DE1188190B

DE1188190B - Schleifringloser Mehrphasenservomotor

Info

Publication number: DE1188190B
Application number: DES57286A
Authority: DE
Inventors: Herbert Poppinger
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1958-03-11
Filing date: 1958-03-11
Publication date: 1965-03-04

Description

Schleifringloser Mehrphasenservomotor Die Erfindung bezieht sich auf einen schleifringlosen Mehrphasenservomotor. Für Steuer- und Regelzwecke werden als Servomotoren sowohl Gleichstromals auch Wechselstrommotoren verwendet. Die Gleichstrommotoren haben den Vorteil, daß sie bei entsprechender Auslegung sehr kleine Anlaufzeiten ermöglichen. Bei Wechselstrommotoren, z. B. Hysteresis- oder Käfigläufermotoren erreicht man diese günstigen Anlaufgeschwindigkeiten nicht, sie haben aber den Vorteil, ohne Kommutator oder Schleifringe auszukommen, sind also kaum störanfällig.
Um die Vorteile von Gleichstrommotoren mit denen der kommutatorlosenWechselstromrnotoren zu kombinieren, werden die Feldwicklungen eines Wechselstrommotors bereits mit Hilfe von elektronischen Mitteln periodisch ein- und ausgeschaltet. Die Schaltfolge wird dabei durch einen Impulsgeber gesteuert, der im wesentlichen wie eine Synchronmaschine aufgebaut ist und aus einem Rotor und auf dem Stator angebrachten Abtastorganen besteht. Der Rotor ist dabei mit dem Anker des Wechselstrommotors gekoppelt und besteht bei den bekannten Anordnungen aus einem Permanentmagneten. Als Abtastorgane sind dabei die am Stator des Impulsgebers angeordneten Wicklungen anzusehen, die jeweils einen Impuls liefern, wenn sich der Stator an ihnen vorbeibewegt. Mit diesen Impulsen werden die elektronischen Schalter und damit die Erregerwicklung des Motors in dem gewünschten Takt nacheinander aus- und eingeschaltet. Bei Motoren dieser Art ist es auch bereits bekannt, als Abtastorgane für den Impulsgeber magnetfeldabhängige Widerstände zu verwenden. Bei Einrichtungen zum periodischen kontaktlosen Ein- und Ausschalten von Stromkreisen ist es ferner bekannt, die Schaltfolge durch einen Impulsgeber mit kapazitiven Abtastorganen zu steuern.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung solcher schleifringlosen Mehrphasenmotoren. Die Erfindung besteht darin, daß die Abtastorgane auf einem gemeinsamen, gegenüber dem rotierenden Läuferdes Impulsgebers und den Ständerwicklungen des Servomotors vierdrehbaren Rahmen angeordnet sind. Als Abtastorgane können z. B. in bei Motoren dieser Art an sich bekannter Weise Wicklungen oder magnetfeldabhängige Widerstände auf dem gemeinsamen Rahmen angeordnet werden. Als Rotor wird dann ein Permanentmagnet verwendet. In gleicher Weise können aber auch in an sich bekannter Weise kapazitive Abtastorgane verwendet werden.
Durch Verstellen dieses Ständers wird es möglich, das von dem Wechselstrommotor abgegebene Drehmoment in einem weiten Bereich drehzahlunabhängig einzustellen. Bei den bekannten Drehfeldmotoren besteht dagegen eine annähernd quadratische Beziehung zwischen der Drehzahl und dem abgegebenen Drehmoment.
An Hand der Zeichnung sei ein Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert und die Wirkungsweise beschrieben.
Ein Servomotor 1, bestehend aus dem Polrad 2 und den Feldwicklungen 3, 4 und 5 wird über Kippverstärker 6, 7, 8 eingespeist. Die Spannungsversorgung der Kippverstärker geschieht über ein Netzgerät 9, in das auch das Steuerkommando für den Lauf des Motors eingeführt werden kann. Der Impulsgeber 10 besteht aus einem mit dem Polrad 2 starr verbundenen Kern 11, z. B. einem Weicheisenkern oder einem Dauermagneten, und den Induktionswicklungen 12, 13 und 14. Es ist ersichtlich, daß die zusammengeschalteten Wicklungen, also 3, 12; 4, 13 und 5, 14 gegeneinander um einen vorgegebenen Drehwinkel, im Bild 120°, versetzt angeordnet sind. Die Induktionswicklungen 12 bis 14 sind im gezeichneten Ausführungsbeispiel auf einem drehbaren Ring 15 angeordnet, so daß die Induktionsspulen gegenüber den Erregerwicklungen des Servomotors verstellt und damit das Motordrehmoment gesteuert werden kann. Der eingezeichnete Pfeil mit der Skala deutet die Verstellmöglichkeit an. Zwischen den Induktionswicklungen 12 bis 14 und den Kippverstärkern 6 bis 8 ist im Ausführungsbeispiel als weiteres Element ein Umsteuergerät 16 eingeschaltet. Durch dieses Umsteuergerät ist es möglich, die Reihenfolge der angeschalteten Wicklungen umzupolen und damit die Drehrichtung des Servomotors umzukehren. In das Umsteuergerät können weiterhin Integrationsglieder, z. B. RC-Kombinationen, zur Drehzahlregelung eingeschaltet werden. Diese Integrationsglieder bewirken eine zeitverzögerte Aufschaltung der Kippverstärker und damit eine verzögerte Weiterschaltung des Drehfeldes.
Zur Einstellung des Polringes 15 kann mit dem Polrad des Motors 1 ein Tachogenerator als Regelelement gekoppelt werden, der seinerseits in Abhängigkeit von der erzeugten Spannung eine Polwinkelverstellung am Impulsgeber vornimmt. Selbstverständlich kann diese vom Tachogenerator erzeugte Spannung auch an den Integrationsgliedern oder den Kippverstärkern eingeführt werden.
Die Wirkungsweise der Anordnung gemäß der Erfindung ergibt sich wie folgt: Steht das Polrad in der eingezeichneten Stellung, so wird durch den Kern 11 in der Induktionswicklung 14 eine Spannung bzw. eine Spannungsänderung hervorgerufen. Dieser Spannungsimpuls bewirkt das Einschalten des Kippverstärkers 8 und damit das Anlegen der Wicklung 5 an Spannung. Nun dreht das Polrad 2 in der eingezeichneten Pfeilrichtung. Hat das Polrad 2 mit seinem Nordpol die Wicklung 5 erreicht, so hat inzwischen der Kern 11 mit seinem Nordpol in der Wicklung 13 eine Spannung induziert, die den Kippverstärker 7 zuschaltet und damit die Wicklung4 an Spannung legt. Die Kippverstärker sind gegenseitig so verriegelt, daß beim Einschalten des einen jeweils die beiden anderen keine Ausgangsspannung liefern.

