DE2115681A1

DE2115681A1 - Elektromotor

Info

Publication number: DE2115681A1
Application number: DE19712115681
Authority: DE
Inventors: Kazumi Toyonaka Osaka Masaki (Japan)
Original assignee: Yamato Sewing Machine Mfg Co Ltd
Current assignee: Yamato Sewing Machine Mfg Co Ltd
Priority date: 1970-03-31
Filing date: 1971-03-31
Publication date: 1971-11-18
Also published as: DE2115681C3; US3715643A; DE2115681B2

Description

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Cr. vVöiier MoIf

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Yamato Mi«hin Seizo Katmshiki Kai»ha No· 10-3» 2-cho«e, Minaei-eachi, Hotarugaike, Toyonaka-ehi, Osaka-fu, Japan

Elektromotor

Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Antriebsmotor, und der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Antriebsmotor zu schaffen, der plötzlich in Betrieb bzw. plötzlich in einer vorherbestimmten, um seine eigene Drehachse verdrehten Stellung während eines beliebigen Umlaufes desselben außer Betrieb setzbar ist.

Bei elektrischen Nähmaschinen für Industriezwecke besteht im Hinblick auf die Erhöhung der Wirksamkeit beim Nähen von Kleidungsstücken ein Bedürfnis nach einem elektrischen Antriebsmotor für die Nähmaschine, der schnell in Betrieb setzbar und in einer vorherbestimmten, um seine Drehachse verdrehten Stellung stillsetzbar ist« Dabei soll der Motor so auegebildet sein, daß dieses plötzliche Stillsetzen nach Belieben während jedes Hubes der Bewegung der Nadelstange

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d*rNähttaschine, in die dl· Waä#l "eine*i*t»t iet, £n äer- jenigen Phase de· Betriebsspiels erfolgen kann, In der sich dl· Nade1stan^· in der obersten «der untersten Stellung befindet.

Da ein solcher Metor noch nicht entwickelt worden ist, wird bisher eine Mechanische oder elektrische Steuereinrichtung· «wischen die Nähmaschine und die Nadelstange eingesetzt, die das Stillsetzen der Nadelstange in einer gewünschten Stellung ermöglicht« Durch eine solche Einrichtung werden jedoch die Konstruktion der Nähmaschine sowie ihre Handhabung kompliziert.

Dementsprechend zielt die Erfindung auf die Beseitigung der Nachteile herkömmlicher Nähmaschinen mit elektrischem Antrieb ab und schafft einen elektrischen Antriebsmotor von vereinfachter Konstruktion, der plötzlich in Betrieb setzbar und in einer vorherbestxmmten Stellung des Läufers um dessen Achse stillsetzbar ist.

Die Erfindung schafft also einai elektrischen Antriebsmotor mit einem drehbaren Läufer, der während einer beliebigen Umdrehung in einer vorherbestimmten, um seine Achse verdrehten Stellung stillsetzbar ist.

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INSPECTED

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In Weiterbildung der Erfindung schafft die Erfindung einen Elektromotor mit einem umlaufenden Läufer, der in einer vorherbestimmten, um seine Achse verdrehten Stellung stillsetzbar ist, die von derjenigen Stellung, in der der Lätifer ursprünglich stillgesetzt wurde, um eine halbe Umdrehung entfernt ist«

Die Erfindung schafft ferner einen elektrischen Antriebsmotor, der während der halben Umdrehung de· Läufer· in einer gewünschten Stellung stillsetzbar ist·

Dies wird gemäß der Erfindung dadurch erzielt, daß der Motor mit einer umlaufenden Welle ausgestattet ist, die mit einem zu dem Läufer koaxialen, umlaufenden Magneten starr verbunden mentiert lat, ύ·τ lur Srseuguaf eimer auf te«. Lauf er im Sinne de· Stillsetzen· deaaelben in einer verherbeatimarten, um aeine Drehach·· verdrehten Stellung wirkenden magnetischen Kraft in einer vorherbestimmten Richtung magnetisierbar iat.

In der Zeichnung sind einige bevorzugte Auaführungafformen der Erfindung beispielsweise dargestellt·

Pig· 1 ist eine schematische Vorderansicht einer Nähmaschine

mit daran angebautem Antriebsmotor gemäß der Erfindung;

Fig· 2 ist eine schematische, perspektivische Darstellung

eines wesentlichen Teiles des Antriebsmotors zur Ver-

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anschaulichung des inneren Aufbaues desselben;

Fig· 3 ist ein elektrisches Sehaltschema für den Betrieb des Antriebsmotors bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig« 4 ist ein Schaltschema zur Verwendung in einem Teil der Einrichtung zum Stillsetzen einer umlaufenden Welle mit daran montiertem Läufer in einer vorherbestimmten Stellung der Verdrehung um ihre Drehachse;

Fig» 5 ist eine schematische, perspektivische Darstellung der Xnnenkonstruktion eines umstellbaren Wechselstrom- und Gleichstrom-Antriebsmotors und der ihm zugeordneten elektrischen Schaltung bei einer anderen Ausführungsform der Erfindung;

Fig· 6 ist eine schematische, perspektivische Darstellung ψ der Innenkonstruktion des Antriebsmotors nach Fig·

bei einer abgewandelten Ausführungsformj

Fig· 7 ist ein Motorschaltschema gemäß der Erfindung;

Fig· 8 bis 10 sind elektrische Schaltschemen zur Veranschaulichung einer Reihe von Phasen des Betriebes des Motors gemäß Fig. 7;

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Fig. 11 ist ein elektrisches Schaltschema zur Veranschaulichung der Leitungsanlage zwischen einer Stromquelle und dem Motor gemäß der Erfindung;

