DE2063351C3 - Drehzahlgeregelter kollektorloser Gleichstrommotor mit Anlaufhilfseinrichtung - Google Patents

Description

Gleichstrommotors durch eine Hallgeneratorsteuerung, wobei der Steuerstrom für die Hallgeneratoren dauernd der Gleichspannungsquelle entnommen ist Insbesondere wenn der Steuerstrom der Hallgeneratoren in der Größenordnung des Motornennstroms liegt, ergibt sich eine erhebliche Verschlechterung des Motorwirkungsgrades, da der Steuerstrom der Hallgc-neratoren zu den Motorverlusten zählt. Demgegenüber ist bei dem erfindungsgemäßen Gleichstrommotor die Hallgeneratorsteuerung nur während des Hochlaufs des Gleichstrommotors wirksam. Beim Erreichen einer bestimmten Drehzahl wird die Hallgeneratorsteuerung automatisch abgeschaltet und damit der Moto· gesamtstrom um den Steuerstrom für die Hallgeneratoren reduziert.

Ferner ist es aus der DE-AS 12 24 824 an sich bekannt, bei einem kollektorlosen Gleichstrommotor, dessen Ständerwicklung aus einer geradzahligen Anzahl von Teilwicklungssträngen besteht, die mit ihrem einen Ende im Stern geschaltet und mit dem Massepotential verbunden sind und mit ihrem anderen Ende jeweils an einen Schaltverstärker und eine nachgeschaltete, den Stromfluß steuernde bistabile Kippstufe angeschlossen sind, zur Steuerung der Kommutierung Schaltpunktgeber einzusetzen. Hierbei sind für einen vier Teilwicklungsstränge aufweisenden Gleichstrommotor vier >-, Schaltpunktgeber nötig, deren Eingänge jeweils die in zwei benachbarten Teilwicklungssträngen induzierten Spannungen zugeführt sind. Jeder dieser Schaltpunktgeber ist mit zwei Transistoren bestückt, wobei die Eingänge jedes Schaltpunktgebers mit den Basen dieser jo Transistoren verbunden sind. Bei Gleichheit der Momentanwerte der an beiden Eingängen jeweiis anstehenden induzierten Spannungen ist über eine jeweils einem der Transistoren nachgeschaltete Differenzierschaltung ein Steuerimpuls erzeugbar, der das r, Abschalten des bislang stromführenden Teilwicklungsstranges und das Einschalten des neuen Teilwicklungsstranges durch entsprechende Steuerung der zugehörigen bistabilen Kippstufen veranlaßt. Hierfür ist ein erheblicher gerätetechnischer Aufwand nötig. Die gleichzeitige Nutzung der Transistoren zur Auskopplung der in den Teilwicklungssträngen induzierten Spannungen für einen Drehzahlregelkreis erfolgt hierbei nicht. Eine zusätzliche Hallgeneratorsteuerung für den Anlauf des Gleichstrommotors ist nicht v, vorgesehen.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird der Gegenstand der Erfindung nachfolgend näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Darstellung eines kollektor- w losen Gleichstrommotors mit Hallgeneratoren,

Fig. 2 ein Schaltbild eines kollektorlosen Gleichstrommotors nach der Erfindung.

In den Fig. 1 und 2 sind mit IVl bis W4 die Teilwicklungsstränge eines kollektorlosen Gleichstrom- t, motors bezeichnet. Mit N und S sind die magnetischen Pole eines Dauermagnetläufers Langedeutet.

Zwei Hallgeneratoren Hi und H2 sind dem Dauermagnetläufer radial gegenüberstehend und um 90° elektrisch gegeneinander versetzt angeordnet. Mit _ho ihrem einen Ende sind die Teilwicklungsstränge in Stern geschaltet und mit dem als ersten Pol bezeichneten Pluspol einer Gleichspannungsquelle verbunden. Mit ihrem anderen Ende sind die Teiiwicklungsstränge jeweils mit dem Kollektor eines Leistungstransistors Ti μ bis Γ 4 verbunden, wobei die Leistungstransistoren mit ihrem Emitter über die Kollektor-Emitter-Strecke eines gemeinsamen Regeltransistors Γ15 an den als zweiten Pol bezeichneten Minuspol der Gleichspannungsqueile angeschlossen sind.

