DE2358455A1 - Elektrischer gleichstrom-motor.- - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

DR.-ING. HANS LEYH

lPL-K-IS ERNST RATi-JKANN

München 71,

Melchiorstr. 42

Unser Zeichen: Ä 12 758

FERRANTI LIMITED Hollinwood, Lancashire England

Elektrischer Gleichstrom-Motor

Die Erfindung betrifft elektrische Gleichstrom-Motore _t insbesondere solche Motore mit einem magnetischen Rotor und einem Sfetor, der mit Feldwicklungen versehen ist und mit einer Steuereinrichtung, um.selektiv und nacheinander die Feldwicklungen zu erregen, wobei die Steuereinrichtung kapazitive Mittel umfaßt, um die Winkelposition des Rotors bezüglich der Feldwicklungen festzustellen.

Gemäß der Erfindung wird dies erreicht durch ein erstes Teil mit wenigstens einer metallischen Elektrode für jede Feldwicklung, wobei die Elektroden gleichmäßig um die Welle in vorgegebener Weise zu. den Feldwicklungen verteilt sind, ein zweites Teil mit einer weiteren metallischen Elektrode, die sich mit der Welle dreht, einem Impulsgenerator der mit der Elektrode des zweiten Teils verbunden ist, einer Vielzahl von Demodulatoren, von denen jeder jeweils zwischen eine Feldwicklung und

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ihre zugehörige Elektrode oder Elektroden des ersten Teiles geschaltet ist, so daß durch die Drehung der Welle Impulse, die von jedem Demodulator von der Elektrode des zweiten Teiles empfangen werden, in ihrer Größe entsprechend den Veränderungen der kapazitiven Kopplung mit der zugeordneten Elektrode des ersten Teiles verändert werden, wobei der Impulsgenerator bei einer Frequenz wirksam ist, die ausreichend größer als die Drehfrequenz der Welle für jeden impuls von den Demodulatoren ist, um im wesentlichen die Stärke der kapazitiven Kopplung bei der Drehung der Welle anzugeben.

Die Elektroden de3 ersten Teiles sind elektrisch gegeneinander isoliert und ihre Anzahl ist zweckmäßigerweise gleich oder ein vielfaches der Anzahl der Feldwicklungen. Bei jeder Umdrehung der Welle wird die Stärke der kapazitiven Kopplung zwischen der mit der Welle umlaufenden Elektrode des zweiten Teiles und jeder Elektrode des ersten Teiles größer und wieder kleiner, so daß auf diese Weise durch die Steuereinrichtung die Winkelposition des Rotors festgestellt werden kann.

Der Impulsgenerator liefert zweckmäßigerweise Impulse mit einer Frequenz die wenigstens etwa zwanzigmal größer ist als die Drehfrequenz der Welle. Bei jeder Umdrehung der Welle erzeugt jeder Demodulator einen Impuls und der Impulsverlauf der Demodulatoren stellt die unterschiedlichen Winkelpositionen des Rotors bei der Drehung der Welle dar. Die von jedem Demodulator gelieferten Impulse entsprechen Impulsen, die zugeführt werden, um die zugehörige Feldwicklung zu erregen. Das erste Teil und/ oder das zweite Teil können in der Art einer gedruckten Schaltung aufgebaut sein, wobei die Elektroden auf ebenen Flächen von isolierenden Trägern montiert sein können. Der isolierende Träger des zweiten Teiles kann eine Scheibe aufweisen und die metallische Elektrode auf diesem Träger kann auf einem Sektor einer ebenen Fläche dieser Scheibe ausgebildet sein. Die von den

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Demodulatoren gelieferten Impulse können eine kegelstumpfförmige Sägezahn-Form haben. Die Dauer des an die zugehörige Feldwicklung angelegten Impulses kann daher durch einen unteren Schwellenwert des Demodulators bestimmt werden, unter welchem der Demodulator keinen Impuls abgibt." Zweckmäßigerweise kann bei einer besonderen Anordnung von Metallsektoren auf dem ersten und dem . zweiten Teil eine Feldwicklung, .die mit einem Zweig des Schaltkreises verbünden ist,in steigendem Maße erregt werden, während die Feldwicklung, die mit dem vorhergehenden Schältkreisarm verbunden ist, in abnehmendem Maße erregt wird.

