Bürstenloser Hochfrequenzregelmotor Die Erfindung bezieht sich auf
einen bürstenlosen Motor der sogenannten Hochfrequenz-Drehstellungs-Regelbauart,
wobei die Steuerung des Ankerstromes durch Nachweis der Rotordrehstellung mittels
einer kontaktfreien Anordnung erfolgt, welche mit statischer oder magnetischer Induktion
unter Verwendung von Hochfrequenzsignalen arbeitet und die nachgewiesenen Signale
zur Steuerung von Transistoren oder anderen Halbleiterschaltelementen benutzt. Insbesondere
betrifft die Erfindung eine neuartige Anordnung zur Stabilisierung der Drehgeschwindigkeit
eines bürstenlosen Motors der genannten Bauart.
Ein bürstenloser
Hochfrequenzregelmotor mit Stellungsnachweissignalen ist bereits an anderer Stelle
vorgeschlagen. Dieser Motor hat im wesentlichen dieselbe Kennlinie wie ein üleic
hstrom-Nebenschlußmotor mit gewöhnlichen Bürsten und Kommutator. Schwankungen der
Drehgeschwindigkeit werden beispielsweise durch Spannungsschwankungen der Gleichstromquelle
verursacht. Eine sich zunächst anbietende Maßnahme zur Ausschalteng dieser Schwankung
in der Drehgeschwindigkeit besteht im Einsetzen eines Reglerkontaktes unmittelbar
in den Ankerstromkreis, so daß mittels geeigneter Schaltglieder eine Ein-Aus-Steuerung
des Ankerstromes entsprechend dem Öffnen und Schließen des Reglerkontaktes erfolgt,
ähnlich wie bei einem normalen Gleichstrommotor mit Bürsten. Diese Maßnahme weist
jedoch verschiedene Nachteile auf, wie beispielsweise die kurze Lebensdauer der
Kontaktbeläge und die Erzeugung von viel Störgeräusch, da der Ankerstrom unmittelbar
durch den Reglerkontakt fließt. Da sich außerdem bei einem bürstenlosen Motor der
Anker auf der Statorseite befindet, muß der Ankerstrom über einen Schleifring durch
den auf der Rotorwelle sitzenden Reglerkontakt fließen. Dies bedingt einen vergleichsweise
komplizierten Aufbau.
Ein Hauptziel der Erfindung liegt in
der Schaffung eines Drehgeschwindigkeitsstabilisators mit möglichst günstiger Kennlinie
und ohne die oben beschriebenen Nachteile für einen bürstenlosen Hochfrequenzregelmotor.
Dieses Ziel wird durch einen entsprechenden Aufbau der Schaltglieder erreicht,
wobei in der Rotorwelle induzierte Hochfrequenzsignale über einen Reglerkontakt
in den Nachweisabschnitt gelangen. Nach der vorliegenden Erfindung ist ein
bürstenloser Elektromotor dadurch gekennzeichnet, daß zur Steuerung des Ankerstromes
entsprechend der Winkelstellung des Motorrotors erzeugte Steuersignale dienen, wobei
in einen Nachweisabschnitt des Rotors in demselben induzierte Hochfrequenzsignale
eingespeist werden, und daß ein Drehgeschwindigkeitsstabilisator einen auf
der Motorwelle sitzenden Regler mit einer öffen-und schließbaren, durch Zentrifugalwirkung
geöffneten Kontakteinrichtung aufweist, wobei die Kontakteinrichtung die Einspeisung
des in dem Rotor induzierten Hochfrequenzsignales in . den Nachweisabschnitt steuert.
Wesen, Grundgedanke und Einzelheiten der Erfindung werden anhand der folgenden
Beschreibung unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform in Verbindung
mit der zugehörigen Zeichnung deutlicher offenbar. Es stellen dar:
Fig.
