DE2045839A1

DE2045839A1 - Gleichstrommotor mit elektrischer Bremsvorrichtung

Info

Publication number: DE2045839A1
Application number: DE19702045839
Authority: DE
Inventors: Kiyoshi Tokio P Yanagida
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 1969-09-17
Filing date: 1970-09-16
Publication date: 1971-04-08
Also published as: JPS5022690B1; US3706021A; DE2045839B2

Description

PA-Etf .

DR. E. WIEGAND DIPL-ING. W. NIEMANN

DR. M. KÖHLER DIPL-ING. C. GERNHARDT 2 U 4 0 0 J hi

MDNCHEN HAMBURG

telefon: 55 54 76 8000 Mönchen 15,16.September 1970

TELEGRAMME: KARPATENT NUSSBAUMSTRASSE 10

W. 4o ο99/70 7/RS

Pioneer Electronic Corporation Tokyo (Japan)

Gleichstrommotor mit elektrischer Bremsvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf einen Gleichstrommotor mit einer elektrischen Bremsvorrichtung.

Bei Gleichstrommotoren des Standes der Technik mit einem Geschwindigkeitswechselmechanismus oder Drehzahländerungsmechanismus ist, wenn es erwünscht war, die Drehzahl von hoch auf niedrig zu ändern, ein System angewendet worden, bei dem ein Hotor einer Bremskraft unterv/orfen wird, die nur auf eine Belastung und eine mechanische Dämpfung des Motors selbst zurückzuführen ist, um dadurch die Geschwindigkeit oder die Drehzahl allmählich herabzusetzen, wobei sich die Vollendung des Genchwindigkeitswechsels oder der Drehzahländerung ergibt.

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Bei einem solchen Drehzahländerungssystem, wie es vorstehend beschrieben ist, wird beträchtliche Zeit in Anspruch genommen, damit der Rotor von der Drehung mit hoher Geschwindigkeit auf eine Drehung mit niedriger Geschwindigkeit verlangsamt wird, wenn keine Belastung oder im wesentlichen keine Belastung vorhanden ist oder wenn ein beträchtlicher Unterschied zwischen der hohen Umdrehungsgeschwindigkeit und der niedrigen Umdrehungsgeschwindigkeit vorhanden ist. Es waren daher die Geschwindigkeitswechsel- oder Drehzahländerungsmechanismen nicht in zufriedenstellender Weise auf Maschinen anwendbar, die einen raschen Drehzahlwechsel benötigen, und es würde sich

ergeben
eine beträchtliche Behinderung^ wenn durch Anwendung von allgemeinen Umdrehungsmaschinen bestimmte Funktionen erwünscht waren.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Gleichstrommotors mit einer elektrischen Bremsvorrichtung, bei dem die geschilderten Nachteile nicht vorhanden sind. Insbesondere bezweckt die Erfindung die Schaffung eines Gleichstrommotors mit einer elektrischen Bremsvorrichtung, welche gestattet, den Rotor elektrischer Bremsenergie so zu unterwerfen, daß er rasch im Fall der Änderung der Geschwindigkeit oder der Drehzahl verlangsamt wird, insbesondere wenn es sich um einen Geschwindigkeitswechsel oder eine Drehzahländerung von hoher Geschwindigkeit auf niedrige Geschwindigkeit handelt, und dadurch einen genauen Geschwindigkeitswechsel in sehr kurzer Zeit ermöglicht.

Für den Gegenstand der Erfindung ist wesentlich:

Ein Gleichstrommotor mit einem Rotor mit einem Paar von magnetischen Polen , einem Paar von Antriebsspulen und eiier Kraftquelle und einer Hauptschalteinrichtung zum abwechselnden Zuführen von Strom zu den Antriebsspulen ist mit einer elektrischen Bremsvorrichtung versehen. Diese Bremsvorrichtung

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nimmt eine induzierte Spannung auf, die in den Antriebsspulen infolge der magnetischen Pole erzeugt ist, und ändert, wenn die Geschwindigkeitswechsel- oder Drehzahländerung s einrichtung von hoher Geschwindigkeit auf niedrige Geschwindigkeit geschaltet wird und wenn die ermittelte oder aufgenommene Spannung größer als ein vorbestimmter Wert ist, d.h. wenn die Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors höher als eine vorbestimmte niedrige Geschwindigkeit ist, die Richtung des Ausgangsstroms der Hauptschalteinrichtung, so daß der Rotor einer Bremskraft unterworfen wird, wodurch der Motor rasch auf eine geringe Geschwindigkeit lediglich durch eine rein elektrische Bremskraft, die durch die Antriebsspulen erzeugt wird, geschaltet wird.

