DE1248153B

DE1248153B - Two-phase short-circuit rotor motor

Info

Publication number: DE1248153B
Application number: DES61486A
Authority: DE
Inventors: Gunnar Soeredal
Original assignee: Svenska Ackumulator Jungner AB
Current assignee: Svenska Ackumulator Jungner AB
Priority date: 1958-02-05
Filing date: 1959-01-26
Publication date: 1967-08-24

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. CL:Int. CL:

H02kH02k

Deutsche Kl.: 21 d2 -19/02 German class: 21 d2 - 19/02

Nummer: 1 248 153Number: 1 248 153

Aktenzeichen: S 61486 VIII b/21 d2File number: S 61486 VIII b / 21 d2

Anmeldetag: 26. Januar 1959Filing date: January 26, 1959

Auslegetag: 24. August 1967Opened on: August 24, 1967

Die Erfindung bezieht sich auf einen Zweiphasenkurzschlußläufermotor, vorzugsweise Servomotor, mit einer Erregerwicklung (Bezugsphasenwicklung) und einer gegenüber dieser um 90° elektrisch räumlich versetzten Steuerwicklung im Motorständer, bei dem über eine der Steuerwicklung zugeordnete Anordnung von phasenverschiebenden Impedanzen während des motorischen Betriebes des Zweiphasenkurzschlußläufermotors eine der Rotationsgeschwindigkeit des Läufers proportionale, bei stillstehendem Läufer zu Null werdende generatorische Ausgangsspannung abnehmbar ist.The invention relates to a two-phase squirrel cage motor, preferably a servomotor, with an excitation winding (reference phase winding) and one in relation to this at 90 ° electrically in space offset control winding in the motor stator, in which an arrangement assigned to the control winding of phase-shifting impedances during motor operation of the two-phase squirrel cage motor one proportional to the speed of rotation of the rotor when the rotor is stationary Regenerative output voltage which becomes zero can be removed.

Es sind bereits Zweiphasenkurzschlußläufermotoren bekannt geworden, die insbesondere als Servomotoren mit speziellen Servosteuerkreisen (Zeitschrift »Elektronics«, Januar 1956, S. 136, 137, und Dezember 1956, S. 155 bis 157) verwendet werden. Es ist ferner bekannt, bei einem derartigen Servomotor durch Anbringen einer Hilfswicklung Assymetrien zu kompensieren (britische Patentschrift 778 461) und Dämpfungselemente vorzusehen, um zu verhindern, daß er um eine Lage schwingt, in der er momentlos sein soll. Zum Erzielen einer solchen Dämpfung können z. B. Tachometergeneratoren (Zeitschrift »Regelungstechnik«, H. 4, 1957, S. 125) verwendet werden. Solche Tachometergeneratoren sind gewöhnlich mechanisch mit dem Servomotor gekuppelt. Die von einem solchen Tachometergenerator abgegebene Spannung hat die gleiche Frequenz wie die der Speisenspannung, weist jedoch eine Amplitude in Abhängigkeit von der Umdrehungszahl auf. Die Tachospannung wird von der Ausgangsspannung einer Abtasteinrichtung subtrahiert und die Differenzspannung einem Verstärker zugeführt, der die Kontrollphase des Servomotors speist. An einen für den genannten Zweck konstruierten Tachometergenerator werden natürlich nicht so hohe Anforderungen wie an Tachogeneratoren zur Messung der Umdrehungszahl gestellt. Derartige Generatoren werden daher in verschiedenen Güteklassen hergestellt. There are already two-phase squirrel cage motors are known, in particular as Servomotors with special servo control circuits (magazine "Electronics", January 1956, pp. 136, 137, and December 1956, pp. 155 to 157) can be used. It is also known in such a servomotor to compensate for asymmetries by adding an auxiliary winding (British patent specification 778 461) and damping elements to prevent it from swinging around a position in which it should be momentless. To achieve such a damping z. B. Speedometer Generators (Zeitschrift "Regelstechnik", Issue 4, 1957, p. 125) can be used. Such speedometer generators are usually mechanically coupled to the servo motor. The one from such a speedometer generator The output voltage has the same frequency as that of the supply voltage, but has a Amplitude as a function of the number of revolutions. The tachometer voltage is derived from the output voltage a sampling device and the differential voltage is fed to an amplifier, the feeds the control phase of the servomotor. To a tachometer generator designed for the stated purpose are of course not as high demands as on tacho generators for measuring the Speed set. Generators of this type are therefore produced in different quality classes.