Wie aus Fig.2 ferner zu ersehen ist, erfolgt die Steuerung der Leistungstransistoren Ti bis T4 über Vortratisistoren 7"5 bis 7"8. Hierzu sind jeweils zwei Vortransistoren T5, Tl bzw. 7"6, TS mit ihren Basisanschlüssen mit den Hallelektroden je eines Haügenerators Hi bzw. H 2 verbunden. Die Steuerstromanschlüsse der Hallgeneratoren Hi und H 2 sind einerseits über einen gemeinsamen Widerstand R 7 an den ersten Pol und über zwei getrennte Widerstände R 5 und R 6 sowie die zu diesen Widerständen in Reihe geschaltete Kollektor-Emitter-Strecke eines gemeinsamen Abschalttransistors 7Ό an den zweiten Pol der Gleichspannungsquelle angeschlossen. Mit ihrem Kollektor sind die Vortransistoren jeweils mit der Basis des zugeordneten Leistungstransistors und über je einen ersten Kollektorwiderstand R 1 bis R 4 mit dem zweiten Pol der Gleichspannungsquelle verbunden. Die Emitter der Vortransistoren sind über einen gemeinsamen Emitterwiderstand R8 an den ersten Pol der Gleichspannungsqueile angeschlossen.

An das mit dem Leistungstransistor verbundene Ende der Teiiwicklungsstränge ist jeweils ein Auskoppeltransistor Γ9 bis Γ12 angeschlossen. Mit ihrem Kollekte sind die Auskoppeltransistoren jeweils über einen zweiten KoNektorwiderstand /?9bis R 12 mit der Basis des Leistungstransistors verbunden, der dem um 180° elektrisch gegenüber dem mit dem betreffenden Auskoppeltransistor verbundenen Teilwicklungsstrang versetzten Teilwicklungsstrang zugeordnet ist. Das bedeutet, daß der mit dem Teilwicklungsstrang Wi verbundene Auskoppeltransistor 7*9 mit der Basis des dem Teilwicklungsstrang W3 zugeordneten Leistungstransistors Γ3 und der Auskoppeltransistor 7*11 mit dem dem Teilwicklungsstrang Wi zugeordneten Leistungstransistor TX verbunden ist. Entsprechend sind die mit den Teilwicklungssträngen W2 und W4 verbundenen Auskoppeltransistoren mit den Basen der Leistungstransistoren T4 und T2 verbunden. Zur Vermeidung von Potentialschwierigkeiten sind die Verbindungspunkte der Vor- und Auskoppeltransistoren mit den Basen der Leistungstransistoren durch Entkoppelungsdioden D 1 bis D 4 entkoppelt.

Die Basen der Auskoppeltransistoren T% bis Γ12 sind an einem gemeinsamen Verbir.dungspunkt a miteinander verbunden. An diesem Verbindungspunkt ist ferner der Emitter eines Vergleichstransistors Γ13 angeschlossen, zwischen dessen Basis und dem Verbindungspunkt a eine aus einem Kondensator C sowie einem Fest- und einem Einstellwiderstand R 19 und R 20 bestehende ftC-Schaltung liegt. Die Basis des Vergleichstransistors 7*13 ist ferner über einen weiteren Einstellwiderstand R18 mit dem ersten und einem weiteren Festwiderstand R 17 mit dem zweiten Pol der Gleichspannungsquelle verbunden. Über einen dritten Kollektorwiderstand R2i ist der Kollektor des Vergleichstransistors Γ13 am zweiten Pol der Gleichspannungsquelle angeschlossen. Der Vergleichstransistor Γ13 bildet zusammen mit den beschriebenen Widerstandselementen einen Vergleichskreis V des Gleichstrommotors.

Der Gleichstrommotor nach der Erfindung enthält ferner noch einen Steuertransistor 7*14, der mit seinem Emitter direkt am ersten Pol der Gleichspannungsquelle und mit seiner Basis direkt am Kollektor des Vergleichstransistors 7*13 angeschlossen ist. Über einen aus den Teilwiderständen R 13 und R 14 bestehenden

Spannungsteiler ist der Kollektor des Steuertransistors 7"14 mit dem zweiten Pol der Gleichspannungsquelle verbunden. An den als Abgriff b bezeichneten gemeinsamen Verbindungspunkt der Teilwiderstande R 13 und R 14 ist der Abschalttransistor 7"O mit seiner Basis angeschlossen. Zu dem Spannungsteiler R 13 und R 14 ist ein wei -rer aus den Teilwiderständen R 15 und R 16 bestehender Spannungsteiler parallel geschaltet. Der gemeinsame Verbindungspunkt dieser letztgenannten Teilwiderstände ist als Abgriff c bezeichnet und mit der Basis des Regeltransistors Γ15 verbunden.