Der erste Teil kann relativ zu den Feldwicklungen vershiebbar bzw. drehbar angeordnet sein. Die Steuereinrichtung kann damit in gewünschter Weise" durch einfache Verdrehung des ersten Teiles eingestellt werden. Wenn ferner der Gleichstrom-Motor reversibel arbeiten soll, so kann der erste Teil um 180° relativ zu den Feldwicklungen gedreht werden, um die elektrischen Verbindungen zwischen den Feldwicklungen und den Elektroden des ersten Teiles umzukehren. Wenn der Motor eine ungerade Anzahl von Feldwicklungen hat und er reversibel arbeiten soll, dann muß der erste Teil mit zweimal so viel Elektroden versehen sein als Feldwicklungen vorhanden sind, wobei die Elektroden gleichmäßig jim die Welle verteilt sind, wobei eine Gruppe aus alternierenden Elektroden an die Feldwicklungen angeschlossen ist, um die Welle in einer Richtung zu drehen, während die andere Gruppe alternierender Elektroden an die Feldwicklungen angeschlossen ist, um die Welle in entgegengesetzter Richtung zu drehen.

Die Schaltung der Steuereinrichtung kann außer für die variablen Kapazitäten zwischen den Elektroden auf dem ersten und dem zweiten Teil, in bzw. als integrierte Halbleiterschaltung ausgebildet sein, die konventionell aufgebaut ist. Die integrierte Schaltung kann auf derselben Fläche des isolierenden Trägers des ersten Teiles wie die Metalielektroden montiert und mit den letzteren

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in geeigneter Weise durch auf dem isolierenden Träger angeordnete Leitungen verbunden sein.

Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung im einzelnen erläutert, in der

Fig. 1 schematisch einen Dreiphasen-Gleichstrom-Motor mit seiner Steuereinrichtung zeigt.

Fig. 2 zeigt in Draufsicht eine drehbare Scheibe und einen Teil einer gedruckten Schaltkreisplatte, die zu der Steuereinrichtung gehört.

Fig. 3 zeigt die Steuereinrichtung in der Art eines Blockdiagrammes.

Fig. 4a, 4b und 4c zeigen Impulsverläufe der drei Steuerphasen des Gleichstrom-Motores, wobei die Fig. 4a und 4b Spannungsimpulse an unterschiedlichen Stellen der Steuereinrichtung und Fig. 4c Stromimpulse darstellen, um die Feldwicklungen des Motors selektiv und nacheinander zu erregen.

Der Gleichstrom-Motor nach Fig. 1 hat im allgemeinen einen konventionellen Aufbau außer hinsichtlich der Steuereinrichtung, durch die der Motor selbststartend ist und seine Drehzahl vorgewählt werden kann. In einem Gehäuse 11 sind daher, was nicht gezeigt ist, ein Stator mit drei in gleichen Winkelabständen angeordneten Feldwicklungen und ein Magnet-Rotor angeordnet, der um eine Welle 12 rotiert. Die im Schnitt gezeigte Steuereinrichtung umfaßt einen ersten Teil mit einer gedruckten Schaltkreisplatte 13, die mit Schiebesitz auf der Welle 12 sitzt. Die Schaltkreisplatte 13 ist drehbar relativ zu der Welle 12 verschiebbar aber sie ist gegen eine Drehung mit der Welle gehalten. Drei in gleichen Winkelabständen angeordnete metallische Elektroden oder

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Sektoren 14 sind auf der ebenen Oberfläche der Schaltkreisplatte auf der dem Gehäuse 11 abgewandten Seite vorgesehen. Die Sektoren 14 sind elektrisch gegen den Rest des Motors in dem Gehäuse durch eine kontinuierliche Metallfolie 15 abgeschirmt, die auf Null-Potential gehalten und auf der Oberfläche der Schaltkreisplatte, die dem Gehäuse 11 zugewandt ist, angeordnet ist. Die Steuereinrichtung umfaßt ferner eine Scheibe 16, die auf der Welle 12 und mit dieser zusammen drehbar montiert ist. Die Scheibe ist weiter entfernt vom Gehäuse 11 als die Schaltkreisplatte 13 und ,sie hat eine metallische Elektrode oder einen Sektor 17 auf der ebenen Oberfläche, die "der Schaltkreisplatte gegenüberliegt. Die Scheibe 16 ist im übrigen ebenfalls in der Art einer gedruckten Schaltkreisplatte· aufgebaut.