Tachogeneratoren, die zur Dämpfung von Servomotoren dienen, sind normalerweise etwa ebenso groß wie die Servomotoren, mit denen sie gekuppelt sind. Dies bedingt in vielen Fällen, beispielsweise bei Steuerungsanlagen in Flugzeugen, Raketentriebwerken usw. ein zusätzliches Gewicht und einen zusätzlichen Raumbedarf für die Unterbringung dieser zusätzlichen Tachogeneratoren. Da man insbesondere bei solchen Objekten sowohl das Gewicht der Servoanlagen als auch den für ihre Unterbringung erforderlichen Raum auf ein Minimum reduzieren will, stellt ZweiphasenkurzschlußläufermotorTacho generators, which are used to dampen servomotors, are usually about the same big as the servomotors they are coupled to. This requires in many cases, for example for control systems in aircraft, rocket engines, etc. an additional weight and an additional Space required to accommodate these additional tacho generators. Since you in particular in the case of such objects, both the weight of the servo systems and the weight required to accommodate them Want to reduce space to a minimum, provides two-phase squirrel cage motor

Anmelder:Applicant:

Svenska Ackumulator Aktiebolaget Jungner,Svenska Ackumulator Aktiebolaget Jungner,

StockholmStockholm

Vertreter:Representative:

Dr.-Ing. E. Hoffmann, Patentanwalt,Dr.-Ing. E. Hoffmann, patent attorney,

München 8, Maria-Theresia-Str. 6Munich 8, Maria-Theresia-Str. 6th

Als Erfinder benannt:
Gunnar Söredal, StockholmNamed as inventor:
Gunnar Söredal, Stockholm

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

Schweden vom 5. Februar 1958 (1074)Sweden 5 February 1958 (1074)

die Unterbringung von derartigen Objekten bisher ein schwierig zu lösendes Problem dar.accommodating such objects has so far been a difficult problem to solve.

Es ist daher bereits bekanntgeworden (deutsche Patentschrift 964 886), daß die bei der Rotation des Servomotors in den Steuerwicklungen induzierte Rotations-EMK durch selektive Gleichrichtung ausgesiebt und zur Dämpfung einer Eingangsstufe des Verstärkers in zur steuernden Größe entgegengesetzter Richtung zugeführt wird. Eine solche Schaltung besteht in der einfachsten Ausführungsform aus einer Brückenschaltung mit der Steuerwicklung und einem in Serie dazu geschalteten Kondensator in einem Ast, mit einem Widerstand im zweiten Ast und mit einem einen Mittelabgriff aufweisenden Transformator in Sparschaltung im dritten und vierten Ast. Da Transformatoren — selbst in Sparschaltung — relativ schwer sind und ferner der Kondensator und der Widerstand, die beide den ganzen Steuerstrom tragen, leistungsmäßig groß dimensioniert werden müssen, erfordern diese zusätzlichen Schaltungselemente beinahe dasselbe Volumen und Gewicht eines Tachogenerators, wodurch sich die mit dieser Schaltung erzielbaren Vorteile stark verringern.It is therefore already known (German Patent 964 886) that the rotation of the Rotary EMF induced in the control windings by the servo motor is screened out by selective rectification and for attenuating an input stage of the amplifier in a magnitude opposite to that to be controlled Direction is fed. Such a circuit consists in the simplest embodiment of one Bridge circuit with the control winding and a capacitor connected in series in one branch, with a resistor in the second branch and with a transformer having a center tap in Economy circuit in the third and fourth branch. Because transformers - even in economy circuit - relatively are heavy and furthermore the capacitor and the resistor, both of which carry the entire control current, must be dimensioned large in terms of power, these additional circuit elements almost require the same volume and weight of a tachometer generator, which makes using this circuit greatly reduce achievable benefits.

