DE3813226A1 - Motor mit einer selbstregelnden vorrichtung fuer die motorausgangsleistung - Google Patents

Description

Die maximale Ausgangsleistung eines Motors, der in einer Ma­ schine, wie beispielsweise einer Stoßmaschine, einer Presse, einer Schneid- oder Walzmaschine usw., Verwendung findet, sollte nach der maximalen Arbeitsbelastung der vom Motor ge­ triebenen Maschine bestimmt werden. Wenn die Maschine leer­ läuft oder mit einer niedrigen Last betrieben wird, so dreht der Motor bisher noch mit seiner hohen Ausgangsleistung, was zu einerVergeudung von elektrischer Energie führt.

Die Erfindung wurde konzipiert, um die Vergeudung von elek­ trischer Energie bei einem Motor, der eine solche Maschine, wie sie oben erwähnt wurde, betreibt, so weit wie möglich herabzudrücken.

Der Erfindung liegt insofern die Aufgabe zugrunde, die Anzahl von unabhängigen Statorwicklungen des Motors, die elektrische Energie empfangen, einzuregeln, d.h. mit anderen Worten, die Ausgangsleistung des Motors entsprechend der Belastung der von diesem getriebenen Maschine einzuregeln und insofern elek­ trische Energie zu sparen, die ansonsten vergeudet wird, wenn die Maschine unter ihrer maximalen Leistung oder im Leerlauf betrieben wird.

Gemäß der Erfindung umfaßt ein Motor mit einer selbstregeln­ den Vorrichtung für dessen Ausgangsleistung eine Statorwick­ lung, die aus einer Mehrzahl von unabhängigen Wicklungen ge­ fertigt ist, welche unabhängig den Motor antreiben können, und einen Satz von elektrischen Schaltungen, die die unabhän­ gigen Wicklungen regeln derart, daß einer oder mehr als zwei dieser Wicklungen für den Antrieb des Rotors getrennt ent­ sprechend der Höhe der an der Maschine liegenden Belastung elektrische Energie zugeführt wird.

Die Welle des Motors ist in zwei Teile unterteilt, nämlich eine Haupt- und eine Sekundärwelle. Die Sekundärwelle wird an das übertragende Ende der Hauptwelle angesetzt, wobei zwi­ schen beide Wellenteile ein Drehmomentfühler eingefügt wird, um das Drehmoment zu erfassen, das von der Hauptwelle auf die Sekundärwelle übertragen werden muß, und dann wird die Anzahl der unabhängigen Wicklungen, denen Energie zugeführt werden muß, selbsttätig durch den Satz von elektrischen Schaltungen bestimmt, so daß diese Wicklungen mit elektrischer Energie versorgt werden.

Der Drehmomentfühler weist in seinem Aufbau eine Haupt- Kupplungszahnscheibe sowie eine Sekundär-Kupplungszahnscheibe auf, die einander zugewandt sind oder gegenüberliegen und mit­ einander in Eingriff sind. Die Haupt-Kupplungszahnscheibe ist an der Hauptwelle des Motors befestigt, während die Sekundär- Kupplungszahnscheibe an der Sekundärwelle fest angebracht ist. Die Haupt- und die Sekundär-Kupplungszahnscheibe haben eine in deren Achsrichtung jeweils vorragende Verzahnung, wobei eine Feder zwischen jeden Zahn der Haupt- sowie zwischen jeden Zahn der Sekundär-Kupplungsscheibe eingesetzt ist. An der Außenumfangsfläche der Haupt-Kupplungszahnscheibe sind Vor­ sprünge ausgebildet, deren der Sekundär-Kupplungszahnscheibe zugewandte Seite jeweils in Umfangsrichtung eine Schräge auf­ weist. Die Außenumfangsfläche der Sekundär-Kupplungszahnschei­ be ist in Gegenüberlage zu den vorspringenden Zähnen an der Haupt-Kupplungszahnscheibe mit Trägern versehen. Ein jeder Träger wird von einer Treibstange durchsetzt, die sich zwi­ schen dem vorspringenden Zahn und dem Träger erstreckt sowie in ihrer Längsrichtung von einer Feder umschlossen ist. Das eine Ende der Treibstange liegt an der abgeschrägten Seiten­ fläche eines Vorsprungs an, während das andere, den Träger durchsetzende Ende an einem Ring befestigt ist. Dieser Ring und der Motordeckel tragen getrennt die gleiche Anzahl, wie Treibstangen vorhanden sind, von Ringblenden und lichtelektri­ schen Schaltern, die einander zugewandt sind. Die zwischen jedem Zahn der Haupt- sowie der Sekundär-Kupplungszahnscheibe angeordnete Feder kann auf die Belastung des Motors anspre­ chen, so daß der Abstand zwischen jedem Zahn der Haupt- und jedem Zahn der Sekundär-Kupplungszahnscheibe selbsttätig auf einen kürzeren oder längeren Wert verändert werden kann, wo­ durch die geneigte Seite an den Vorsprüngen der Haupt-Kupp­ lungszahnscheibe so bewegt wird, daß sie einen Druck auf die Treibstange ausübt oder diese freigibt, so daß sich als Ergeb­ nis dessen die Ringblende gegen den lichtelektrischen Schal­ ter bewegen kann. Dadurch kann das An- oder Abschalten der lichtelektrischen Schalter geregelt werden, was durch die oben beschriebene Bewegung der Ringblende erfolgt.