Fig. 12 ist ein elektrisches Schaltschema zur Veranschaulichung einer bei dem Motor gemäß der Erfindung verwendbaren_t den Feldwicklungen zugeordneten Schaltung;

Fig. 13 und 1^ sind elektrische Schaltschemen zur Veranschau- ' lichung von Betriebsphasen des in Fig· 12 gezeigten Motors;

Fig. 15 A und 15B sind Betriebsdiagramme zur Veranschaulichung des Grundsatzes des Betriebes der Schaltung gemäß Fig. 12;

Fig. 16 ist ein Schaltschema zur Veranschaulichung einer Schaltung zum Steuern des Antriebsmotors gemäß der , Erfindung beim Betrieb mit Drehstrom;

Fig. 17 ist ein Schema zur Veranschaulichung verschiedener Wellenformen des durch die Feldwicklung nach Fig. fließenden Stromes; und

Fig. 18 ist ein Schema zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen der Drehzahl des Läufers gemäß Fig. 16

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und der Stromstärke des Feldwicklungsstromes·

Pig» 1 zeigt eine Nähmaschine 1, die mittels eines gemäß der Lehre der vorliegenden Erfindung ausgebildeten elektrischen Antriebsmotors 2 antreibbar ist. Dieser Antriebsmotor 2 ist, wie üblich, an dem Nähmaschinengehäuse derart angebaut, daß er eine in herkömmlicher Weise eine Nadel tragende Nadelstange 3 auf- und abbewegt„

Der Antriebsmotor 2 ist, wie in Fig. 2 dargestellt, mit einem an einer umlaufenden Welle 4 starr montierten Läufer A, einem ebenfalls starr an der Welle 4 montierten Kommutator G mit mehreren Kommutatorsegmenten, einem gleichfalls an der Welle k starr montierten, elektrisch magnetisierbaren Eisenkern E und zwei ebenfalls starr an der Welle h montierten Schleifringen P1 und P2 ausgestattet. Der Eisenkern E ist mit einer Wicklung L3 umwickelt, deren beide Klemmenenden mit den Schleifringen P1 bzw. P2 verbunden sind, wie bei a und b in Fig. 2 angedeutet.

Der elektromagnetische Eisenkern E und der Läufer A sind von Polschuhen umgeben, die mit Wicklungen LI bzw. L 2 bewickelt sind, die ihrerseits mit einer (nicht dargestellten) gemeinsamen Gleichspannungsquelle verbunden sind, so daß sie, wie dargestellt, die Polschuhe Y1 und Y2 als Nordpol bzw. Südpol magnetisieren.

+ YI, Y2

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Der Kommutator G weist, wie bereits erwähnt, mehrere Kommutatorsegmente auf, deren jedes von einer Bürste BI bzw. B2 abgegriffen wird, durch die dem Läufer A Strom zugeführt werden kann« Zwei Bürsten Q1 und Q2 stehen gleitend in Berührung mit den Mantelflächen der Schleifringe P1 bzw· P2, durch die der Wicklung L 3 Gleichstrom zuführbar ist, so daß zwei Segmente des Eisenkernes E als Nordpol bzw. Südpol magnetisierbar sind, wie in der Figur angedeutet·

Wenn den Wicklungen L1 und L2 Gleichstrom zugeführt wird, um die betreffenden Polschuhe Y1 und Y2 als Nordpol bzw· Südpol zu magnetisieren, und gleichzeitig auch dem Läufer A über die Bürsten B1 und B2 und die mit ihnen in Berührung stehenden Mantelflächen der Segmente des Kommutators G ebenfalls Gleichstrom zugeführt wird, beginnt der Läufter A in der einen Richtung umzulaufen» Dieser Antriebsmechanismus ist in der Technik bekannt und stimmt im wesentlichen mit dem eines herkömmlichen Gleichstrommotors überein·

Wenn hingegen die Stromzufuhr zum Läufer A über die Bürsten B1 und B2 unterbrochen wird und dann der Wicklung L3 über die normalerweise mit den zugeordneten Schleifringen P1 und

Gleich-P2 in Berührung stehenden Bürsten Q1 und Q2 Strom zugeführt wird, kann der elektromagnetische Eisenkern E derart magnetisiert werden, daß ein Segment des Eisenkernes E den Nordpol und las andere Segment den Südpol desselben bildet, und dies

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hat zur Folge, daß zwischen den Polschuhen Y1 und Y 2 und dem Eisenkern E eine elektromagnetische Bremskraft erzeugt wird. Wie ohne weiteres ersichtlich, kann ein umlaufender Elektromagnet M, der aus dem Eisenkern E und der Wicklung L besteht, derart stillgesetzt werden (Fig· 2), daß der Südpol des Eisenkernes E sich mit dem Nordpol des Polschuhes Y1 und der Nordpol des Eisenkernes E mit dem Südpol des Polschuhes Y2 in Deckung befindet.

Es wird angenommen, daß die Nadelstange 3 der Nähmaschine 1 bei dem in Fig. 2 dargestellten Zustand sich in ihrer obersten Stellung befindet« Wenn die Richtung des der Wicklung L3 über die Bürsten Q1 und Q2 zugelieferten Stromes anschließend umgekehrt wird, wird der umlaufende Elektromagnet M umgepolt, und dies hat zur Folge, daß der umlaufende Elektromagnet M um eine halbe Drehung weitergedreht wird, bis der Südpol und der Nordpol sich mit dem Nordpol bzw. dem Südpol der Polschuhe. YI, Y2 in Deckung befinden· Die Nadelstange 3 der Nähmaschine 1 befindet sich zu diesem Zeitpunkt in ihrer untersten Stellung.