Es ist daher Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Zweiphasenkurzschlußläufermotor zu schaffen, der gleichzeitig als Tachometergenerator arbeitet und trotzdem einschließlich .schaltungstechnisch notwendiger Schaltungselemente nur unbedeutend größer und schwerer als ein entsprechender Servomotor der üblichen Bauart ist.It is therefore an object of the present invention to provide a two-phase squirrel cage motor that works as a tachometer generator at the same time and is nevertheless necessary, including circuitry Circuit elements only slightly larger and heavier than a corresponding servomotor of the usual design.

709 63S/199709 63S / 199

Es ist ferner Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Zweiphasenkurzschlußläufermotor zu schaffen, der gleichzeitig eine bestimmte Tachometerspannung abgibt.It is also an object of the present invention to provide a two-phase squirrel cage motor which outputs a certain speedometer voltage at the same time.

Schließlich ist es Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Zweiphasenkurzschhißläufermotor zu schaffen, der als Servomotor verwendet, schwingungsfrei stillgesetzt werden kann.Finally, it is the aim of the present invention to provide a two-phase short-circuit rotor motor, which, when used as a servo motor, can be brought to a standstill without vibrations.

Erfindungsgemäß werden diese Ziele bei einem Zweiphasenkurzschlußläufermotor des eingangs be- ίο schriebenen bekannten Art dadurch erreicht, daß die Anordnung aus phasenverschiebenden Impedanzen parallel zur Steuerwicklung oder parallel zu einem Teil der Steuerwicklung geschaltet ist und daß gleichphasig mit der Steuerwicklung eine zusätzliche Statorwicklung angeordnet ist, die über die Anordnung aus phasenverschiebenden Impedanzen mit der Steuerwicklung oder mit einem Teil der Steuerwicklung derart elektrisch gekoppelt ist, daß die über die zusätzliche Wicklung abnehmbare Ausgangsspannung der Rotationsgeschwindigkeit des Läufers proportional ist.According to the invention, these goals are applied to a two-phase squirrel cage motor of the introduction described known type achieved in that the arrangement of phase-shifting impedances is connected in parallel to the control winding or in parallel to a part of the control winding and that is in phase with the control winding an additional stator winding is arranged, which consists of the arrangement phase-shifting impedances with the control winding or with part of the control winding is electrically coupled in such a way that the output voltage which can be removed via the additional winding is proportional to the speed of rotation of the rotor.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die parallel zur Steuerwicklung oder einem Teil derselben liegende Anordnung aus phasenverschiebenden Impedanzen ein aus Kapazitäten und ohmschen Widerständen bestehender Stromzweig ist, an den ein Ende der zusätzlichen Wicklung in Spannungsteilerschaltung angeschlossen ist.An advantageous embodiment of the invention is that the parallel to the control winding or a part of the same arrangement of phase-shifting impedances and capacitances and ohmic resistances existing branch is connected to one end of the additional Winding is connected in voltage divider circuit.

Ferner ist es sehr vorteilhaft, wenn die zusätzliche Ständerwicklung und die Anordnung von phasenverschiebenden Impedanzen gleiche Frequenzcharakteristik haben.It is also very advantageous if the additional stator winding and the arrangement of phase-shifting Impedances have the same frequency characteristics.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.In the following the invention will be explained with reference to the embodiments shown in the drawing explained in more detail.

F i g. 1 stellt ein Schaltschema eines Ausführungsbeispiels dar; F i g. 1 shows a circuit diagram of an embodiment;

F i g. 2 zeigt ein Diagramm mit gemessenen Tachometerspannungen, die von dem erfindungsgemäßen Zweiphasenkurzschlußläufermotor als Funktion seiner Umdrehungszahl abgegeben sind.F i g. 2 shows a diagram with measured tachometer voltages that are derived from the inventive Two-phase squirrel cage motor are given as a function of its number of revolutions.

