der Verluste in der Elektronikschaltung eine Eingangsleistung von nur einem Watt.

Die Fig.SA, 8B sind schematische Front- und Seitenansichten eines Instrumentes mit einer band- oder streifenförmigen Anzeige, die durch den oben beschriebenen Drehmoment-Gleichstrommotor in dem Servo-

system angetrieben werden. Eine Instrumentenfrontplatte 57 hat eine rechtwinklige Öffnung 58, durch die hindurch ein Anzeigeband 59 sichtbar ist, das eine thermometerartige Anzeige an der Verbindungsstelle von hellen und d'inklen Abschnitten 60 und 61 des Anzeigebandes 59 liefern soll. Das Anzeigeband 59 läuft über Führungsrullen 62 sowie 63 zwischen einer Trommel 68, die durch die Welle 15 des Motors angetrieben wird, und einer drehbaren Aufnahmerolle 69. Hierbei hält eine Spiralfeder 70 einer Vorspannvorrichtung, die die Aufnahmerolle 69 für eine Rotation im Gegenuhrzeigersinn vorspannt, in dem Anzeigeband einen Zug aufrecht. Sie liefert eine Vorspannkrafi in

10

Richtung fallendei Skalenwerte, und zwar in ähnlicher Weise wie die in Fig. 5 gezeigte Feder der Vorspannvorrichtung 48. S'jmit sorgen die Vertikalbewegungen des Anzeigebandes für ein Anzeigen einer gemessenen

Größe in Abhängigkeit von Änderungen des Meßsignals Es- Aufgrund des stabilen Betriebes, der kleinen Größe, des großen Drehmomentes, des geringen Gewichtes und des kleinen Energieverbrauches ist der erfindungsgemäße Drehmoment-Gleichstrommotor

ίο sehr gut geeignet für den Antrieb von Zeigern, bandartigen Instrumenten-Anzeigegücdcrn und dergleichen, ohne daß ein Untersetzungsgetriebe erforderlich ist.

Hierzu 5 Blatt Zeichnunccn

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Drehmoment-Gleichstrommotor mit einem Permanentmagnetrotor auf einer Welle, mit um den Rotor herum angeordneten, am Motorrahmen gehaltenen sowie jeweils mit einer Feldwicklung versehenen Polstücken zum Erzeugen eines magnetischen Feldes, mit an eine Gleichspannungsquelle angeschlossenen stationären Schleifringen, mit hierzu konzentrischen, stationären sowie unter gegenseitigem Winkelabstand angeordneten Kommutatorsegmenten, die an die Feldwicklungen angeschlossen sind, und mit einer mit der Welle drehbaren Bürstenanordnung, deren Bürsten an diametral gegenüberliegenden Seiten eine elektrische Verbindung zwischen den Schleifringen und Kommutatorsegmenten herstellen, dadurch gekennzeichnet, daß eine an dem Motorrahmen (10) angebrachte Platte (20) die Schleifringe (25, 26, 27), die Koirjnutatorsegmente (28a, 286,2Sc) und ein ringförmiges Potentiometer-Widerstandselement (24) in einer elektrisch leitenden konzentrischen Ring-Anordnung trägt, daß die an den Kommutatorsegmenten (28a, 286,7&c) angreifenden Bürsten der Bürstenanordnung als Bürstenpaare (37, 38; 40, 41) ausgebildet sind, wobei die Bürsten eines jeden Bürstenpaares (37, 38; 40, 41) einen gegenseitigen Winkelabstand (Θ) haben, der wesentlich größer als der Winkelabstand zwischen benachbarten Kommutatorsegmenten (28a, 286, 28c) aber kleiner als die WinkelausdeHmng von jedem Kommutatorsegment ist, und daß das Potentiometer-Widerstandselement (24) mit einem an der Weife (15) angebrachten Potentiometerschleifer (35) der Bürstenanordnung in Eingriff steht, wobei ein vo.i der Stellung des Potentiometerschleifers (35) bestimmtes Drehmoment erzeugbar, ferner ein Gegendrehmoment von einer Vorspannvorrichtung (48) auf die Welle (15) ausübbar und die Welle (15) bis zu einer Gleichgewichtsstellung drehbar sind

2. Drehmoment-Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkelabstand (Θ) der Bürsten größer als 45° und kleiner als 60° ist