Obwohl gemäß der bisherigen Beschreibung die Polschuhe YI und Y2 mit Wicklungen L1 und L2 versehen und durch Stromzufuhr zu diesen Wicklungen magnetisierbar sind, könnten natürlich anstatt solcher Polschuhe zwei Dauermagnete verwendet werden«

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Fig, 3 zeigt eine elektrische Schaltung, die im Verein mit dem in Fig. 2 gezeigten Antriebsmotor verwendbar ist. Hier ist jedoch im Interesse der Übersichtlichkeit und Kürze der umlaufende Eleketromagnet M gemäß Fig, 2 durch einen Dauermagnet (Fig, 3) ersetzt,

Venn sich die Schaltung in dem in Fig. 3 dargestellten Betriebszustand befindet, fließt Strom von einer positiven Klemme D1 der Gleichspannungsquelle zu deren negativer Klemme D2 der Reihe nach durch eine Feldwicklung F, die Bürste B1, den Kommutator G, die ¥icklung ¥ des Läufers A, die Bürste B2 und zwei geschlossene Kontakte 5a und 5b eines Schalters SW1· Da nun eine BMK von großem Wert erzeugt werden kann, wenn der Strom von der Spannungsquelle durch die Feldwicklung F fließt, kann der Läufer A schnell in Drehung um seine Drehachse in der einen Richtung versetzt werden.

Soll der umlaufende Läufer A stillgesetzt werden, ist es lediglich erforderlich, einen beweglichen Kontakt 5a des Schalters SW1 von seinem feststehenden Kontakt 5b zu lösen und mit dessen festem,Kontakt 5c zu verbinden. Wenn der bewegliche Kontakt 5a sich mit dem feststehenden Kontakt 5c in Berührung befindet, kann ein geschlossener Stromkreis e-f-g-h-i-j zwischen den Bürsten B1 und B2 über einen

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Widerstand R1 hergestellt werden. Jedoch ist zu diesem Zeitpunkt ein beweglicher Kontakt 6a eines Schalters SW2 von seinem feststehenden Kontakt 6b getrennt und mit seinem feststehenden Kontakt 6c verbunden, so daß durch die Wicklung W des Läufers A kein Strom von der Spannungsquelle fließt. Da jedoch der Strom von der positiven Klemme D1 der Spannungsquelle, der durch die Feldwicklung P hindurchfließt, durch einen Widerstand R2 zur negativen Klemme D2 zurückgeführt wird, ist die F_eldwicklung F erregt. Wenn daher die Stromzufuhr zur Wicklung W des Läufers A unterbrochen wird, der Läufer A jedoch unter der Wirkung einer Trägheitskraft weiterläuft, kann eine EMK in der Wicklung W des Läufers A durch die Erregung der Feldwicklung F erzeugt werden, und dies hat zur Folge, daß der Antriebsmotor nun als Generator wirkte Die so erzeugte EMK wird ihrerseits dem geschlossenen Stromkreis e-f-g-h-i-j zugeführt und durch den Lastwiderstand R1 verbraucht, der in diesem geschlossenen Stromkreis angeordnet ist, so daß auf den Läufer A eine Bremskraft zur Wirkung gelangt, die der Größe der auf diese Weise vernichteten EMK proportional ist, so daß die Drehzahl des Läufers A schnell vermindert wird.

Wenn zwei bewegliche Kontakte 7a eines Schalters SW3 sich mit zwei feststehenden Kontakten Jb desselben in Berührung befinden, während die Drehzahl des Läufers A ver-

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mindert wird, werden zwei Wicklungen 11 und 12 erregt und erzeugen einen Nordpol bzw· einen Südpol (Fig· 3)t und von diesen können die Pole des umlaufenden Magneten M, wie dargestellt, angezogen werden, und dies hat zur Folge, daß der Läufer A in einer vorherbestimmten, um seine Drehachse verdrehten Stellung zum Stillstand gebracht werden kann·

Wenn der Läufer A aus der Stellung, in der er in der soeben beschriebenen Weise stillgesetzt worden ist, um eine halbe Drehung um seine Drehachse verdreht werden soll, brauchen nur die beweglichen Kontakte 7^a des Schalters SW3 von ihren feststehenden Kontakten 7b gelöst zu werden, so daß die Gleichstromzufuhr zu den beiden Wicklungen 11 und unterbrochen wird, und die beweglichen Kontakte 5a und 6a der Schalter SWI und SW2 mit den feststehenden Kontakten 5d bzw. 6d zur Berührung gebracht zu werden, so daß an den Kommutator G über die betreffenden Bürsten B1 und B2 eine Ladung angelegt wird, die in einem Kondensator C gespeichert worden ist." Wie ersichtlich, beginnt der Läufer A in der durch den Pfeil angedeuteten Richtung umzulaufen.

Wenn dann die Magnetisierungsrichtungen der Wicklungen 11 und 12 vertauscht werden, indem die beweglichen Kontakte 7a des Schalters SW3 mit dessen feststehenden Kontakten 7c zur Berührung gebracht werden und die beweglichen Kentakte 5a

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und 6a der Schalter SW1 bzw. SF2 gleichzeitig und augenblicklich mit den feststehenden Kontakten 5© bzw· 6e zur Berührung gebracht werden, fließt der Strom von der positiven Klemme D1 zur negativen Klemme D2 über die Wicklung W des Läufers A. Dementsprechend kann der Läufer A nun in einer vorbestimmten, um eine halbe Umdrehung versetzten Stellung zum Stillstand gebracht werden«

Fig. 4 zeigt den umlaufenden Magnet M, sowie Polschuhe yl und y2 mit den zugeordneten Feldwicklungen, die also als Elektromagnete ausgebildet sind. Die mittels der Schaltung gemäß Fig, h erzielbaren Vorteile bestehen darin, daß in den Wicklungen 11, 12 und L3 selbst bei Drehung des Läufers A keine EMK erzeugt werden kann«

