DE3100494A1 - Antriebsvorrichtung mit zwei motoren - Google Patents

Antriebsvorrichtung mit zwei motoren

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DE3100494A1
DE3100494A1 DE19813100494 DE3100494A DE3100494A1 DE 3100494 A1 DE3100494 A1 DE 3100494A1 DE 19813100494 DE19813100494 DE 19813100494 DE 3100494 A DE3100494 A DE 3100494A DE 3100494 A1 DE3100494 A1 DE 3100494A1
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motors
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DE19813100494
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English (en)
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Werner 6204 Taunusstein Dennhardt
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Hoechst AG
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Hoechst AG
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02KDYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K51/00Dynamo-electric gears, i.e. dynamo-electric means for transmitting mechanical power from a driving shaft to a driven shaft and comprising structurally interrelated motor and generator parts

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Connection Of Motors, Electrical Generators, Mechanical Devices, And The Like (AREA)

Description

  • Antriebsvorrichtung mit zwei Motoren
  • Antriebsvorrichtung mit zwei Motoren Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung mit zwei Motoren, die gleichsinnige oder gegensinnige Drehrichtungen zueinander aufweisen.
  • Es ist bekannt, daß Elektromotoren aus dem Stillstand nicht kontinuierlich heraus anlaufen können, da während des Anlaufens das innere elektrische Drehmoment fehlt.
  • Beim Gleichstrommotor, betrieben als Reihenschlußmotor, sind Anker- und Erregerwicklung in Reihe geschaltet, während sie beim Nebenschlußmotor parallel geschaltet sind.
  • In beiden Fällen werden Anker- und Erregerwicklung von der gleichen Stromquelle betrieben. Diese beiden Motorenarten zeigen ein grundsätzlich verschiedenes Verhalten der Drehzahl in Abhängigkeit von der Belastung. Während die Drehzahl des Reihenschlußmotors bei abnehmender Belastung steil ansteigt und bei zunehmender Belastung stark abnimmt, wie der hyperbolische Verlauf der Drehzahlkennlinie, die die Abhängigkeit der Drehzahl vom Belastungsdrehmoment bzw. vom Drehzahlmoment wiedergibt, zeigt. Beim Nebenschlußmotor ändert sich die Drehzahl indessen zwischen Vollast und Leerlauf nur um etwa 5 bis 10%. Reihenschlußmotoren dürfen daher niemals völlig entlastet werden, da sie dann durchgehen, wobei die Ankerwicklung infolge der zu hohen Fliehkraftbeanspruchung beschädigt wird. Die gleiche Erscheinung tritt bei Reihenschluß- und Nebenschlußmotoren auf, wenn die Felderregerwicklung unterbrochen wird. Da der Widerstand der Ankerwicklung sehr klein ist, dürfen die Anker der Gleichstrommotoren beim Anfahren nicht direkt an die volle Spannung gelegt werden. Die Ankerspannung wird durch den Anlasser, der ein Vorwiderstand ist, zunächst soweit herabgesetzt, daß kein zu hoher Strom fließen kann. Danach läuft der Motor an und erzeugt durch Rotation im Magnetfeld eine Gegenspannung, die der Drehzahl und dem Magnetfeld proportional ist. Infolge dieser Gegenspannung wird der Ankerstrom geringer und der Anlaßwiderstand kann stufenweise verringert werden, bis sich zuletzt ein Gleichgewichtszustand einstellt, in welchem an der Welle des Gleichstrommotors das gewünschte Drehmoment aufrechterhalten werden kann.
  • Beim Nebenschlußmotor kann durch Änderung des Erregerstromes und damit des Hauptfeldes eine einfache Drehzahlregelung erreicht werden.
  • Die Drehzahlkennlinie sowohl vom Reihenschlußmotor als auch vom Nebenschlußmotor zeigt, daß erst ab einer bestimmten Größe der Drehzahl ein Drehmoment an der Welle des Motors auftritt.
