DE1266392B

DE1266392B - Brushless high frequency controlled electric motor

Info

Publication number: DE1266392B
Application number: DEK49639A
Authority: DE
Inventors: Kazutoshi Ikegami
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1963-05-03
Filing date: 1963-05-03
Publication date: 1968-04-18

Description

Bürstenloser hochfrequenzgesteuerter Elektromotor Die Erfindung betrifft einen bürstenlosen höchfrequenzgesteuerten Elektromotor mit einem Hochfrequenzoszillator, dessen Ausgangskoppelelement konzentrisch zu dem Rotor des Motors angeordnet ist und mit einem konzentrisch zu dem Ausgangsköppelelement gelegenen Rotorkoppelelement dauernd elektrisch gekoppelt ist, sowie mit einem weiteren, mit dem ersten Rotorkoppelelement in elektrischer Verbindung stehenden, radial ausgerichteten Rotorkoppelelement und mit mindestens zwei dem weiteren Rotorkoppelelement zugeordneten statorseitigen Abnehmerelementen, an die Verstärkerstufen zur Steuerung des Erregerstromes der Motorwicklungen angekoppelt sind.Brushless High Frequency Controlled Electric Motor The invention relates to a brushless high frequency controlled electric motor with a high frequency oscillator, whose output coupling element is arranged concentrically to the rotor of the motor and with a rotor coupling element located concentrically to the output coupling element is permanently electrically coupled, as well as with a further, with the first rotor coupling element in electrical connection, radially aligned rotor coupling element and with at least two stator sides assigned to the further rotor coupling element Pick-up elements, to the amplifier stages to control the excitation current of the Motor windings are coupled.

Die über den Umfang des Stators verteilten Abnehmerelemente steuern jeweils in Abhängigkeit von der Drehstellung des Rotors den Erregerstrom, so daß in Abhängigkeit von der jeweiligen Drehstellung ein Drehmoment der entsprechenden Größe und Richtung erzeugt wird. Die elektromagnetische Kopplung zwischen dem weiteren Rotorkoppelelement und den Abnehmerelementen bringt eine Kopplungsstreuung finit sich: Dadurch werden jeweils in mehreren Abnehmerelementen elektrische Signale induziert, die einen Erregerstrom bedingen, der auf den umlaufenden Rotor ein Gegendrehmoment ausübt. Diese Kopplungsstreuung macht sich insbesondere bei Motoren mit geringem Antriebsdrehmoment bemerkbar. Die Kopplungsstreuung ist um so größer, je größer die Anzahl der verwendeten Abnehmerelemente ist.Control the pickup elements distributed over the circumference of the stator the excitation current depending on the rotational position of the rotor, so that depending on the respective rotary position, a torque of the corresponding Size and direction is generated. The electromagnetic coupling between the other The rotor coupling element and the pickup elements bring a coupling scattering finite itself: This induces electrical signals in several pick-up elements, which cause an excitation current that generates a counter-torque on the rotating rotor exercises. This coupling spread is particularly evident in engines with low Drive torque noticeable. The coupling spread is greater, the greater is the number of pickup elements used.

Aufgabe der Erfindung ist die Ausschaltung der Kopplungsstreuung bei einem bürstenlosen hochfrequenzgesteuerten Elektromotor.The object of the invention is to eliminate coupling scattering a brushless high frequency controlled electric motor.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung bei dem Motor der eingangs geschilderten Art dadurch gelöst, daß die statorseitigen Abnehmerelemente jeweils paarweise in Reihe geschaltet sind und daß jede Paarschaltung von Abnehmerelementen symmetrisch zu einer von dein Hochirequenzoszillator konstant erregten Phasendiskriininatorspule an die Eingänge zweier Verstärkerstufen angekoppelt ist.According to the invention, this object is achieved in the case of the motor described at the outset Art solved in that the stator-side pickup elements in pairs in Are connected in series and that each pair connection of pickup elements is symmetrical to a phase discriminator coil that is constantly excited by your high-frequency oscillator is coupled to the inputs of two amplifier stages.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann die Phasendiskriminatorspule jeweils unmittelbar an den gemeinsamen Verbindungspunkt jeder Paarschaltung der Abnehmerelemente angekoppelt sein. In anderer Ausbildung der Erfindung kann man zur Anpassung die Abnehmerelemente an einen Transformator anschließen, wobei die Phasendiskriminatorspule an den Mittelpunkt der Sekundärspule des Transformators angekoppelt ist.According to one embodiment of the invention, the phase discriminator coil each directly to the common connection point of each pair circuit of the Pickup elements be coupled. In another embodiment of the invention you can connect the pickup elements to a transformer for adaptation, the Phase discriminator coil to the center of the transformer's secondary coil is coupled.

