DE1025745B

DE1025745B - Rotary field motor for a battery-operated electric light buoy

Info

Publication number: DE1025745B
Application number: DE1955P0013904
Authority: DE
Inventors: Max Goepfert
Original assignee: PINTSCH ELECTRO GmbH
Current assignee: PINTSCH ELECTRO GmbH
Priority date: 1955-04-01
Filing date: 1955-04-01
Publication date: 1958-03-06

Description

Drehfeldmotor für eine batteriebetriebene elektrische Leuchtboje Die Erfindung betrifft einen Drehfeldmotor, wie er in einer batteriebetriebenen elektrischen Leuchtboje nach Patent 1012 209 Anwendung findet.Rotary field motor for a battery-operated electric light buoy Die The invention relates to a rotating field motor, as it is in a battery-operated electric Light buoy according to patent 1012 209 is used.

Die Leuchtboje nach dem Hauptpatent besitzt eine Blinkeinrichtung, deren Beleuchtung durch ein Fotoelement ohne zusätzliche Hilfsspannung eingeschaltet wird. Das wird dadurch ermöglicht, daß das Fotoelement über ein auf geringste Spannungen ansprechendes Feinrelais einen Motor mit extrem geringem Stromverbrauch für die Steuerung des Blinkvorganges und ein zweites Relais einschaltet, welches den Lampenstromkreis an Spannung legt. Der Motor ist ein kollektorloser Drehfeldmotor mit Mehrkontaktsteuerung, bei welchem zur Erzeugung des Drehfeldes die Wicklungen nacheinander durch Betätigen von ortsfesten Kontakten mittels einer Exzenter- oder Taumelscheibe erregt werden. Die Drehzahl des Motors wird in an sich bekannter Weise mittels eines Relais geregelt, welches den Erregerstrom durch Öffnen des Kurzschlußkontaktes eines Vorwiderstandes schwächt, sobald die Drehzahl oder die in einer Hilfswicklung erzeugte Spannung zu hoch wird.The light buoy according to the main patent has a flashing device, whose lighting is switched on by a photo element without additional auxiliary voltage will. This is made possible by the fact that the photo element has a very low voltage responsive fine relay a motor with extremely low power consumption for the Control of the flashing process and a second relay that switches on the lamp circuit puts on tension. The motor is a brushless rotating field motor with multi-contact control, in which the windings are pressed one after the other to generate the rotating field are excited by stationary contacts by means of an eccentric or swash plate. The speed of the motor is regulated in a manner known per se by means of a relay, which the excitation current by opening the short-circuit contact of a series resistor weakens as soon as the speed or the voltage generated in an auxiliary winding becomes too high.

Der Motor nach der Erfindung ist ein achsensenkrecht zu einer isolierenden Grundplatte aufgebauter Drehmagnetmotor, dessen Kontaktfolgesystem sich auf einer Seite der Grundplatte befindet, während das Untersetzungsgetriebe und der Kennungsgeber auf die andere Seite der Grundplatte montiert sind.The motor according to the invention is axially perpendicular to an isolating one Rotary magnet motor built on the base plate, the contact sequence system of which is based on a Side of the base plate, while the reduction gear and the identifier are mounted on the other side of the base plate.

