DE2820119C2 - Gleichstrommotor kleiner Leistung mit einem Umschalter für den Betrieb mit mindestens zwei verschiedenen Drehzahlen. - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Gleichstrommotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solcher ist bekannt aus der DE-AS 10 89 867.

Von den verschiedenen bekannten Elektromotoren eignen sich für den Betrieb bei verschiedenen Drehzahlen insbesondere Gleichstrommotoren. Bei batteriebetriebenen Geräten, z. B. bei Laufbildkameras, werden deshalb fast ausschließlich regelbare Gleichstrommotoren für den Betrieb bei verschiedenen Drehzahlen verwendet Die Drehzahleinstellung bei den fremderregten Gleichstrommotoren und bei den Nebenschlußmotoren kann durch Ändern der Klemmenspannung oder Einschalten eines Vorwiderstands in den Erreger- bzw. Ankerkreis die Drehzahl geregelt werden. Die Reihenschlußmotoren werden dagegen mit Hilfe von Vorschaltwiderständen oder durch Einschalten von Nebenschlußwiderständen drehzahlmäßig geregelt. Bei den Doppelschlußmotoren erfolgt die Drehzahleinstellung wie bei den Motoren mit Fremd- oder Nebenschluß.

Besonders hohe Anforderungen werden an solche Gleichstrom-Kleinmotoren gestellt, die für den Antrieb von Laufbildkameras mit verschiedenen Laufgeschwindigkeiten vorgesehen sind. Derartige Kleinmotoren müssen z.B. für 18, 24 und 54 Bilder pro Sekunde ausgelegt sein, wobei 18 Bilder pro Sekunde den Normalgang und 54 Bilder pro Sekunde den Zeitlupengang darstellen. Da für die Speisung dieser Motoren in der Regel nur eine Batteriespannung zur Verfügung steht, die ihrerseits innerhalb gewisser Grenzen schwanken kann, müssen die Ankerwicklungen so ausgelegt sein, daß bei der unteren Grenzspannung und beim höchsten Drehmoment die höchste Drehzahl erreicht werden kann. Man wird also die Ankerwicklungen der Gleichstrom-Motoren für Laufbildkameras so auslegen, daß sie auch noch bei hohen Drehzahlen, d. h. im Zeitlupengang, ein maximales Drehmoment bringen. Dies bedeutet, daß die Ankerwicklung bei hohen Drehzahlen einen niedrigen Widerstandswert aufweisen muß, um die die in der Ankerwicklung auftretenden Wärmeverluste niedrig und damit die verfügbare Leistung groß zu halten. Ein niedriger Widerstandswert der Ankerwicklung bedingt einen relativ großen Strom, der für eine große Leistung bzw. ein großes Drehmoment ebenfalls benötigt wird. Eine für eine hohe Drehzahl ausgelegte Ankerwicklung weist indessen den Nachteil auf, daß sich bei einer niedrigen Drehzahl ein hoher Schaltstrom einstellt, weil die Gegen-EMK. des Ankers bei dieser Drehzahl entsprechend gering ist. Es wird also bei niedrigen Drehzahlen ein Strom fließen, der größer ist als an sich erforderlich; d. h. die Batterie wird bei diesen Drehzahlen relativ stark beansprucht. Dieser Umstand wirkt sich bei Laufbildkameras insofern besonders störend aus, als der Zeitlupengang im Vergleich zum Normalgang höchst selten benutzt

wird. Der unnötig hohe Energieverbrauch tritt also gerade bei dem sehr häufig benutzten Normalgang auf.

Sofern die Drehzahlen der Gleichstrom-Kleinmotoren mit Hilfe von Fliehkraftschaltern konstant gehalten werden sollen, ergibt sich auch noch ein weiterer Nachteil, der darin besteht, daß die Fliehkraftschalter im Normalgang besonders hoch belastet werden. Um diese Belastung zu verringern, ist deshalb eine besondere Anordnung vorgeschlagen worden, bei der die Lamellen eines Kollektors über Fliehkraftschalter miteinander verbindbar sind ',DE-PS 16 38 172). Aber auch bei dieser Anordnung wird bei niedrigen Drehzahlen zuviel elektrische Energie verbraucht.

Bei einer anderen Schaltungsanordnung mit Fliehkraftschaltern für die Regelung der Geschwindigkeit eines mit mehreren Kommutatorsegmenten versehenen Gleich- oder Wechselstrommotors werden während der Regelung die Motor-Wicklungen teilweise unwirksam gemacht (US-PS 27 38 3Sl). Erreicht hierbei die Motorgeschwindigkeit einen Wert, der einen oder _> mehrere Fliehkraftschalter aktiviert, so wird die Verbindung zwischen den Wicklungen und den Kommuiatorscgrncntcn unterbrochen. Dabei wird die Hälfte der gesamten Wicklung inaktiv geschaltet. Aufgrund der teilweise unwirksamen Wicklung sinkt die Motorgeschwindigkeit wieder, bis der Fliehkraftschalter die abgeschalteten Wicklungsteile wieder anschaltet. In dieser Schaltungsanordnung sind also bei niedriger Drehzahl viele und bei hoher Drehzahl wenige Wicklungen zugeschaltet. Da die Wicklungen in Serie i geschaltet sind, bedeutet dies, daß das Drehmoment des Motors bei hohen Drehzahlen absinkt. Dieser Effekt ist jedoch bei dem Zeitlupengang einer Laufbildkamera gerade nicht erwünscht. Dort soll der Motor vielmehr bei hohen Drehzahlen eine hohe Leistung und damit ein j hohes Drehmoment abgeben können.