Fig. 5 zeigt eine elektrische Schaltung, die einem Zweiphasenmotor (Einphasenmotor) zugeordnet ist, der entweder mit Gleichstrom oder mit Wechselstrom betrieben werden kann« In diesem Falle hat die Wicklung W, die in dem von zwei als Nordpol bzw. Südpol magnetisierten Polschuhen Y1 und Y2 umgebenen Läufer A gebildet ist, zwei Klemmen, die ihrerseits mit je einem von zwei Segmenten G1 und G2 des Kommutators G verbunden sind« Das Segment G1 ist außerdem mit einem Schleifring P1 verbunden, während das andere Segment G2 mit dem Schleifring P2 verbunden ist. Bei dieser Anordnung kann der Wicklung W des Läufers A über die zwei

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Bürsten B1 und B2, die mit den zugeordneten Segmenten G1 und G2 in Berührung stehen, sowie auch über zwei Bürsten Q1 und Q2, die sich mit je einem der Schleifringe P1 und P2 in Berührung befinden, Strom zugeführt werden.

Wenn bei dieser Schaltung gemäß Fig· 5 der bewegliche Kontakt 8a des Schalters SW1 den zugeordneten feststehenden Kontakt 8b berührt, während der Schalter SW2 ausgeschaltet ist, kann der Wicklung W des Läufers A von der Spannungsquelle B Strom über die beiden Bürsten B1 und B2 zugeführt werden, und dies hat zur Folge, daß der Läufer A- in der einen Drehrichtung um seine Drehachse in Drehung versetzt wird.

Wenn der Schalter SWI anschließend betätigt wird, so daß der bewegliche Kontakt 8a zur Berührung mit dem feststehenden Kontakt 8c gebracht wird, um dann die Stromzufuhr zur Wicklung W des Läufers A zu unterbrechen, während der Schalter SW2 geschlossen ist, wird eine EMK, die in der Wicklung W des unter dem Einfluß der Trägheit weiterlaufenden Läufers A erzeugt wird, an den Widerstand R1 angelegt« Indem diese EMK an den Widerstand R1 angelegt wird, kann auf den umlaufenden Läufer A eine Bremskraft zur Wirkung gebracht werden, dessen Größe dem Wert der von dem Widerstand RI verbrauchten elektrischen Energie proportional ist, und dies hat zur Folge, daß der Läufer A schnell abgebremst werden kann·

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Wenn der beweglich Kontakt θa des Schalters SWI während der Drehzahlverminderung des Läufers A mit dem feststehenden Kontakt 8d in Berührung steht, kann, der Wicklung des Läufers A nacheinander über die Bürste QI, den Schleifring P1 und das Segment G1 des Kommutators G Strom von der Energiequelle B zugeführt werden, die dann der Reihe nach durch das Segment G2 des Kommutators G, den Schleifring P2 und die Bürste Q2 zur Energiequelle zurückkehrt, die im Verein einen geschlossenen Stromkreis bilden· Dementsprechend bewirkt der durch die Wicklung W des Läufers A fließende Strom die Ausbildung eines Nordpols und eines Südpols in dem Läufer A, und der Läufer A führt genau eine Vierteldrehung aus, bis der Nordpol des Läufers A vom Südpol des Polschuhes Y1 angezogen ist, während der Südpol des Läufers A von dem Nordpol des Polschuhes Y2 angezogen ist, und Pig· 5 zeigt den Zustand des Läufers A in bezug auf die Polschuhe Y1 und Y2 vor dieser Vierteldrehung.

Während der Läufer A in der beschriebenen Weise stillgesetzt wird, ist die Wicklung W des Läufers A noch von. dem Strom von der Stromquelle B erregt, der über die beiden, mit je einem der Schleifringe P1 und P2 in Berührung stehenden Bürsten Q1 und Q2 durch diese Wicklung fließt. So erfolgt keine Änderung in der Magnetisierungsrichtung des Läufers A, und dieser verbleibt also weiterhin in Ruhe.

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Um den Laufer A wieder in Drehung zu versetzen, muß lediglich der Schalter SW2 ausgeschaltet und gleichzeitig der bewegliche Kontakt 8a des Schalters SW1 auf den feststehenden Kontakt 8b umgelegt werden«

Fig. 6 zeigt eine Abwandlung der Schaltung nach Fig· 5» bei der die Polschuhe Y1 und Y2 durch einen Strom magnetisiert werden, der durch die Feldwicklung F fließt, und die Wicklung ¥ des Läufers A hat zwei Klemmen, die getrennt mit dem Kommutator G verbunden sind. Eines G1 der Segmente des Kommutators G ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 6 mit dem Schleifring P1, das andere G2 der Segmente mit dem Schleifring P2 verbunden.

Wenn bei dieser Anordnung der bewegliche Kontakt 9a des Schalters SWI mit dem feststehenden Kontakt 9b zur Berührung gebracht wird, kann Strom von der positiven Klemme D1 der Stromquelle nacheinander durch die Feldwicklung.: F, den Schalter SW1, die Bürste B2, den Kommutator G und die Bürste B1 zur negativen Klemme D2 der Stromquelle fließen, so daß der Läufer A um seine Drehachse in der einen Richtung gedreht werden kann.

