DE2164199A1

DE2164199A1 - Kommutatorloser Gleichstrommotor

Info

Publication number: DE2164199A1
Application number: DE19712164199
Authority: DE
Inventors: Yoshikiyo; Komatsu Chifumi; Mitsui Yoshihiro; Suwa; Kamakura Hiroshi Matsumoto; Nagano Futagawa (Japan)
Original assignee: Suwa Seikosha KK; Epson Corp
Current assignee: Suwa Seikosha KK; Epson Corp
Priority date: 1970-12-23
Filing date: 1971-12-23
Publication date: 1972-07-13
Also published as: US3795849A

Description

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KABUSHIKI KAISHA SUWA SEIKOSHA, Tokyo

o~ken L 9585

SHIKSHU SEIKI KABUSHTKI KAISIIA, Nagano-ken L 9585/

KOMMÜTATORLOSER GLEICHSTROMMOTOR

Die Erfindung bezieht sich auf einen kommutator losen Gleich- ': strommotor mit einem eine Dauermagnetanordnung aufweisenden j Läufer und einer mit dem Magnetfeld des Läufers verknüpften · Ständer-Antriebsspulenanordnung, mit einer die Läuferdrehstel- ■ lung abtastenden Detektoreinrichtung, die einen Oszillator- .; Schaltkreis aufweist, deren in Abhängigkeit von der Läuferdreh- ! stellung gesteuertes Ausgangssignal eine der Antriebsspulonan- : Ordnung zugeordnete TreibertransiBtorschaltung steuert, und mit
einer Regeleinrichtung zur Konstanthaltung der Läuferdrehzahi, · die eine die Läuferdrehgeschwindigkeit in ein elektrisches Sig- : nal umsetzende Wandlerschaltung aufweist.

Bei bekanntgewordenen kommutatorlosen Gleichstrommotoren der
eingangs genannten Art ist eine Regelung zur Konstanthaltung
der Läuferdrehzahl derart getroffen, daß in der oder den Antriebswicklungen oder aber in einer besonders dafür vorgesehenen Detektorwicklung induzierte Spannungen in Signale umgewandelt
und den Ausgängen des OszillatorSchaltkreises bzw. den Eingängen der Treiberstufen zugeführt werden. Die dafür erforderlichen
Steuoranfichlüsse richten sich al;.;o nach der Zahl der Antriebsspulen; die drehzahlabhängige Steuerung wird der läuferdrehstel·*

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-i Dip!.-!(iij. Hci.'i lesser, Paun'on*a!t O — 8 Mum-hen 81, Cosir.icatrofje 8': ■ Tt-lt'on: (OSVI) Ac-'ibZCi

lungsabhängigen Steuerung überlagert. Die Kennlinienabweichun- ΐ gen der Steuerelemente für die läuferdrehstellungsabhängige ⁵ Steuerung gehen demnach auch in die drehzahlabhängige Steuerung: ein, wodurch eine gewisse Verzerrung der Regelung unvermeidbar ■. ist. Darüberhinaus beschränkt sich vielfach die Regelung der I Läuferdrehzahl auf eine Steuerung des Antriebsstromes in Ab- ;

j hängigkeit von der mechanischen Belastung des Motors, wogegen \ Schwankungen bzw. ein Nachlassen der Speisespannung unberück- · sichtigt bleibt. |

Mit der vorliegenden Erfindung soll ein Gleichstrommotor der
eingangs genannten Art zur Verfügung gestellt werden, dessen
Eingriff in die läuferdrehstellungsabhängige Steuerung der Antriebsspulen möglichst gering gehalten ist, die einfach und
billig ist, und mit der sämtliche an der Drehfeldbildung, beteiligten Antriebsspulen gleichmäßig ausgesteuert werden.

ι Dies wird ausgehend von einem kommutatorlosen Gleichstrommotor

der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht,
daß die Regeleinrichtung eine Speiseschaltung für die Antriebsspulenanordnung aufweist, die in Abhängigkeit von dem Ausgangs- '-signal der Wandlerschaltung steuerbar ist.