Die lichtelektrischen Schalter sind diejenigen, die die zwei­ te bis n-te Statorwicklung an- oder abschalten, und sie wer­ den ständig durch die Ringblende bei einem normalen Betriebs­ zsutand abgeschaltet.

Darüber hinaus ist am nicht-übertragenden Ende der Motorwelle ein Schwungrad angebracht, um das Dreh-Beharrungsvermögen zu stabilisieren.

Der Erfindungsgegenstand wird unter Bezugnahme auf die Zeich­ nungen an Ausführungsformen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Übersichtsdarstellung eines Motors mit einer selbstregelnden Vorrichtung für die Motor-Ausgangsleistung in einer ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 2 einen Längsschnitt des Motors gemäß der ersten Ausfüh­ rungsform;

Fig. 2-1 einen Längsschnitt eines Motors in einer zweiten Aus­ führungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 3 einen Plan der für den Erfindungsgegenstand zur An­ wendung gelangenden elektrischen Schaltung;

Fig. 3-1 einen Schaltplan für die unabhängigen Stator­ wicklungen;

Fig. 4 einen Schaltplan für die Widerstände, die bei dem Erfindungsgegenstand zur Anwendung kommen;

Fig. 5 einen Schaltplan für die für die Widerstände vorge­ sehene Steuerschaltung;

Fig. 6 einen Schaltplan für einen ersten lichtelektrischen Steuerkreis;

Fig. 7 einen Schaltplan für einen lichtelektrischen Steuer­ kreis in einer zweiten Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 8 eine Darstellung zur statischen Wechselbeziehungslage der Haupt- und Sekundär-Kupplungszahnscheibe;

Fig. 9 eine Darstellung zur statischen Wechselbeziehungslage des Vorsprungs, der Treibstange, der Ringblende und des lichtelektrischen Schalters;

Fig. 10 eine Darstellung zur kinetischen Wechselbeziehungsla­ ge der Haupt- und Sekundär-Kupplungszahnscheibe;

Fig. 11 eine Darstellung zur kinetischen Wechselbeziehungsla­ ge des Vorsprungs, der Treibstange, der Ringblende und des lichtelektrischen Schalters.

Gemäß Fig. 1 weist ein Stator 1 fünf unabhängige Wicklungen 11, 12, 13, 14 und 15, die um denselben Kern gewickelt sind, auf. Ein Rotor 2 umfaßt eine Hauptwelle 21 und eine am über­ tragenden Ende dieser Welle 21 befestigte Sekundärwelle 22. Zwischen die Haupt- und die Sekundärwelle 21 bzw. 22 ist ein Drehmomentfühler 3 eingefügt, während am nicht-übertragenden Ende der Hauptwelle 21 ein Schwungrad 4 angebracht ist.

Gemäß der in Fig. 2-1 gezeigten Konstruktion eines Stators 1 und eines Rotors 2 sind die unabhängigen Wicklungen 11 - 15 geteilt und eigenen Teilen des Rotors 2 zugeordnet, um diese anzutreiben, d.h., jeder Wicklung ist ein eigenes Teil des Rotors 2 für den Antrieb zugeordnet. Mit dieser Konstruktion wird dieselbe Wirkung wie mit der zuerst erwähnten Konstruk­ tion erreicht.