Wenn die beweglichen Kontakte 9a und 10a der Schalter SW1 bzw. SW2 nit den feststehenden Kontakten 9c bzw. 10c zur Berührung gebracht werden, während der bewegliche Kontakt

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des Schalters SW3 mit dessen Testern Kontakt 11b in Berührung steht, wird dem Kommutator G über die Bürste B1 kein Strom zugeliefert, jedoch kann die Wicklung ¥ des Läufers A durch den' Strom erregt werden, der über die beiden, die Schleifringe P1 bzw. P2 berührenden Bürsten Q1 und Q2 hindurchfließt. Der Motor arbeitet auf diese Weise als Generator, wie oben im Zusammenhang mit der Ausführungsform nach Fig. 5 beschrieben. Mit anderen Worten, in der Wicklung W des Läufers A wird eine EMK erzeugt, die an dem geschlossenen Stromkreis, bestehend aus dem Kommutator G, der Bürste B1, dem Widerstand R1, den Kontakten 10c und 10a des Schalters SW2 und der Bürste B2 zur Wirkung gebracht werden kann· Infolgedessen kann der Läufer A, der unter dem Einfluß einer Trägheitskraft weiterläuft, elektromagnetisch gebremst werden, so daß die Drehzahl des Läufers A mit hoher Geschwindigkeit vermindert werden kann. Jedoch fließt selbst während dieser Drehzahlverminderung des Läufers A durch die Wicklung W des Läufers A Strom über die Schleifringe P1 und P2, so daß der Läufer A nach dem oben im Zusammenhang mit Fig. 5 beschriebenen Grundsätzen um einen vorherbestimmten Winkel um seine Drehachse unter der Wirkung der von den Polschuhen Y1 und Y2 ausgeübten elektromagnetischen Anziehungskraft weitergedreht und anschließend in einer vorherbestimmten Stellung stillgesetzt werden kann, in der sich die Wicklung W zu den magnetischen Kraftlinien zwischen den Polschuhen Y1 und Y2 parallel ausgerichtet befindet.

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Wenn der bewegliche Kontakt 11a des Schalters SW3 anschließend mit dem feststehenden Kontakt 11c desselben zur Berührung gebracht wird, während die beweglichen Kontakte 9a und 10a der Schalter SW1 bzw. SW2 augenblicklich mit den feststehenden Kontakten 9d bzw, 1Od dieser Schalter zur Berührung gebracht werden, kann eine in dem Kondensator C gespeicherte Ladung an die Wicklung W des Läufers Ä über den Schalter SW2 angelegt werden, dessen Kontakte 1Od und 10a in der oben beschriebenen Weise augenblicklich miteinander zur Berührung gebracht worden sind, und dies hat zur Folge, daß der Läufer A eine halbe Drehung ausführt. Wenn hingegen die beweglichen Kontakte 9a und 10a der Schalter SW1 bzw. SW2 wieder mit den Kontakten 9c bzw. 10c zur Berührung gebracht werden, kann der Strom die Wicklung W des Läufers A über die Schleifringe P1 und P2 in der entgegengesetzten Richtung durchfließen, so daß der Läufer A umgepolt wird.

Es ist daraus klar ersichtlich, daß der Läufer A in einer vorherbestimmten, um seine Drehachse verdrehten Stellung stillsetzbar ist.

In Fig. 7 ist eine elektrische Schaltung dargestellt, die mit dee Motor verbunden ist und dazu dient, den Läufer A schnell in Betrieb zu setzen bzw. in einer genau vorherbe-

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stimmten, um seine eigene Drehachse verdrehten Stellung schnell zum Stillstand zu bringen.

In Fig. 7 bezeichnen die Bezugszeichen PH und PL· einen Hochspannungs- bzw« einen Niederspannungsstromkreis. Wenn bei der dargestellten Schaltung die Schalter SW1, SVZ, SW3, SW4, SW5 und SW6 in den dargestellten Stellungen gehalten werden, wird ein geschlossener Stromkreis gebildet', in dem hintereinander die Feldwicklung F, die Schalter SW4 und SW5> die Bürste B1 , der Kommutator G-, die Wicklung W, die Bürste B2 und der Schalter SWJ in der angegebenen Reihenfolge liegen« Dieser geschlossene Stromkreis könnte in der in Fig. 8 'gezeigten Weise ausgedrückt werden. Der geschlossene Stromkreis gemäß Fig« 8 stellt eine Hauptstroramotorschaltung dar, bei der eine EMK von größerem Wert (ein großes Anzugsmoment) erzielt werden kann, so daß der Läufer A in kurzer Zeit schnell beschleunigt werden kann. Wenn beispielsweise von einer Spannungsquelle oder einem Hochspannungsstroekreis PH ein Strom von 200 V Spannung geliefert wird, erreicht der Läufer A eine Drehzahl von 6000 U/min innerhalb einer Z ehnt e1sekunde.

Wenn die Schalter SW1 bis einschließlich SW5 in den in unterbrochenen Linien in Fig. 7 dargestellten Zustand umgeschaltet werden, während der Läufer A schnell umläuft,

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können zwei geschlossene Stromkreise errichtet werden, nämlich einer zwischen den beiden Klemmen des Niederspannungsstrotdo-eises PL·, dem die Feldwicklung F und der Schalter SW4 angehören, sowie ein weiterer Stromkreis, ebenfalls zwischen den beiden Klemmen des Niederspannungsstromkreises PL, dem in der angegebenen Reihenfolge die eingeschalteten Kontakte T3a und 13b eines Relais RL, der Schalter SW5, die Bürste B1, der Kommutator 6, die Wicklung W des Läufers A, die Bürste B2, der Schalter SW3 und die eingeschalteten Kontakte 12a und 12b des Relais RL in der angegebenen Reihenfolge angehören« Diese beiden geschlossenen Stromkreise können in der in Fig« 9 gezeigten Weise ausgedrückt werden. Wie aus Fig« 9 ersichtlich, ist beiden Stromkreisen die