Diese Speiseschaltung steuert den Antriebsstrom für sämtliche
Antriebsspulen; sie greift nicht in die lauferdrehzahlabhängige! Steuerung der Antriebsspulen ein. In bevorzugter Ausführung ι ist an den Ausgang der Wandlerschaltung der Eingang einer Stei.13-7 schaltung angeschlossen, deren Ausgang mit dem Steuereingang j der Speiseschaltung in Verbindung steht. Dadurch läßt sich ! einmal eine Verstärkung des aus den induzierten Spannungen, ab- j

geleiteten, drehzahlabhängigen Signals zur Steuerung der Speiseschaltung erreichen, zum anderen bieten sich eine Reihe von j Möglichkeiten für weitere, der Konstanthaltung der Drehzahl
bzw. deren Sollwertbestimmung dienende Schaltmaßnahmen. I

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DIpl.-lne. Ηοίηζ lesser, Patentanwalt D — 8. München 81. Cos:--as*ru&e 31 - Telefon: (0811) 4B3S2.Q

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist die Wandlerschaltung mit einem Integrierschaltglied versehen» dessen Eingang die in der Antriebsspulenanordnung von der Läufermagnetanordnung induzierten Spannungen bzw. die in der oder den Antriebsspulen erzeugte gegenelektromotorische Kraft zugeführt sind. .

Eine weitere, bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die Wandlerschaltung ein die gleichgerichteten, von der Laufermagnetanordnung in der Antriebsspulenanordnung induzierten Spannungen in eine Folge von Impulsen umsetzendes Impulsformerschaltglied aufweist, an dessen Impulsausgang ein Differenzierschaltglied angeschlossen ist, dessen Ausgang mit dem Eingang eines Integrierschaltgliedes in Verbindung steht.

In anderer bevorzugter Ausführung der Erfindung ist die Wandler-* schaltung mit einem Spannungskonstanthalte-Schaltglied, beispielsweise einer Zenerdiode, versehen.

Setzt sich die Antriebsspulenanordnung aus mehreren einzelnen Antriebsspulen zusammen, so ist es möglich, lediglich die in einer der Spulen erzeugte Gegen-EMK bzw. induzierten Spannungen I - im folgenden wird nur noch von induzierten Spannungen im Sinne der gegenelektromotorischen Kraft gesprochen - zur Formung des drehzahlabhängigen Istwert-Signals zu verwenden; es können aber auch die induzierten Spannungen mehrerer oder sämtlicher An-. triebsspulen zur Bildung des Signals herangezogen werden.

Um plötzlich auftretende Schwankungen des Steuersignals der Regeleinrichtung nicht unmittelbar auf die Größe des gesteuerten Antriebsstromes einwirken zu lassen, kann zwischen die Steuer-

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Dipl.-Ing. ι-''·-"*··: 1«ϊ«2». PaiontaiW.t D-- S MCr.n,* γ. <Λ. Ces:r-os;toi;e Sl T^U-fc-.Ti- (OSII) 4833 ΙΌ

elektrode und die Ausgangselektrode eines den Antriebsstrom steuernden Transistors der Speiseschaltung ein Kondensator eingeschaltet sein.

Die Erfindung wird anhand der in der anliegenden Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Ausführungsbeispiel eines Gleichstrommotors

der hier in Frage stehenden ARt, dessen Einzelteile!

ι perspektivisch und axial auseinandergezogen darge- :

stellt sind,

Figur 2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der elek-; trischen Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung,

Figuren 3,

4 und 5 Stroinlaufpläne von Ausführungsbeispielen erfindungsgemäß ausgerüsteter Regeleinrichtungen.

Das Ausführungsbeispiel eines Motors der hier in Frage stehenden Art gemäß Figur 1 stellt einen sogenannten Scheibenläufer dar. Mit 1,2 und 3 sind fächerförmige Antriebsspulen bezeichnet. ^; Die Seiten 4-5, 6-7 und 8-9 jeder Antx'iebsspule begrenzen einen 60-Grad-Kreis-Sektor. Diese Antriebsspulen sind an einer Platte, 10 befestigt und voneinander in Bezug auf die Mittellinie der ι Antriebsspule 2 um einen Winkelbereich von 100° beabstandet angeordnet. Auf der Motorachse, 24 ist verdrehfest eine Detektorscheibe 17 aus elektrisch leitendem Material befestigt. Diese i Scheibe weist an ihrem Umfang drei Ausnehmungen 18,20 und 22 j

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Dipl.-lng. Htii!2 l»«er, Po(..>ntcr,>olt D —8 MünJ.iin Sl, Coilmastiuf,« Sl Τ..ΐ.ί_θ1,· (CSD) ^ M .0

und zwischen diesen Abschirmbereiche 19,21 und 23 auf. Dabei , erstreckt sich jede Ausnehmung über einen im Kreissektorbereich

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von 40 . An zwei scheibenförmigen Läuferjochen 39 und 40 be- j findet sich jeweils eine Dauermagnetanordnung 25 und 26 aus J sechs Hreissektorförmigen Dauermagneten 27 bis 32 bzw. 33 bis 38, die in achsparalleler Richtung magnetisiert sind. Zwischen ! den einander gegenüberliegenden Magneten bleibt ein Luftspalt j frei, in. welchem die Platte 10 mit den Antriebsspulen 1 bis 3 \

eingelagert wird. Die dem Luftspalt zugewandten Polflächen !

einander gegenüberliegender Dauermagnete sind entgegengesetzt '

polarisiert. Das gleiche gilt für die in einer Ebene liegenden !