Ein Ausführungsbeispiel des Motors hat eine Leistungsaufnahme von etwa 40 mW. Da die Betriebsgleichspannung etwa 1,2 V beträgt, kann dieser Motor mittels einer einzelligen Trockenbatterie über sehr lange Zeiträume betrieben werden. Das ist nur dadurch möglich, daß die Reibungsverluste extrem gering sind. Deshalb wird an Stelle eines Kollektors oder Schleifringes von einem speziellen Kontaktfolgesystem Gebrauch gemacht, welches die beispielsweise drei um 120° versetzten und in Stern geschalteten feststehenden Ankerwicklungen im richtigen Sinne zeitlich nacheinander so erregt, daß ein Drehfeld entsteht, welches das Dauermagnetpolrad antreibt. Der Motor ist in seiner Drehzahl geregelt. Bei Überschreiten einer einstellbaren vorgewählten Drehzahl öffnet in an sich, bekannter Weise ein Relais den Kurzschluß eines Vorwiderstandes, so daß die verfügbare Ankerspannung vermindert wird. Die drehzahlabhängige Spannung für das Relais wird durch ein Gebersystem geliefert. Das hat den Vorteil, daß auch Veränderungen der Reibungsverluste mit erfaßt werden, was nicht möglich wäre, wenn beispielsweise für die Drehzahlregelung die Ankergegenspannung als Istwert der Drehzahl abgetastet würde. Da die Leuchtboje nur in etwa halbjährigen Zeitabständen gewartet und mit neuen Stromquellen versorgt wird, muß ein störungsfreier Betrieb gewährleistet sein, auch wenn beispielsweise durch Korrosion sich die Reibungsverluste geändert haben sollten. Deshalb enthält der Motor ein Gebersystem, welches vorzugsweise aus einem mehrphasigen Generatorteil besteht. Das Regelrelais wird zweckmäßig mit Gleichstrom betrieben. Um Reibungsverluste durch eine mechanische Gleichrichtung mittels Kollektors zu vermeiden, arbeiten die im Stern geschalteten Ankerwicklungen des Generatorteils über Trockengleichrichter auf das Regelrelais.One embodiment of the motor has a power consumption of about 40 mW. Since the DC operating voltage is around 1.2 V, this motor can can be operated for very long periods of time using a single-cell dry battery. This is only possible because the friction losses are extremely low. That's why is used instead of a collector or slip ring by a special contact following system Made use of the, for example, three offset by 120 ° and in star switched fixed armature windings one after the other in the correct sense so excited that a rotating field is created, which drives the permanent magnet pole wheel. Of the The speed of the motor is regulated. When exceeding an adjustable preselected Speed opens in a known way a relay short-circuiting a series resistor, so that the available armature voltage is reduced. The speed-dependent voltage for the relay is supplied by an encoder system. That has the advantage that too Changes in the friction losses are also recorded, which would not be possible if For example, for speed control, the armature counter voltage as the actual speed value would be scanned. Because the light buoy is only serviced every six months and is supplied with new power sources, trouble-free operation must be guaranteed even if the frictional losses change, for example due to corrosion should have. Therefore, the engine contains a sensor system, which is preferably made of a multi-phase generator part. The control relay is expediently with direct current operated. To avoid frictional losses due to a mechanical rectification by means of a collector To avoid this, the star-connected armature windings of the generator part work via dry rectifier to the control relay.

Fig. 1 dient zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels für den Motor nach der Erfindung; Fig. 2 zeigt Einzelheiten der Schaltung der batteriebetriebenen elektrischen Leuchtboje, welche an sich Gegenstand des Hauptpatentes sind und hier nur zur Erläuterung dienen.Fig. 1 serves to explain an embodiment for the engine according to the invention; Fig. 2 shows details of the circuit of the battery operated electric light buoy, which are the subject of the main patent and here serve for explanation only.