In Fig. 1 sind mit 1 und 2 Teile der Steuerwicklung des Servomotors bezeichnet. Die Wicklung 1 ist an den Klemmen 3 und 4, die Wicklung 2 an den Klemmen 5 und 6 angeschlossen. Durch Verbinden der Klemmen 4 und 5 können die beiden Steuerwicklungen 1, 2 in Reihe geschaltet werden, wobei der Steuerstrom über die Klemmen 3 und 6 zugeführt wird. Die beiden Wicklungen können auch parallel zueinander geschaltet werden, indem die Klemmen 3 und 5 bzw. die Klemmen 4 und 6 miteinander verbunden werden. 7 bezeichnet die Arbeitswicklung, die an den Klemmen 8 und 9 angeschlossen ist und deren Strom elektrisch um 90° gegenüber dem Strom der Steuerwicklung verschoben ist. Sowohl Arbeitswie auch Steuerwicklungen sind an dem Motorständer angeordnet, der zweckmäßig mit inwendigen Nuten versehen ist. Innerhalb des Ständers ist ein Läufer 10 gelagert, der mit einer Kurzschlußwicklung versehen ist. An dem Motorständer ist ferner eine Tachometerwicklung 11 angeordnet, die räumlich elektrisch parallel zu der Steuerwicklung 1, 2 liegt. Diese zusätzliche Wicklung 11 ist auf Grund einer Schaltanord- 6g nung mit der Steuerwicklung verbunden.In Fig. 1 with 1 and 2 parts of the control winding of the servomotor. The winding 1 is on terminals 3 and 4, the winding 2 on the Terminals 5 and 6 connected. By connecting terminals 4 and 5, the two control windings 1, 2 can be connected in series, with the control current being supplied via terminals 3 and 6 will. The two windings can also be connected in parallel to each other by connecting the terminals 3 and 5 or terminals 4 and 6 are connected to one another. 7 denotes the work winding, which is connected to terminals 8 and 9 and whose current is electrical at 90 ° compared to the current the control winding is shifted. Both work and control windings are on the motor stator arranged, which is expediently provided with internal grooves. Inside the stand is a runner 10 stored, which is provided with a short-circuit winding. There is also a speedometer winding on the motor stand 11, which is spatially electrically parallel to the control winding 1, 2. This additional Winding 11 is connected to the control winding due to a switching arrangement.

In dem in der Zeichnung gezeigten Ausführungsbeispiel besteht diese Schaltanordnung aus einem zwischen den Klemmen 3 und 4 angeordneten Span* nungsteiler, der von einem Kondensator 12 und zwei in Reihe geschalteten Widerständen 13 und 14 gebildet ist. Dabei ist die eine Seite der Tachometerwicklung 11 am Verbindungspunkt zwischen den beiden Widerständen 13 und 14 angeschlossen. Die andere Seite der Wicklung ist mit der Klemme 15 verbunden.In the embodiment shown in the drawing, this circuit arrangement consists of one between the terminals 3 and 4 arranged voltage divider, from a capacitor 12 and two series-connected resistors 13 and 14 is formed. One side is the speedometer winding 11 connected to the connection point between the two resistors 13 and 14. the the other side of the winding is connected to terminal 15.

Die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Motors ist die folgende: Wenn eine Wechselspannung an die Klemmen 3 und 4 eventuell in Kombination mit den Klemmen 5 und 6 angeschlossen ist, dann wird in der Wicklung 11 durch diese Spannung eine Wechselspannung durch Induktionswirkung erzeugt, die dieselbe Frequenz hat und proportional zu der aufgeprägten Spannung ist. Im allgemeinen Hegt diese Spannung zeitlich etwas vor der aufgeprägten Spannung. Es wird vorausgesetzt, daß der Spannungsteiler 12 bis 14 so angeordnet ist, daß der Spannungsabfall am Widerstand 14 ebenso groß ist und ferner in Phase mit der induzierten Spannung der Wicklung 11 liegt. Weiter sei vorausgesetzt, daß diejenige Seite der Wicklung 11, deren Potential dieselbe Phase wie das Potential im Verbindungspunkt der Widerstände 13 und 14 hat, an diesen Verbindungspunkt angeschlossen ist. Dann wird bei stillstehendem Motor die Spannung zwischen den Klemmen 3 und 15, unabhängig von der auf die Klemmen 3, 6 aufgeprägten Steuerspannung, Null.The operation of the motor according to the invention is as follows: When an alternating voltage is applied to the Terminals 3 and 4 may be connected in combination with terminals 5 and 6, then the Winding 11 generates an alternating voltage by induction by this voltage, the same Frequency and is proportional to the applied voltage. Generally cherishes this Tension a little before the impressed tension. It is assumed that the voltage divider 12-14 is arranged so that the voltage drop at resistor 14 is also large and also in phase with the induced voltage of the winding 11 lies. It is also assumed that the side of the winding 11 whose potential is the same phase as has the potential at the connection point of the resistors 13 and 14, connected to this connection point is. Then, with the motor at a standstill, the voltage between terminals 3 and 15 is independent of the voltage applied to terminals 3, 6 Control voltage, zero.