Polflächen benachbart angeordneter Dauermagnete. Der Ständer j

des Motors wird also durch die Platte 10 mit den in das Magnet-*

i feld der Dauermagnete hineinragenden Antriebsspulen 1 bis 3 gebildet, während sich der Läufer des Motors aus den auf den Jochen 39 und 40 angeordneten Dauermagneten 25 und 26 sowie J aus der Detektorscheibe 17 zusammensetzt. Rechts von der Detek-j torscheibe 17 sind drei Detektorspulen A angeordnet, die mit [

ι 42,43 und 44 bezeichnet sind und in Umfangsrichtung der Scheibe j um jeweils 40 gegeneinander versetzt angeordnet sind. Koaxial j zu diesen Detektorspulen A (Figur 2) sind auf der linken Seite der Detektorscheibe 17 Detektorspulen B angeordnet, die mit 45,46 und 47 bezeichnet sind. Die fluchtende Anordnung der Detektorspulen A und B ist derart getroffen, daß die Fluchtlinien zwischen ihnen bei drehender Detektorscheibe 17 abwechselnd die Ausnehmungen 18,20,22 und die Abschirmbereiche 19,21,23 durchgreifen, d.h., die magnetische Kopplung zwischen den einander paarweise gegenüberliegenden Detektorspulen wird bei drehender Detektorscheibe abwechselnd unterbrochen und wiederhergestellt. Die Detektorspulenanordnung ist im übrigen dorn Ständer des Motors zugeordnet. Wie sich aus der Zeichnung erkennen läßt, erhält man auf diese Weise einen axial besonders

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Dipl.-lri'j. Keiru lesser, Patentanwalt D — 8 München Sl. CosiiiiOoticfso 81 ■ Ti-Ipfon: (0811) öS 33 UO

gedrungen ausgebildeten Motor.

Das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispieles einer erfindungs gemäß ausgebildeten Schaltungsanordnung zeigt einen Oszillatorschaltkreis 49, der als LC-Oszillator ausgebildet ist, und dessen Induktivität mit Hilfe der Detektorspulen 42, 43 und 44 gebildet ist. Diesen Detektorspulen Λ liegen in der geschilderten Weise die Detektorspulen B gegenüber, deren paarweise magnetische Kopplung durch die drehende Detektorscheibe beeinflußt wird. Diese räumliche Anordnung der Spulen ist in dem Blockschaltbild gemäß Figur 2 durch den Block 50 charakterisiert. Die Detektorspulen B sind an Treiberstufen 57,58 und 59 angeschlossen, die hauptsächlich die Antriebsspulen 1,2 und 3 und diesen zugeordnete Treibertransistoren umfassen. Eine Wandlerschaltung 60 bildet aus der Umlaufgeschwindigkeit des Läufers ein elektrisches Signal, das von der Umlaufgeschwindigkeit abhängt. An die Wandlerschaltung ist eine Steuerschaltung 61 ange-; schlossen, deren Ausgang mit einer Speiseschaltung 62 in Verbin-: dung steht. Die Speiseschaltung 62 versorgt die Treiberstufen j 57,58 und 59 mit dem Gleichstrom, der als Antriebsstrom die ! Antriebsspulen 1,2 und 3 durchfließt. Die Speiseschaltung 62 ; steuert den Antriebsstrom in Abhängigkeit von dem Ausgangssignali der Steuerschaltung 61, die ihrerseits von dem Ausgangssignal der Wandlerschaltung beeinflußt wird.