Niederspannungsschaltung PL gemeinsam, von der ihnen Energie zugeliefert werden kann· Wenn also durch Betätigung der Schalter S¥1 bis SW5 (Fig. 7) in der oben beschriebenen Weise der Schaltzustand nach Fig. 9 herbeigeführt wird, kann die Drehzahl des Läufers A schnell vermindert werden« Da jedoch, der Motor nun in Nebenschlußschaltung geschaltet ist, tritt infolge von Belastungsänderungen in der Schaltung keine größere Änderung der Drehzahl des Lgufers A auf« Beispielsweise wird von der Niederspannungsechalt ung PL ±m Zustand gemäß Fig· 9 dem Motor Strom mit einer Spannung -von 20 V zugeführt, und die Drehzahl des Läufers A kann schnell, nämlich in einer Zehntelseku'xde, von 6000 auf 2OO bis 300 U/min vermindert werden.

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Während der Läufer A auf diese Weise mit niedriger Drehzahl umläuft, kann von einem auf der Welle drehfest montierten Steuersignalgeberring P3 über eine mit diesem in Berührung stehende Bütfste Q3 einer Steuerschaltung Z ein Steuersignal zum Stillsetzen des Läufers A zugeführt werden« Bei Eintreffen des Steuersignales an der Steuerschaltung Z wird das Relais RL derart betätigt, daß die beiden beweglichen Kontakte 12a und 13a mit den Kontakten

^ 12c bzw« 13c zur Berührung gebracht werden« Dies hat zur

Folge, daß, solange ein beweglicher Kentakt 1*fa des Schalters SW6 mit dem festen Kontakt i4b desselben in Berührung steht, zwischen den beiden Klemmen der Niederspannungsschaltung PL ein geschlossener Stromkreis errichtet werden kann, dem ι die in Berührung miteinander befindlichen Kentakte 13c und 13a des Relais RL, der Schalter SW6, die Bürste QI, der Schleifring PI, die Wicklung W, der Schleifring P2, die Bürste Q2, der Schalter SW6 und die miteinander in Berührung stehenden Kontakte 12c und 12a des Relais RL in

™ der angegebenen Reihenfolge angehören« Dieser geschlossene Stromkreis kann in der in Fig« 10 gezeigten Weise ausgedrückt werden»

Wenn der in Flg« 10 gezeigte geschlossene Stromkreis errichtet ist, kann der Wicklung W des Läufer· A Strom von der Niederspannungesohaltung PL über die beiden Schleif-

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ringe P1 und P2 zugeführt werden, so daß der Läufer A in einer bestimmten Richtung magnetisiert werden kann und in einer -vorherbestimmten, um seine Drehachse verdrehten Stellung gebremst werden kann« Wenn der Läufer A eine halbe Umdrehung ausführt, braucht lediglich der bewegliche Kontakt i4a des Schalters SV6 auf den feststehenden Eontakt i4c desselben umgelegt zu werden·

Bs ist zu bemerken, daß eine Einrichtung P3, Q3 zum Zuführen des Steuersignals von dem Steuersignalgeberring P3 zur Steuerschaltung Z aus einem Element, wie einem Mierοswitch, einem Leitungsschalter oder einem Defektelektronenelement (hole element) besteht«

Bei der in Pig« 11 gezeigten Abwandlung der Schaltung gemäß Fig· 7 sind die Schalter SV 1 und SV2 zur Abgabe von Steuersignalen an die entsprechenden Steuerelektrodenklemmen von Thyristoren SCR1, SCR2, SCR3 und SCR4 für den Sperrdurchbruch der Thyristoren geeignet ausgebildet· Wenn diese Schalter SW1 und SV2 in dem in Fig. 11 gezeigten Zustand gehalten werden, kann der Thyristor SCR2 leitend gemacht werden, und der Ausgangestrom von der Hochspannung*- quelle PH kann dem Kommutator G eines Hauptstrommotors zugeführt werden, und dies hat zur Folge» daß der Läufer A schnell auf höh· Drehzahl gebracht werden kann·

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Wenn jedoch die Schalter SV1 und SW2 derart betätigt werden, daß ihre beweglichen Kontakte 15a und 16a von. den feststehenden Kontakten'15b und 16b auf die anderen feststehenden Kontakte 15c bzw« 16c ungelegt werden, werden die Thyristoren SCRI und SCR3 gleichzeitig leit- - fähig, so daß der Strom der Feldwicklung F und de« Kommutator G von der Niederspannungsquelle PL1 bzw· PL2 zugeführt werden kann* Qies hat zur Folge, daß der Motorbetrieb auf Nebenschluß umgeschaltet wird, so daß der Läufer A nun mit niedriger Drehzahl umlaufen kann«

Venn die beweglichen Kontakte 15a und i6a der Schalter SW1 und SW2 anschließend auf die feststehenden Kontakte 15d bzw· i6d umgelegt werden, fließt Strom durch dea Thyristor SCR3 zur Feldwicklung F und gleichzeitig durch den Thyristor SCM zu den Schleifringen P1 und P2, so daß der Läufer A genau in der vorherbestimmten, in bezug auf seine eigene Drehachse verdrehten Stellung zum Stillstand gebracht werden kann«

Fig* 12 zeigt eine Motorschaltung für das schnell· In- und Außerbetriebsetzen des Läufers A durch wahlweises Ändern der Anschlüsse zweier Feldspulen F1 und F2 an eine Energiequelle· Wenn bei dieser Schaltung gemäß Fig· die Schalter SW1, SW2 und SW3 in den dort dargestellten

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Stellungen gehalten sind, kann an den Läufer A über einen Spannungsregler EL und den Schalter SW1 mittels der Bürsten BI und B2 eine Spannungen einer Grleichspannungsquelle AC angelegt werden« Andererseits sind die beiden Feldspulen FI und F2 durch den Schalter SW1 (Fig. 13) in Reihe geschaltet« Deaentsprechend kann der Motor in der in Fig. 13 gezeigten Weise als Nebenschlußmotor betrieben werden· Die Charakteristik dieses Betriebes ist in Fig» 15A veranschaulicht· Wie aus der Kennlinie der Fig« 15A ersichtlich, kann die Drehzahl des Laufers A in de· Betriebszustand gesjaiS Fig« 13 rasch gesteigert werden« Kennzeichnend für diesen Schaltzustand ist, daß selbst Belastungsänderungen während der Drehung des Läufers A auftreten kunnen. ohne daß die Drehzahl des Läufers wesentlich beeinflußt wird.

