DE1226192B

DE1226192B - Device for speed control of an electric motor

Info

Publication number: DE1226192B
Application number: DEST21282A
Authority: DE
Inventors: Johann Augustin
Original assignee: Standard Elektrik Lorenz AG
Current assignee: Alcatel Lucent Deutschland AG
Priority date: 1963-11-06
Filing date: 1963-11-06
Publication date: 1966-10-06

Description

Vorrichtung zur Drehzahlregelung eines Elektromotors Beim Antrieb von Meß-, Regel-, Nachrichtengeräten u. dgl. ist es erforderlich, daß die antreibenden Elektromotoren mit konstanter Drehzahl umlaufen, weil andernfalls Funktionsstörungen eintreten. Synchronmotoren liefern zwar eine von der Netzfrequenz abhängige konstante Drehzahl, da die Netzfrequenz aber mitunter von ihrer Sollfrequenz abweicht, sind zum Antrieb obiger Geräte nach wie vor andere Elektromotoren mit sehr hoher Regelkonstanz erforderlich. Zur Konstanthaltung der Drehzahl sind Fliehkraftbremsregler und Fliehkraftkontaktregler verschiedener Bauarten bekannt. Beispielsweise wird zum Antrieb von Schallplattenlaufwerken vorzugsweise ein Bremsregler benutzt, der üblicherweise folgendermaßen aufgebaut ist: Auf der hochtourigen Motorwelle befinden sich meist drei Fliehkraftgewichte, die auf Hebeln oder Federn befestigt sind. Wird nun die Welle in Umdrehungen versetzt, so treten Zentrifugalkräfte auf, welche durch die Hebel oder Federn eine Scheibe in axialer Richtung verschieben. Diese Bremsscheibe trifft gegen einen festen oder verstellbaren Anschlag, der nicht an der Drehbewegung teilnimmt. Je nach der Größe der Zentrifugalkräfte, welche von der Drehzahl abhängig sind, ändert sich der Anpreßdruck zwischen der umlaufenden Bremsscheibe und dem nicht an der Drehung teilnehmenden Anschlag. Durch die entstehende Reibung wird der Motor abgebremst, so daß er eine bestimmte Solldrehzahl nicht überschreitet. Die Regelgenauigkeit solcher Bremsregler ist im allgemeinen nur gering, und es läßt sich dieses mechanische Reglerprinzip nur bei geringen Leistungen verwenden. Aus. diesem Grunde sind auch die bereits weiter obenerwähnten Fliehkraftkontaktregler im Gebrauch. Beispielsweise werden für Antriebsmotoren von Fernschreibmaschinen Fliehkraftkontaktregler benutzt, bei denen der Fliehkraftkontakt innerhalb eines auf der Motorwelle angebrachten Gehäuses befestigt ist. Die auftretenden Zentrifugalkräfte öffnen direkt oder über ein Hebelsystem einen Kontakt, wenn die eingestellte Solldrehzahl überschritten wird. Die Stromzuführung für diesen Flichkraftkontaktregler erfolgt durch Schleifringe od. dgl. Um solche Regler während des Laufens verstellen zu können, was aus Gründen der besseren und schnelleren Einregulierung unbedingt erforderlich ist, sind verschiedenartige Anordnungen bekannt. Oftmals wird bei solchen Reglem eine Scheibe zum Einstellen des Reglerkontaktes verwendet, deren Rotationsachse rechtwinklig zur Rotationsachse des Motors liegt. Die Größe der Scheibe ist so bemessen, daß sie an beiden Stimseiten des Reglers heraussteht. Drückt man bei laufendem Motor mit besonders geformten Hebeln von der einen oder anderen Seite des Reglergehäuses gegen diese Scheibe, so wird die Scheibe verdreht. Hierdurch wird eine Feder mehr oder weniger gespannt bzw. entspannt, welche als Rückzugfeder für den Fliehkraftkontakt unmittelbar oder für besondere Fliehkraftgewichte dient. Es sind auch Verstelleinrichtungen bekannt, bei denen die zur Einstellung dienenden Glieder axial zur Motorwelle angeordnet sind. In solchem Fall kann durch Hereindrücken oder Herausziehen eines Knopfes der Regler bei laufendem Motor verstellt werden.Device for speed control of an electric motor when driving of measuring, regulating, communication devices and the like. It is necessary that the driving Electric motors rotate at a constant speed, otherwise malfunctions enter. Synchronous motors deliver a constant that is dependent on the line frequency Speed, since the mains frequency sometimes deviates from its setpoint frequency to drive the above devices there are still other electric motors with very high control constancy necessary. Centrifugal brake regulators and centrifugal contact regulators are used to keep the speed constant different types known. For example, it is used to drive record drives preferably a brake controller is used, which is usually constructed as follows is: There are usually three centrifugal weights on the high-speed motor shaft, which are attached to levers or springs. If the shaft is now set in revolutions, so centrifugal forces occur, which through the levers or springs a disc move in the axial direction. This brake disc hits against a solid or adjustable stop that does not take part in the rotary movement. Depending on the size the centrifugal forces, which are dependent on the speed, the contact pressure changes between the rotating brake disc and the one not taking part in the rotation Attack. Due to the resulting friction, the motor is braked so that it has a does not exceed a certain target speed. The control accuracy of such brake regulators is generally only slight, and this mechanical control principle can be used only use for low power. The end. for this reason they are already the centrifugal contact regulator mentioned above in use. For example be Centrifugal contact regulators used for drive motors of teleprinters, at those of the centrifugal contact within a housing attached to the motor shaft is attached. The centrifugal forces that occur open directly or via a lever system a contact if the set target speed is exceeded. The power supply for this Flichkraftkontaktrechner takes place by slip rings or the like. To such To be able to adjust the controller while running, which is for the sake of better and faster adjustment is absolutely necessary, are different arrangements known. Often with such regulators there is a disc for setting the regulator contact used whose axis of rotation is perpendicular to the axis of rotation of the motor. The size of the disc is such that it is on both front sides of the controller stands out. If you press the specially shaped levers from the with the engine running one or the other side of the regulator housing against this disc, so the disc twisted. As a result, a spring is more or less tensioned or relaxed, which as a return spring for centrifugal contact directly or for special centrifugal weights serves. Adjusting devices are also known in which the adjustment serving members are arranged axially to the motor shaft. In such a case, through Pushing in or pulling out a button adjusts the regulator while the engine is running will.