Der Motor nach den Figuren 1 und 2 arbeitet wie folgt:

Sobald die elektrische Energiequelle eingeschaltet wird, beginnt der Oszillatorschaltkreis 49 zu schwingen und hält seine Schwingung aufrecht. Befindet sich der Läufer beispielsweise in einer solchen Verdrehlage zum Stator, wie dies in Figur 1 dargestellt ist, so ist die magnetische Kopplung zwischen der

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Dipl.-lng. l-k-iriz lessor, l'oUnioi«jit D— 8 Mfino.tn Sl. Lou- -usliofa Ii) ■ Til-fon: (0811) 48?S20

Detektorspule A 43 und der Detektorspule B 46 durch die Ausnehmung 18 der Detektorscheibe 17 hindurch vorhanden. Das Oszillatorsignal· wird daher von der Detektorspule A 43 auf die Detektorspule B 46 übertragen. Dadurch wird der Treibertransistor in der Treiberstufe 58 aufgesteuert, so daß ein Strom durch die Antriebsspule 2 fließt. Der Spulenzweig 6 der Antriebs spule 2 befindet sich im Hagnetfeld zwischen dem Permanentmagneten 27 der Magnetanordnung 25 und dem Magneten 33 der Magnetanordnung 26, während sich der Spulenzweig 7 in dem Magnetfeld

28 der Magnetanordnung 25 und dem Magneten 34 der Magnetanordnung 26 befindet. Nimmt man eine bestimmte Stromrichtung an,-

beispielsweise gemäß den Pfeilen 13 und 14, und ordnet man den hier wirksamen Magneten eine bestimmte Polarität zu, so beginnt der Läufer in einer vorbestimmten Richtung, beispielsweise gemäß dem Pfeil 48, zu drehen. Nach einer Drehung um einen Winkel von 4o gerät auf Grund der mitdrehenden Detektorscheibe 17 der Abschirmbereich 23 zwischen die Detektorspulen 43 und 46, deren elektromagnetische Kopplung daraufhin unterbrochen wird. Gleichzeitig gerät die Ausnehmung 18 zwischen die Detektorspulen 44 und 47, deren elektromagnetische Kopplung dadurch aufgenommen wird. Dadurch wird einmal das Oszillatorsignal in der Detektorspule B 46 unterbrochen, so daß der Antriebsstrom durch die Antriebsspule 2 abgeschaltet wird, während stattdessen die Detektorspule B 47 nunmehr das Oszillatorsignal empfängt und den Treibertransistor der Treiberstufe 59 aufsteuert. Daraufhin fließt ein Antriebsstrom durch die Antriebsspule 3, 8 und 9, die sich auf Grund der Läuferdrehung um 40° nunmehr

• zwischen den Dauermagneten 28 der Magnetanordnung 25 und dem Dauermagneten 34 der Magnetanordnung 26 bzw. dem Dauermagneten

29 in der Magnetanordnung25 und dem Dauermagneten 35 in der Magnetanordnung 26 befinden. In Beibehaltung der angenommenen Stromrichtungsverhältnisse gemäß der Pfeile 15 und 16 und einer

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entsprechenden Richtung des magnetischen Feldes setzt der Läufer seine Drehung in Richtung des Pfeiles 48 fort.

Nach einer, weiteren Drehung um einen Winkel von etwa 40° wird nunmehr die elektromagnetische Kopplung zwischen den Detektorspulen A 42 und B 45 durch die Ausnehmung 22 hergestellt, während der Abschirmbereich 23 der Detektorscheibe 17 avischen die Detektorspulen A 44 und B 47 tritt und deren Kopplung unterbricht. Auf diese Weise wird die übertragung des Oszillatorsignals auf die Detektorspule B 47 unterbrochen, worauf der Strom in der Antriebsspule 3 abgeschaltet wird.

Das Oszillatorsignal gelangt statt dessen zu der Detektorspule B 45, was zu einer Aufsteuerung des Treibertransistors der Treiberstufe 47 führt, so daß die Antriebsspule 1 mit Strom versorgt wird. Die Spulenzweige 4 und 5 der Antriebsspule 1 befinden sich auf Grund der Weiterdrehung des Läufers um etwa j 40° im Bereich des Magnetfeldes zwischen dem Magneten 30, der j Magnetanordnung 25 und dem Magneten 36 der Magnetanordnung 26 j bzw. dem Magneten 31 der Magnetanordnung 25 und dem Magneten 37i der Magnetanordnung 26. Nimmt man wieder die durch die Pfeile !