Bei einer weiteren bekannten Motorregelanordnung mit Fliehkraftschaltern können bei geschlossenen Schaltern zwei Drittel der Wicklungen für zwei Drittel der Zeit aktiv geschaltet werden (US-PS 28 19 441). Ist j hierbei der Schalter bei höheren Umdrehungsgeschwindigkeiten off jn, so sind zwei Drittel dieser Wicklungen nur während eines Drittels der Zeitaktiv. Es wird also auch bei dieser Anordnung das Drehmoment erniedrigt, wenn sich die Drehzahl erhöht. :

Weiterhin ist ein Gleichstrommotor vorgeschlagen worden, der einen gewickelten Anker mit einem ebenen Kommutaiür auf einer Isolationsschube aufweist, wobei die Scheibe auf der Ankerwelle sitzt und wobei mehrere Fliehkraftregler vorgesehen sind, die in der Ankerwick- ϊ>■ lung liegen (GB-PS 10 87 612). Die einzelnen Fliehkraftschalter — es sind ir, der Regel zwei vorgesehen — sprechen dabei auf verschiedene, jedoch nahe beieinander liegende Ankergeschwindigkeiten an. Ein Betrieb des Gleichstrommotors bei grundsätzlich verschiedenen r, Drehzahlen ist mit dieser Anordnung indessen nicht möglich.

Schließlich ist auch noch ein elektrischer Motor für den Antrieb von Plattenspielern mit mehreren Geschwindigkeiten vorgeschlagen worden, der einen oo umwickelten Anker und einen Kommutator aufweist (US-PS 28 14 770). Dieser Motor enthält einen ersten Fliehkraftschalter, der bei niedriger Geschwindigkeit arbeitet, sowie einen zweiten Fliehkraftschalter, der erst bei hoher Geschwindigkeit aktiviert wird. Mit diesen *■·. ersten und zweiten Fliehkraftschaltcrn ist jeweils mindestens eine Ankerwicklung verbunden. Die höhere bzw. niedrigere Motorgeschwindigkeil wird durch Anlegen einer höheren bzw. niedrigeren Spannung gewonnen, wobei die beiden Spannungen von einer Batterie mittels eines Spannungsteilers abgeleitet sein können. Wird der Fliehkraftschalter für die niedrige Drehzahl auf Grund der ihm zugeordneten Drehzahl aktiviert, so schaltet er eine Wicklung von der Versorgungsspannung ab. Das Drehmoment des Motors wird also erniedrigt. Bei höherer Drehzahl, die durch Anlegen einer höheren Spannung erzeugt wird, werden beide Fliehkraftschalter geöffnet, wodurch insgesamt drei Motorwicklungen abgeschaltet werden. Das Drehmoment des Motors fällt bei Überschreiten einer oberen Grenzdrehzahl rapide ab. Damit ist auch dieser Motor nicht geeignet, bei hohen Drehzahlen ein hohes Drehmoment abzugeben.

In der Beschreibungseinleitung zur DE-AS 10 89 867 wird ausgeführt, daß es bekannt sei, bei Gleichstrom-Nebenschlußmotoren mit Eigenerregung zwei verschiedene Drehzahlen mittels eines Umschalters herbeizuführen. In der einen Stellung wird der Motor als normaler Nebenschlußmotor betrieben, in der anderen Stellung des Umschalters dagegen ^;n eine Bürste des Motors unmittelbar, die andere Rfirste über die Erregerwicklung an die Stromquelle angeschlossen, während der Strom vom Anker über Schleifringe und induktive Widerstände zur Stromquelle zurückgcleitet wird. Wie weiter ausgeführt wird, hat diese bekannte Schaltung den Nachteil, daß sie für den Betrieb des Motors mit der höheren Drehzahl einen sehr schlechten Wirkungsgrad aufweist, weil einerseits dem einen Zweig der Ankerwicklung der hochohmige Widerstand der Feldwicklung vorgeschaltet ist und weil andererseits zum Ausgleich von Stromschwankungen in beiden Wirkungszweigen Widerstände eingeschaltet sind. Um diesen Nachteil zu beseitigen, wird in der genannten DE-AS als Lösung angegeben, den Gleichstrom-Motor fremd zu erregen und jede der Ankerspulen mit ihrem einen Ende an den Stromwender und mit ihrem anderen Ende an den Schleifring anzuschließen. Mittels eines Umschalters werden jeweils 4 bzw. 5 Spulen in der einen Stellung des Umschalters und nur 2 bzw. 3 Spulen der Ankerwicklung in der anderen Stellung des Umschalters vor·- Strom durchflossen, so daß die Drehzahl des Motors bei gleicher Spannung im ersten Fall kleiner als im zweiten Fall ist. weil im ersten Fall die jeweils wirksame Ankerwicklungszahl größer ist (vgl. Spalte 3. Zeilen 17-22der DE-AS 10 89 867).