Der Drehmomentfühler 3 umfaßt eine Haupt-Kupplungszahnscheibe 31, die an der Hauptwelle 21 befestigt ist, und eine Sekundär- Kupplungszahnscheibe 32, die an der Sekundärwelle 22 fest an­ gebracht ist, wobei diese Scheiben 31 und 32 einander gegen­ überliegen und mit der Verzahnung 311 der Haupt-Kupplungszahn­ scheibe 31 sowie der Verzahnung 321 der Sekundär-Kupplungs­ zahnscheibe 32 in Eingriff sind. Zwischen die Zähne 311 und 321 sind Federn 33 eingesetzt, wie die Fig. 8 zeigt. An der Außenumfangsfläche der Haupt-Kupplungszahnscheibe 31 sind Vorsprünge 312 ausgebildet, deren der Sekundär-Kupplungszahn­ scheibe 32 zugewandte Flächen als in Umfangsrichtung verlau­ fende Schrägflächen ausgebildet sind, wie der Fig. 1 zu ent­ nehmen ist. Die Außenumfangsfläche der Sekundär-Kupplungszahn­ scheibe 32 ist mit Trägern 322 versehen, von denen jeder in seinem Zentrum ein Loch 323 hat. Treibstangen 35 sind durch die Löcher 323 geführt und von einer Feder 34 umschlossen. Das eine Ende der Treibstangen 35 liegt an der Schrägfläche 313 eines Vorsprungs 312 an, während das andere Ende der ein Loch 323 durchsetzenden Treibstange 35 an einem Ring 36 be­ festigt ist. Die Stirnkante an der Innenseite des Motordek­ kels 30 und der Ring 36 sind mit einer Ringblende 37 bzw. lichtelektrischen Schaltern 38 ausgestattet, die einander zugewandt sind.

Die Fig. 3 und 3-1 zeigen die elelktrische Schaltung zur Rege­ lung der Ausgangsleistung des Motors gemäß der Erfindung. Die erste unabhängige Statorwicklung 11 wird unmittelbar durch einen Netzschalter angeschaltet, während die zweite Wicklung durch die lichtelektrischen Schalter 23 geregelt wird. Im nor­ malen Zustand berühren die Treibstangen 35 den höchsten Punkt der Schrägfläche 313 an den Vorsprüngen 312, wie in Fig. 9 gezeigt ist, wodurch die Ringblende 37 dazu gebracht wird, in die Kehle eines lichtelektrischen Schalters 38 einzutre­ ten, um den Schalter abzuschalten.

Der in Fig. 3 und 4 gezeigte Regelwiderstand 5 dient der Be­ grenzung des Startstroms für einen Motor mit hoher Leistung, er ist für einen Motor mit niedriger Leistung nicht notwendig.

Um den Motor bei einem Stillstand der Maschine zu starten, wird zuerst der Schalter C zum Automatikpunkt bewegt, worauf der Netzschalter F geschlossen wird, so daß die Magnetschalter M 6, M 7, M 8 und M 9 aktiviert werden. Der Schalter S regelt das Aktivieren der Magnetschalter M 1, M 2, M 3, M 4 und M 5, wobei der normalerweise offene Kontaktpunkt des Magnetschalters M 1 im Schließzustand ist, um Elektroenergie für den Antrieb des Rotors 2 zuzuführen.

Der an der Hauptwelle des Motors angebrachte Drehzahlfühler E (s. Fig. 1, 2 und 5) ist imstande, Signale zu erzeugen. Der Startstrom des Motors muß durch die Widerstände AR 1, AR 2, AR 3, AR 4 und AR 5 gehen, um eine Beschränkung im Strom zu errei­ chen, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Bei Anstieg der Drehzahl des Motors werden die Transistoren 01, 02, 03, 04 und 05 metho­ disch durchgeschaltet, so daß Relais a 1, a 2, a 3, a 4 und a 5 erregt werden, wie auch die Magnetschalter A 1, A 2, A 3, A 4 und A 5 methodisch angeschaltet werden. Der Startvorgang des Motors wird in dem Moment beendet sein, wenn der Magnetschal­ ter A 5 zu arbeiten beginnt, alle Widerstände AR 1-AR 5 abge­ schaltet und die Magnetschalter A 1- A 4 offen sind.

Die Umlaufgeschwindigkeit des Rotors des Motors hat bereits den im voraus für den Drehzahlfühler E festgesetzten Wert er­ reicht, wenn der Magnetschalter A 5 geschlossen worden ist. Nachdem der normalerweise offene Kontaktpunkt des Drehzahl­ fühlers E dadurch geschlossen worden ist, daß dieser Fühler E die Drehzahl erfaßt, soll das Relais D 1 zum Schließen be­ fohlen werden, so daß die Magnetschalter M 6- M 9 demzufolge abgeschaltet werden.