11 und 12 angegebene Stromrichtung an,und behält man die bisher angenommene Polarität der Dauermagnete bei, so dreht der Läufer in der Richtung des Pfeiles 48 weiter. Nach Zurücklegen eines weiteren Drehwinkels von etwa 40° tritt nunmehr die öffnung 22 der Detektorscheibe 17 zwischen die Detektorspulen A 43 und B 46, worauf sich die geschilderte Arbeitsweise wiederholt.

i Der Läufer bewegt sich also in einer vorbestimmten Drehrichtung j

weiter. Darüberhinaus kann der Motor aus jeder Stillstandslage anlaufen, sobald der Oszillatorschaltkreis durch Einschalten der Energiequelle zu arbeiten beginnt. Es befindet sich nämlich;

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immer wenigstens ein Paar von Detektorspulen A und B in magnetischer Kopplung miteinander, d.h., die Anordnung der Spulenpaare und der Ausnehmungen 18, 20 und 22 der Detektorplatte 17 ist entsprechend getroffen. Auf Grund der beschriebenen, gegeneinander in Umfangsrichtung versetzten Anordnung der Ständer-Antriebsspulen ist sichergestellt, daß wenigstens ein Spulenzweig in jeder Verdrehlage des Läufers in dem Magnetfeld zwischen zwei einander gegenüberliegenden Dauermagneten liegt.

Im folgenden soll nun die Steuerung der Umlaufgeschwindigkeit des Läufers beschrieben werden. Auf Grund der Dauermagnetanord-i nung 25 und 26 des Läufers wird in den Antriebsspulen der Treiberstufen 57,58 und 59 eine gegenelektromotorische Kraft, d.h., Spannung, induziert, die sich proportional zur Umlaufgeschwindigkeit des Läufers verhält. Diese induzierte Spannung wird in der Wandlerschaltung 60 gleichgerichtet, falls erforderlich integriert und in ein elektrisches Signal umgewandelt, das proportional von der Umlaufgeschwindigkeit des Läufers abhängt. Dieses sich proportional zur Umlaufgeschwindigkeit des Läufers verhaltende elektrische Signal wird in der Steuerschaltung 61 umgekehrt.

Mit anderen Worten wird immer dann ein Signal, das eine Verringerung der Umlaufgeschwindigkeit des Läufers auslöst, übermittelt, wenn die Umlaufgeschwindigkeit des Läufers ansteigt, und umgekehrt. Die'Hötorgeschwindigkeit wird in Abhängigkeit von diesem Signal mit Hilfe der Speiseschaltung gesteuert, die den Treiberstufen 57, 58 und 59 den Antriebsstrom zuführt. Zur Steuerung der Speiseschaltung dient das der Steuerschaltung entnommene Signal, das dem ausgangssignal der Wandlerschaltung gegenüber umgekehrt ist. Grundsätzlich ist es auch möglich, mit dem Wandlersignal die Speiseschaltung unmittelbar anzusteuern, wobei man dann mit ansteigender Signalamplitude den Ausgangsstrom der Speiseschaltung verringert.

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Wächst die Umlaufgeschwindigkeit an, so wird der durch die Antriebsspulen fliessende Strom verringert, wodurch die Umlaufgeschwindigkeit des Läufers herabgesetzt wird. Verringert sich dagegen die Umlaufgeschwindigkeit, so wird der durch die Antriebsspulen fliessende Strom erhöht, wodurch die Geschwindigkeit des Läufers ansteigt. In Figur 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäss ausgerüsteten Schaltungsanordnung für den Betrieb des Motors dargestellt. Die Detektorspulen A, nämlich 42, 43 und 44, bilden zusammen mit dem Transistor 72 und den Kondensatoren 73, 74 und 75 sowie den Widerständen 76 und 77 den Oszillatorschaltkreis. Die Detektorspulen B, nämlich 45, 46 und 47 sind zusammen mit Demodulations-Kondensatoren 78, 79 und mit den zugehörigen Treibertransistoren 81, 82 und 83 verbunden an deren Ausgänge die Antriebsspulen 1, 2 und 3 in entsprechender. Zuordnung angeschlossen sind.

Durch Schliessen des Schalters 95 wird die elektrische Energiequelle 94 an die Schaltungsanordnung angeschlossen, wDrauf der Oszillatorschaltkreis zu schwingen beginnt. Wie bereits geschildert, läuft der Motor an. Durch die Arbeitsweise der Detektoreinrichtung, d.h., der Detektorspulen A und B und der Eötektorscheibe 17, werden die Treibertransistoren 81,82 und 83 aufeinanderfolgend umlaufend angesteuert, wodurch den Antriebsspulen 1,2 und 3 nacheinander Antriebsstrom zugeführt wird. Auf diese Weise läuft der selbststartende Motor in vorbestimmter Drehrichtung kontinuierlich um.

