DE3026679C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine mehrwellige Antriebsgruppe, bei der jede Welle als Rotor eines Gleichstrommotors ausgebildet ist und bei der die Rotoren der Gruppe durch eine mechanische, elastische Kopplung verbunden sind.

Anordnungen der beschriebenen Art werden dort ein­ gesetzt, wo viele gleichartige Antriebsmittel gleichzeitig benutzt werden müssen. Im Textil­ bereich beispielsweise werden Texturierspindeln elektrisch angetrieben und hier werden mehrwellige Antriebsgruppen verwendet.

Bisher bestanden die Antriebsgruppen beispiels­ weise aus einem Zentralmotor und mehreren, durch diesen Zentralmotor angetriebenen weiteren Lastspindeln. Der Antrieb der Lastspindeln erfolgt durch einen Riemen, der, um Gleichlauf der Spindeln zu erreichen, gezahnt ist. Dadurch entstehen starke Laufgeräusche, der Zahnriemen nutzt sich ab und es sind hohe Spindel­ geschwindigkeiten nicht erreichbar.

Aus der DE-PS 87 070 ist es bekannt, bei langsam laufenden Antriebsmaschinen eine elastische mechanische oder eine elektrische Kopplung zwischen zwei Maschinen einer Antriebsgruppe vorzusehen, um ein Durchgehen des einen der Antriebe bei ungleicher Lastverteilung und starkem Schlupf zu verhindern.

Aus der US-PS 36 51 355 ist es weiterhin bekannt, mehrere Rotoren in einem einzigen Stator anzuordnen, um die magnetische Erregung zu optimieren und Gleichlauf zu erreichen. Hierbei sollen sich jedoch bei Laständerungen die Drehzahlen bei Erhöhung in einem der Anker jeweils bei den anderen erniedrigen.

Eine solche Betriebsart ist jedoch in den oben beschriebenen Anwendungen nicht statthaft.

Die Erfindung hat demnach die Aufgabe, eine mehrwellige Antriebsgruppe zu schaffen, die geräuscharm und mit hohem Gleichlauf zu betreiben ist und mit der hohe Drehzahlen zu erreichen sind. Weiterhin soll diese Antriebsgruppe preiswert in der Herstellung sein.

Erfindungsgemäß wird dazu der Gleichstrommotor als kollektorloser Gleichstrommotor ausgebildet, wobei ein Rotor der Gruppe einen Lagesensor aufweist, alle Motoren der Gruppe parallel mit einer vom Lagesensor gesteuerten Kommutierungsschaltung verbunden sind und die Kopplung über einen leichten Riemen erfolgt.

Eine solche Anordnung hat den Vorteil, daß der Geräuschpegel durch Verwendung nichtgezahnter Riemen niedrig gehalten werden kann, daß der Anlauf ohne Schwierigkeiten erfolgt, daß dabei keine hohen Netzbelastungen auftreten und trotzdem Synchronismus erreicht wird. Weiterhin können hohe Drehzahlen erreicht werden.

Insbesondere wenn die Kopplung über einen leichten Flachriemen erfolgt, können sehr hohe Drehzahlen erreicht werden, da die Kopplung auch dann, wenn der Riemen durch die hohen Fliehkräfte nur noch auf einer kleinen Umfangsstrecke anliegt zur Dämpfung der den Synchronismus gefährdeten Pendelmomente der Rotoren gegeneinander ausreicht.