Die metallischen Sektoren 14 und 17 sind in Fig. 2 gezeigt. Jeder Sektor 14 auf der platte 13, die elektrisch gegeneinander isoliert sind, umfaßt einen Winkel von etwa 60° bezogen auf die, Mitte der Welle 12, während der Sektor 17 auf der Scheibe 16 einen Winkel von etwa 120° umfaßt. Eine entgegengesetzte Anordnung, bei der die Sektoren 14 etwa 120° und der Sektor 17 etwa 60° umfaßt ist ebenfalls möglich, wie auch andere Winkelkombinationen verwendbar sind. Die Sektoren sind so angeordnet, daß drei Kapazitäten gebildet werden durch den Luftspalt zwischen den sich gegenüberliegenden Flächen der Schaltkreisplatte 13 und der Scheibe 16, wobei die Elektroden jeder Kapazität den Sektor 17, der zu jeder der Kapazitäten gehört und einen Sektor 14 umfassen. Wenn die Scheine 16 rotiert nimmt somit die Kapazität zwischen dem Sektor 17 und einem Sektor 14 zu, während sie zwischen dem Sektor 17 und einem anderen Sektor 14 abnimmt_r während die dritte Kapazität im wesentlichen Null ist* Wenn die Kapazität zwischen dem Sektor 17 und einem Sektor 14 ihren maximalen Wert hat, was dann der Fall ist, wenn der Sektor 14 dem Sektor 17 ganz gegenüberliegt, so sind die beiden anderen Kapazitäten im wesentlichen gleich Null. ι

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Die drei Feldwicklungen des Gleichstrom-Motors erfordern eine Dreiphasen-Steuerung und jeder der Sektoren 14 auf der Platte ist einer entsprechenden Phase zugeordnet und mit einer entsprechenden Feldwicklung durch nicht gezeigte elektrische Leitungen verbunden. Wenn der Rotor in irgendeiner Richtung sich dreht, so steigt in jeder Phase die Stärke der kapazitiven Kopplung zwischen dem Sektor 17 auf der Scheibe 16 und einem Metallsektor 14 im wesentlichen linear bis zu einem Maximum an und fällt dann im wesentlichen linear auf Null ab. Der Metallsektor 17 ist somit nacheinander und wahlweise über die Sektoren 14 auf der Platte

13 kapazitiv mit der Feldwicklung-Steuerung gekoppelt.

Fig. 3 zeigt in Form eines Blockdiagrammes die Schaltung für die Steuerung des Gleichstrommotors. Die Schaltung umfaßt drei identische Zweige,, wobei die einzelnen Zweige den einzelnen Phasen des Motors zugeordnet sind und jeder Schaltungszweig mit einer Feldwicklung des Motors verbunden ist. Jeder Zweig der Schaltung enthält eine variable Kapazität 20, die das Ausmaß bzw. die Stärke der Kopplung zwischen den zusammenwirkenden Sektoren 14 und 17 auf der Platte 13 und der Scheibe 14 angibt. Die Kapazität 20 liegt in Reihe zwischen einem Impulsgenerator 21, der einen Oszillator aufweist und für jeden Schaltungsarm gemeinsam ist, sowie einem Demodulator und Verstärker 22. Der Sektor 17 auf der Scheibe 16 ist mit dem Impulsgenerator 21 verbunden und in jedem Schaltungsarm ist der zugehörige Sektor

14 mit dem Verstärker 22 verbunden. Die Streukapazität wird durch einen Kondensator 23 dargestellt, der mit einem Punkt, der auf Null-Potential gehalten ist und einem Punkt zwischen der Kapazität 20 und dem Verstärker 22 verbunden ist. In jedem Schaltungszweig ist zwischen der Feldwicklung und dem Verstärker 22 ein Ausgangsverstärker 24 angeordnet.