Mit den meisten der vorstehend beschriebenen und bekannten Motorregelschaltungen ist es also möglich, durch Ab- und Wiederanschalten von Motorwicklungen die Motorgeschwindigkeit bei einer bestimmten Drehzahl zu regeln. Einige bekannte Schaltungen ermöglichen darüber hinaus auch noch die Regelung von mehreren Motordrehzahlen; dabei macht die Schaltung nach der US-PS 28 14 770 von der Technik des Zu- und Acschaltens von Motorwicklungsteilen Gebrauch.

Bei modernen Motorregelschaltungen wird von den bekannten Fliehkraftreglern kaum noch Gebrauch gemacht. Vielmehr erfolgt die Konstanthaltung einer gerade eingestellten Drehzahl über elektronische Bauelemente, die i; integrierter Technik ausgeführt sein können.

Diese elektronischen Motordrehzahl-Regeleinrichtungen weisen im allgemeinen einen mit dem zu regelnden Motor verbundenen Tachogenerator auf, der die Ist-Drehzahl des Motors in eine analoge Spannungsamplitude oder in „-ine korrespondierende Frequenz umwandelt. In der elektronischen Drehzahl-Regelein-

richtung wird die analoge Sp;mnungs;implitiide bzw. die korrespondierende Frequenz sodann ausgewertet. Die Auswertung kann dabei in der Weise erfolgen, daß die analoge .Spannungsamplitude bzw. die entsprechende Frequenz mit einem internen Sollwert verglichen weiden. Die Regelabweichung wird sodann verstärkt und bestimmt das Tastverhältnis, mit dem der Gleichstrommotor beaufschlagt wird.

Allen Regelschaltungen ist indessen gemein, daß sie bei hohen Drehzahlen das Drehmoment absenken.

Dem Gegenstand des Anspruchs 1 liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung /u schaffen, welche es ermöglicht, die bei den verschiedenen Drehzahlen erforderlichen Drehmomente aufzubringen und dabei den Stromverbrauch sehr niedrig zu halten.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs I angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in

,!,-»»-ι Ι ΙοΙ,ίκοηΓηι-Γι,ι

Mit der erfindungsgemäßen Anordnung wird unabhängig von einer Drehzahlsteuerung und -regelung eiii-.-s Gleichstrommotors sichergestellt, daß bei jeder Drehzahl das erforderliche Drehmoment bei geringstmöglicher .Stromaufnahme erzielt wird. Damit wird insbesondere bei Gleichstrommotoren für L.aufbüdkameras erreicht, daß unter Verwendung auch sehr kleiner Motoren ein großer Drehzahlbereich zur Belichtung von beispielsweise 18 Bildern pro Sekunde im Normalgang bis 54 Bilder pro Sekunde im Zeitlupengang unter Einhaltung des erforderlichen Drehmoments bei geringer .Stromaufnahme durchfahren werden kann.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F ι g. i eine Qiierschnittsansicht eines Gleichstrommotors mit einer Wicklungsschicht für niedrige und einer Wicklungsschicht für hohe Drehzahlen.

F ι g. 2 eine Prinzipdarstellung eines Gleichstrommotors, bei dem jeweils eine Wicklung unter Abschaltung von jeweils einer anderen Wicklung eingeschaltet wird.

F ι g. 3 eine Darstellung entsprechend Fig. 2. wobei jeweils eine Wicklung parallel zu einer anderen Wicklung geschaltet wird.

Fig. 4 eine Serien/Parallel- und Parallel/Serien-Umschaltung.

F i g. 5 einen Gleichstrommotor, dessen Ankerwicklungen durch Fliehkraftschalter umschaltbar sind und dessen jeweilige Drehzahl durch eine elektronische Anordnung konstant gehalten wird,

Fig. 6 einen Gleichstrommotor, dessen Ankerwicklungen mit Hilfe einer elektronischen Anordnung umschaltbar sind.

Für einen Gleichstrommotor gilt, wenn die Übergangsspannungen zwischen den Bürsten und dem Stromwender vernachlässigt werden, folgende Gleichung:

L\, = E-

R₁

U)

wobei L\, = Motorspannung. E = induzierte Spannung. 14 = Ankerstrom und R₄ = Ankerwiderstand.