Ein Gleichstrommotor mit einer elektrischen Bremsvorrichtung gemäß der Erfindung legt eine elektrische Bremskraft durch die Antriebsspulen an dem Rotor an, wenn der Motor auf eine Drehung mit niedriger Geschwindigkeit geschaltet wird.

Im einzelnen hat eine elektrische Bremsvorrichtung gemäß der Erfindung, die auf einen Gleichstrommotor mit einem Rotor mit magnetischen Polen, Antriebsspulen und einer Hauptschalteinrichtung zum alternativen Zuführen von Strom zu den Antriebsspulen anwendbar ist, eine Einrichtung zum Ermitteln oder Aufnehmen von Spannungen, die in den Antriebsspulen induziert sind und eine Einrichtung zur Änderung der Richtung des Ausgangsstroms der Hauptschalteinrichtung, so daß bewirkt wird, daß der Rotor einer Bremskraft nur unterworfen wird, wenn die Umdrehungsgeschwindigkeit höher als eine vorbestimmte niedrige Geschwindigkeit ist, nachdem der Motor auf ein Arbeiten mit niedriger Geschwindigkeit geschaltet ist.

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In der Zeichnung ist ein Sehaltdiagramm wiedergegeben, das eine Ausführungsform eines Gleichstrommotors mit einer elektrischen Bremseinrichtung gemäß der Erfindung zeigt.

Gemäß der Zeichnung ist der Block 1, der in gestrichelten Linien gezeichnet ist, ein allgemeiner Schmitt-Kreis, der aus Widerständen R₁₁, R₁₂1 R₁-*» ^R]a» Κχς ^und %£ und Transistoren T -,-, und T₁.]? besteht, wobei der Transistor T₁11 sich gewöhnlich in nicht-leitendem Zustand (im nachstehenden als "Aus" bezeichnet) und der Transistor T ₁₂ sich im leitenden Zustand (im nachstehenden als "Ein" bezeichnet) befindet. Der Block 2 ist ein Hauptschaltkreis,

der aus den Widerständen R₂I* ^S22* ^23 ^{un<i R}24' ^{den Tran}~ sistoren I_r21, T_r22, T_r25, T_r24y T_r25 und T_r26 und einem Hall-Element H besteht. Der Block 3 ist ein allgemeiner Kreis für konstante Geschwindigkeit, der aus den Widerständen R^₁, R^₂, R*,, R,., R^c und R^g und den Transistoren ^Tr31 "¹^ ^Tr32 Gesteht. ^Der Block 4 ist ein Kreis zur Bestimmung oder Aufnahme von induzierter Spannung, der aus

einem Widerstand R^_n, einer Zener-Diode D,_n und einem Tran-

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sistor T .-, besteht. In der Zeichnung sind ferner ein Widerstand R₁, Antriebsspulen L-, und L₂ eines Hall-Motors, Dioden D-, und D₂ und ein Glättungskondensator C-, gezeigt. Das Bezugszeichen B stellt eine Klemme zur Verbindung mit einer Hauptleitung oder einem Netz dar, während Ha und Hb die Endklemmen des Hall-Elements sind, und SW ein Geschwindigkeitswechsel oder Drehzahländei*ungsschalter ist, wobei S-, eine Klemme auf der Seite mit niedriger Geschwindigkeit und S₂ eine Klemme auf der Seite mit hoher Geschwindigkeit ist.

Die Arbeitsweise des Motors gemäß der Erfindung wird nachstehend näher erläutert.