Ferner sind auch Fliehkraftkontaktregler bekannt, bei denen im Innem des Reglers nur die Fliehkraftgewichte selbst angebracht sind, nicht aber der Reglerkontakt. In solchem Fall ist der Reglerkontakt feststehend angeordnet, und ein axial verschiebbarer Stift wird in Abhängigkeit von den auftretenden Zentrifugalkräften in axialer Richtung verschoben. Der axial angeordnete Stift betätigt den Kontakt, dessen Lage durch eine Regulierschraube zwecks Einregulierung der Drehzahl verändert werden kann. Teilweise sind die Reglerkontakte auch so ausgebildet, daß nur die Lage eines von beiden vorhandenen Kontakten verändert wird. Bei Reglem dieser Bauart sind keine Schleifringe od. dgl. am Reglergehäuse erforderlich, da ein Strornübergang auf den umlaufenden Teil des Reglers nicht stattfindet. Diese Regler haben jedoch den Nachteil, daß sich das unverineidbare axiale Lagerspiel der Motorwelle auf den Regelvorgang nachteilig auswirkt.Furthermore, centrifugal contact regulators are known in which inside of the controller, only the centrifugal weights themselves are attached, but not the controller contact. In such a case, the regulator contact is fixed and an axially displaceable one The pin moves axially as a function of the centrifugal forces that occur postponed. The axially arranged pin actuates the contact, its position through a regulating screw can be changed to regulate the speed. In some cases, the controller contacts are designed so that only the position of one of both existing contacts is changed. With this type of regulator there are none Slip rings or the like on the controller housing required, as a current transfer to the rotating part of the controller does not take place. However, these regulators have the disadvantage that the inevitable axial bearing play of the motor shaft affects the control process has a detrimental effect.