Die induzierte Spannung berechnet sich ihrerseits wiederum zu

UI)

wobei // I) re Ii /aiii, _· Gesamtzahl der Leiter auf dem Anker./) l'nlpaarzahl. α l.eilerabstand und Φ ^: Lrreiiiing

Die M öl 11 r-Dreh zahl ergibt -,ich aus den G leid Hingen (I ι und III) zu

- ■ ρ

Ulli

Man erkennt aus der Gleichung (111), daß die Drehzahl z. B. dadurch geändert werden kann, daß man die Motorspannung und/oder den Ankerwiderstand und/oder die Erregung ändert. In sehr vielen älteren Regelschaltungen wurde der Ankerwiderstand durch Einschalten eines Vorwiderstandes geändert, was jedoch den Nachteil mit sich brachte, daß in diesem Vorwidersland elektrische Energie in Form von Wärme verbraucht wurde. Moderne Regelschaltungen verändern deshalb immer häufiger den Strom mittels

Ankerstrom impulsweise auf die Ankerwicklung gegeben, so daß sich der Strommittelwert nach dem Tastverhältnis bestimmt.

Mit Hilfe solcher Impuisregelschaltung wird dem Motor der Strom impulsweise zugeführt, indem ein Schalttransistor periodisch leitend wird. Als Energiespeicher wird die Induktivität des Motors benutzt, so daß keine zusätzliche Speicherinduktivität für Stromimpulse erfc .'rierlich ist.

Selbst bei einer elektronischen Regelung eines Gleichstrommotors, die im Gegensatz zur herkömmlichen Regelung mittels Vorschahwiderständen und dergleichen die Verlustleistung sta^k reduziert, ist die im Ankerwiderstand umgesetzte Verlustleistung bei niedrigen Umdrehungszahlen dann relativ hoch, wenn die Ankerwicklung für höhere Drehzahlen ausgelegt wurde. An der Tatsache, daß bei niedrigen Drehzahlen die Gesen-EMK, die im Anker indiziert wird, relativ klein und damit der Ankerstrom bei konstanter Motorspannung relativ hoch ist. ändert sich auch bei der elektronischen Regelung nichts.

In der Fig. I ist ein Gleichstrommotor gemäß der Erfindung schematisch dargestellt. Es handelt sich hierbei um einen Gleichstromnebenschlußmotor 10. der im wesentlichen aus einem Gehäuse 11. zwei Polschuhen 12, 13, einem Anker 14 mit zwei voneinander getrennten Ankerwicklungen 15,16 und einem Kommutator 17 besteht. Um die Polschuhe 12, 13 sind Erregerwicklungen 18, 19 geschlungen, die einerseits mit einem Schiebewiderstand 20 und andererseits mit den Stromzuführungsleitungen 21, 22 zum Kommutator 17 verbunden sind. Zwischen den StromZufuhrun^Ieituneen 21, 22 und dem Kommutator 17 sind in bekannter Weise Kollektoren vorgesehen. Für die vorliegende Erfindung von besonderer Bedeutung sind — neben den beiden getrennten Wicklungen 15, 16 — die Schalteinrichtungen 25, 26, weiche die jeweilige Ist-Drehzahl des Ankers 14 feststellen und je nach der ermittelten Drehzahl die Ankerwicklung 15 oder die Ankerwicklung 16 ein- oder ausschalten.

Die in der Fig. 1 dargestellten Ankerwicklungen 15, 16 haben verschiedene ohmsche Widerstände, während sie ansonsten gleiche Eigenschaften haben, insbesondere wird in ihnen bei gleicher Umdrehungszahl die gleiche Spannung induziert Dreht sich der Anker 14 beispielsweise mit 3000 Umdrehungen pro Minute, so registriert dies die Schalteinrichtung 25, die mit der hochohmigen Wicklung 16 verbunden ist Sofern 3000

Il/Min, die niedrigere Umdrehungsgeschwindigkeit ist. schaltet die Schalteinrichtung 25 die Wicklung 16 ein; d. h.. es wird nur /wischen der Wicklung 16 und dem Kollektor 17 eine elektrische Verbindung hergestellt. Die Schalteinrichn.ng 26, welche für das Erkennen einer höheren 1 Imdrehtmgsgeschwindigki.Mi ausgelegt ist. bleibt bei JOOO U/Min, untätig und schallet die Wicklung 15 nicht an den Kollektor. Wird nun de Umdrehungsgcschwir.rgkeit des Ankers 14 z. B. auf 9000 Umdrehungen pro Minute erhöht, so schultet die Schalteinrichtung 25 die i'.ochoiimige Wicklung 16 ab. und die ichalteinrichtung 2n schallet die niederohmigt? Wick.ung 15 ein. Somit ist bei niedrigen Drehzahlen eine hochohniige und bei hohen Drehzahlen eine niederohinige Wicklung eingeschaltet.