Nach dem Starten des Motors drücken die Zähne 311 der Haupt- Kupplungszahnscheibe 31 gegen die Federn 33, wie in Fig. 10 gezeigt ist, um die Drehung auf die Sekundärwelle 22 zu über­ tragen. Die Länge der durch die Zähne 311 zusammengedrückten Federn 33 ist der Bewegungsstrecke der Vorsprünge 312 gleich­ bedeutend. Durch die Bewegung der Vorsprünge 312 werden die Treibstangen 35 dazu gebracht, ihren Berührungspunkt an den Schrägflächen 313 von einer hohen zu einer niedrigen Stelle zu verlagern, wie in Fig. 11 angedeutet ist. Dadurch führen die Ringblenden 37 eine Rückzugsbewegung aus, so daß von der Leuchtdiode abgegebenes Licht durchtreten kann, womit die lichtelektrischen Schalter 38 geschlossen werden und ein Signal zur Steuerung der Transistoren 06-09 zur Erregung der Re­ lais D 2, D 3, D 4 oder D 5 abgeben. Aus dem Vorstehenden wird deutlich, daß, wenn der Motor einmal gestartet ist, die Ma­ gnetschalter M 10- M 13 einen weiteren Kreis bilden, um ge­ trennt die unabhängigen Statorwicklungen 12-15 mit elektri­ scher Energie zu speisen.

Wenn die Arbeitsbelastung an der Maschine noch den Ausgang der unabhängigen Statorwicklung 11 übersteigt, nachdem das Re­ lais D 1 geschlossen ist, wird eine ander Gruppe von Magnet­ schaltern M 10, M 11, M 12 oder M 13, die bereits im geschlosse­ nen Zustand sind, wenigstens einen geschlossenen Kreis der unabhängigen Statorwicklungen 12, 13, 14 oder 15 in Überein­ stimmung mit der Arbeitsbelastung halten.

Die in Fig. 3 gezeigten lichtelektrischen Schalter 38 steuern mit Hilfe der veränderlichen Widerstände VR 1, VR 2, VR 3 und VR 4 individuell die Relais D 2- D 5 zum Schließen oder Öffnen in Übereinstimmung mit der von der Leuchtdiode empfangenen Lichtmenge. Die in Fig. 7 gezeigte äquivalente Schaltung macht deutlich, daß vier für die individuelle Steuerung der Relais D 2- D 5 bestimmte lichtelektrische Schalter alle unterschied­ lich zueinander bezüglich des Abstandes von den Ringblenden 37 angeordnet sind und daß die Reihenfolge, in der die Ring­ blenden 37 sich in die vier lichtelektrischen Schalter bewe­ gen, das An- oder Abschalten der Relais D 2- D 5 bestimmt.

Die Magnetschalter M 2- M 5 sind dazu vorgesehen, die Phasen­ wicklung einer jeden unabhängigen Statorwicklung zu trennen, damit nicht diese unabhängigen, noch mit elektrischer Energie gespeisten Statorwicklungen eine EMK während des Betriebszu­ stands des Motors liefern.

Die in Fig. 3 verwendete elektrische Schaltung gemäß der Erfindung umfaßt auch eine Einrichtung für einen Handbetrieb, wobei der Schalter C zuerst zum Handbetriebspunkt manuell bewegt werden kann, worauf die Schalter HS in willkürlicher Weise geschlossen werden können, um die unabhängigen Stator­ wicklungen, die zum Betrieb des Motors notwendig sind, zuzu­ schalten.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung klar wird, kann durch die Erfindung zu jeder Zeit die Ausgangsleistung des Motors in Übereinstimmung mit der Belastung der von diesem getriebe­ nen Maschine eingeregelt werden, indem die Anzahl der unabhän­ gigen Statorwicklungen, für die elekrische Energie benötigt wird, verändert wird. Deshalb ist der im Motor während des Leerlaufs oder einer niedrigen Arbeitsbelastung der Maschine verbrauchte Betriebsstrom sehr viel geringer als derjenige, der bei einem herkömmlichen Motor verbraucht wird, welcher ständig die ihm zugeordnete Maschine mit maximaler Leistung antreibt.

Durch die Erfindung wird ein Motor mit einer dessen Ausgangs­ leistung selbstregelnden Vorrichtung offenbart. Der Motor weist eine Anzahl von unabhängigen Statorwicklungen auf, um den Motor in unterschiedlicher Weise anzutreiben. Ein Dreh­ momentfühler erfaßt die Größe der an der Maschine, die vom Motor getrieben wird, liegenden Belastung und steuert eine elektrische Schaltung zur Einregelung der Anzahl der unabhän­ gigen Statorwicklungen, denen entsprechend der vom Drehmoment­ fühler erfaßten Belastung elektrische Energie zuzuführen ist. Ein solcher Motor verwertet die elektrische Energie in wirt­ schaftlicher Weise, indem der Strom für den Antrieb der Ma­ schine vermindert wird, wenn diese im Leerlauf oder unter ihrer maximalen Belastung arbeitet.