Die Wirkungsweise des Gleichstrommotors nach der Erfindung ist folgende:

Wird durch Betätigen eines nicht dargestellten Schalters die Gleichspannung eingeschaltet, so wird zunächst der Steuertransistor Γ14 durchgesteuert, da der Vergleichstransistor 7Ί3 wegen des Fehlens der ausgekoppelten drehzahlproportionalen Spannung noch gesperrt ist und damit an seinem Kollektor und der Basis des Steuertransistors Γ14 über den dritten Kollektorwiderstand /?21 Minuspotential anliegt. Der Kollektorstrom des Steuertransistors Γ14 erzeugt an den Spannungsteilern R 13 und R 14 bzw. R 15 und R 16 jeweils einen Spannungsabfall. Die Abgriffe b und cder Spannungsteiler führen somit gegenüber dem Minuspol der Gleichspannungsquelle positives Potential, so daß der mit seiner Basis an den Abgriff b angeschlossene Abschalttransistor TO und der mit seiner Basis an den Abgriff c angeschlossene Regeltransislor Γ15 durchgesteuert werden. Durch den Abschalttransistor TO wird der Steuerstromkreis der Hallgeneratoren H1 und H 2 und durch den Regeltransistor T15 der Motorstromkreis eingeschaltet.

Entsprechend der jeweiligen Stellung des Dauermagnetläufers L wird über einen der Hallgeneratoren H 1, H 2 einer der Vortransistoren T5 bis TS und damit einer der Leistungstransistoren Ti bis T4 durchgesteuert, so daß einer der Teilwicklungsstränge IV1 bis W 4 vom Strom durchflossen wird und der Dauermagnetläufer sich in der eingezeichneten Pfeilrichtung zu drehen beginnt. Bei dieser angenommenen Drehrichtung werden die Leistungstransistoren in der Reihenfolge Ti, T2, 7"3, 7"4 nacheinander angesteuert. Mit zunehmender Drehzahl steigt auch die in den Teilwicklungssträngen induzierte drehzahlproportionale Spannung an. welche über die Emitter-Basis-Strecke der Auskoppeltransistoren ausgekoppelt und dem Emitter des Vergleichstransistors 7~13 zugeführt wird. Bei Erreichen einer bestimmten Drehzahl ist die ausgekoppelte drehzahlproportionale Spannung schließlich so hoch, daß das Potential am Emitter des Vergleichstransistors Γ13 positiv gegenüber seinem Basispotential wird, wodurch dieser Transistor leitend und sein Kollektorpotential entsprechend angehoben wird. Damit wird auch das Basispotential des Steuertransistors Γ14 angehoben und dieser weiter zugesteuert. Durch die damit verbundene Reduzierung seines Kollektorstromes sinkt das Potential am Abgriff b des Spannungsteilers R 13, R 14 ab, so daß der Abschalttransistor TO ebenfalls zugesteuert wird. Durch entsprechende Bemessung des Teilwiderstandes R 14 wird erreicht, daß das Potential am Abgriff b bei einer bestimmten Drehzahl unter dem Basis-Emitter-Schwellwert des Abschalttransistors TO liegt, so daß dieser vollkommen sperrt und den Steuerstrom der Hallgeneratoren abschaltet. Über den weiteren Spannungsteiler R 15, R 16 wird der Regeltransistor Γ15 ebenfalls beim Abnehmen des Kollektorstromes des Steuertransistors 7"14 zugesteuert, so daß der Motorstrom entsprechend zurückgeregelt wird. Die Teilwiderstände R 15 und R16 dieses weiteren Spannungsteilers sind jedoch anders dimensioniert als die Teilwiderstände R 13 und R 14, so daß der Regeltransistor 7"15 unterhalb der Nenndrehzah! des Motors noch nicht sperrt. Steigt die Drehzahl dagegen über die Nenndrehzahl hinaus an, wird der Regeltransistor Γ15 zugesteuert und damit der Motorstrom abgeschaltet, so daß die Drehzahl wieder auf die Nenndrehzahl absinkt, bei der der Regeltransistor T15 wieder aufgesteuert wird.