  • Mit Hilfe von elektronischen Schaltungen ist es möglich, ein kontinuierliches Drehzahlstellverhältnis, das gegeben ist durch die maximale Drehzahl zu der minimalen Drehzahl von ca. 1:1 bis 1:60 zu erhalten, wenn die Gleichstrommotoren über einen Drehzahlregelkreis angesteuert werden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Antriebsvort chtung mit Motoren zu schaffen, die ein kontinuierliches Anlau- fen aus dem Stillstand mit dem Nenndrehmoment einer vorgewählten Drehzahl ermöglicht.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Antriebsvorrichtung mit zwei Motoren, die gleichsinnige oder gegensinnige Drehrichtungen zueinander aufweisen, dadurch gelöst, daß die Motoren über eine Kupplung kraftschlüssig miteinander gekoppelt und in Reihe in einem Rahmen angeordnet sind.
  • In Ausgestaltung der Erfindung ist der erste Motor mittels eines Festlagers im Rahmen gehalten und ist seine Abtriebswelle mit der Kupplung verbunden, die mit dem zweiten Motor im Eingriff steht. Dabei ist zweckmäßigerweise der zweite Motor durch ein drehbares Lager, insbesondere ein Kugellager, im Rahmen gehalten.
  • Es wird dann an der Abtriebswelle des zweiten Motors eine liclntivcireizahl auftreten, die gleich der Summe oder Differenz aus den Drehzahlen nl und n2 der beiden Motoren ist. Ferner ergibt sich, daß an der Abtriebswelle des zweiten Motors, unabhängig von dessen Relativdrehzahl, stets das Nenndrehmoment entsprechend der Drehzahl n2 des zweiten Motors auftritt. Das Drehzahlstellverhältnis aus maximaler zu minimaler Drehzahl der Antriebsvorrichtung liegt im Bereich von 1 bis 0.
  • Es ist von Vorteil, gleiche Motoren mechanisch zu kuppeln, jedoch stellt dies keine zwingende Notwendigkeit dar. Mit der Erfindung wird unter anderem der Vorteil erzielt, daß das Anlaufen bzw. Hochlaufen der Antriebsvor- richtung wesentlich schneller als bei bekannten Antriebsaggregaten erfolgen kann. Von Vorteil ist auch, daß die Drehzahlverstellung der Antriebsvorrichtung auch bei sehr kleinen Relativdrehzahlen, die sich beispielsweise bei geringen Differenzen in den Drehzahlen nl und n2 der gegensinnig drehenden Motoren ergeben, wesentlich feinfühliger als bei anderen Systemen vorgenommen werden kann.
  • Dadurch ist diese Antriebsvorrichtung insbesondere für die präzise Positionierung von Nachführsystemen, wie sie beispielsweise bei der Laserabtastung, bei Richtantennen oder Fernrohrkonstruktionen für die Astrophysik und Astronomie gefordert werden, geeignet.
  • Von Vorteil ist auch, daß durch die Vorgabe der beiden Drehzahlen nl und n2 das Drehmoment stufenlos vorbestimmt werden kann, mit dem die Antriebsvorrichtung arbeiten soll. Es ergibt sich somit die Möglichkeit, mittels weniger Getriebestufen einen großen Drehzahlbereich abzudecken. Dadurch bleibt der relativ hohe Wirkungsgrad, der durch die Motoren gegeben ist, weitgehend erhalten. Sehr vorteilhaft ist auch bei dieser Antriebsvorrichtung, daß sie im Reservierbetrieb genauso effektiv arbeitet wie im Vorlaufbetrieb und dadurch herkömmlichen Antriebsaggregaten bei weitem überlegen ist.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert.
  • Zwei Motoren 1 und 2 sind in einem Rahmen 5 anceordnet, der zugleich das Gehäuse der Antriebsvorrichtung 10 bil- det. Die Motoren 1 und 2 liegen so in Reihe in dem Rahmen 5, daß ihre Drehwellenachsen miteinander fluchten. Uber eine Kupplung 3 sind die Motoren 1 und 2 kraftschlüssig miteinander gekoppelt, wobei der Motor 1 den Motor 2 antreibt. Hierzu ist der Motor 1 mittels eines Festlagers 7 im Rahmen 5 ortsfest gehalten. Die Abtriebswelle 8 des Motors 1 ist starr mit der Kupplung 3 verbunden, die mit dem Motor 2 so im Eingriff steht, daß sie dessen Motorgehäuse umfaßt. Der Motor 2 ist durch ein drehbares Lager 4 im Rahmen 5 gehalten. Dieses drehbare Lager 4 ist beispielsweise ein Kugellager. In Fig. 1 ist nicht dargestellt, daß die Motoren 1 und 2 über Schleifringe mit Strom versorgt werden müssen und daß elektronische Schaltungen zu Bestimmung der Drehzahlen nl und n2 der Motoren 1 und 2 vorhanden sind.