Claims

Patentansprüche: 1. Schleifringloser Mehrphasenservomotor, dessen Ständerwicklungen nacheinander fortlaufend mittels impulsgesteuerter Kippverstärker an eine Gleichspannungsquelle angeschaltet werden, und dessen Läufer reit dem Läufer eines die Kippverstärker steuernden Impulsgebers gekuppelt ist, auf dessen Stator Abtastorgane angebracht sind, die den Kippverstärkern zugeordnet sind und diese durchsteuern, wenn sich der Rotor des Impulsgebers an dem Abtastorgan vorbeibewegt,dadurch gekennzeichnet,daß die Abtastorgane auf einem gemeinsamen, gegenüber dem rotierenden Läufer des Impulsgebers und den Ständerwicklungen des Servomotors verdrehbaren Rahmen angeordnet sind.
2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Impulsgeber versetzt angeordnete, an Spannung liegende Induktionsspulen dienen, in denen in an sich bekannter Weise von einem rotierenden, mit dem Anker des Servomotors starr verbundenen Weicheisenkern Spannungsänderungen erzeugt werden.
3. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Impulsgeber versetzt angeordnete Induktionswicklungen dienen, in denen in an sich bekannter Weise von einem rotierenden Permanentmagneten Impulsspannungen induziert werden.
4. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgeber in an sich bekannter Weise kapazitive Abtastorgane trägt.
5. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Stator des Impulsgebers in an sich bekannter Weise magnetfeldabhängige Widerstände angeordnet sind und als Rotor ein Permanentmagnet dient.
6. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Kippverstärker in an sich bekannter Weise eine der Phasenzahl angepaßte Zahl von Transistorkippverstärkern eingesetzt sind.
7. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Einschaltung eines Umsteuergerätes zwischen Impulsgeber und Kippverstärker, durch das die Reihenfolge der angeschalteten Motorwicklungen umgepolt werden kann. B. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in an sich bekannter Weise vorzugsweise einstellbare Integrationsglieder, z. B. RC-Kombinationen, zwischen Impulsgeber und Kippverstärker eingeschaltet sind. 9. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch die Verwendung von Tachogeneratoren als Regelelemente zur Steuerung der Integrationsglieder und/oder der Polwinkelverstellung des die Induktionsspulen tragenden verdrehbaren Rahmens des Impulsgebers. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 676 668; deutsche Auslegeschrift Nr. 1025 504; französische Patentschriften Nr. 1124 933, 1128 846; USA.-Patentschrift Nr. 2 719 944; »L'Electricien«,1955, S. 229.