Statt zweier Wicklungen 15, 16. wie es in der F i g. I dargestellt ist, können selbstverständlich auch i. 4 ... η Wicklungen mit entsprechenden An- und Abschaltern vorgesehen werden. Es ist auch nicht uibedingt nötig, in '.!er Anordnung geüiäß F i g. ! zwei verschiedene Schalteinrichtungen 25, 26 vorzusehen. Es genügt, wenn nur eine Schalteinrichtung vorgesehen ist. die von einer ersten Schaustellung in eine zweite übergeht, wenn sich die Drehzahl ändert. So könnte z. B. ein Fliehkraftregler vorgesehen sein, der die Wicklung 16 bis zur Drehzahl 9000 U/Min, an den Kollektor schalte! und bei Erreichen dieser kritischen Drehzahl die Wicklung 15 unter gleichzeitiger Abschaltung der Wicklung 16 an den kollektor 17 legt.

Durch die Verwendung zweier getrennter Wicklungen 15, 16. von denen jeweils nur eine aktiv ist. wird natürlic'' auch in der jeweilg inaktiven Wicklung eine Spannung induziert. Zur Erzeugung einer Spannung durch Bewegung von Leitern im Magnetfeld braucht man jedoch keine Kraft, also auch keine Leistung aufzuwenden. Dies ändert sich erst, wenn in den Leitern ein Strom fließt. Da aber nur in einer der Wicklungen 15, 16 bei einer definierten Geschwindigkeit ein Strom fließen kann, trägt die in der inaktiven Wicklung indizierte Spannung nichts zum Drehmoment bei.

In der F i g. 2 ist eine Variante der Anordnung gemäß Fig. 1 schematisch dargestellt. Man erkennt hierbei einen aus drei Segmenten 27, 28, 29 bestehenden Kollektor, der mit verschiedenen Wicklungen verbunden ist. Jede Wicklung besieht dabei aus zwei getrennten Wicklungen, nämlich einer hochohmigen Wicklung 30, 31, 32 für Normaldrehzahlen und einer niederohmigen Wicklung 33,34,35 für Hochdrehzahlen. Im Normalbetrieb, d. h., wenn der Motor mit Normaldrehzahl läuft, sind nur die Wicklungen 30, 31, 32 über die Fliehkraftschalter 36, 37, 38 eingeschaltet. Diese Fliehkraftschalter 36,37,38 weisen jeweils ein Gewicht 39, 40, 41 auf, das die Schalter bei der Hochdrehzahl gegen die Kraft einer Feder 42, 43, 44 nach außen bewegt. Während sich die Schalter nach außen bewegen, werden die Normalwicklungen 30, 31, 32 abgeschaltet Nahezu gleichzeitig werden sodann die Hochdrehzahi-Wicklungen 33, 34, 35 eingeschaltet Sinkt die Drehzahl ab, so fallen die Fliehkraftschalter 36, 37, 38 wieder zurück, bis sie auf den Stützen 45, 46, 47 aufliegen. Damit sind die Normalwickjungen 30, 31, 32 wieder ein- und die Hochdrehzahlwicklungen 33,34,35 wieder ausgeschaltet

Es versteht sich, daß das in der F i g. 2 dargestellte Prinzip nicht auf nur zwei verschiedene Wicklungstypen beschränkt ist sondern daß 3, 4,,.π Wicklungen vorgesehen sein können, von denen bei einer bestimmten Umdrehungszahl jeweils nur eine eingeschaltet ist

Hierbei ist u. U. nur ein Fliehkraftschalter erforderlich, weil dieser Fliehkraftschalter bei η verschiedenen Umdrehungszahlen auch η verschiedene räumliche Stellungen einnimmt und in diesen verschiedenen räumlichen Stellungen verschiedene Wicklungen anschalten kann.

Die F i g. J zeigt eine Anordnung, welche weitgehend der Anordnung nach F i g. 2 entspricht. Die übereinstimmenden Elemente sind deshalb mit denselben Bezugszeichen versehen. Anstelle einer zweiten Wicklung, welche bei einer bestimmten Umdrehungszahl unter Abschaltung der zuvor eingeschalteten Wicklung eingeschaltet wird, ist nunmehr eine zweite Wicklung 48, 49, 50 vorgesehen, welche der jeweils ersten Wicklung 30, 31, 32 parallel geschaltet wird. Durch die Parallelschaltung der Wicklungen 30, 48; 31, 49; 32. 50 wird der Gesamtwiderstand erniedrigt und somit die Verlustleistung gering gehalten. Im Gegensatz zu der Anordnung der F i g. 2 können alle Wicklungen vullkominen gleich aufgebaut sein und insbesondere gleiche Widerstände besitzen, da die Widerstandsänderungen allein auf Grund von Parallel- oder Nichtparallelschaltungen erfolgen.