Claims (4)

1. Motor mit einem Stator sowie einem Rotor und mit einer selbstregelnden Vorrichtung für die Motor-Ausgangsleistung, dadurch gekennzeichnet, daß der Stator (1) mit einer Mehr­ zahl von unabhängigen Wicklungen (11-15) ausgestattet ist, die getrennte Kontaktpunkte haben und imstande sind, den Rotor (2) durch nur eine oder mehr als zwei dieser von Hand oder automatisch durch eine elektrische Schaltung aktivierten Wicklungen zu treiben.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehwelle des Rotors (2) eine Hauptwelle (21) sowie eine an das die Drehung der Hauptwelle übertragende Ende ange­ setzte Sekundärwelle (22) umfaßt, daß zwischen die Haupt- sowie Sekundärwelle ein Drehmomentfühler (3) eingesetzt ist, der das von der Haupt- auf die Sekundärwelle zu über­ tragende Drehmoment erfaßt, damit die unabhängigen Stator­ wicklungen (11-15) die für die Bewältigung der Belastung einer vom Motor getriebenen Maschine notwendige elektri­ sche Energiemenge durch die elektrische Schaltung empfan­ gen, und daß am nicht-übertragenden Ende der Motorwelle ein das Dreh-Beharrungsvermögen stabilisierendes Schwungrad (4) angeordnet ist.

3. Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehmomentfühler (3) eine Haupt-Kupplungszahnscheibe (31) sowie eine Sekundär-Kupplungszahnscheibe (32), die sich gegenüberliegen und miteinander in Eingriff sind, umfaßt, daß die Haupt-Kupplungszahnscheibe an der Hauptwelle (21) und die Sekundär-Kupplungszahnscheibe (32) an der Sekundär­ welle (22) befestigt ist, daß mehrere gebogene Kupplungs­ zähne (311, 321) an der Haupt- sowie Sekundär-Kupplungs­ zahnscheibe, die in deren Achsrichtungen vorragen, ange­ bracht sind, daß zwischen je einen Kupplungszahn an der Haupt- sowie Sekundärzahnscheibe (31, 32) jeweils eine Feder (33) eingesetzt ist, daß an der Außenumfangsfläche der Haupt-Kupplungszahnscheibe (31) Vorsprünge (312) mit einer der Sekundär-Kupplungszahnscheibe (32) zugewandten Schrägfläche (313) ausgebildet sind, daß die Außenumfangs­ fläche der Sekundär-Kupplungszahnscheibe (32) mit Trägern (322), die jeweils ein Loch (323) in ihrem Zentrum haben, ausgestattet ist, daß eine von einer Feder (34) umschlosse­ ne Treibstange (35) durch je ein Loch (323) eines Trägers (323) der Sekundär-Kupplungszahnscheibe (32) geführt ist, wobei das eine Ende der Treibstange mit der Schrägfläche (313) an den Vorsprüngen (312) der Haupt-Kupplungszahn­ scheibe (31)in Anlage und das andere Ende der Treibstange an einem Ring (36) befestigt ist, daß der Ring (36) und der Motordeckel (30) voneinander getrennte sowie einander gegenüberliegende Ringblenden (37) bzw. lichtelektrische Schalter (38) tragen und daß der Abstand zwischen jedem Kupplungszahn (311) an der Haupt-Kupplungszahnscheibe (31) sowie jedem Kupplungszahn (321) an der Sekundär-Kupplungs­ zahnscheibe (32) durch die zwischen diese Kupplungszähne jeweils eingesetzten Federn (33) selbsttätig und korrekt in Übereinstimmung mit der Last an der vom Motor getrie­ benen Maschine durch Zusammenpressen oder Längen der Federn veränderbar ist, so daß die Vorsprünge (312) an der Haupt- Kupplungszahnscheibe (31) eine synchrone Bewegung ausführen und einen Druck auf die Treibstangen (35) ausüben oder die­ se freigeben, damit die Ringblenden (37) sich in die licht­ elektrischen Schalter (38) hinein oder aus diesen heraus bewegen, um diese Schalter, die das Zu- oder Abschalten der unabhängigen Statorwicklungen (11-15) regeln, zu schließen oder zu öffnen.

4. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die un­ abhängigen Statorwicklungen (11-15) auf demselben Kern an jeweils einem getrennten Abschnitt angebracht sind.