Die Koppelelemente können als Spulen, als magne= tische Koppelelemente, als elektrische Beläge oder dergleichen .Elemente ausgebildet sein.The coupling elements can be used as coils, as magnetic coupling elements, Be designed as electrical linings or the like .Elemente.

Die Erfindung wird nunmehr an Hand zweier Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Es stellt dar F i g. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung mit zwei einander = diametral gegenüberstehenden Abnehmerelementen und Fi g. 2 eine weitere Ausführungsform .der Erfindung mit vier gleichmäßig über den Umfang verteilten Abnehmerelementen.The invention is now based on two exemplary embodiments Explained with reference to the figures. It represents F i g. 1 shows a first embodiment of the invention with two = diametrically opposite pickup elements and Fig. 2 another embodiment of the invention with four evenly across the extent of distributed customer elements.

Gemäß F i g. 1 ist ein Hochfrequenzoszillator Ö mit einer uribeweglichen Ausgangsspule L1 verbunden, wobei die Spule L1 konzentrisch um die Rotorwelle K des Motors sowie - jedoch ohne Beruhrang - um eine sich drehende Rotorspule L2 angeordnet ist, welche auf die Rotorwelle K aufgewickelt ist. Eine weitere Rotorspüle L3, die in einer Richtung senkrecht zur Achse der Spule L2 gewickelt ist, ist an einer bestimmten Stelle auf der Welle K befestigt und elektrisch mit der Spule L2 verbunden, statorseitige Abnehmerspulen La und Lb für ein Hochfrequenzsignal sind fest und symmetrisch auf die Spule L3 ausgerichtet, so daß eine elektromagnetische Induktionskopplung mit der Rotorspule L, in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Rotorwelle K vorhanden ist. Die Rotorspulen L2 und L2 drehen sich zusammen mit der Rotorwelle K und bilden einen Uberträgungskreis für ein Hochfrequenzsignal. Die unbewegliche Ausgangsspule L1 und die sich drehende Sekundärspule L2 befinden sich dauernd im Zustand elektromagnetischer Induktionskopplung und bilden somit einen Transformator, dessen Sekundärseite rotiert. Die Abnehmerspulen La und Lb sind in Reihe geschaltet. An den Verbindungspunkt der beiden Spulen ist eine Phasendiskriminatorspule Lio angekoppelt, der von selten des Oszillators O ein Hochfrequenzsignal konstanter Phase zugeführt wird. Die Abnehmerschaltung besitzt eine Mittelanschlußklemme b und zwei Anschlußklemmen a und c, die jeweils über eine Diode Du bzw. Db mit e_ iner Abnehmerspule La bzw. Lb verbunden sind. über die Koppelpunkte a und c sind die Dioden Da und Db jeweils an Verstärker-Transistoren T" bzw. Tb angeschlossen. Die Ausgänge dieser Transistoren sind jeweils mit einem Wicklungsende einer Ankerspule L4 bzw. L5 verbunden. Die Ankerspulen L4 und L5 sind mit ihren jeweils anderen Wicklungsenden zusammengeschaltet und an eine Gleichstromquelle E angeschlossen, die andererseits mit dem Koppelpunkt b verbunden ist. Die Ankerspulen L4 und L5 sitzen auf dem Stator S des Motors, zwischen dessen Schenkeln sich ein Permanentmagnetrotor R dreht. Der Rotor R sitzt auf der Welle K, die in F i g. 1 abgebrochen und in unterschiedlichem Maßstab dargestellt ist. Die Transistoren T" und Tb dienen jeweils zur Verstärkung der gleichgerichteten Ausgangssignale der Abnehmerspulen L" und Lb.According to FIG. 1, a high-frequency oscillator Ö is connected to a flexible output coil L1, the coil L1 being arranged concentrically around the rotor shaft K of the motor and - but without contact - around a rotating rotor coil L2, which is wound onto the rotor shaft K. Another rotor coil L3, which is wound in a direction perpendicular to the axis of the coil L2, is fixed at a certain point on the shaft K and electrically connected to the coil L2, stator-side pick-up coils La and Lb for a high frequency signal are fixed and symmetrical to the Coil L3 aligned so that an electromagnetic induction coupling with the rotor coil L, depending on the angle of rotation of the rotor shaft K, is present. The rotor coils L2 and L2 rotate together with the rotor shaft K and form a transmission circuit for a high-frequency signal. The immovable output coil L1 and the rotating secondary coil L2 are permanently in the state of electromagnetic induction coupling and thus form a transformer whose secondary side rotates. The pickup coils La and Lb are connected in series. A phase discriminator coil Lio is coupled to the connection point of the two coils, to which a high-frequency signal of constant phase is fed from the oscillator O. The pickup circuit has a center connection terminal b and two connection terminals a and c, which are each connected to a pickup coil La and Lb via a diode Du and Db, respectively. The diodes Da and Db are each connected to amplifier transistors T ″ and Tb via the coupling points a and c. The outputs of these transistors are each connected to one winding end of an armature coil L4 and L5 other winding ends interconnected and connected to a direct current source E, which is on the other hand connected to the coupling point b. The armature coils L4 and L5 sit on the stator S of the motor, between whose legs a permanent magnet rotor R rotates. The rotor R sits on the shaft K, which is broken off in Fig. 1 and shown on different scales. The transistors T ″ and Tb each serve to amplify the rectified output signals of the pickup coils L ″ and Lb.