Bei niedrigen Umdrehungszahlen sind nur die Wicklungen 30, 31, 32 eingeschaltet, die einen relativ hochohmigen Widerstand darstellen. Wird nun die Hochdrehzahl erreicht, so bewegen sich die Fliehkraftschalter 51, 52, 53 nach außen und schalten die Wicklungen 48,49,50 parallel zu den Wicklungen 30,31, 32. Hierdurch erniedrigt sich der Gesamtwiderstand der aktiven Wicklung, während ihre sonstigen Eigenschaften beibehalten werden. Geht anschließend die Drehzahl wieder zurück, so fallen die Fliehkraftschalter 51, 52,53 nach innen und trennen die Wicklungen 48, 49,50 von den Wicklungen 30,31,32: d. h., die aktive Wicklung ist wieder hochohmig.

Die in der Fig.3 dargestellte Anordnung ist c*>ihctyf»rctäniHii£h ebenfalls nicht auf das Paraüsischa! tung von nur zwei Wicklungen beschränkt, sondern kann auf beliebig viele parallele Wicklungen erweitert werden.

In der F i g. 4 ist eine weitere Anordnung gezeigt, mit der eine Wicklungsumschaltung vorgenommen werden kann. Hierbei ist mit Hilfe von Kontaktbrücken symbolisch dargestellt, welche Wicklungsteiie bei hohen bzw. bei niedrigen Drehzahlen miteinander verbunden sind. Die im Vollstrich gezeichneten Brücken 101, 102, 103, 104, 105, 106 stellen die Verbindungen dar, die bei niedrigen Drehzahlen hergestellt sind, während die gestrichelten Brücken 107, 108, 109, 110, 111, 112 die Verbindungen symbolisieren, die bei hohen Drehzahlen bestehen. Bei niedrigen Drehzahlen sind also die Wicklungen 113a und 1136 sowie die Wicklungen 114a und VAb sowie die Wicklungen 115a und 1156 jeweils in Reihe geschaltet Dagegen sind die Wicklungen 114a und 1146 sowie die Wicklungen 115a und 1 \5b sowie die Wicklungen 113a und 1136 bei hohen Drehzahlen jeweils parallel geschaltet Dies bedeutet, daß bei niedrigen Drehzahlen ein relativ hoher Wicklungswiderstand vorliegt, während bei hohen Drehzahlen ein relativ niedriger Wicklungswiderstand gegeben ist Die Wicklungen bzw. Wicklungsteiie können hierbei in vorteilhafter Weise so ausgelegt sein, daß sich durch die Umschaltung nur ihre ohmschen Widerstände ändern, während ihre sonstigen elektrischen Eigenschaften unverändert bleiben.

Im übrigen gilt für die Umschaltung von einem Zustand in den anderen, daß diese sprunghaft erfolgen

muß. Bei einer Laufbildkamera erfolgt beispielsweise die Umschaltung bei 5000 U/min (= 25 Bilder/Sekunde) und die Zurückschaltung auf die hochohmige Wicklung bei ca. 3500 — 4000 U/min. Die sprunghafte Umschaltung ist erforderlich, damit keine bleibende Unterbrechung und/oder kein bleibender WicklungskurzschluB entstehen kann.

In der F i g. 5 ist eine Einrichtung gezeigt, mit welcher die Umschaltung der Wicklungen, wie in der F i g. 2 dargestellt, durchgeführt werden kann. Auf einem :, Anker 54 befinden sich hierbei zwei Wicklungen, die stellvertretend für eine Vielzahl von Wicklungen dargestellt sind. Bei der Wicklung 55 handelt es sich um eine hochohmige Wicklung, die bei niedrigen Geschwindigkeiten eingeschaltet ist, wahrend die nicderohmige Wicklung 56 nur bei hohen Geschwindigkeiten eingeschaltet ist. Die Umschaltung erfolgt dabei durch Fliehkraftschalter 57,57, die in der F i g. 5 nur im Prinzip dargestellt sind. Dreht sich der Anker 54 langsam, so liegen die Fliehkraftschalter :">f den Kontakten 59, 60 ., auf und verbinden damit die Wicklung 55 mit den Kollektorabgriffen 61, 62, die auf einer mit der Ankerwelle 63 verbundenen Scheibe 64 angeordnet sind. Mit den Kollektorabgriffen 61, 62 stehen Bürsten 65,66 in Berührung, die in Führungshülsen 67,68 geführt und von Federn 69, 70 gegen die Kollektorabgriffe 61, 62 gedrückt werden.

Über diese Federn 69, 70 oder über andere elektrisch leitende Mittel sind die Bürsten 65, 66 mit elektrischen Leitschichten 71, 72 verbunden, von denen elektrische , Verbindungsleitungen 73, 74 auf eine Stromversorgung führen. Diese Stromversorgung kann nun in üblicher Weise geregelt werden, wobei die Regelelemente in der Fig. 5 in einem integrierten Regelbaustein 75 zusammengefaßt sind. Statt eines üblichen Tachogenerators ist in der Fig. 5 ein Impulsgeber vorgesehen, der z. B. mehrere auf dem Umfang verteilte Geber 76 enthält, die an einem auf einer ortsfesten Motor-Abschlußseite 77 angeordneten Empfänger 78 vorbeirotieren.