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Wenn eine Gleichstromspannung der Hauptleitungsverbindungsklemme B zugeführt wird, ist der !Transistor 3L₁-J des Schmitt-Kreises 1 "Aus" und der Transistor T ₁₂ "Ein", die Kollektorspannung des Transistors T ,, ist hoch und diejenige des Transistors T-, ο ^³^ ⁿi^eärig. dem Hauptschaltkreis 2 wird der Ausgang des Transistors ^Trll ^{des Schjni}"^fc"^fc~^Kreises durch den Widerstand R₂. an die Basen der Transistoren T «, und T_r2. gelegt, um ihre Basenpotentiale zu erhöhen, so daß die Transistoren T ₂~ und T 24 auf "Aus" sind. Andererseits wird die Ausgangsspannung des Transistors T₁₀ über den Widerstand R₀, an die Basen der Transistoren T_r21 und T_r22 angelegt, um ihre Basenpotentiale zu erniedrigen, so daß die Transistoren T_r21 und T_r22 auf "Ein" sind. Der Kollektorstrom dee Transistors T ~2 des Kreises 3 für konstante Geschwindigkeit ist ein Steuerstrom für das Hall-Element H des Hauptschaltkreises 2. Das Hall-Element H, das in einem Magnetfeld angeordnet ist, erzeugt zwischen den Spannungsklemmen Ha und Hb im Ansprechen auf den Einfluß des Steuerstroms eine elektromotorische Kraft, die proportional dem Produkt der magnetischen Flußdichte und des Steuerstroms ist. Auch wird die Richtung des Vektors der elektromotorischen Kraft in Abhängigkeit von der Richtung bestimmt, in welcher das magnetische Feld das Hall-Element durchquert. Wenn daher die Ausgangsklemme Ha des Hall-Elements sich auf einem höheren Potential als die Klemme Hb befindet, v/ird die Ausgangsspannung bei der Klemme Ha an die Basis des Transistors ^_r25 angelegt, weil die Basenpotentiale der Transistoren ^Tr21 ^{und T}r22 ^innernali) ihres Arbeite- oder Durchlaßbereiches sind, so daß der Transistor T₂- "Ein" wird (durchlässig). Ίίβηη demgegenüber die Ausgangsklemme Hb sich auf einem höheren Potential befindet als die Klemme Ha, wird der Transistor T_r2g "Mn" (durchlassend), d.h. wenn die Klemme Ha 3ich auf einem höheren Potential als die andere

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befindet, fließt Strom in die Antriebsspule L-,, während wenn die Klemme Hb ein höheres Potential aufweist, Strom in die Ahtriebsspule L₂ fließt. In beiden Fällen wird Strom in der Richtung zugeführt, in der ein Anlaufmoment erzeugt wird.

Als nächstes wird die Arbeitsweise im regelmäßigen Umlauf erläutert. Induzierte Spannungen, die in den Antriebsspulen L-, und Lp während des Umlaufs erzeugt sind, werden zu den Dioden D-, bzw. Dp geleitet und durch den Grlättungskondensator C-, geglättet, so daß sie als Eingang für den Kreis 3 für konstante Geschwindigkeit dienen. Wenn die Umdrehungsgeschwindigkeit etwas von einer vorbestimmten Umdrehungsgeschwindigkeit abweicht, erhöhen oder vermindern sich die induzierten Spannungen, die in den Antriebsspulen L-, und Lp erzeugt sind, proportional zu der Umdrehungsgeschwindigkeit, und auf diese Weise erhöht oder vermindert sich auch der Kollektorstrom des Transistors T ,-, . Demzufolge variiert die Basenspannung des Transistors T_r,₂ und der Kollektorstrom des Transistors T^₂, d.h. der Steuerstrom für das Hall-Element H erhöht oder vermindert sich so, daß eine Schwankung in der Umdrehungsgeschwindigkeit unterdrückt wird.

Wenn dann der Schalter SW von der Klemme Sp von der Hochgeschwindigkeitsseite auf die Klemme S-, der Niedriggeschwindigkeitsseite geschaltet wird, wird der Transistor ^Tr41 ^{in dem 1}^"⁶*⁸ 4 ^zur Ermittlung oder Aufnahme der induzierten Spannung "Ein" (durchlassend) infolge der induzierten Spannungen in den Antriebsspulen L₁ und L₂. Zu dieser Zeit ist die Basisspannung des Transistors T .-^ in Übereinstimmung mit der Zener-Spannung der^Zener~ Diode D.-^. Der Kollektor3trom des Aufnahmekreises fließt über den Widerstand H,,, so daß die Basisspannung des Transistors

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^Trll ⁰²¹³^iS* und dieser Transistor wird "Ein" (durchlassend), während der Transistor T_rl2 "Aus" (gesperrt) wird. Die Transistoren T 21 ^W[i^ ^_r?2 ^^es Hauptschaltkreises 2 werden daher "Ein" und die Transistoren £-23 ¹^ ^T _r?4 ^werden "Aus". An dieser Stelle wirken die Widerstände Rp, und R,,, so, daß sie den Ausgang des Schmitt-Kreises zu den Basen der Transistoren T_r21 und T_r22 und der Transistoren T_r2, und übertragen und ihre Basenpotentiale bestimmen. Wenn so die Ausgangsklemme Ha des Hall*-Elements H sich auf einem höheren Potential befindet als die Klemme Hb, wird der Transistor T_r2g "Ein", während wenn die Klemme Hb ein höheres Potential hat, der Transistor T_p2c "Ein" wird. Es fließt daher ein Strom in der Antriebsspule L₁ oder in L₂ in einer solchen Richtung, daß eine Bremskraft erzeugt wird. Infolge dieser Wirkung nimmt die Umdrehungsgeschwindigkeit oder Drehzahl rasch ab. Wenn die induzierte Spannung niedriger wird als eine Spannung, die von der Zener-Diode od.dgl. bestimmt ist, d.h. wenn die Umdrehungsgeschwindigkeit geringer wird als eine vorbestimmte Geschwindigkeit, dann wird der Aufnahmekreis 4 "Aus" und der Schmitt-Kreis 1 nimmt wieder seine Wirkung auf. Bei Beendigung der Bremswirkung beginnt der Kreis für konstante Geschwindigkeit eine Peinregulierung der Geschwindigkeit zu bewirken.