Wie Fig. 1 zeigt, sind die Sektoren 14 an eine integrierte Halbleiterschaltung 28 über eine gedruckte Verdrahtung 29 an-

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geschlossen, die auf derselben Fläche der Platte 13 wie die Sektoren 14 ausgebildet ist. Die elektrischen Elemente der Schaltung nach Fig. 3 sind außer den Kapazitäten 20 in der . integrierten Schaltung 28 vorgesehen bzw. ausgebildet. Die Sektoren 14 sind über Leitungen 29 an die Demodulatoren bzw. Verstärker 22 angeschlossen und gegen die Welle elektrisch isoliert. Der Sektor 17 ist über die Welle 12 und das Gehäuse 11 des Motors mit dem Impulsgenerator 21 verbunden.

Die Fig. 4a und 4b zeigen die Spannungswellenformen ote Ausgangs des Impulsgenerators 21 und der Verstärker 22, während Fig. 4c den Stromausgang der \&rstärker 24 zeigt. Die Figuren zeigen den PhasenZusammenhang der Ausgänge in den verschiedenen Schaltkreiszweigen. Der Ausgang des Impulsgenerators 21 hat eine Frequenz von 3 MegaHertz. Bei jeder Umdrehung des Rotors werden in jedem Schaltkreiszweig Impulse vom Impulsgenerator 21 nur dann zu den Demodulatoren bzw. Verstärkern 22 übertragen, wenn die kapazitive Kopplung zwischen dem zugehörigen Sektor 14 und dem Sektor 17 einen endlichen Wert hat. Die Frequenz der Impulse vom Impulsgenerator 21 „ist genügend höher als die Drehfrequenz des Rotors für jeden Impuls vom Demodulator und sie stellt die Umhüllende der Impulse dar, die an den Demodulator übertragen werden, um im wesentlichen die Größe der kapazitiven Kopplung darzustellen. Zweckmä.ßigerweise liefert der Impulsgenerator Impulse mit einer Frequenz, die wenigstens zwanzigmal größer ist als die Drehfrequenz der Welle. Die demodulierte Hüllkurve der Impulse vom Impulsgenerator 21, die über die Kapazitäten 20 übertragen werden, ist als kontinuierliche Linie in Fig. 4b gezeigt. Der Ausgang jedes Demodulators 22 umfaßt, wie ebenfalls in Fig. 4b gezeigt ist, einen Impuls mit kegelstumpfförmiger Sägezahnform bei jeder Umdrehung des Rotors zwischen den gestrichelten Linien A-A und B-B. Die Impulsausgänge in benachbarten Schaltungszweigen sind um 120° außer Phase zueinander. Die entsprechende Stromsteuerurig der FeId-

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wicklungen des Rotors durch die Verstärker 24 hat, wie Fig. 4c zeigt/ im wesentlichen dieselbe Wellenform wie der Spannungsausgang jedes Demodulators/Verstärkers 22. Die Steuereinrichtung liefert somit Signale, die die Winkelposition des Rotors relativ zu den Feldwicklungen des Motors angeben.

Die Steuereinrichtung stellt die Winkelposition des Rotors am Anfang fest, so daß der Motor in einer vorgewählten Richtung selbst anlaufen kann. Das heißt beim Erregen des Gleichstrom-Motors wird die Winkelposition des Rotors festgestellt und ein Impuls über den zugehörigen Schaltkreiszweig an die entsprechende Wicklung gegeben, um den Rotor dazu zu bringen, in der vorgewählten Richtung sich zu drehen.

Wenn der Rotor sich weiter dreht, so werden die Feldwicklungen selektiv und nacheinander in Phase mit der Drehung des Rotors erregt, so daß dem Rotor in der vorgewählten Richtung ein kontinuierliches Drehmoment erteilt wird. Der Rotor setzt damit seine Drehung in der vorgewählten Richtung fort. Die erforderliche Art und Weise der Erregung der Feldwicklungen wird durch die Steuereinrichtung vorgenommen, wie durch den Stromimpulsverlauf in Fig. 4c angezeigt ist.