Die Geber können z. B. Magnetpole sein, während _: der Empfänger 78 eine Spule sein kann. Je größer die Umdrehungsgeschwindigkeit der Scheibe 64 ist, um so größer wird die Anzah' -der vom Empfänger 78 auf den Regelbaustein 75 gegebenen Impulse sein.

Die Fliehkraftschalter 57, 58 sind auf der Scheibe 64 gleitend angeordnet, d. h., es sind in der Scheibe 64 Führungsschienen 79, 80 vorgesehen, in denen sich die Fliehkraftschalter 57, 58 radial nach außen bzw. nach innen bewegen können. Bei der radialen Bewegung nach innen stoßen sie auf die Kontakte 59, 60, während sie bei der radialen Bewegung nach außen auf die Kontakte 84,85 stoßen.

Die Scheibe 64 ruht ihrerseits auf der Welle 63, die in einem Lager 81 gelagert ist. Das für die Erzeugung einer Anker-EM K erforderliche Magnetfeld wird durch die Magnetpole 82, 83 aufgebracht, die in der Fig.5 nur schematisch dargestellt sind.

In der F i g. 6 ist eine Vorrichtung gezeigt, mit der es möglich ist, ohne Fliehkraftschalter auszukommen, wenn von einer Wicklung auf eine andere Wicklung umgeschaltet werden soll. Hierbei trägt z. B. die ortsfeste und nicht rotierende Motor-Abschlußseite auf ihrem Innenradius eine Anzahl von Impulsgebern 86, an denen ein Impulsempfänger 87, der auf der Scheibe 64 angeordnet ist, vorbeirotiert. Je größer die Umdrehungszahl des Ankers 54 ist, um so mehr impulse gibt der Empfänger auf eine Auswerteeinrichtung 88, die ebenfalls auf der Scheibe 64 angeordnet ist. Diese Auswerteeinrichtung kann z. B. einen Zähler enthalten, der die pro Zei:einheit ankommenden Impulse zählt. Dieser Zähler kann nun in an sich bekannter Weise auf Werte eingestel'i werden, bei deren Erreichen er einen Steuerbefehl auf jeweils einen oder auf mehrere Sclialttransistorcn gibt. Diese Schalttransistoren verbinden sodann die jeweils richtigen Wicklungen 55, 56 mit den Kollektorabgriffcn 61, 62. Der weitere Vorgang entspricht dann dem anhand der I·' i g. 5 beschriebenen Vorgang.

Wie sich aus den vorangegangenen Erläuterungen ergibt, kann die Änderung des Widerstands der Ankerwicklung durch Umschalten erfolgen, wobei die Umschaltung einmal völlig unabhängig von einer vorhandenen Motoricgelung und einmal unter Einbeziehung einer solchen Regelung erfolgen kann. Werden Fliehkraftregler als Umschalter eingesetzt, so kann die Änderung der Motordrehzahl auf beliebige Weise vorgenommen werden, z. B. durch Änderung der Motorspannung, jedesmal wenn diejenige Drehzahl erreicht ist, die den Fliehkraftschalter ansprechen IaUt. schaltet dieser die Ankerwicklung ein bzw. um.

Besonders vorteilhaft ist es indessen, wenn die Umschaltung rein elektronisch erfolgt, weil hierbei keine mechanischen Verschleißteile mehr benötigt werden. Für die elektronische Umschaltung sind lediglich ein Drehzahlmesser Lind elektronische Schulter, z. B. Schalttransistoren oder -thyristoren, erforderlich, wobei diese elektronischen Schalter bei ganz bestimmten Drehzahlen aktiviert werden.

Sofern eine die jeweils eingestellte Motor-Drehzahl konstant haltende elektronische Regeleinrichtung bereits vorhanden ist. scheint es zweckmäßig, diese Regeleinrichtung auch für die Betätigung der elektronischen Schalter heranzuziehen. Hierbei ist es möglich,die elektronischen Schalter entweder in Abhängigkeit von dem Drehzahl-Istwert oder in Abhängigkeit von dem Dreh/.ahi-Söüwert zu aktiviere".

Die Motor-Ist-Drehzahl kann mit einer Einrichtung gemäß Fig. 5 festgestellt werden, die sich auf einer unbeweglichen Vorrichtung, z. B. auf dem Motor-Abschluß 77, befindet. Es ist aber auch möglich, diese Ist-Drehzahl auf der rotierenden Seite, z. B. auf der , Scheibe 64, festzustellen, wie es in der F i g. 6 gezeigt ist. Falls erforderlich, kann durch Kombination der Anordnungen gemäß der F i g. 7 und 8 die Ist-Drehzahl sowohl auf der ortsfesten als auch auf der rotierenden Vorrichtung festgestellt werden.