Für den Betrieb des Motors liegt eine konstante Netzwechselspannung an der Arbeitswicklung zwischen den Klemmen 8 und 9. Die veränderliche Steuerwechselspannung derselben Frequenz liegt in geeigneter Schaltweise zwischen den Klemmen 3 und 6 und ist vorzugsweise gegenüber der ersten Spannung 90° phasenverschoben. Der Motor rotiert dann mit einer Geschwindigkeit, die von der Größe der Steuerspannung und der Drehmomentbelastung des Läufers 10 abhängt. Sobald der Läufer rotiert, wird in der Tachometerwicklung 11 eine zusätzliche generatorisch erzeugte EMK induziert, die proportional zu dem magnetischen Fluß auf Grund des Stromflusses in der Arbeitswicklung und zur Rotationsgeschwindigkeit des Läufers ist. Da die transformatorisch induzierte Spannung in der Wicklung 11 durch den Spannungsfall am Widerstand 14 kompensiert ist, erscheint an den Klemmen 3 und 15 nur die generatorisch induzierte Spannung.For the operation of the motor there is a constant alternating mains voltage on the working winding terminals 8 and 9. The variable alternating control voltage of the same frequency is suitable Switching between terminals 3 and 6 and is preferably 90 ° with respect to the first voltage out of phase. The motor then rotates at a speed that corresponds to the magnitude of the control voltage and the torque load on the rotor 10 depends. As soon as the rotor rotates, the Tachometer winding 11 induces an additional generator-generated EMF that is proportional to the magnetic flux due to the current flow in the main winding and the speed of rotation of the runner is. Since the transformer-induced voltage in the winding 11 by the Voltage drop at resistor 14 is compensated, only the generator appears at terminals 3 and 15 induced voltage.

Wenn der erfindungsgemäße Motor in einem Servosystem benutzt wird, ist derselbe mit einem Steuermechanismus verbunden. Diesem Steuermechanismus wird unter anderem die Tachometerspannung — eventuell über einen Verstärker und/ oder über phasendrehende Schaltelemente — zugeführt, wodurch die Steuerströme erzeugt und an die Steuerklemmen 3 bis 6 geleitet werden.When the motor according to the invention is used in a servo system, it is the same with one Control mechanism connected. This control mechanism is, among other things, the speedometer voltage - possibly via an amplifier and / or via phase-rotating switching elements - supplied, whereby the control currents are generated and sent to the Control terminals 3 to 6 are routed.

Da die Wicklung 11 an der Eingangsseite des Verstärkers und die Wicklungen 1, 2 an der Ausgangsseite des Verstärkers angeschlossen sind, besteht die Gefahr von unerwünschten Schwingungen: wenn der aus den Wicklungen 1 und 11 bestehende Transformator nicht dieselbe Frequenzcharakteristik wie die des Spannungsteilers 12 bis 14 aufweist, kann dies zur Folge haben, daß bei einer Frequenz die gesamte Verstärkung im Servokreis, der durch den Transformator 1 bis 11, den Spannungsteiler 12 bis 14 und den Verstärker gebildet ist, größer als Eins wird, und daß deshalb das System mit dieser Frequenz inSince the winding 11 on the input side of the amplifier and the windings 1, 2 on the output side of the amplifier are connected, there is a risk of undesired oscillations: if the transformer consisting of windings 1 and 11 does not have the same frequency characteristic as that of the voltage divider 12 to 14, this can have the consequence that at one frequency the entire Gain in the servo circuit created by the transformer 1 to 11, the voltage divider 12 to 14 and the amplifier is formed is greater than one, and that therefore the system with this frequency in