  • An einer Abtriebswelle 9 des zweiten Motors 2 tritt jeweils die gewünschte Relativdrehzahl der Antriebsvorrichtung 10 auf, die gleich der Summe aus den Drehzahlen n1 und n2 der beiden Motoren 1 und 2 ist. Die jeweilige Drehrichtung des einzelnen Motors wird durch das Vorzeichnen seiner Drehzahl berücksichtigt.
  • Es ist offensichtlich, daß unabhängig von der Größe der Drehzahlen nl und n2 der Motoren 1 und 2 die Abtriebswelle 9 in bezug auf den Rahmen 5 bzw. das Gehäuse der Antriebsvorrichtung 10 stillsteht, wenn die beiden Motoren 1 und 2 mit gleichgroßen Drehzahlen nl und n2 gegenläufig zueinander umlaufen. Dadurch wird erreicht, daß an der Abtriebswelle 9 des Motors 2, unabhängig von der Re lativdrehzahl der Antriebsvorrichtung 10, stets das Nenndrehmoment entsprechend der Drehzahl n2 des zweiten Motors 2 auftritt.
  • In der praktischen Ausführung der Antriebsvorrichtung 10 wird der Rahmen 5 beispielsweise mit einem Kunstharz 6 ausgegossen, so daß von der gesamten Antriebsvorrichtung nur die Abtriebswelle 9 und die in Fig. 1 nicht gezeigten Zuführungen zu den Schleifringen der Motoren 1 und 2 sowie zu den elektronischen Schaltungen für die Regelung der Drehzahlen nl und n2 frei zugänglich sind.
  • In Fig. 2 sind schematisch die sogenannten Drehzahlstellverhältnisse in Abhängigkeit von der Drehzahl der Antriebsvorrichtung dargestellt. Die Kennlinie zeigt einen ähnlichen Verlauf wie die Kennlinie eines Reihenschluß-Gleichstrommotors.
  • Das Drehzahlstellverhältnis einer Antriebsvorrichtung ist im allgemeinen gegeben durch das Verhältnis zweier Drehzahlen n1 : n2 für n1 = nmax und n2 = "min und liegt für herkömmliche Antriebsaggregate im Bereich von 1 bis 60, da nmin in etwa nmax beträgt. Hierbei sind nmax und nmin 60 diejenigen Drehzahlen, bei denen an der Abtriebswelle noch ein verwertbares Drehmoment erhalten wird.
  • Bei der Antriebsvorrichtung 10 nach der Erfindung ist das Drehzahlstellverhältnis gegeben durch die Drehzahl nl zur Summe oder zur Differenz der Drehzahlen nl und n2 der Motoren 1 und 2. Dabei gilt die Summe für die gleichsinnige Drehrichtungen und die Differenz für die gegensinnige Drehrichtung der Motoren 1 und 2. Als Abszisse ist in Fig. 2 jeweils der Absolutwert der Relativdrehzahl n abs aufgetragen und als Ordinate das Drehzahlstellverhältnis Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, geht das Drehzahlstellverhältnis asymptotisch gegen unendlich für den Stillstand der beiden Motoren 1 und 2, dies bedeutet mit anderen Worten, daß aus dem Stillstand der Antriebsvorrichtung 10 heraus mit dem Drehmoment angefahren werden kann. Für sehr hohe Drehzahlen nl und n2 nähert sich das Drehzahlstellverhältnis dem Wert 1/2. Für gegensinnige Drehrichtungen der beiden Motoren 1 und 2 ist der Kennlinie zu entnehmen, daß für nl = n2 das Drehzahlstellzahlverhältnis asymptotisch gegen unendlich geht, während es für eine konstante Drehzahl nl und eine anwachsende Drehzahl n2 gegen 0 konvergiert. Für konstante Drehzahl n1 = n2 ergibt sich bei gegensinnigen Drehrichtungen der beiden Motoren 1 und 2 ein Drehzahlstellverhältnis unendlich. Es ist ohne Schwierigkeiten aus den Kennlinien der Fig. 2 ersichtlich, daß durch die Wahl der absoluten Drehzahlen nl und n2 aus dem Stillstand der Antriebsvorrichtung heraus angefahren werden kann und daß die Relativdrehzahl bei gegensinnigen Drehrichtungen der Motoren 1 und 2 beliebig klein gehalten werden kann, auch wenn die Drehzahlen der Motoren sehr hoch sind, so daß bei niedrigen Relativdrehzahlen der Antriebsvorrichtung 10 entsprechend große Drehmomente erhalten werden können.
  • Durch die Möglichkeit der Umschaltung von der Subtraktion der Drehzahlen auf deren Addition ist es ein leichtes, einen großen Relativdrehzahlbereich abzudecken und in diesem Bereich durch die Wahl der absoluten Drehzahlen n1 und n2 das gewünschte Drehmoment kontinuierlich vorzugeben.