Mit anderen Worten, wenn zu eine« Zeitpunkt to (Fig· der Schalter SVI geschlossen wird (Fig· 12 und 13)ι βο erreicht die Drehzahl des Läufers A den Wert τ·η 6000 U/ein nach Ablauf einer Zeitspanne, die in de« Diagram der Fig« 15 *1· Differenz (ti-to) erscheint, und anschließend kann der Läufer A bis zu eine· Zeitpunkt t2 dauernd Mit der Drehzahl 6OOO arbeit·«·

Venn angenesaen wird· daß zu der Zeit, in der der Läufer Λ konstant tmläuft, die Snrae der Xndukti-ritäten der in Reih· geeebalteten Feldspulen F1 und F2 ca« 0_tk H

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_BAD

und der Wirkwiderstand (Gleichstromwiderstand) 40X beträgt, dann ist der Scheinwiderstand der in Reihe geschalteten Feldspulen F1 und F2 ca. 1 30 ~O> · In dem Fall, daß eine Wechselspannung von 200 V an der Stromquelle AC¹ zur Verfügung steht, wird der Erregerstrom, der durch die in Reihe geschalteten Feldspulen F1 und F2 fließt, ca· 1,5 A betragen (Fig.

^ Wenn andererseits der Schalter SW1 geöffnet (ausgeschaltet) wird und der Schalter SW3 in. den durch die unterbrochene Linie in Fig. 12 angedeutete Stellung gebracht wird, befinden sich die Feldspulen F1 und F2 in dem Schaltzustand gemäß Fig. 14. Mit anderen Worten, die Feldspulen F1 und F2 sind zueinander parallelgeachaltet, so daß der Gesamtstrom durch die Feldspulen F1 und F2 in dem Zeitabschnitt zwischen t2 und t3 den in Fig. 15B mit i1 bezeichneten Wert erreicht. Es ist zu erkennen, daß der Motor nun als Generator wirkt und der Läufer A

^ bis zu dem Zeitpunkt t3 in kurzer Zeit zum Stillstand gebracht werden kann»

Genauer gesagt, in dem in Fig« 13 gezeigten Schaltzustand, in dem die Feldspulen FI und F2 in Reihe geschaltet sind, beträgt die Summe der Wirkwiderstände (Gleichstromwiderstände) der Feldspulen FI und F2 bei geöffnetem Schalter SW1 beispielsweise 40-fi. , und in

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dem Fall, daß der Läufer A eine Spannung von 160 V erzeugt, beträgt die Feldstromstärke 4A« Dementsprechend kommt der Läufer A erst nach einer Drittelsekunde zum Stillstand·

Bei der Schaltung gemäß Fig. 14, in der die beiden Feldwicklungen F1 und F2 parallelgeschaltet sind, beträgt die Summe der Wirkwiderstände der Feldspulen F1 und F2 bei geöffnetem Schalter SWt 1Ο-Ω., und wenn der Läufer A bei der Weiterdrehung unter dem Binfluß der Trägheit eine Spannung im Wert von 160 V erzeugt, beträgt die Feldstromstärke daher 16A» Der Läufer A kann dementsprechend innerhalb einer kurzen Zeit, etwa in 0,1 s, zum Stillstand gebracht werden, und diese Zeitspanne erscheint in Fig« 15A als Differenz (t3-t2)#

Wenn kurz vor oder nach der Beendigung der Drehung des Läufers A der bewegliche Kontakt 17a des Schalters SW2 mit dem feststehenden Kontakt 17b desselben in Berührung steht, kann dem Motor von der Gleichspannungsquelle DC niedriger Spannung eine Spannung von geringem Wert zugeführt werden, so daß der Läufer A mit niedriger Drehzahl und verhältnismäßig hoher Leistung (hohem Drehmoment) angetrieben werden kann»

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ES 1st ztl bemerken, daß, obwohl gemäß Fig. 12 zwei Feldspulen F1 und F2 verwendet werden, natürlich mehr als zwei Feldspulen vorgesehen sein können, und daß statt einer WechselSpannungsquelle eine Gleichspannungsquelle verwendet werden kann·

Fig. 16 zeigt eine Motorsehaltung für den Betrieb des Motors gemäß der Erfindung mit Drehstrom.

In Fig. 16 sind mit Ui, Ü2 und Ü3 die von einer Drehstromquelle kommenden Phasenleitungen, mit D1 bis D3 und 01· bis D3¹ die entsprechenden Dioden, mit S1 bis S3 und S3¹ die zugeordneten Schalter, mit ER ein Regeltransformator, mit Oh und Ok' zugeordnete . Dioden, mit A der Läufer und mit F eine Feldspule des Motors bezeichnet«

Menn bei der Schaltung gemäß Fig. 16 sämtliche Schalter S1 bis S3 und S3» geöffnet werden, ergibt der Ankerstrom P Ia, der durch den Läufer A fließt, eine Wellenform, wie sie in Fig* 17A veranschaulicht ist* Die Drehzahl des Läufers A ist in einem itt Fig. 18 durch eine Linie a angedeuteten Bereich zur Stromstärke If des durch die Feldspule F fließenden Stromes entgegengesetzt veränderlich.