Wie bereits erwähnt, steigt beim Hochlauf des Gleichstrommotors die ausgekoppelte Spannung entsprechend der zunehmenden Drehzahl an, so daß die Auskoppeltransistoren T9 bis T12 durchgesteuert werden und die ausgekoppelte Spannung dem Verbindungspunkt a zugeführt ist. Mit dem Durchsteuern ziehen die Auskoppeltransistoren T9 bis Γ12 über die zweiten Kollektorwiderstände R9 bis /? 12 einen Kollektorstrom durch den die angeschlossenen Leistungstransistoren 7"! bis 7"4 gesteuert werden. Im gleichen Maße, wie der Steuerstrom der Hallgeneratoren Wl, H 2 durch den Abschalttransistor TO verkleinert und schließlich abgeschaltet und damit wiederum die Steuerung der Leistungstransistoren Π bis TA über die Vortransistoren TS bis 7"8 wirkungslos wird, werden die Leistungstransistoren Ti bis TA durch den Kollektorstrom der Auskoppeltransistoren T9 bis Π 2 gesteuert. Da die Auskoppeltransistoren T9 bis 7~12 mit ihren Basen miteinander verbunden sind, wird jeweils der Auskoppeltransistor durchgesteuert, in dessen Teilwicklungsstrang die höchste Spannung induziert ist. Somit werden die Leistungstransistoren 7*1 bis 7*4 auch weiterhin in der entsprechenden Reihenfolge nacheinander angesteuert.

Bei dem Gleichstrommotor nach der Erfindung ist somit die Hallgeneratorsteuerung nur während des Hochlaufcs des Motors wirksam. Beim Erreichen einer bestimmten Drehzahl wird die Hallgeneratorsteuerung automatisch abgeschaltet und damit der Motorgesamtstrom um den Steuerstrom für die Hallgeneratoren reduziert. Der von den Auskoppeltransistoren für die Steuerung der Leistungstransistoren benötigte Strom ist wesentlich kleiner als der Steuerstrom der Hallgeneratoren, so daß bei dem Gleichstrommotor nach der Erfindung eine bedeutende Verbesserung des Wirkungsgrades erreicht ist

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Drehzahlgeregelter kollektorloser Gleichstrommotor mit einer Anlaufhilfseinrichtung, die die Kommutierung des Motors während seiner Anlaufphase steuert, wobei die Ständerwicklung aus einer geradzahligen Anzahl von Teilwicklungssträngen besteht, die mit ihrem einen Ende in Stern geschaltet und direkt mit dem ersten Pol einer Gleichspannungsquelle und mit ihrem anderen Ende jeweils über die Kollektor-Emitter-Strecke eines Leistungstransistors mit dem zweiten Pol der Gleichspannungsquelle verbunden sind, wobei ferner nach Hochlauf des Motors die Anlaufhilfseinrichtung unwirksam ist und die Steuerung der Kommutierung durch die in den Teilwicklungssträngen induzierte Spannung erfolgt, welche außerdem als Istwertspannung für einen Drehzahlregelkreis ausgekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß als Anlaufhilfseinrichtung eine Hallgeneratoren aufweisende Steuerung (Hi, H2, 75 bis TS) dient, wobei die Steuerstromanschlüsse der Hallgeneratoren (Hi, H 2) über einen gemeinsamen Abschalttransistor (TO) an den zweiten Pol ( —) der Gleichstromquelle angeschlossen sind, und daß Auskoppeltransistoren (T9 bis Γ12) vorgesehen sind, über deren Emitter-Basis-Strecken die induzierte Spannung ausgekoppelt ist, wobei die Basen aller Auskoppeltransistoren miteinander verbunden und an den Drehzahlregelkreis (V, 7Ί4 und 7Ί5) angeschlossen sind und wobei ferner jeweils die beiden mit zwei um 180° elektrisch gegeneinander versetzten Teilwicklungssträngen (Wi, W3 bzw. W2, IV4) verbundenen Auskoppeltransistoren (T9 bis 7Ί2) mit ihrem Kollektor mit der Basis des dem jeweils anderen Teilwicklungsstrang zugeordneten Leistungstransistors (Ti bis Γ4) verbunden sind.

   Die Erfindung bezieht sich auf einen drehzahlgeregelten kollektorlosen Gleichstrommotor mit einer Anlaufhilfseinrichtung, die die Kommutierung des Motors während seiner Anlaufphase steuert, wobei die Ständerwicklung aus einer geradzahligen Anzahl von Teilwicklungssträngen besteht, die mit ihrem einen Ende in Stern geschaltet und direkt mit dem ersten Pol einer Gleichspannungsquelle und mit ihrem anderen Ende jeweils über die Kollektor-Emitter-Strecke eines Leistungstransistors mit dem zweiten Pol der Gleichspannungsquelle verbunden sind, wobei ferner nach Hochlauf des Motors die Anlaufhilfseinrichtung unwirksam ist und die Steuerung der Kommutierung durch die in den Teilwicklungssträngen induzierte Spannung erfolgt, welche außerdem als Istwertspannung für einen Drehzahlregelkreis ausgekoppelt ist.

