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.Brushless high-frequency regulating motor The invention relates to a brushless motor of the so-called high-frequency rotary position regulating type, the armature current being controlled by detecting the rotary position of the rotor by means of a contact-free arrangement that works with static or magnetic induction using high-frequency signals and the detected signals for control used by transistors or other semiconductor switching elements. In particular, the invention relates to a novel arrangement for stabilizing the speed of rotation of a brushless motor of the type mentioned. A brushless high-frequency control motor with position detection signals has already been proposed elsewhere. This motor has essentially the same characteristic curve as a low-current shunt motor with ordinary brushes and commutator. Fluctuations in the rotational speed are caused, for example, by voltage fluctuations in the direct current source. An initially available measure to switch off this fluctuation in the rotational speed consists in inserting a regulator contact directly into the armature circuit, so that an on-off control of the armature current takes place by means of suitable switching elements in accordance with the opening and closing of the regulator contact, similar to a normal DC motor with brushes. However, this measure has various disadvantages, such as, for example, the short service life of the contact linings and the generation of a lot of noise, since the armature current flows directly through the regulator contact. Since the armature of a brushless motor is also on the stator side, the armature current must flow via a slip ring through the regulator contact on the rotor shaft. This requires a comparatively complicated structure. A main object of the invention is to provide a rotational speed stabilizer with the most favorable characteristic and without the disadvantages described above for a brushless high-frequency control motor. This goal is achieved by a corresponding construction of the switching elements, with high-frequency signals induced in the rotor shaft reaching the detection section via a regulator contact. According to the present invention, a brushless electric motor is characterized in that control signals generated in accordance with the angular position of the motor rotor are used to control the armature current, high-frequency signals induced therein being fed into a detection section of the rotor , and that a rotational speed stabilizer has a controller seated on the motor shaft has openable and closable contact device opened by centrifugal action, wherein the contact device feeds the high-frequency signal induced in the rotor into. controls the verification section. The essence, basic idea and details of the invention will become more clearly apparent from the following description with reference to a preferred embodiment in conjunction with the accompanying drawing. 1 shows a circuit diagram with the essential switching stages of a preferred embodiment of the invention, FIG. 2 shows a partially sectioned view with the essential components of an electric motor according to the invention, and FIG. 3 shows a section along the line III - III in Fig. 2. According to Fig. 1, a high-frequency oscillator 1 with a transistor TR1, resistors R1, R2 and R3, capacitors C1, C2, C3 and C4 and stator coils L1 and L2 of a transformer T1 is used to generate vibrations. The coils L1 and L2 are magnetically coupled to one another and thus belong to an oscillating circuit of the Hartley type. The transformer T1 has a stator ferrite toroidal core F1 according to FIG. 2, on which the aforementioned resonant circuit coils L1 and L2 and a third coil L3 are wound for phase comparison. The transformer T1 also has a rotor ferrite toroidal core F2 which is seated on the motor shaft K and on which a fourth coil L4 is wound. The transformer T1 is constructed in such a way that an extremely narrow gap remains between the two cores F1 and F2. The output oscillation of the oscillator 1 is consequently continued to be induced in the rotor coil L4 regardless of the rotation of the core F2. The high-frequency signals induced in the rotor coil L4 are fed into further rotor coils LSa, LSb, L5c and L5d within a detection section 2 via a contact of a controller G. These four rotor coils L 5a to L5d are each wound on four poles which are provided on a second rotor core F2 at the same angular intervals and which rotate with the rotor shaft K. Detection coils L68, L6b 'L7a, L 7b, L8a and L8b' are wound onto six poles of a second stator core F4, each having the same mutual angular spacing, and each of which is magnetically coupled one after the other to one of the rotor coils L5a to L5d. The stator-side detection coils, which are each arranged diametrically opposite one another, are each connected in pairs, ie the coil pairs L 6a and L6b, L 7a and L 7b or L 8a and L 8b. The high-frequency signals induced simultaneously