Wenn ein Diskriminatorkreis des beschriebenen Aufbaus verwendet wird, so ändern sich die Phasen der in den Abnehmerspulen L" und Lb induzierten Hochfrequenzsignale Va und Vb für jede halbe Umdrehung des Rotors R um 180°, aber die Phase des in der Phasendiskriminatorspule Lio induzierten Hochfrequenzsignals V, ist dauernd gleich. Wenn die Größen der entsprechenden Signale der obigen drei Spulen zueinander in. ein Verhältnis V, = Vd = Vb gebracht werden, so wird das Signal V, durch gegenseitige Beeinflussung abwechselnd durch das Signal V" bzw. das Signal Yb ausgelöscht, so daß die Abnehmerspulen La und Lb abwechselnd jeweils nach einer Drehung des Rotors R um 180° mit der Spule L3 gekoppelt sind. Damit ist das obenerwähnte Problem gelöst und die Wirksamkeit gesteigert.If a discriminator circuit of the structure described is used, the phases of the high-frequency signals Va and Vb induced in the pick-up coils L "and Lb change by 180 ° for every half revolution of the rotor R, but the phase of the high-frequency signal V induced in the phase discriminator coil Lio, is permanently the same. If the magnitudes of the corresponding signals of the above three coils are brought into a ratio of V, = Vd = Vb, then the signal V, is canceled out by mutual influencing alternately by the signal V "and the signal Yb, so that the pick-up coils La and Lb are alternately coupled to the coil L3 after each rotation of the rotor R through 180 °. This solves the above-mentioned problem and increases the effectiveness.

Eine derartige Maßnahme der Verwendung einer Diskriminatorschaltung kann auch im Fall einer elektrostatischen Kopplung angewendet werden, wobei derselbe Effekt wie eben beschrieben erreicht wird.One such measure of using a discriminator circuit can also be applied in the case of an electrostatic coupling, the same Effect as just described is achieved.