Claims (6)

  1. Patentansprüche Antriebsvorrichtung mit zwei Motoren, die gleichsinnige oder gegensinnige Drehrichtungen zueinander aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß die Motoren (1,2) über eine Kupplung (3) kraftschlüssig miteinander gekoppelt und in Reihe in einem Rahmen (5) angeordnet sind.
  2. 2. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Motor (1) mittels eines Festlagers (7) im Rahmen (5) gehalten ist und daß seine Abtriebswelle (8) mit der Kupplung (3) verbunden ist, die mit dem zweiten Motor (2) im Eingriff steht.
  3. 3. Antriebsvorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Motor (2) durch ein drehbares Lager (4), insbesondere ein Kugellager, im Rahmen (5) gehalten ist.
  4. 4. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß an der Abtriebswelle (9) des zweiten Motors (2) eine Relativdrehzahl auftritt, die gleich der Summe oder Differenz aus den Drehzahlen nl und n2 der beiden Motoren (1,2) ist.
  5. 5. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an der Abtriebswelle (9) des zweiten Motors (2), unabhängig von der Relativdrehzahl der Antriebsvorrichtung (10), stets das Nenndrehmoment entsprefflhend der Drehzahl n2 des zweiten Motors (2) auftritt.
  6. 6. Antriebsvorrichtung nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß deren Drehzahlverhältnis aus maximaler zu minimaler Drehzahl im Bereich von 1 bis 0 liegt.
DE19813100494 1981-01-09 1981-01-09 Antriebsvorrichtung mit zwei motoren Withdrawn DE3100494A1 (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2461947C1 (ru) * 2011-07-06 2012-09-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ГОУВПО КубГТУ) Управляемый каскадный электрический привод с жидкостным токосъемом
RU2483415C1 (ru) * 2012-03-11 2013-05-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КубГТУ") Аксиальный каскадный электрический привод с жидкостным токосъемом

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RU2483415C1 (ru) * 2012-03-11 2013-05-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный технологический университет" (ФГБОУ ВПО "КубГТУ") Аксиальный каскадный электрический привод с жидкостным токосъемом

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