Diese Eigenschaft der erfindungsgemäßen Anordnung rührt daher, daß der mit dem Lagesensor ausge­ stattete Rotor zusammen mit der Kommutierungsschaltung ein Wechselstromnetz bildet und daß die beiden anderen Motoren sich wie Synchronmotoren in diesem Netz verhalten. Da kollektorlose Gleichstrommotoren jedoch keinen Dämpferkäfig haben wie normale Synchronmotoren, treten gegenüber der internen Netzfrequenz schwingende Lastwinkel auf. Werden diese Instabilitäten jedoch durch eine mechanische Kopplung der Rotoren verhindert, stellt das gesamte Gebilde einen sehr stabilen Antrieb dar. Weil die Lastkräfte selbst nicht durch das Koppelglied übertragen werden, hat dieses ausschließ­ lich steuernde Wirkung. Falls tatsächlich Last­ unterschiede auftreten, gleichen diese sich über den Schlupf des Koppelgliedes nach wenigen Umdrehungen aus, bis der der momentanen Last entsprechende Lastwinkel jedes Rotors der Gruppe erreicht ist. Andererseits ist die Anordnung ohne das leichte Koppelglied nicht verwendbar, da schon bei geringen Lastschwankungen einer der Rotoren außer Tritt fallen kann und dann wie ein asynchron betriebener Synchron­ motor schnell zum Stillstand kommt, ohne je wieder erneut anlaufen zu können. (Dies wäre erst durch erneutes Hochfahren von allen Rotoren möglich wegen der durch den Kommutator und den Lagesensor bestimmten Frequenz.)

Eine besonders vorteilhafte Ausbildung erfährt die Erfindung, wenn die kollektorlosen Gleichstrom­ motoren Elemente eines Mehrwellenantriebes sind.

Mehrwellenantriebe, wie sie bereits in der US-PS 36 51 355 vorgeschlagen worden sind, bestehen aus mehreren Rotoren und einem ge­ meinsamen Stator. In diesem Stator können durch die Anordnung der Wicklung oder der Wicklungen magnetische Optima erreicht werden, indem beispielsweise die Magnetflüsse mehrerer magnetisch unabhängiger Antriebe gegenläufig geführt werden. Der gemeinsame Stator bildet gleichzeitig auch eine mechanisch stabile Basisplatte, deren - aus magnetischen Gründen bedingte - mechanische Festigkeit es gestattet, sie als Konstruk­ tionselement zu verwenden. Dies ist demnach von besonderem Vorteil für Antriebsgruppen nach der Erfindung, weil dadurch enge Baumaße erreichbar sind und gleichzeitig die Herstellung der Motoren stark verbilligt ist.

Das tritt bei zwei Rotoren ein, ist aber bereits bei drei Elementen von großem Vorteil.

Es ist auch möglich, den Mehrwellenantrieb dadurch zu vereinfachen, daß nur eine Wicklung für den gesamten Stator verwendet wird. In diesem Falle ist der Mehraufwand gegenüber leerlaufenden und durch Riemen angetriebenen Spindeln nur noch die Verwendung von Permanentmagneten jeweils auf der Spindel. Die Lager der Spindeln lassen sich dabei gut auf der gemeinsamen Lagerbrücke des Mehrwellenantriebes unterbringen.

Insgesamt ist der Vorteil gegenüber den bekannten Anordnungen beträchtlich: Es können sehr viel höhere Drehzahlen erreicht werden und die Spannungs­ versorgung kann mit einem Bruchteil des Aufwandes erstellt werden, der für unabhängig angetriebene Antriebsgruppen erforderlich ist.

In der Zeichnung, anhand derer die Erfindung erläutert wird und die die Erfindung schematisch darstellt, ist

Fig. 1 die Darstellung eines Mehrwellenantriebs mit einer Kopplung von vier Rotoren durch einen Flachriemen,

Fig. 2 die Verschaltung der vier Motoren eines kollektor­ losen Mehrwellengleichstrommotors.

In Fig. 1 sind vier kollektorlose Gleichstrommotoren 100-103 in einem Mehrwellenantrieb angeordnet. Dieser besteht aus einem gemeinsamen Stator 10 und einer die Lager der Rotoren tragenden Lagerbrücke 110. Die Lager 120, 121, 122, . . . können beispielsweise als Halslager ausgebildet sein, die auch bei hohen Drehzahlen einen präzisen Lauf und eine nicht mehr veränderliche hohe Parallelität aufweisen.

Flansche 111 dienen dazu, den Mehrwellenantrieb aufzuflanschen. Ein leichter Flachriemen 104 umspannt die vier Rotoren 100, 101, 102, 103 und bewirkt die Synchronisation der vier Rotoren.