Eine einzellige Trockenbatterie 12 ist einerseits mit dem Kontaktfolgesystem 13 und andererseits über den Widerstand 14 mit dein Sternpunkt der Ankerwicklungen 15 des Drehmagnetmotors verbunden. Das Kontaktfolgesystem 13 befindet sich auf der Unterseite einer Platte aus Isolierstoff, welche als Lagerdeckel des Motors und gleichzeitig als Grundplatte für die weiteren Schaltelemente dient. Der Motor steht demnach achsensenkrecht auf dieser Grundplatte und trägt an seiner oberen Lagerabdeckung den Kennungsgeher, der im wesentlichen aus der Kontaktvorrichtung für den Blinkkreis mit auswechselbarer Kennungs-Nockenscheibe und dem stark untersetzten Zahnradgetriebe besteht. Das Polrad des Drehmagnetmotors besteht aus einer Scheibe von etwa 30 mm Durchmesser und 16 mm Dicke eines Werkstoffes mit hohem magnetischem Innenwiderstand, wie er beispielsweise unter dem handelsüblichen Namen Ferroxdur bekannt ist. Diese Scheibe ist einpolig magnetisiert, so daß ein ausgeprägter Nord- und Südpol vorhanden ist. Der Luftspalt kann sehr groß sein und beträgt beispielsweise 6 mm. Das Magnetgestell des Ankers besteht aus einem aus Blechen aufgeschichteten glatten Ring.A single cell dry battery 12 is on the one hand with the contact following system 13 and on the other hand via the resistor 14 with your star point of the armature windings 15 of the rotary magnet motor connected. The contact sequence system 13 is located on the Underside of a plate made of insulating material, which serves as a bearing cover for the motor and at the same time serves as a base plate for the other switching elements. The engine stops accordingly axially perpendicular to this base plate and carries on its upper bearing cover the identifier walker, who essentially consists of the contact device for the blinking circuit with exchangeable identification cam and the heavily reduced gear drive consists. The rotor of the rotary magnet motor consists of a disc of about 30 mm Diameter and 16 mm thickness of a material with high internal magnetic resistance, like him for example under the common name Ferroxdur is known. This disc is magnetized with one pole, so that a pronounced north- and South Pole is present. The air gap can be very large and is, for example 6 mm. The magnet frame of the armature consists of a layer of sheet metal smooth ring.

Die drei um 120° versetzten Ankerspulen sind beispielsweise so innerhalb des Luftspaltes untergebracht, daß die senkrecht zur Motorachse stehenden verlängerten Spulenachsen sich. in einem Punkt schneiden. Die Ankerspulen können aber auch in üblicher Weise auf den Ringkern aufgebracht sein.The three armature coils offset by 120 ° are, for example, inside of the air gap housed that the perpendicular to the motor axis extended Coil axes themselves. cut in one point. The armature coils can also be in usually be applied to the toroidal core.

Ein auf der Grundplatte fest aufliegender Metallring 16 trägt die den einzelnen Ankerwicklungen 15 zugeordneten. Kontaktfedern des Kontaktfolgesystems 13, im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 drei um 120° versetzte einseitig eingespannte blattförmige Kontaktfedern 17, welche etwa ein gleichseitiges Dreieck bilden. Das freie Ende der Kontaktfedern. 17 trägt jeweils eine Kontaktspitze 18, deren zugeordneter Kontakt 19 isoliert auf der Grundplatte befestigt und mit je einem Spulenende der Ankerwicklung 15 verbunden ist.A metal ring 16 resting firmly on the base plate carries the assigned to the individual armature windings 15. Contact springs of the contact sequence system 13, in the exemplary embodiment according to FIG. 1, three clamped unilaterally offset by 120 ° leaf-shaped contact springs 17 which form approximately an equilateral triangle. That free end of the contact springs. 17 each carries a contact tip 18, its associated Contact 19 insulated attached to the base plate and each with a coil end of the Armature winding 15 is connected.