in the two coils of each pair result in a high-frequency signal e, the phase of which is compared with a comparison signal d continuously generated in the comparison signal coil L3 and which is only used as a control signal if it is in phase with the comparison signal ed . If, in particular, the rotor coils L 5b and L 5d are in the positions shown in FIG. 1, the high-frequency signal supplied by the oscillator 1 via the rotor coil L4 to the coils L 5a to L 5d is transmitted by induction to the detection coils L 7a and L 7b . As long as the high-frequency signal e generated in these two coils is in phase with the high-frequency signal ed from the comparison coil L3, the sum signal formed by superimposing these two signals is applied to a rectifier circuit consisting of a diode D2, a resistor R7 and a capacitor C6, and a rectified one Voltage e2 is generated between the output terminals t2 and ta of the rectifier circuit. As soon as the rotor position is rotated by 300 clockwise compared to the position shown in FIG. 1, a rectified voltage e1 appears between the output terminals t1 and t8, which is coupled by means of the coils L 5a and L 6a as well as L 5c and L 6b. When the rotor is rotated by a further 300 to a further angular position, a rectified voltage e3 appears between the output terminals t3 and t a. I. E. the voltages e1, e2 and e3 are generated one after the other in the respective rectifier circuit in accordance with the respective angular position of the rotor shaft K. The high-frequency comparison signal ed is used in the manner described above for phase comparison and is simultaneously converted into a direct current signal which is used to generate a reverse bias in a rectifier circuit consisting of a diode D4, a capacitor C8 and a variable resistor VR. The circuit of Figure 1. Further includes transistors TR2, TR5, and TR8 to the control signal amplification and respectively in transistor switching stages connected transistors TR3, TR4 and TR6, TR7, and TR9 and TR10 'The motor has a four pole permanent magnet armature M in which, with armature coils L, L L, L, L and 9a 9b 10a 10b 11a L 11b cooperates. The direct current source E is connected as shown, and the direction of rotation of the motor is switched by means of a switch Sw. The armature core is denoted by the reference number Ar in FIG. FIG. 3, which shows a cross section along the line III - III in FIG. 2, shows the essential components of a regulator G with a contact Sg, a weight W and a counterweight B. The regulator contact S9 has a connection terminal of the type shown in FIG Rotor coil L4 connected. As soon as the engine speed exceeds a set value, the contact S9 is opened by the centrifugal force acting on the weight W, so that the feeding of high-frequency signals into the detection section 2 is blocked. As a result, no high-frequency signals are induced in the detection coils and the transistors TR2, TR5 and TR $ do not receive any input signals. As a result, no current flows through the armature coils and the speed decreases. The regulator contact is closed again to a corresponding extent, and control signals e1, e2 and e3 are generated in the sequence determined by the method of operation described above, so that the armature current required to excite a rotation flows again. By repeating the work steps described above, the rotor speed is stabilized so that values are obtained in the immediate vicinity of the opening or closing point of the regulator contact S9. As described above, the present invention provides numerous advantages which are very valuable in practice. Since, for example, the regulator contact is only used to shut off or control the feed of very weak high-frequency signals induced in the rotor, no slip ring arrangement is required. Since, in addition, only a high-frequency current with low intensity flows through the regulator contact, the noise generated when this contact is opened and closed is of an order of magnitude that can normally be neglected. The service life of the contact points is also quite long. It will be understood by those skilled in the art that numerous modifications are possible in the embodiment of the invention described above. In particular, details of the transistor switching stages and the arrangement of the detection section can be changed, and the number of poles can also be freely selected. Instead of using diodes in the rectifier circuits to convert the detection signals, after a phase comparison into direct current signals, the detection signals can also be rectified using the transistors for control signal amplification. Finally, the controller contact S9 can also be connected between the two connection terminals of the rotor coil L4. Accordingly, the above disclosure of course relates only to a preferred embodiment of the invention, and the invention includes all changes and modifications to this embodiment selected for the purpose of disclosure that do not depart from the spirit and principles of the invention.