   Ein solcher Gleichstrommotor ist durch die CH-PS 76 415 bekannt. Bei diesem bekannten Motor ist ein Ringoszillator vorgesehen, dessen Schaltfrequenz während der Anlaufphase des Motors durch die Eigenschaften des Ringoszillators bestimmt ist. Dieser Ringoszillator steuert die Kommutierung des Motors während der Anlaufphase. Nach dem Hochlauf des Motors wird die Schaltfrequenz des Ringoszillators hingegen durch die in den Teilwicklungssträngen der Ständerwicklung induzierte Spannung bestimmt. Somit wird die Kommutierung des Motors während des Betriebes durch die in den Teilwicklungssträngen induzierte Spannung gesteuert Der für die Drehzahlregelung des Motors notwendige Drehzahlistwert wird durch Auskoppeln der in den Teilwicklungssträngen induzierten, drehzahlproportionalen Spannung gewonnen. Das Auskoppeln dieser induzierten Spannung erfolgt über gesonderte Dioden.
   Der bei einem solchen Motor verwendete Ringoszillator besteht aus einer Vielzahl von Kondensatoren und Widerständen. Das Verschalten dieser Vielzahl von Elementen bedeutet einen hohen Montageaufwand. Außerdem ist der Platzbedarf für diese Elemente entsprechend groß. Die üblicherweise für die Herstellung eines solchen Ringoszillators verwendeten handelsüblichen Kondensatoren und Widerstände weisen große Toleranzen auf, die ein entsprechend ungenaues Arbeiten des Ringoszillators zur Folge haben. Dies führt letztlich zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrades des Motors. Auch die für das Auskoppeln der induzierten Spannung vorgesehenen Dioden weisen eine große Streuung hinsichtlich der Durchlaßspannung auf, wodurch die Genauigkeit der Drehzahlregelung leidet.

   Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen drehzahlgeregelten kollektorlosen Gleichstrommotor mit Anlaufhilfseinrichtung zu schaffen, bei dem der Wirkungsgrad verbessert und der Aufwand geringer ist.

   Die Lösung dieser Aufgabe gelingt nach der Erfindung dadurch, daß als Anlaufhilfseinrichtung eine Hallgeneratoren aufweisende Steuerung dient, wobei die Steuerstromanschlüsse der Hailgeneratoren über einen gemeinsamen Abschalttransistor an den zweiten

   Ji Pol der Gleichstromquelle angeschlossen sind, und daß Auskoppeltransistoren vorgesehen sind, über deren Emitter-Basis-Strecken die induzierte Spannung ausgekoppelt ist, wobei die Basen aller Auskoppeltransistoren miteinander verbunden und an den Drehzahlregelkreis

   4(i angeschlossen sind und wobei ferner jeweils die beiden mit zwei um 180° elektrisch gegeneinander versetzten Teilwicklungssträngen verbunden Auskoppeltransistoren mit ihrem Kollektor mit der Basis des dem jeweils anderen Teilwicklungsstrang zugeordneten Leistungs-

   <r> transistors verbunden sind. Bei dem erfindungsgemäßen Motor dienen die Auskoppeltransistoren sowohl zur Steuerung der Kommutierung als auch zur Gewinnung des Drehzahlistwertes. Damit ist eine wesentliche Verminderung der Bauteile erreicht. Wegen der

   ^rio geringen Toleranz der Durchlaßspannung der Auskoppeltransistoren ergibt sich eine größere Genauigkeit für die Steuerung der Kommutierung und auch bei der Drehzahlregelung.
   Aus der Literaturstelle »VDE-Fachberichte«, 1968, Heft 25, Seiten 147 bis 151, insbesondere Bild 12 ist ein drehzahlgeregelter kollektorloser Gleichstrommotor an sich bekannt, bei dem die Ständerwicklung aus einer geradzahligen Anzahl von Teilwicklungssträngen besteht, die mit ihrem einen Ende in Stern geschaltet und

   jo direkt mit dem ersten Pol einer Gleichspannungsquelle und mit ihrem anderen Ende jeweils über die Kollektor-Emitter-Strecke eines Leistungstransistors mit dem zweiten Pol der Gleichspannungsquelle verbunden sind. Die in den Teilwicklungssträngen

   i^r> induzierten Spannungen sind über anodenseitig verbundene Auskoppeldioden ausgekoppelt und einem Drehzahlregelkreis zugeführt. Die Steuerung der Kommutierung erfolgt während des gesamten Betriebes dieses