Die Form der Spannungsimpulse der Ausgänge der Demodulatoren ermöglicht eine erwünschte Art der Steuerung der Erregung der Feldwicklungen. In Übereinstimmung mit der linearen Zunahme und Abnahme der Stärke der kapazitiven Kopplung zwischen dem jeweiligen Sektor 14 auf der Platte 13 und dem Sektor 17 auf der äheibe 16 an beiden Enden jedes Impulses von jedem Demodulator/Verstärker 22 sind diese Enden geneigt. Das heißt, die Höhe dieser Impulse und damit ihre Gesamtdauer kann eingestellt werden indem der untere Schwellenwert, der durch die Linie A-A in Fig. 4b angegeben ist und unterhalb dem der Demodulator 22 keinen Impuls überträgt, variiert wird. Bei einer besonderen An-

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Ordnung der Sektoren 14 und 17 ist die Dauer der Stromimpulse, die von jedem Verstärker 24 geliefert werden, von dem unteren Schwellenwert A-A des Demodulators/Verstärkers 22 abhängig. Der Anteil von jeder Umdrehung des Motors, während welchem eine· Feldwicklung erregt wird, wenigstens in teilweisem Umfang und ausgedrückt als der Winkel gleich dem Anteil von 360°, ist bekannt als der Steuerwinkel und durch den unteren Schvsd.lenwert A-A des pemodülators 22 bestimmt. Ferner ist mit dem Demodulator 22 der höhere Schwellenwert B-B in Fig. 4b verbunden, der in \örbindung mit dem unteren Schwellenwert A-A die Höherer Spannungsimpulse bestimmt, die durch den Demodulator/Verstärker 22 geliefert werden. Indem der obere und der untere Schwellenwert, die dem Demodulator/Verstärker 22 zugeordnet sind, beide in dem geneigten Außenteil der Impulse liegen, die dem Demodulator 22 zugeführt derden, wird der gewünschte Schaltvorgang erreicht, der die aufeinanderfolgende und selektive Erregung . der Feldwicklungen bewirkt und durch jeden Impuls vorgenommen wird. Zufällige Stromspitzen, die die Feldwicklungen schädigen könnten, bzw. auf sie übertragen werden, werden praktisch nicht erzeugt. Die Demodulacoren-Verstärker 22 enthalten Begrenzungsverstärker, jeder mit einer einstellbaren Einrichtung* beispielsweise einem Potentiometer (nicht gezeigt), so.daß der Steuerwinkel vorgewählt werden kann. Durch eine geeignete Schaltung können sowohl der Steuerwinkel als auch die Amplitude gleichzeitig geändert werden, um jede gewünschte Motor-Charakteristik und damit einen optimalen Wirkungsgrad zu schaffen.

Durch Einstellen des oberen Schwellenwertes der Demodulatoren bezüglich des unteren Schwellenwertes kann der maximale Strom, der jeder Feldwicklung zugeführt wird, gesteuert werden. Je höher der den Feldwicklungen zugeführte Maximaistrom ist umso gleichmäßiger ist der Lauf des Motors, wobei jedoch der gewünschte Maximalstrom durch die Konstruktion-des Stators und des Rotors des Gleichstrommotores bestimmt ist.

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Die Sektoren 14 und 17 sind auf der Platte 13 bzw. auf der Scheibe 16 so angeordnet, daß bei benachbarten Phasen die Stärke der kapazitiven Kopplung in einem Schaltungsarm während der gesamten Zeit zunimmt, während die Stärke der kapazitiven Kopplung in dem vorhergehenden Schaltungszweig abnimmt. Die Steuereinrichtung ist außerdem so ausgebildet, daß der der Feldwicklung zugeführte Strom, die zu dem nachfolgenden Schaltkreiszweig gehört _f während der gesamten Zeit zunimmt, während der der Feldwicklung zugeführte Strom, die zum vorhergehenden Schaltungszweig gehört, reduziert wird. Somit wird der Strom zwischen den Feldwicklungen beider Phasen geteilt bis der Maximalstrom der Feldwicklung der nachfolgenden Phase zugeführt wird. Der Motor Blockiert somit praktisch nicht und wenn er zufällig blockieren sollte, so sollte der den Feldwicklungen zugeführte Strom nicht über den Wert steigen, der für den Antrieb des Motors erforderlich ist.