In der Büromaschinenindustrie sind oft Regler im Gebrauch, die nach vorstehendem Prinzip arbeiten und mit zwei oder mehr Fliehkraftgewichten ausgerüstet sind. Hierdurch wird erreicht, daß die Kräfte zum öffnen der Kontakte trotz geringerem Durchmesser des Reglergehäuses genügend groß sind. Derartige Regler haben jedoch den Nachteil, daß sie recht ungenau arbeiten. Die bestenfalls erzielbare Regel genauigkeit beträgt nur etwa 1 Oh, und wegen des starken Kontaktabbrandes ist öfter ein Nachstellen erforderlich. Die günstigsten Ergebnisse werden bei solchen der vorstehend beschriebenen Kontaktreglem erzielt, bei denen nur ein Fliehkraftgewicht vorhanden,ist, welches auf den im Reglergehäuse umlaufenden Reglerkontakt direkt einwirkt.In the office machine industry, regulators are often used which work according to the above principle and are equipped with two or more centrifugal weights. This ensures that the forces to open the contacts are sufficiently large despite the smaller diameter of the controller housing. However, such regulators have the disadvantage that they work very imprecisely. The control accuracy that can be achieved at best is only about 1 Oh, and readjustment is often necessary because of the strong contact erosion. The best results are achieved with those of the contact regulators described above, in which there is only one centrifugal weight, which acts directly on the regulator contact rotating in the regulator housing.

Solche Regler öffnen und schließen den Reglerkontakt vorzugsweise bei jeder Umdrehung einmal. Die Regelamplitude ist sehr klein, und die Regelfrequenz entspricht der Motordrehzahl. Bei den übngen Kontaktreglem dagegen macht die Motorwelle zwischen den einzelnen öffnungen und Schließungen des Reglers mehr oder weniger viele Umdrehungen, wodurch die Regelfrequenz wie auch die Regelamplitude größer ist. Versucht man durch Verringerung der mechanischen Größen die Frequenz und die Amplitude des Regelvorganges klein zu machen, so öffnet der Reglerkontakt nur um so kleine Beträge, daß ein Lichtbogen stehenbleibt. Daß dies in bezug auf gute Funkentstörung und Lebensdauer des Kontaktes von wesentlichem Nachteil ist, bedarf keiner besonderen Betonung.Such regulators preferably open and close the regulator contact once for each revolution. The control amplitude is very small and the control frequency corresponds to the engine speed. With the usual contact rules, however, the motor shaft makes between the individual openings and closings of the regulator more or less many revolutions, which increases the control frequency and the control amplitude is. If one tries by reducing the mechanical quantities the frequency and the To make the amplitude of the control process small, the control contact opens only to amounts so small that an arc stops. That this is in relation to good radio interference suppression and service life of the contact is a major disadvantage, does not require any special Emphasis.

Fernerhin sind Drehzahlregler bekannt, bei denen ein umlaufender Dauermagnet eine ihm zugeordnete Feder in Schwingungen versetzt, die den Reglerkontakt beeinflussen. Bei einem anderen bekannten Drehzahlregler wirkt ein auf der Welle des Motors befindlicher ringförmiger Magnet bei seiner Umdrehung auf einen ihm zugeordneten, unter Federwirkung stehenden Zylinder. Bei Belastun,-sänderung .wird hier der von der Federwirkung herrührende Gleichgewichtszustand des Zylinders insofern geändert, als dieser verdreht und somit der Reglerkontakt beeinflußt wird. Bei einer anderen Anordnung ist es bekannt durch Wirbelstrombildung unter Zuhilfenahme eines beweglichen Ankers Schaltvorrichtaugen zur Drehzahlregelung von Elektromotoren zu steuern. Hierbei wird die magnetische Zugkraft zwi-,schon dem relativ beweglichen Anker bzw. Magneten und -einem Leiter zur Erzielung der Schaltwirkung benutzt -und der Leiter im allgemeinen als Scheibe ausgebildet, die mit einer der MaschinendrehzahI pio!-portionalen Drehzahl im Magnetfeld umläuft.Furthermore, speed regulators are known in which a rotating permanent magnet causes a spring assigned to it to vibrate, which affects the regulator contact. In another known speed controller, an annular magnet located on the shaft of the motor acts as it rotates on a cylinder assigned to it and under the action of a spring. When the load changes, the state of equilibrium of the cylinder resulting from the spring action is changed to the extent that it is rotated and thus the controller contact is influenced. In another arrangement, it is known to control switching device eyes for speed control of electric motors by the formation of eddy currents with the aid of a movable armature. Here, the magnetic tensile force is intermediate, already the relatively movable armature or magnets, and -this conductor used to achieve the switching action - and the conductor formed generally as a disc, with one of the MaschinendrehzahI pio -portionalen speed rotates in the magnetic field?.