1 ein Schaltbild mit den wesentlichen Schaltstufen einer bevorzugten Ausftih-' rungsform
der Erfindung, Fig. 2 eine teilweise geschnittene Ansicht mit den wesentlichen Bauteilen
eines erfindungsgemässen Elektromotors, und Fig. 3 einen Schnitt nach der Linie
III - III in Fig. 2. Nach Fig. 1 dient zur Schwingungserzeugung ein Hochfrequenzoszillator
1 mit einem Transistor TR1, Widerständen R1, R2 und R3, Kondensatoren C1, C2, C3
und C4 sowie Statorspulen L1 und L2 eines Transformators T1. Die Spulen L1 und L2
sind magnetisch miteinander gekoppelt und gehören somit zu einem Schwingungskreis
der Hartley-Bauart. Der Transformator T1 hat einen Stator-Ferrit-Ringkern F1 nach
Fig. 2, auf den die genannten Schwingkreisspulen L1 und L2 sowie eine dritte Spule
L3 zum Phasenvergleich gewickelt sind. Weiterhin gehört zu dem Transformator T1
ein auf der Motorwelle K sitzender Rotor-Ferrit-Ringkern F2, auf den eine vierte
Spule L4 gewickelt ist. Der Transformator T1 ist so aufgebaut, daß zwischen den
beiden Kernen F1 und F2 ein außerordentlich schmaler Spalt verbleibt. Die Ausgangsschwingung
des Oszillators 1 wird folglich unabhängig von
der Drehung des Kernes
F2 fortgesetzt in der Rotorspule L4 induziert. Die in der Rotorspule L4 induzierten
Hochfrequenzsignale werden über einen Kontakteines Reglers G in weitere Rotorspulen
LSa, LSb, L5c und L5d innerhalb eines Nachweisabschnittes 2 eingespeist. Diese vier
Rotorspulen L 5a bis L5d sind jeweils auf vier Pole gewickelt, welche mit jeweils
gleichen Winkelabständen auf einem zweiten Rotorkern F2 vorgesehen sind und sich
mit der Rotorwelle K drehen. Auf sechs, jeweils gleiche gegenseitige Winkelabstände
aufweisende Pole eines zweiten Statorkernes F4 sind Nachweisspulen L68, L6b' L7a,
L 7b, L8a und L8b`gewickelt,welche jeweils nacheinander mit-einer der Rotorspulen
L5a bis L5d magnetisch gekoppelt werden. Die statorseitigen Nachweisspulen, die-jeweils
einander diametral gegenüberliegend angeordnet sind, sind jeweils paarweise, d.
h. die Spulenpaare L 6a und L6b, L 7a und L 7b bzw. L 8a und L 8b hintereinandergeschaltet.
Die jeweils gleichzeitig in den beiden Spulen eines jeden Paares induzierten Hochfrequenzsignale
ergeben durch Überlagerung ein Hochfrequenzsignal e, dessen Phase mit einem
ununterbrochen in der Yergleichssignalspule L3 erzeugten Vergleichssignale d verglichen
und
das jeweils nur dann als Steuersignal benutzt wird, wenn es mit dem Vergleichssignal
ed phasengleich ist. Wenn sich insbesondere die Rotorspulen L 5b und L 5d in den
in Fig. 1 gezeigten Stellungen befinden, wird das von dem Oszillator 1 über die
Rotorspule L4 den Spulen L 5a bis L 5d zugeführte Hochfrequenzsignai durch Induktion
in die Nachweisspulen L 7a und L 7b übertragen. Solange das in diesen beiden Spulen
erzeugte Hochfrequenzsignal e mit dem Hochfrequenzsignal ed von der Vergleichsspule
L3 phasengleich ist, liegt das durch Überlagerung dieser beiden Signale gebildete
Summensignal an einer aus einer Diode D2, einem Widerstand R7 und einem Kondensator
C6 bestehenden Gleichrichterschaltung an, und eine gleichgerichtete Spannung e2
wird zwischen den Ausgangsklemmen t2 und ta der Gleichrichterschaltung erzeugt.
Sobald die Rotorstellung um 300 im Uhrzeigersinn gegenüber der in Fig. 1
gezeigten Stellung gedreht ist, erscheint eine gleichgerichtete Spannung e1 zwischen
den Ausgangsklemmen t1 und t8, welche mittels der Spulen L 5a und L 6a sowie L 5c
und L 6b verkoppelt ist. Wenn der Rotor um weitere 300 in eine weitere Winkelstellung
verdreht ist, erscheint eine gleichgerichtete Spannung e3 zwischen den Ausgangsklemmen
t3
und t a. D. h. die Spannungen e1, e2 und e3 werden entsprechend der jeweiligen Winkelstellung
der Rotorwelle K nacheinander in der jeweiligen Gleichrichterschaltung erzeugt.