Exzentrisch auf der Motorachse 20 ist mittels des Kugellagers 21 eine kreisförmige Exzenterscheibe 22 aus Isolierstoff gelagert, welche über die an den Kontaktfedern 17 angebrachten Abstandsstücke 23 die Kontakte 18; 19 betätigt. Die Kontaktfedern 17 wirken mit ihrer Federspannung nach innen in Richtung auf die Motorachse 20 und haben das Bestreben, die Kontakte 18, 19 zu schließen. Da die Kontaktspitzen 18 am äußersten Ende der Kontaktfedern 17 angebracht sind, genügt wegen der Hebelwirkung bereits eine sehr geringe Exzentrizität der Exzenterscheibe 22, um die Kontakte 18, 19 zu betätigen. Der Kraftaufwand ist sehr gering, da sich das Federsystem im Gleichgewicht befindet. Denn, ähnlich wie bei einem Drehstromsystem die Summe aller Ströme Null ist. ist bei diesem symmetrischen Federsystem die Summe der Federkräfte für kleine Auslenkungen gleich Null zu setzen. Die Reibungsverluste werden auch dadurch klein gehalten, daß die Exzenterscheibe 22 mittels des reibungsarmen Kugellagers 21 auf der Motorachse 20 gelagert ist. Die Kontakte 18, 19 sind reibungsarme Punktkontakte, und da auch die Federkräfte gegenseitig ausgewogen sind, sind die Reibungsverluste minimal.Eccentrically on the motor axis 20 is a by means of the ball bearing 21 circular eccentric disk 22 made of insulating material, which over the to the Contact springs 17 attached spacers 23 the contacts 18; 19 actuated. the Contact springs 17 act with their spring tension inwards in the direction of the motor axis 20 and strive to close contacts 18, 19. Because the contact tips 18 are attached to the outermost end of the contact springs 17, is sufficient because of the leverage already a very small eccentricity of the eccentric disk 22 to the contacts 18, 19 to be actuated. The effort required is very little because the spring system is in the Equilibrium is located. Because, similar to a three-phase system, the sum of all Currents is zero. is the sum of the spring forces in this symmetrical spring system to be set equal to zero for small deflections. The frictional losses are also kept small by the fact that the eccentric disk 22 by means of the low-friction ball bearing 21 is mounted on the motor shaft 20. The contacts 18, 19 are low-friction point contacts, and since the spring forces are also mutually balanced, the friction losses are minimal.

Das Gebersystem des Generatorteils ist entsprechend dem Motorteil aufgebaut. Zweckmäßig verwendet man ein getrenntes Polrad und einen Aufbau der Ankerspulen, wie oben für den Motorteil beschrieben. Es besteht auch die Möglichkeit, das gleiche Polrad wie beim Motor zu verwenden und die Ankerspulen des Generatorteils in Lücken zwischen denen des Motorteils anzuordnen. Grundsätzlich könnte der Generatorteil auch einphasig ausgeführt sein, aber eine höhere Phasenzahl vermindert die Welligkeit der gleichgerichteten Istwertspannung.The encoder system of the generator part corresponds to the motor part built up. It is advisable to use a separate magnet wheel and a structure for the armature coils, as described above for the motor part. There is also the option of the same To use pole wheel as with the motor and the armature coils of the generator part in gaps to be arranged between those of the engine part. Basically the generator part could can also be made single-phase, but a higher number of phases reduces the ripple the rectified actual value voltage.

Im Beispiel nach Fig. 1 ist der Generatorteil mit drei im Stern geschalteten Ankerspulen 24 vorgesehen. Die drei freien Enden der Ankerspulen sind über jeweils einen Trockengleichrichter 25 zusammengeschaltet und über das Regelrelais 26 mit dem Sternpunkt des Generatorteils verbunden. Die Istwertspannung des Drehzahlgebers bringt beim Überschreiten einer vorbestimmbaren Spannung das Relais 26 zum Ansprechen, so daß der Kontakt 27, welcher den Vorwiderstand 14 im Motorteil kurzschließt, geöffnet wird. Dadurch wird die Ankerspannung des Motors herabgesetzt, so daß dieser entsprechend langsamer läuft, bis bei Unterschreiten der Nenndrehzahl das Regelrelais 26 abfällt und der Kontakt 27 schließt. Diese Zweipunktregelung nach Art eines Tirillreglers hat sich als äußerst zweckmäßig erwiesen und ist völlig ausreichend, um den Motor auf konstanter Drehzahl zu halten, unabhängig von Schwankungen der Betriebsspannung oder Änderungen der bei derartig kleinen Antrieben sehr ins Gewicht fallenden Reibungsverluste.In the example according to FIG. 1, the generator part is star-connected with three Armature coils 24 are provided. The three free ends of the armature coils are over each a dry rectifier 25 interconnected and via the control relay 26 with connected to the star point of the generator part. The actual value voltage of the speed encoder causes relay 26 to respond when a predeterminable voltage is exceeded, so that the contact 27, which short-circuits the series resistor 14 in the motor part, is opened will. This reduces the armature voltage of the motor, so that this accordingly runs more slowly until the control relay 26 drops out when the speed falls below the nominal value and contact 27 closes. This two-point control in the manner of a Tirill regulator has proven to be extremely useful and is perfectly adequate to the engine to keep at a constant speed, regardless of fluctuations in the operating voltage or changes in the frictional losses, which are very important in such small drives.