Die Frequenzen der Impulse, die von einem Zweig der Schaltung geliefert werden, repräsentieren die Drehzahl des Rotors. Wenn die Drehzahl des Rotors auf einem vorgewählten Wert gehalten werden soll, so wird die Steuereinrichtung mit einem Drehzahlregler ausgestattet, der manuell einstellbar ist, so daß eine gewünschte Drehzahl aufrechterhalten wird. Bei der dargestellten Steuereinrichtung ist ein Drehzahlregler 30 vorgesehen, der in bekannter Weise eine Spannung liefert, die die gewünschte Drehzahl darstellt, wobei der Spannungsausgang des Drehzahlreglers direkt proportional zu der gewünschten Drehzahl ist. Dieser Spannungsausgang wird durch einen Komparator 31 mit dem Spannungsausgang eines eine Frequenz in eine Spannung umformenden Umwandlers 32 verglichen, der an jeden Schaltungsarm der Schaltung an einem Punkt zwischen dem Verstärker 24 und der zugehörigen Feldwicklung angeschlossen ist. Die Impulsfrequenz ist, wie oben ausgeführt, in jedem Schaltungszweig proportional zur Drehzahl des Rotors, womit der Spannungsausgang des ümwandlers 32 die

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wirkliche Drehzahl des Rotors repräsentiert und ihr- direkt

proportional ist. Wenn festgestellt wird., daß die wirkliche Drehzahl des Rotors von dem gewünschten Wert abweicht, erzeugt der Komparator 31 ein Signal, das an jeden der Ausgangsverstärker 24 gelegt wird, entweder um entsprechend den Steuerwinkel der diesen Verstärkern zugeführten Stromimpulse zu verändern oder um den Maximalstrom zu begrenzen _t der an die Feldwicklungen gelegt wird. Der Komparator 31 und der Wandler bilden einen Teil der Schaltung, die den Gleichstrom-Motor ■steuert.

Der Rotor soll, in Uhrzeigerrichtung und in Gegenuhrzeigerrichtung laufen können und um nun seine Drehrichtung umzukehren ist es erforderlich, die Anschlußklemmen der Feldwicklungen umzukehren. Bei einem Gleichstrom-Motor nach der'Erfindung kann die Drehrichtung umgekehrt werden durch Drehen der gedruckten Schaltkreisplatte um 18Q° relativ zu den Feldwicklungen. Bei einem Gleichstrom-Motor mit gerader Phasenzahl ist es nur erforderlich, die gedruckte Schaltungsplattet relativ zu den Feldwicklungen verschiebbar bzw. drehbar auszubildeB und dieselbe Anzahl von Sektoren auf der Schaltungsplatte vorzusehen wie Feldwicklungen in dem Motor vorhanden-sind. Bei einem Gleichstrom-Motor mit ungerader Phasenzahl ist es dagegen erforderlich, zweimal soviel Sektoren auf der gedruckten Schaltungsplatte vorzusehen wie Feldwicklungen in dem. Motor vorhanden sind. Eine Gruppe alternierender Sektoren auf der Schaltungsplatte ist dann mit den Feldwicklungen des Rotors verbunden- um diesen in einer Richtung zu drehen, während die andere Gruppe alternierender Sektoren mit den. Feldwicklungen des Rotors verbunden ist, um diesen in der Gegenrichtung zu •drehen. Es ist hierbei wesentlich, daß der Sektor 17 auf der rotierenden Scheibe 16 wenigstens einem Teil eines Sektors auf der Schaltkreisplatte 13 der alternierenden Sektoren gegenüberliegt, die mit dem Impulsgenerator verbunden sind.

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Ferner kann durch Drehung der gedruckten Schaltungsplatte 13 relativ zu der Scheibe 16 der Phasenwinkel des Elektromotors eliminiert werden, so daß in dieser Hinsicht der Motor einfach eingestellt werden kann.