Diese mit Magneten arbeitenden Regelvorrichtungen haben einerseits bei ungünstiger Feldverteilung durch die in Schwingung versetzten Regelorgane und andererseits durch die verhältnismäßig großen Maße, die zur Regelung herangezogen werden, den Nachteil, daß die Regelgenauigkeit zu wünschen übrigläßt.These regulating devices working with magnets have on the one hand in the case of an unfavorable field distribution due to the vibrating control organs and on the other hand, by the relatively large dimensions used for the regulation the disadvantage that the control accuracy leaves something to be desired.

Um die Nachteile der vorstehend beschriebenen Regelvorrichtungen zu vermeiden, wird eine Vorrichtung zur Drehzahlregelung eines Elektromotors mit Hilfe eines im Motorstromkreis angeordneten Schalters, der durch ein Stück leitenden Materials, auf das das magnetische Feld eines auf der Motorwelle befestigten dauermagnetischen Rotationskörper wirkt, drehzahlabhängig betätigt wird, vorgeschlagen, bei der erfindungsgemäß der Rotationskörper an seiner Mantelfläche oder an einer seiner Stimseiten einen ringförmigen Schlitz aufweist, in dem ein Teil des magnetischen Feldes herrscht und in den ein streifenförmiger Teil des Stückes leitenden Materials eintaucht.To the disadvantages of the control devices described above avoid using a device for speed control of an electric motor a switch arranged in the motor circuit, which is protected by a piece of conductive material, to the magnetic field of a permanent magnet attached to the motor shaft Rotary body acts, is operated depending on the speed, proposed in the invention the body of revolution on its lateral surface or on one of its front sides having an annular slot in which a part of the magnetic field prevails and into which a strip-shaped part of the piece of conductive material is immersed.

Das Prinzip einer erfindungsgemäßen Drehzahlregelvorrichtung istin F i g. 1 und 2 gezeigt. Auf der Motorwelle 1 ist ein Rotationskörper 2 aus perma-#entmagnetischern Material befestigt, w elcher -einen Querschnitt etwa in Form eines H hat und so magnetisiert ist, daß in dem als ringförmiger Schlitz 3 ausgestalteten Luftspalt ein magnetisches Feld entsteht. Die Magnetisierung ist so vorgenommen, daß die Kraftliniendichte im Schlitz 3 ungleich ist. In den Schlitz 3 ragt ein streifenförmiger Teil 4 eines Stückes leitenden Materials in Gestalt einer halbmondförmi-"en Scheibe, welche zusammen mit einem Kontakt stück 5 an einer fest eingespannten Blattfeder 9 befestiat ist. Dem Kontaktstück 5 gegenüber steht ein feststehend angeordnetes Kontaktstück 6. Durch eine Regulierschraube 7 kann man die Federspannung einer zwischen der Regulierschraube 7 und der Blattfeder 9 angeordneten Zugfeder 8 einstellen und damit die Motordrehzahl wahlweise verändern.The principle of a speed control device according to the invention is shown in FIG . 1 and 2 shown. A rotary body 2 made of permanent demagnetic material is attached to the motor shaft 1, which has a cross-section approximately in the shape of an H and is magnetized in such a way that a magnetic field is created in the air gap designed as an annular slot 3. The magnetization is carried out in such a way that the density of the lines of force in the slot 3 is unequal. In the slot 3 4 projects a strip-shaped part of a piece of conductive material in the form of a halbmondförmi- "en disc, which pieces together with a contact 5 befestiat to a firmly clamped leaf spring. 9 the contact piece 5 opposed to a stationary arranged contact piece 6. By a regulating screw 7 can be used to adjust the spring tension of a tension spring 8 arranged between the regulating screw 7 and the leaf spring 9 and thus optionally change the engine speed.