Die vorstehende Erläuterung ist auf den Pail beschränkt worden, in dem die Antriebsspulen bzw. die Magnetpole des Rotors ein Paar bilden. Es ist jedoch möglich, mehr als ein Paar von ihnen vorzusehen, sofern dies gewünscht oder erforderlich ist. Obwohl Transistoren als Schaltelemente in dem Hauptschaltkreis 2 angewendet wurden, ist es ferner möglich, andere Schaltelemente, wie Relais, in dem Hauptschaltkreis zu benutzen, und es kann zusätzlich ein Mehrgeschwindigkeitswechselsystem eingeschlossen sein.

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Wie vorstehend auseinandergesetzt, "betrifft die Erfindung einen Gleichstrommotor mit einer elektrischen Bremsvorrichtung, die, wenn der Motor von einem Zustand hoher Geschwindigkeit zu einem Zustand niedriger Geschwindigkeit geschaltet wird, ein umgekehrtes Drehmoment als Bremskraft für den GleichstrommotorMind bewirkt, daß sein Rotor dieser Bremskraft unterworfen wird. Die Erfindung gestattet dadurch einen raschen Geschwindigkeit swechs el oder eine rasche Drehzahländerung und hat den Vorteil, daß sie einen genauen Geschwindigkeitswechsel liefert, weil die Zener-Diode in dem Kreis zur Ermittlung oder Aufnahme der induzierten Spannung angewendet wird. Außerdem führt die Erfindung zu einer ausgezeichneten Dauerhaftigkeit und Verläßlichkeit, weil dieses System ein rein elektrisches Bremssystem ist. Dementsprechend ist die Erfindung im praktischen Gebrauch sehr wertvoll, weil sie nicht nur die Leistung von Maschinen, hei denen die vorliegenden Gleichstrommotoren zur Anwendung kommen, verbessert, sondern weil sie auch eine Massenproduktion von Hochleistungs-Gleichstrommotoren mit niedrigen Kosten ermöglicht, so daß das Anwendungsgebiet der Gleichstrommotoren wesentlich ausgedehnt wird.

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Claims

Pat entapSprüche

I 1.)Gleichstrommotor mit einer elektrischen Bremsvorrichtung gekennzeichnet durch einen Rotor mit wenigstens einem Paar von Magnetenpolen , paarweise angeordneten Antriebsspulen zum Drehen des Rotors, einer Hauptsehalteinrichtung für die alternative Stromzufuhr zu den paarweise angeordneten Antriebsspulen, einer magnetisch-elektrischen Umwandlungseinrichtung zur Steuerung oder Regelung der Hauptschalteinrichtung mittels einer Ausgangsspannung, die gemäß der Änderung des magnetischen Feldes variiert, das durch die Magnetpole des Rotors erzeugt wird, einer Geschwindigkeitsschalteinrichtung zur Pestsetzung der Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors in einer von wenigstens zwei vorbestimmten Umdrehungsgeschwindigkeiten, einer Einrichtung zur Aufnahme von Spannungen, die in den genannten Antriebsspulen induziert werden, wenn die genannte Geschwindigkeitsschalteinrichtung von einer Hochgeschwindigkeitsstufe zu einer Ifiedriggeschwindigkeitsstufe geschaltet wird, und einer Stromrichtungsänderungseinrichtung, um nur während die genannte Einrichtung zur Aufnahme induzierter Spannungen im Betrieb ist, die Hauptschalteinrichtung in eine Richtung zu ändern, in welcher der Rotor einer Bremskraft unterworfen wird.
2. Gleichstrommotor mit einer elektrischen Bremsvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetisch-elektrische Umwandlungseinrichtung aus Hallelementen (H) besteht.

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