Die Phasen- und Steuerwinkel des Elektromotors sind unabhängig von der Drehzahl des Rotors, weil die Winkelposition des Rotors durch die Steuereinrichtung festgestellt wird. Die Phasen- und Steuerwinkel können jedoch mit der Drehzahl verändert werden durch Verwendung einer geeigneten Steuerschaltung, beispielsweise um eine Charakteristik zu erhalten, die ein hohes Anlauf-Drehmoment mit stark überdeckenden Steuerwinkeln ergibt, während wenn der Motor läuft ein leistungsfähiger Lauf mit einem minimalen Steuerwinkel erreicht werden kann.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gleichstrom-Motors beträgt der maximale Steuerstrom für die Feldwicklungen O,4 Ampere. Bei der Steuereinrichtung beträgt der maximale Wert der kapazitiven Kopplung zwischen den metallischen Sektoren auf der Schaltungsplatte und der Scheibe 3 pF. Der maximale Spannungsausgang jedes Demodulators/Verstärkers 22 beträgt 0,4 Volt.

Sämtliche elektrischen Komponenten der Schaltung außer den Kapazitäten 20 sind in einer integrierten Halbleiterschaltung 28 ausgebildet, die auf der Schaltungsplatte 13 angebracht ist. Die integrierte Schaltung kann unter Verwendung bekannter Methoden hergestellt werden.

Die Drehzahl des Rotors kann auch durch andere Mittel als oben beschrieben auf dem vorgewählten Wert gehalten werden. Beispielsweise kann die elektromotorische Gegenkraft, die in den Feldwicklungen durch den Rotor erzeugt wird, gemessen werden, wobei die Größe dieser Rück-Spannung proportional zur Drehzahl

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des Rotors ist. Die Rückspannung wird mit dem Spannungsausgang

des Drehzahlreglers 30 verglichen und die Drehzahl des Rotors

in entsprechendem Sinn geändert, wenn die gemessene Drehzahl von der vorgewählten Drehzahl abweicht.

Die erfindungsgemäße Steuereinrichtung kann weiterhin modifiziert werden. So können zwei gedruckte Schaltungsplatten vorgesehen werden, von denen je eine auf jeder Seite der Scheibe angeordnet ist, wobei diese Konstruktion jede unbeabsichtigte seitliche Bewegung der Welle 12 kompensiert, oder es kann die · sich drehende Scheibe 16 benachbart zum Motorgehäuse und die gedruckte Schaltungsplatte entfernt.vom Motorgehäuse angeordnet werden. . ■ . .

Die Streukapazität 23 die jedem Schaltungszweig zugeordnet ist, ist etwa zehnmal größer als der Maximalwert der Stärke der kapazitiven Kopplung 20 zwischen den Sektoren 14 und 17. Deshalb ist es erforderlich, daß der Demodulator/Verstärker 22 eine hohe Eingangsimpedanz hat, um eine unbeabsichtigte Entladung der kleinen Kapazität der Kopplung zwischen den metallischen Sektoren zu vermeiden, d.h. die Eingangsimpedanz beträgt beispielsweise 100 Kiloohm. Derartige Eingangsimpedanzen können einfach vorgesehen werden, wenn die Demqdulatoren-Verstärker 22 Teil einer integrierten Halbleiterschaltung sind.

Obwohl es zweckmäßig ist, die Sektoren 14 und 17 auf Teilen auszubilden, die konventionell in der Art einer gedruckten Schalungsplatte aufgebaut sind, können die Scheibe 16, die den Sektor 17 trägt und/oder die Platte 13, die die Sektoren 14 trägt auch eine andere zweckmäßige Konstruktion"haben, wobei sie nicht isolierende Träger mit ebenen Flächen, für die Elektroden bzw. Sektoren aufweisen müssen. Die Scheibe,16 braucht beispielsweise keinen kreisförmigen Außenumfang haben. Die die Sektoren tragenden Flächen der Teile 13 und 16 brauchen nicht direkt einander ge-

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geriüber angeordnet sein, sondern es kann z.B. ein isolierendes Element zwischen ihnen vorgesehen sein. Die Elektroden selbst können jede geeignete Form haben und müssen nicht in Form von Sektoren ausgebildet sein. Auf der Platte 13 kann eine Anzahl von Elektroden vorgesehen sein, die ein Vielfaches der Anzahl der Feldwicklungen beträgt.