In den Antriebsspulen 1,2 und 3 werden von der Läufermagnetanordnung proportional zur Drehgeschwindigkeit des Läufers Spannungen indiziert, die durch die Dioden 84, 85 und 86 gleichgerichtet und darauf mit Hilfe des Kondensators 87 integriert werden. Der integrierte Gleichstrom ist ein elektrisches Signal, das sich proportional zur Umlaufgeschwindigkeit des Läufers verhält. Dieses Gleichstromsignal

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wird einem Steuertransistor (PNP-Typ) al mit Hilfe der Widerstände 88, 89 und 90 als Vorspannung zugeführt. Wenn demnach die Ausgangsspannung der Energiequelle ansteigt, so verringert sich die Vorspannung für den Steuertransistor 91, was zur Folge hat, dass der Kollektorstrom dieses Transistors abnimmt.

Verringert sich dagegen die Umlaufgeschwindigkeit des Läufers, so steigt die dem Steuertransistor 91 aufgegebene Vorspannung an, worauf der Kollektorstrom dieses Transistors anwächst. Der Kollektorstrom des Steuertransistors 91 wird dem Speisetransistor 92 als Basisstrom zugeführt. Auf diese Weise kann der Kollektorstrom des Transistors 92 gesteuert werden, der als Antriebsstrom die in Reihe zu dem Transistor 92 geschalteten Antriebsspulen 1,2 und 3 durchfliesst. Wächst also die Umlaufgeschwindigkeit des Läufers an, so verringert sich der Basisstrom des Transistors 92 durch die Arbeitsweise des Steuertransistors 91. Der verstärkte Kollektorfetrom des Transistors 92 verringert sich demnach, so dass die Antriebsspulen 1, 2 und 3 von einem entsprechend geringeren Antriebsstrom durchflossen werden. Die Folge davon ist, dass die Umlaufgeschwindigkeit des Läufers absinkt. Fällt andererseits die Umlaufgeschwindigkeit des Läufers ab, so wächst der Basisstrom des Transistors 92 durch den Steuertransistor 91 an. Dadurch steigt auch der verstärkte Kollektorstrom dieses Transistors an, so dass die Antriebsspulen 1, 2 und 3 von einem entsprechend erhöhten Antriebsstrom durchflossen werden. Dies führt wiederum zu einer Erhöhung der Läufergeschwindigkeit. Auf diese Weise dreht sich der Läufer mit einer konstanten, vorbestimmten Umlaufgeschwindigkeit, die unabhängig vonÄnderungen der Belastung ist. Darüberhinaus ist es möglich, die Umlaufgeschwindigkeit des Läufers zu variieren oder auf bestimmte andere Werte festzusetzen, indem man einen veränderbaren Widerstand 90 im Basiskreis des Steuertransistors 91 entsprechend verstellt.

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Figur 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung für einen erfindungsgemäss ausgerüsteten Motor. Genauso wie bei dem Beispiel gemäss Figur 3 ist ein Oszillatorschaltkreis 49 (Figur 2), eine Detektoreinrichtung 50 (Figur 2) aus Detektorspulen A, nämlich 42, 43 und 44, und B, nämlich 45, 46, 47, und einer Detektorscheibe 17, Antriebsspulen 1, 2 und 3 und Treiberstufentransistoren 57, 58 und 59 (Figur 2),-an welche die Antriebsspulen angeschlossen sind, vorgesehen.

Durch Schliessen des Schalters 95 wird die Energiequelle 94 an die Schaltungsanordnung angeschlossen, worauf der Läufer anläuft und in bestimmter Drehrichtung kontinuierlich umläuft. Die in der Antriebsspule 1 proportional zu der Umlaufgeschwindigkeit des Läufers induzierte Spannung wird mit Hilfe der Diode 84 gleichgerichtet und dem Widerstand 96 zugeführt. Daraufhin wird dieses Signal mit Hilfe des Transistors 97 in ein impulsförmiges Signal umgewandelt. Das gewonnene Impulssignal wird im folgenden mit Hilfe des Kondensators 98 und des Widerstandes 99 in Differentialimpulse umgesetzt und sChilesslieh durch die Diode 100 und den Kondensator 101 integriert. Auf diese Weise erhält man ein proportional von der Umlaufgeschwindigkeit des Läufers abhängendes Gfeichstromsignal. Dieses Gleichstromsignal wird wiederum dem Steuertransistor 91 zugeführt und zwar als umgepolte Vorspannung

Erhöht sich nun die Umlaufgeschwindigkeit des Läufers, so wächst die Zahl der Differentialimpulse an, was zu einer entsprechenden Änderung der Vorspannung für den Steuertransistor 91 führt. Als Ergebnis fällt der Kollektorstrom ab. Wächst demgegenüber die Umlaufgeschwindigkeit des Läufers an, so verringert sich die Anzahl der differenzierten Impulse, was sich entsprechend auf die Vorspannung des Steuertransis^ors 91 auswirkt, so dass der Kollektorstrom ansteigt. Der Kollektorstrom des Steuertransistors 91 wird zur Steuerung des Speisetransistors 92 verwendet. Auch hier wieder wird der verstärkte Kollektorstrpm dieses Transistors 92 zur Speisung ϊ y 3 8 2 9/υ8 6ο

ORIGINAL INSPECTED

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der Antriebsspulen 1, 2 und 3 verwendet, die in Reihenschaltung zu dem Transistor 92 angeordnet sind.