In Fig. 2 sind die Motoren 101, 102, 103 parallel zur Antriebsversorgung 200 geschaltet. Die Antriebsversorgung 200 ist eine Kommutierungsschaltung, die durch den Lagesensor 1001 gesteuert wird. Nach Einschaltung beginnt sich der Rotor 1000 zu drehen und erzeugt dabei eine Antriebsfrequenz, die auch auf die restlichen Rotoren wirkt. Diese fallen in diesen Takt, so daß alle Rotoren mit der gleichen Drehzahl anlaufen. Soweit ist eine Kopplung der Rotoren nicht erforderlich. Erst wenn Lastschwankungen im Betrieb auftreten, die so groß sind, daß einer der Rotoren außer Takt fällt, kommt es zu Schwierigkeiten, da der außer Takt gefallene Rotor nicht wieder in den Takt und wie ein asynchron getriebener Synchron­ motor schnell zum Stillstand kommt. Dies wird dadurch verhindert, daß der Flachriemen Schwankungen des Lastwinkels und insbesondere ein Aufschaukeln von Schwingungen der einzelnen Rotoren gegen die mittlere Drehzahl und damit ein Außertrittfallen der Rotoren verhindert. Der Flachriemen muß so bemessen sein, daß er die bei maximalen Winkel­ schwingungen gegen die mittlere Drehung auftretende Energie aufzehren kann. Diese sind bei den vielen Antriebsproblemen, die mit diesen Antriebsgruppen gelöst werden sollen, beispielsweise Texturierspindeln, nicht groß, so daß leichte Flachriemen ausreichen.

Die erfindungsgemäße Anordnung ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn zweipulsige Motoren mit Reluktanzhilfsmoment verwendet werden. Solche Motoren erhalten den phasenstarren Synchronlauf der Rotoren auch dann noch, wenn diese einen längeren Auslauf nach dem Abschalten zeigen. Außerdem laufen solche Motoren an sich bereits von der gleichen Nullage an, so daß auch hier der Riemen nur beispielsweise geringe Durchmessertoleranzen der Riemenscheiben ausgleichen muß.

Die Fig. 2 zeigt weiterhin zwei normale Spulen 101, 102, die die gleiche Flußrichtung erzeugen und für die beiden anderen Motoren eine einzige Spule 103, die außerdem noch gegenläufig zu den Spulen 101, 102 geschaltet ist. Dadurch wird der Fluß zwischen dem oberen und dem unteren Motorpaar verringert, so daß hier kleine Eisenquerschnitte ausreichen. Es ist auch möglich, eine einzige Spule für alle Motoren gleichzeitig zu verwenden.

Für die erfindungsgemäße Anordnung können sowohl die im Beispiel angegebenen Innläufermotoren, aber auch Außenläufermotoren verwendet werden, je nach dem gewünschten Verwendungszweck.

Claims (7)

1. Mehrwellige Antriebsgruppe, bei der jede Welle als Rotor eines Gleichstrommotors ausgebildet ist und bei der die Rotoren der Gruppe durch eine mechanische, elastische Kopplung verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Gleichstrommotor als kollektorloser Gleichstrommotor (100, 101, . . .) ausgebildet ist, daß ein Rotor der Gruppe (100) einen Lagesensor (1001) aufweist, daß alle Motoren (100, 101, . . .) der Gruppe parallel mit einer vom Lagesensor gesteuerten Kommutierungsschaltung (200) verbunden sind und daß die Kopplung über einen leichten Riemen (104) erfolgt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die kollektorlosen Gleichstrommotoren als Baueinheiten Elemente eines Mehrwellenantriebes (10) sind.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Mehrwellenantrieb mindestens drei Elemente aufweist.

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (10) des Mehrwellenantriebes nur eine Feldwicklung aufweist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Motoren ein Reluktanzhilfsmoment aufweisen.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Motoren zweipulsig sind.

7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Riemen ein Flachriemen ist.