Jeder Verstärker 24 kann einen Ausgangstransistor aufweisen, der in Reihe mit einem Lastwiderstand liegt und an die elektrische Energieversorgung des Motors angeschlossen ist. Der Basis-Steuerstrom des Ausgangstransistors kann durch einen zweiten Transistor geliefert werden, der in Reihe mit einem Belastungswiderstand liegt und zwischen die elektrische Energieversorgung und die Basis des Ausgangstransistors geschaltet ist. Der Verluststrom bleibt dadurch bei erregtem Motor klein. Wenn eine Spannungssteuerung für den Motor vorgesehen ist, kann der Ausgangstransistor im Sättingungszustand betrieben werden. Der Rotor kann entweder permanentmagnetisch sein oder er kann nur beim Erregen der zugehörigen Wicklungen magnetisiert werden.

Die kapazitive Steuereinrichtung, die direkt die Winkelposition des Rotors bestimmt, hat einen robusten Aufbau und weniger Verbindungsleitungen als bekannte Konstruktionen. Die Verwendung einer gedruckten Schaltungsplatte und einer Scheibe die in derselben Weise aufgebaut sein kann sowie einer integrierten Halbleiterschaltung erleichtert den Aufbau der Steuereinrichtung. Die notwendigen Verbindungsleitungen können einfach und zuverlässig ausgebildet sein und die kapazitiven Toleranzen können vorhergesehen und in gewünschter Weise vorgesehen werden. Die Verwendung einer integrierten Halbleiterschaltung gewährleistet, daß die einzelnen Teile der verschiedenen Schaltungszweige der Schaltung zueinander passen. Wenn der Gleichstrom-Motor in einer Servo—Schleife verwendet wird, können unerwünschte Schwingungen in der Schleife vermieden werden indem einfach eine geeignete

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Kapazität .verwendet wird.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   Gleichstrom-Motor mit einem magnetischen Rotor auf einer Welle, einem Stator mit einer Vielzahl von Feldwicklungen und einer Steuereinrichtung, gekenn ζ e i chne t durch eine Kapazität mit einem ersten Teil (13) , das wenigstens eine metallische Elektrode (14) für jede Feldwicklung aufweist, wobei die Elektroden gleichmäßig um die Welle (12) in vorgegebener Weise relativ zu den Feldwicklungen verteilt sind, einen zweiten Teil(16) , der eine metallische Elektrode (17) aufweist und der zusammen mit der Welle (12) drehbar ist/ einen Impuls·^ generator (21) , der mit der Elektrode (17) verbunden ist, eine Vielzahl von Demodulatoren (22),von denen jeder zwischen eine äac Feldwicklungen und deren zugehörige Elektrode oder Elektroden (14) geschaltet ist, so daß bei einer Drehung der Welle (12) Impulse., die von -jedem Demodulator {22) von der Elektrode {17) empfangen werden, in ihrer Größe entsprechend den Veränderungen der kapazitiven Kopplung mit der zugehörigen Elektrode {,14} variieren, wobei der Impulsgenerator (21) mit einer Frequenz arbeitet, die ausreichend höher als die urehfrequenz der Welle für jeden Impuls von den Demodulatoren {22) ist, um im wesentlichen die Stärke der kapazitiven Kopplung anzugeben, wenn die Welle rotiert,

   2, Motor nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η ζ e i c h *- net, daß die Frequenz des Impulsgenerators (21) wenigstens etwa zwanzigmal so hoch ist wie die Driehfrequenz der Welle U2).

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   3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Platte (13) und die Scheibe (16) isolierende. Träger aufweisen, an denen die Elektroden (14 bzw. 17) angebracht sind.

   4. Motor nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3,' dadurch gekennzeichnet , daß jeder Demodulator (22) Einrichtungen aufweist, um eine kegelstumpfförmige Sägezahnwelle zu erzeugen, mit Impulsen, deren Dauer durch überschreiten eines unteren Schwellenwertes bestimmt ist, auf die die Elektroden (14 und 17) ansprechen, so daß während eine Feldwicklung zunehmend erregt wird, die vorhergehende Feldwicklung abnehmend erregt wird.'

   5. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch g e k e η η ζ e i c h η e t , daß die Platte (13) drehbar relativ zu den Feldwicklungen angeordnet ist;

   6. 'Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

   gekennzeichnet , daß die Steuereinrichtung außer der kapazitiven Einrichtung noch eine integrierte •Halbleiterschaltung (28) aufweist.

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