Die Drehzahl-Sollwerte sind gewöhnlich nur auf der ortsfesten Seite verfügbar, wo sich die Regeleinrichtung befindet. Will man diese Werte auf die rotierende Seite übertragen, so kann dies drahtlos über Funk oder Ultraschall geschehen. Eine besonders einfache Metho- ; de besteht jedoch darin, daß man die Soll-Werte auf der ortsfesten Seite digital mit Hilfe von Leuchtdioden oder dergleichen darstellt und diese digitalen Werte mit einem auf der rotierenden Seite angeordneten Photowiderstand oder -transistor abtastet, dem eine Auswer-Ii teeinrichtung nachgeschaltet ist, welche ihrerseits die elektronischen Schalter ansteuert.

Die Werte der ohmschen Widerstände der Ankerwicklungen werden zweckmäßigerweise so ausgelegt, daß die in ihnen umgesetzte Verlustleistung möglichst 5 gering ist, wobei jedoch in allen Drehzahlbereichen das notwendige Drehmoment aufgebracht werden muß.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Gleichstrom-Motor kleiner Leistung mit einem Umschalter für den Betrieb mit mindestens zwei verschiedenen Drehzahlen, insbesondere für den Antrieb von batteriebetriebenen Geräten, wobei mit der Drehzahlumschaltung eine Änderung des Ankerwiderstandes in der Weise verbunden ist, daß der Ankerwiderstand bei niedrigen Motordrehzahlen ι relativ hochohmig und bei hohen Motordrehzahlen relativ niederohmig ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerwicklung in mindestens zwei selbständige Teile (15,16; 30,33; 31,34,32,35) aufgeteilt ist, die abhängig von einer die Istdrehzahl ι erfassenden Einrichtung (25, 26; 36, 37; 57, 58) einzeln oder zusammen schaltbar sind.

2. Gleichstrom-Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die voneinander getrennten Ankerwickbngsteile (15, 16; 30, 33; 31, 34, 32, 35) : verschiedesie ohmsche Widerstände aufweisen und mittels der Drehzahlerfassungseinrichtung (25, 26; 36,37,57,58) unterhalb einer festlegbaren Drehzahl die hochohmigere Ankerwicklung und oberhalb der festlegbaren Drehzahl die niederohmige Ankerwick- : lung eingeschaltet ist.

3. Gleichstrom-Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die voneinander getrennten Ankerwicklungsteile (15, 16; 30, 33; 31, 34, 32, 35) gleiche ohmsche Widerstände aufweisen und mittels der Drehzahlerfassungseinrichtung (25, 26; 36, 37, 57,58) unterhalb der festlegbaren Drehzahl nur eine der beiden Wicklungen eingeschaltet ist und oberhalb der fesilegbai en Drehzahl beide Wicklungen zueinander parallel eingesc"' altet sind.

4. Gleichstrom-Motor nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, daß die Ankerwicklungsteile (15, 16; 30,33; 31, 34,32,35) mittels der Drehzahlerfassungseinrichtung (25, 26; 36, 37, 57, 58) unterhalb einer festlegbaren Drehzahl beide Wicklungsteile in Reihe geschaltet sind und oberhalb der festlegbaren Drehzahl beide Wicklungsteile parallel geschaltet sind.

5. Gleichstrom-Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der festlegbaren Drehzahl nur eine der beiden verschiedene ohmsche Widerstände aufweisenden Ankerwicklungsteile eingeschaltet ist und oberhalb der festlegbaren Drehzahl beide Wicklungen parallel geschaltet sind.

6. Gleichstrom-Motor nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehzahlerfassungseinrichtung aus Fliehkraftschaltern (36,37,38; 51,52,53; 57,58) besteht.

7. Gleichstrom-Motor nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die die Istdrehzahl erfassende Einrichtung aus einer elektronischen Einrichtung (86, 87, 88) besteht, die einerseits ortsfeste Impulsgeber (86) und andererseits mit dem Anker (54) des Gleichstrom-Motors rotierende Impulsempfänger (87) aufweist, wobei die rotierenden Impulsempfänger (87) mit einer Auswerfeinrichtung (88) verbunden sind, welche die elektronischen Schalter (89,90,91,92) ansteuerl.

8. Gleichstrom-Motor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Anker (54) rotierende Impuisempfänger (87) auf einer Scheibe (64) angeordnet ist, die fest mit der Ankerwelle (63) verbunden ist.

9. Gleichstrom-Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Fliehkraftschalter (57, 58) radial verschieblich auf einer Scheibe (64) angeordnet sind, die fest mit der Ankerwelle (63) verbunden ist, und daß diese Fliehkraftschalter (57, 58) bei niedrigen Umdrehungsgeschwindigkeiten niederohmige Wicklungen (56) mit Kollektorabgriffen (61,62) verbinden, die sich ebenfalls auf der Scheibe (64) befinden.