Steigt die Umlaufgeschwindigkeit des Läufers an, so fällt demnach aufgrund der Arbeitsweise des Staiertransistors 91 der Basisstrom des Speisetransistors 92 ab. Dadurch verringert: sich der Kolfektorstrom und damit der Antriebsstrom, der die Antriebsspulen 1,2 und 3 durchfliesst. Dies hat eine Verringerung der Umlaufgeschwindigkeit des Rotors zur Folge.

Fällt demgegenüber die Umlaufgeschwindigkeit des Rotors ab, so steigt der Basisstrom des Transistors 92 aufgrund der Arbeitsweise des Steuertransistors 91 an. Als Ergebnis erhält man einen entsprechend höheren Kollektorstrom des Speisetransistors 92, der als Antriebsstrom die Antriebsspulen 1, 2 und 3 durchfliesst. Als Folge erhält man eine anwachsende Umlaufgeschwindigkeit des Läufers.Auf diese Weise lässt sich die Umlaufgeschwindigkeit des Läufers unabhängig von der Belastung konstant halten. Wie auch bei dem Ausführungsbeispiel gemäss Figur 3 lässt sich die Umlaufgeschwindigkeit des Läufers entsprechend der Verstellung des variablen Widerstandes 9Overändern. Dieser veränderbare Widerstand 90 dient im übrigen auch dazu, eine vorbestimmte Läufergeschwindigkeit einstellen zu können.

Auch das weitere Ausführungsbeispiel gemäss Figur 5 zeigt wie die Beispiele nach den Figuren 3 und 4 einen Oszillatorschaltkreis 49, eine Detektoreinrichtung 50 aus Detektorspulen/ A und B, eine Detektorscheibe 17 und Treiberschaltkreise 57, 58 und 59 mit den Antriebsspulen 1, 2 und 3 sowie den dazugehörigen Treibertransistoren (Figur 2). Durch Anschalten der Energiequelle 94 mit Hilfe des Schalters 95 läuft der Rotor selbsttätig an und dreht kontinuierlich in vorbestimmter Drehrichtung weiter.

Die Arbeitsweise des Ausführungsbeispieles gemäss Figur 5 ist im Prinzip die gleiche wie die des Ausführungsbeispieles nach Figur 3; e3 ist lediglich ein Spannungskons tan thaltee lernen j:

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102 vorgesehen, wodurch die Umlaufgeschwindigkeit des Läufers auch unabhängig von Veränderungen oder einem Abfall der eingespeisten Energie konstant gehalten werden kann.

Genauer gesagt werden die in den Antriebsspulen 1, 2 und • proportional zu der Umdrehungsgeschwindigkeit des Läufers induzierten Spannungen mit Hilfe des Kondensators 87 integriert. Betrachtet man dieses integrierte Gleichstromsignal einmal *als über die Zeit konstant, so kann man folgende Betrachtungen hinsichtlich einer Veränderung der von der Energiequelle abgegebenen Spannung anstellen. Die Spannung an beiden Enden des Spannungskonstanthalteelementes Io2 bleibt ohne Rücksicht auf einen Abfall oder eine Änderung der abgegebenen Energie konstant. Diese konstante Spannung wird mit Hilfe der Widerstände 103, 1O4 und 90 geteilt und wird dem Steuertransistor 91 als Vorspannung zugeführt. Steigt die Ausgangsspannung der Energiequelle an, so bleibt diese dem Steuertransistor 91 zugeführte Vorspannung konstant, da die Spannung an beiden Enden des Spannungskonstanthalteelementes 102, hier eine Zenerdiode, sich nicht ändert. Als Folge davon ändert sich auch der Kollektorstrom des Steuertransistors 91 nicht.