Das Hochfrequenz-Vergleichssignal ed wird in der oben beschriebenen Weise zum Phasenvergleich
benutzt und gleichzeitig in einer aus einer Diode D4, einem Kondensator C8 und einem
Stellwiderstand VR, bestehenden_Gleichrichterschaltung in ein zur Erzeugung einer
Sperrvorspannung dienendes Gleichstromsignal umgewandelt. Die Schaltung nach Fig.
1 enthält weiter Transistoren TR2, TR5 und TR8 zur Steuersignalverstärkung sowie
jeweils in Transistorschaltstufen geschaltete Transistoren TR3, TR4 und TR6, TR7
sowie TR9 und TR10' Der Motor weist einen vierpoligen Permanentmagnetanker
M auf, der mit Ankerspulen L , L , L , L ,L und 9a 9b 10a 10b 11a L 11b zusammenwirkt.
Die Gleichstromquelle E ist in der dargestellten Weise angeschlossen, und die Drehrichtung
des Motors wird mittels eines Umschalters Sw umgeschaltet. Der Ankerkern ist in
Fig. 2 mit der Bezugsziffer Ar bezeichnet. Die einen Querschnitt nach der Linie
III - III in
Fig. 2 darstellende Fig. 3 zeigt die wesentlichen Bestandteile
eines Reglers G mit einem Kontakt Sg, einem Gewicht W und einem Gegengewicht B.
Der Reglerkontakt S9 ist mit einer Anschlussklemme der in Fig. 1 gezeigten Rotorspule
L4 verbunden. Sobald die Motordrehzahl einen eingestellten Wert überschreitet,'
wirdcbr Kontakt S9 durch die an dem Gewicht W angreifende Zentrifugalkraft geöffnet,
so daß die Einspeisung von Hochfrequenzsignalen in den Nachweisabschnitt 2 abgesperrt
wird. Demzufolge werden in den Nachweisspulen keine Hochfrequenzsignale induziert
und die Transistoren TR2, TR5 und TR$ erhalten keine Eingangssignale. Infolgedessen
fließt durch die Ankerspulen keinerlei Strom, und die Drehzahl nimmt ab. In entsprechendem
Maß wird der Reglerkontakt wieder geschlossen, und in der durch die oben beschriebene
Arbeitsweise bestimmten Folge werden Steuersignale e1, e2 bzw. e3 erzeugt, so daß
der zur Anregung einer Drehung erforderliche Ankerstrom wieder fließt. Durch Wiederholung
der oben beschriebenen Arbeitsschritte wird die Rotordrehgeschwindigkeit stabilisiert,
so daß sich Werte in unmittelbarer Nachbarschaft des Öffnungs- bzw. Schließpunktes
des Reglerkontaktes S9 ergeben.
Wie oben beschrieben, werden mit
der vorliegenden Erfindung zahlreiche Vorteile erzielt, welche in der Praxis sehr
wertvoll sind. Da beispielsweise der Reglerkontakt lediglich zum Absperren bzw.
zur Steuerung der Einspeisung sehr schwacher, in dem Rotor induzierter Hochfrequenzsignale
dient, benötigt man keine Schleifringanordnung. Da außerdem durch den Reglerkontakt
nur ein Hochfrequenzstrom mit geringer Intensität fließt, liegen die beim Öffnen
und Schließen dieses Kontaktes entstehenden Störgeräusche in einer Größenordnung,
die normalerweise vernachlässigt werden kann. Die Lebensdauer der Kontaktstellen
ist ebenfalls recht groß. Es ist für den Fachmann selbstverständlich, daß bei dem@oben
beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung zahlreiche Abänderungen möglich
sind. Insbesondere können Einzelheiten,der Transistorschaltstufen und die Anordnung
des Nachweisabschnittes geändert werden, auch ist die Polzahl frei wählbar. Anstelle
der Verwendung von Dioden in den Gleiehrichterkreisen zur Umwandlung der Nachweissignale.nach
einem Phasenvergleich in Gleichstromsignale kann man die Nachweissignale auch unter
Verwendung der Transistoren zur Steuersignalverstärkung gleichrichten. Schließlich
kann der Reglerkontakt S9 auch zwischen die beiden Anschlussklemmen der Rotorspule
L4 angeschlossen werden.
Demgemäss bezieht sich die vorstehende
Offenbarung selbstverständlich nur auf eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung,
und die Erfindung umfasst alle Änderungen und Abwandlungen dieses zum Zwecke der
Offenbarung ausgewählten Ausführungsbeispieles, die nicht von dem Wesen und Grundgedanken
der Erfindung abweichen.