Bei laufendem Motor entstehen in der halbmondförmigen Scheibe Wirbelströme, wodurch die Scheibe in Rotationsrichtung, mitgenommen wird. Erreicht die Mitnahinekraft eine bestimmte Größe, so wird der mit den Kontaktstücken 5 und 6 ausgerüstete, im Motorstromkreis liegende Schalter geöffnet. Durch klas- öffnen des Schalters wird der Motorstromkreis unterbrochen oder in den Motorstromkreis ein Widerstand eingeschaltet. Dies bewirkt, daß die Drehzahl des Motors sinkt und danach infolge der geringer werdenden Mitnahmekraft an der halbmondförmigen Scheibe der Schalter wieder geschlossen wird. Um zu erreichen, daß sich der Schalter vorzugsweise bei jeder Umdrehung einmal öffnet und schließt, ist es zweckmäßig, die Magnetisierung des Rotationskörpers so auszuführen, daß die Kraftliniendichte im Schlitz zwischen den Schenkeln ungleich ist. Beim Vorbeilaufen der Stelle mit der größten Kraftliniendichte wird dann der Schalter vorzugsweise geöffnet werden und an der Stelle mit der geringeren Kraftliniendichte geschlossen bleiben.With the engine running in the crescent-shaped disc eddy currents, thereby reducing the disc in the direction of rotation entrained. If the entrainment force reaches a certain level, the switch, which is equipped with the contact pieces 5 and 6 and located in the motor circuit, is opened. By opening the switch, the motor circuit is interrupted or a resistor is switched on in the motor circuit. This has the effect that the speed of the motor drops and then the switch is closed again as a result of the decreasing drag force on the crescent-shaped disk. In order to achieve that the switch opens and closes preferably once with each rotation, it is expedient to carry out the magnetization of the rotating body in such a way that the density of the lines of force in the slot between the legs is unequal. When passing the point with the greatest density of force lines, the switch will then preferably be opened and remain closed at the point with the lower density of force lines.

Die beschriebene Regelvorrichtung hat den Vorzug, daß die Kontaktstücke nicht mit der Welle umlaufen und daher keine Schleifringe erforderlich sind. Außerdem ergibt sich der Vorteil, daß das axiale Spiel der Motorwelle den Regelvorgang nicht beeinflußt, vorausgesetzt, &ß der Abstand der Schenkel genügend groß ist, um eine Berührung zwischen Rotationskörper und halbmondförmiger Scheibe zu vermeiden. Ferner besteht der Vorteil, daß die Einstellung der Regelvorrichtung an den feststehenden, nicht an der Rotation teilnehmenden Gliedern vorgenommen werden kann und daß sich der Schalter vorzuasweise bei jeder Umdrehung einmal öffnet und schließt.The control device described has the advantage that the contact pieces do not rotate with the shaft and therefore no slip rings are required. In addition, there is the advantage that the axial play of the motor shaft does not affect the control process, provided that the distance between the legs is large enough to avoid contact between the rotating body and the crescent-shaped disk. Furthermore, there is the advantage that the setting of the control device can be carried out on the fixed members that do not participate in the rotation and that the switch preferably opens and closes once with each rotation.

Durch geeignete Auswahl des Werkstoffes für die halbmondförmige Scheibe ist es außerdem möglich, eine weitgehende Temperaturkompensation zu erzielen. Bekanntlich hat ein Motor im kalten Zustand eine größere Leistung infolge des geringeren Kupferwiderstandes als im warmen Zustand. In gleicher Weise ändert sich auch die Leitfähigkeit der halbmondförmigen Scheibe. Bei Erwärmung steigt deren Widerstand an, so daß die hierdurch kleiner werdenden Wirbelströme eine längere Schließungszeit bewirken, wodurch die Leistungsdifferenz des Motors ausgeglichen werden kann.By suitable selection of the material for the crescent-shaped disc it is also possible to achieve extensive temperature compensation. As is well known a motor has a higher output when cold due to the lower copper resistance than when it is warm. The conductivity of the changes in the same way crescent-shaped disc. When heated, their resistance increases, so that this decreasing eddy currents cause a longer closing time, whereby the Power difference of the engine can be compensated.

Claims

Claims: 1. Device for regulating the speed of an electric motor with the aid of a switch arranged in the motor circuit, which is actuated as a function of the speed by a piece of conductive material on which the magnetic field of a permanent magnetic rotating body attached to the motor shaft acts, characterized in that the rotating body (2 ) has an annular slot (3 ) on its outer surface or on one of its end faces, in which a part of the magnetic field prevails and in which a strip-shaped part (4) of the piece of conductive material is immersed.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that a contact piece (5) and the strip-shaped part (4) made of conductive material are attached to a firmly clamped leaf spring (9). 3. Device according to spoke 1 and 2, characterized in that the density of lines of force in the slot (3) of the rotating body (2) is made non-uniform transversely to the direction of rotation.

Considered publications: German Patent Specifications No. 697 715, 714 451; German interpretation document No. 1 012 087.