Wie aus Fig. 2 zu erkennen ist, werden zweckmäßig getrennte Stromquellen für die Lampe und den Motor verwendet, um die beim Ein- und Ausschalten des Lampenstromkreises entstehenden Spannungsschwankungen vom Motor fernzuhalten. Der Motor selbst ist unabhängig von der absinkenden Batteriespannung und etwaiger Vergrößerung der Reibungsverluste infolge Korrosion innerhalb der langen Zeiträume zwischen den Wartungen der Leuchtboje auf gleichbleibender Drehzahl geregelt.As can be seen from FIG. 2, there are expediently separate current sources used for the lamp and the motor to control the switching on and off of the lamp circuit to keep voltage fluctuations away from the motor. The engine itself is regardless of the falling battery voltage and any increase in friction losses as a result of corrosion during the long periods between maintenance of the light buoy regulated to a constant speed.

Claims

PATENT CLAIMS 1. Rotary field motor for a battery-operated electric Light buoy with flashing device, the lighting of which depends on the daylight switched on by a photo element without additional auxiliary voltage in the way that the photo element has a sensitive relay that responds to the lowest voltages the armature windings of the brushless rotating field motor, which controls the flashing process by means of a cam controls; to generate the rotating field with the help of one of a Eccentric actuated stationary contact following system one after the other to the feeding DC voltage switches, according to patent 1012 209, characterized in that the motor a rotary magnet motor built axially perpendicular to an insulating base plate whose contact following system is on one side of the base plate. while the reduction gear and the identifier on the other side of the base plate are mounted.

2. Motor according to claim 1, characterized in that the pole wheel a magnetized circular cylindrical disk made of a material with high magnetic properties Internal resistance with a pronounced magnetic north and south pole each is which with a large air gap within the successively connected to the DC voltage Coils of the armature rotates, the magnet frame of which is made from a layer of sheet metal smooth circular cylindrical ring.

3. Motor according to claims 1 and 2, characterized characterized in that the magnet frame of the armature three offset by 120 ° in the star carries switched armature windings, which by the fixed contact sequence system (13) are excited one after the other.

4. Motor according to claims 1 to 3, characterized in that the armature windings associated with unilaterally clamped contact springs (17) at the free end each carry a contact tip (18) cooperating with a fixed contact (19) and about spacers located approximately in their middle ( 23 ) are brought out of their position by the eccentric disk (22) and actuate the contacts (18, 19) one after the other.

5. Motor according to claims 1 to 4, characterized in that that three contact springs offset by 120 ° (17) of the contact sequence system (13) form approximately an equilateral triangle and that the inward and via the eccentric disk (22), which has only a slight eccentricity Spring forces are roughly in equilibrium.

6. Motor according to claims 1 to 5, characterized in that the contact springs (17) on a metal ring (16) are mounted, which is connected to the star point of the armature windings (15) via the battery (12) and a series resistor (14) belonging to a speed control device is, while the fixed contacts (19) with the free winding ends of the associated Armature windings (15) are connected.

7. Motor according to claims 1 to 6 with a Encoder of a speed-proportional voltage for the speed control, which is carried out by Speed-dependent insertion or short-circuiting of a series resistor (14) in the armature circuit of the engine takes place, characterized in that the encoder in the same way as the motor - either with a separate pole wheel and associated armature windings (24) or with the same pole wheel and in the gaps between the motor armature windings (15) inserted armature windings (24) - is built up and via dry rectifiers (25) rectified speed-proportional voltage in a manner known per se is fed to a voltage-sensitive control relay (26):