Claims

Vibration device. Thus, if a large gain is required within the system, the best way to avoid such self-oscillations is to give the transformer 1, 11 and the voltage divider 12-14 exactly the same frequency characteristic. However, this requires a large number of switching elements within the voltage divider, because in principle two switching elements would be required for such a compensation for each frequency. In such a case it is therefore advisable to limit the bandwidth of the amplifier. Experiments have shown that vibration-free servo systems can also be built with a very large gain in this way. However, if very high levels of gain are required and / or if the bandwidth cannot be limited, other combinations of switching elements can be used within the voltage divider. The voltage divider can, for. B. can be replaced by a transformer possibly in combination with suitable impedances. As a result, the secondary winding of the transformer is connected in series with the tachometer winding and the primary winding is connected in parallel with the control winding or part of the same. Since the working winding 7 is more or less loaded depending on the mechanical load on the rotor 10, the magnetic flux is by no means constant due to the current flow in the working winding. However, it has been found that, due to the design of the windings, different torque loads on the rotor result in slight variations in the tachometer voltage. This can be seen from the diagram in FIG. 2, which shows the measured tachometer voltages as a function of the speed of a two-phase squirrel cage motor according to the invention which was fed at 400 Hz. Curve 18 corresponds to the tachometer open circuit voltage and curve 19 corresponds to a load below 30% of the starting torque. The curves are measured with a variable control voltage, but with a constant voltage on the working winding and a constant torque load. The diagram shows that a satisfactory proportionality between induced voltage and speed is achieved. The tachometer voltage emitted by the servomotor according to the invention can be used not only as a measuring voltage for the damping of a servo circuit, but also in all those cases in which no particularly high measuring accuracy is required for measuring speeds. Since the tachometer voltage is to be connected to the input circuit of an amplifier, the tachometer winding can be made very high-resistance. This means that the winding 11 requires only a few percent of the space within the stator slots in comparison with the windings 1, 2, 7. Furthermore, the voltage divider 12 to 14 can also have an extremely high resistance, i.e. H. be built with very low power consumption, so that the resistors and the capacitor have a small volume. These switching elements can therefore be accommodated in a small additional housing. The two-phase squirrel cage motor combined according to the invention therefore has practically the same volume as a simple servomotor of the same power. Patent claims:

1. Two-phase squirrel cage motor, preferably a servo motor, with an excitation winding (Reference phase winding) and one that is electrically offset in space by 90 ° Control winding in the motor stator, in which an arrangement of phase-shifting impedances during motor operation of the two-phase squirrel cage motor a generator that is proportional to the speed of rotation of the rotor and becomes zero when the rotor is at a standstill Output voltage is removable, characterized in that the arrangement from phase-shifting impedances (12, 13, 14) parallel to the control winding (1, 2) or is connected in parallel to a part (1) of the control winding and that in phase with the Control winding an additional stator winding (11) is arranged, which consists of the arrangement phase-shifting impedances with the control winding or with part of the control winding is electrically coupled in such a way that the removable via the additional winding (11) Output voltage is proportional to the speed of rotation of the rotor.

2. Motor according to claim 1, characterized in that the parallel to the control winding or part of the same arrangement of phase-shifting impedances and capacitances and ohmic resistances existing branch (12,13, 14) to which one end of the additional winding (11) is connected in a voltage divider circuit.

3. Motor according to claim 1, characterized in that the arrangement of phase-shifting Impedance is a transformer, on whose primary side the control winding (1) or a part of it and on its secondary side the additional winding (11) are connected and its windings for phase alignment are combined with impedances.

4. Motor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the additional Stator winding (11) and the arrangement of phase-shifting impedances (12, 13, 14) have the same frequency characteristics.

Considered publications:

German Patent No. 964,886;

German patent application K 5698 VIIb / 21c (announced 12/9/1954);

British Patent No. 778,461;

Control engineering, 1957, p. 125;

Electronics, January 1956, pp. 136, 137 and December 1956, pp. 155-157.

1 sheet of drawings

709 638/199 8.67 ® Bundesdruckerei Berlin