Während im vorigen der Fall beschrieben worden ist, daß der Rotor R zweimal während jeder Umdrehung einem Drehmoment unterworfen wird und damit eine fortlaufende Drehung ausführt, ist es auch möglich, dem Rotor R viermal während jeder Umdrehung ein Drehmoment aufzuprägen. Eine Ausführungsform der Erfindung mit dieser Art von Drehmomentsteuerung ist in F i g. 2 gezeigt. Bei dieser Anordnung sind Abnehmerspulen L, und Ld um eine Drehspule L3 angeordnet, und zwar um 90° relativ zu den Abnehmerspulen La und Lb versetzt. Der Stromkreis weist ferner Hochfrequenztransformatoren T,. o, T,. i und T,. 2, Erregerspulen Lii und Lit, die um den (in der Figur nicht dargestellten) Stator gewickelt sind, und zwar um 90° relativ zu den Erregerspulen L4 und L5 versetzt, sowie eine Diode D, auf; welche ein in einer Diskriminatorspule Lio erzeugtes Hochfrequenzsignal gleichrichtet, um so eine Vorspannung bezüglich der Transistoren T", Tb, T, und Td zu erhalten. Durch eine derartige Anordnung -des Stromkreises wird während einer Rotordrehung ein Erregerstrom nacheinander durch die Erregerspulen L4, L11, L5 und L12 fließen, und zwar in der angegebenen Reihenfolge, wodurch viermal während jeder Umdrehung des Rotors R diesem ein Drehmoment aufgeprägt wird.While the case has been described above that the rotor R is subjected to a torque twice during each revolution and thus executes a continuous rotation, it is also possible to apply a torque to the rotor R four times during each revolution. One embodiment of the invention with this type of torque control is shown in FIG. 2 shown. In this arrangement, pick-up coils L 1 and Ld are arranged around a moving coil L3, offset by 90 ° relative to the pick-up coils La and Lb. The circuit also has high-frequency transformers T i. o, T ,. i and T ,. 2, excitation coils Lii and Lit, which are wound around the stator (not shown in the figure), offset by 90 ° relative to the excitation coils L4 and L5, and a diode D, on; which rectifies a high-frequency signal generated in a discriminator coil Lio in order to obtain a bias voltage with respect to the transistors T ", Tb, T, and Td. With such an arrangement of the circuit, an excitation current is successively passed through the excitation coils L4, L11, L5 and L12 flow in the order given, whereby a torque is impressed on the rotor R four times during each revolution.

Claims

Claims: 9 .. Brushless high-frequency controlled 'F'lektromotor with at least one high-frequency oscillator, the output coupling element of which is concentric is arranged to the rotor of the motor and with a concentric to the output coupling element located rotor coupling element is permanently electrically coupled, as well as with another, with the first rotor coupling element in. electrical connection standing, radial aligned rotor coupling element and with at least two the further rotor coupling element associated stator-side pickup elements, to the amplifier stages for control the excitation current of the motor windings are coupled, characterized by, that the stator-side pickup elements (Ld, Lb) each. connected in series in pairs and that each pair of pickup elements is symmetrical to one of the High-frequency oscillator (O) constantly excited phase discriminator coil (L1 (,) the inputs of two amplifier stages is coupled.

2. Electric motor according to claim 1, characterized in that a phase discriminator coil (Lip) is coupled to the common connection point of each pair circuit of the pickup elements (La, Lb).

3. Electric motor according to claim 1, characterized in that two series-connected pickup elements (La, Lb or L "Ld) each to a secondary side connected to the inputs of the two amplifier stages coupling transformer (T, .1 or T, .2) are coupled and the phase discriminator coil (Lin) is coupled to a center tap of the secondary coil of each transformer. Contemplated publications: German Patent No. 636 934; German Auslegeschrift No. 1032 846; French Replacement Patent No. 74145; USA.- Patent Specification No. 2,980,839. Prior Patents Considered: German Patent No. 1214,770.