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Wenn die Schalter S1 und S2 anschließend geschlossen werden, ergibt der Ankerstrom Ia, der durch den Läufer A fließt, eine Wellenform, wie sie in Fig. 17B gezeigt ist, und die Drehzahl des Läufers A ist innerhalb eines durch eine Linie b in Fig. 18 angedeuteten Bereiches mit den Stromstärke If des durch die Feldspule F fließenden Stromes veränderlich.

Wenn die Schalter S1 bis S3 geschlossen werden, ergibt der durch den Läufer A fließende Ankerstrom Ia eine Wellenform, wie in Fig. 1TC dargestellt, und die Drehzahl des Läufers ist in einem durch eine Linie c in Fig. 18 angedeuteten Bereich veränderlich.

Wenn hingegen sämtliche Schalter S1, S2, S3 und S3¹ gleichzeitig geschlossen sind, ergibt der durch den Läufer A fließende Ankerstrom Ia eine Wellenform gemäß Fg. 17D, und die Drehzahl des Läufers A ist in einem durch die Linie d in Fig. 18 angedeuteten Bereich veränderlich.

Auf diese Weise läßt sich bei der Schaltung gemäß Fig. 16 die Drehzahl des Motors bei Drehstromantrieb in einfädler Weise steuern«

Obwohl die Erfindung oben nur an Hand bevorzugter

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Ausführungsbeispiele vollständig beschrieben worden ist, ist ersichtlich, daß die Erfindung nicht auf diese beschränkt ist, sondern daß sich für den Fachmann bei Kenntnis der Lehre die Möglichkeit mannigfaltiger Abwandlungen ergibt.

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Claims

2-g 2715687

Patentansprüche

M «JElektromotor mit einem mit einer Wicklung versehenen Läufer, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Erzeugen eines den Läufer umgebenden Magnetfeldes, eine Einrichtung zum Zuführen von Strom zu der Läuferwicklung für den kontinuierlichen Drehantrieb des Läufers in der einen Drehrichtung, einen an einer umlaufenden Welle des Läufers in einem Abstand von diesem starr montierten, umlaufenden Magnet, der normalerweise in einer vorherbestimmten Richtung magnetisiert ist, und eine Einrichtung zum Stillsetzen des Läufers bei dessen Drehung in einer vorherbestimmten» um dessen Drehachse verdrehten Stellung im Zusammenwirken mit einer, von dem umlaufenden Magnet ausgehenden, auf den Läufer wirkenden magnetischen Anziehungskraft«

2· Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der umlaufende Magnet ein Elektromagnet ist, dem von einer Energiequelle über mehrere zur Drehachse des Läufers koaxial montierte Schleifringe Strom zuführbar 1st«

3. Elektromotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der unlaufende Magnet mit dem Läufer einstückig gebildet ist«

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30 ^2115881

4, Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor Einrichtungen zum Vernichten einer elektromotorischen Kraft aufweist, die in der Wicklung des Läufers erzeugt wird, wenn dieser nach Abschalten der Stromzufuhr zur Läuferwicklung seine Drehung unter dem Einfluß der Trägheitskräfte fortsetzt, so daß die Drehung des Läufers dadurch rasch zum Stillstand gebracht wird.

5· Elektromotor mit einem mit einer Wicklung versehenen Läufer, einer Feldwicklung zur Erzeugung eines Magnet-

und

feldes, das den Läufer umgibt, einem Kommutator, durch den für die dauernde Drehung des Läufers in einer vorherbestimmten Drehrichtung der Läuferwicklung Strom zuführbar ist, gekennzeichnet durch mehrere Schleifringe, durch die der Läuferwicklung Strom in einer vorherbestimmten Stromrichtung zum Magnetisieren des Läufers in der entsprechenden Richtung zuführbar ist, eine Hochspannungsschaltung zum Zuführen einer hohen Spannung zu der Wicklung des Läufers, die mit der Feldwicklung beim Antrieb des Läufers in Reihe geschaltet ist, eine Niederspannungsschaltung zum Zuliefern von niedriger Spannung zur Läuferwicklung, wenn diese beim Vermindern der Drehzahl des Läufers zur Feldspule parallelgeechaltet ist, und zum gleichzeitigen Versorgen der Läuferwicklung über den Kommutator, und einen Schalt-

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Stromkreis zum Trennen eines Stromkreises des Kommutators zur Ermöglichung des Stromflusses niedriger Spannung zu der Läuferwicklung über die Schleifringe, wenn der Läufer in einer vorherbestimmten, um seine eigene Drehachse verdrehten Stellung zum Stillstand gebracht werden soll.

6. Elektromotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen Zum Erzeugen eines Magnetfeldes, das den Läufer umgibt, folgende Teile aufweist: Mehrere Feldwicklungen sowie Einrichtungen zum Verbinden dieser Feldwicklungen in Reihenschaltung miteinander während einer Zeitspanne, die mit dem Beginn der Drehung des Läufers beginnt und mit der Drehung des Läufers mit hoher Drehzahl endet, und zum Parallelschalten der Feldwicklungen miteinander, wenn die Stromzufuhr zur Läuferwicklung und zu den Feldwicklungen abgeschaltet wird, so daß eine von dem unter der Wirkung der Trägheitskräfte weiterlaufenden Läufer erzeugte elektromotorische Kraft den parallelgeschalteten Feldspulen zuführbar ist.

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