Verringert sich demgegenüber die Ausgangsspannung der Energiequelle, so ändert sich die Vorspannung für den Steuertransistor 91 ebenfalls nicht, da die Spannung an teiden Enden des Spannungskonstanthalteelanentes 102 aufrechterhalten bleibt. Also ändert sich auch in diesem Falle der den Steuertransistor 91 durchfliessende Strom nicht. Da der Kollektorstrom des Steuertransistors 91 dem Speisetransistor 92 als Basisstrom zugeführt wird, bleibt dessen verstärkter Kollektorstrom ebenfalls unverändert.

Gemäss dieser vorgenannten Merkmale kann sich also auch der Antriebsstrom, der die in Reihe zu dem Speisetransistor 92 geschalteten Antriebsspulen 1,2 und 3 durchfliesst, nicht ändern, wenn ein Abfall oder eine Veränderung in der Energie-

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quelle auftritt. Als Folge davon bleibt auch die Umlaufgeschwindigkeit des Rotors konstant. Ändafc sich dagegen die Umlaufgeschwindigkeit des Läufers, während die Ausgangsspannung der Energiequelle konstant bleibt, so wird die Umlaufgeschwindigkeit des Infers in der gleichen Weise konstant gehalten^ wie dies bereits im Zusammenhang mit den in.Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel.beschrieben wurde.

Bei den im Zusammenhang mit den Figuren 3,4 und 5 beschriebenen Ausführungsbeispielen ist ein Kondensator 93 zwischen die Basiselektrode und die Kollektorelektrode des Speisetransistors 92 eingeschaltet. Damit wird erreicht, dass der Speisetransistor 92 bzw. die Speiseschaltung 62 (Figur 2) Veränderung^ des Stromes "weich" bzw. geglättet einleitet. Der Speisetransistor 92 ist zur Erhäung der Verstärkung und zum empfindlicheren Reagieren auf Änderungen der Belastung oder Abfall bzw. Veränderung der Energiequellenausgangsspannung in Darlington-Schaltung angeordnet.

Wie aus Vorstehendem ersichtlich, läuft der kommutatorlose Gleichstrommotor gemäss der Erfindung selbsttätig an und dreht immer in einer vorbestimmten Drehrichtung mit konstanter Geschwindigkeit unbeeinflusst von Veränderungen in der Belastung oder einem Abfall bzw. einer Veränderung der Energieversorgung, wofür eine einfache Schaltungsanordnung vorgesehen ist.

Obwohl in den beschriebenen Ausführungsbeispielen der erfindungsgemässe Motor mit drei Antriebsspulen und sechs Paaren von Dauermagneten, drei Paaren von Detektorspulen • A und B und einer mit drei umfangsseitigen Ausnehmungen versehenen Detektorscheibe ausgerüstet ist, lässt sich die Erfindung auch auf andere Motοrausführungen mit unterschiedlichen Kombinationen der Zahl der Spulen, Ausnehmungen und dergleichen sowie auch auf Gleichstrommotoren anderer Bauart anwenden. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele

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BAD ORiGfNAL

Dipl.-Ing. Heinz Lessei, Potentanwalt D—8 München 81, Cosimastrafje 81 · Telefon: (0311) 983820

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dienen lediglich der Erläuterung der Erfindung und beschränken diese nicht.

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Claims

Dipl.-Ing. Heinz lesser. Patentanwalt D—8 München 81, Cosimasfta&e 81 · Telefon: (0811) 9838 20

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PATENTANSPRÜCHE

1./ Kommutatorloser Gleichstrommotor mit einem eine Dauermagnetanordnung aufweisenden Läufer und einer mit dem Magnetfeld des Läufers verknüpften Ständer-Antriebsspulenanordnung, mit einer die Läuferdrehstellung abtastenden Detektoreinrichtung, die einen Oszillatorschaltkreis aufweist, deren in Abhängigkeit von der Läuferdrehstellung gesteuertes Ausgangssignal eine der Antriebsspulenanordnung zugeordnete Treibertransistorschaltung steuert, und mit einer Regeleinrichtung zur Konstanthaltung der Läuferdrehzahl, die eine die Läuferdrehgeschwindigkeit in ein elektrisches Signal umsetzende Wandlerschaltung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung eine Speiseschaltung (62) für die Antriebsspulenanordnung (1,2,3) aufweist, die in Abhängigkeil von dem Ausgangssignal der Wandlerschaltung (60) steuerbar ist.

Motor nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , dass an dem Ausgang der Wandlerschaltung

(60) der Eingang einer Steuerschaltung (61) angeschlossen ist, deren Ausgang mit dem Steuereingang der Speiseschaltung

(62) in Verbindung steht.

Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Wandlerschaltung (60) ein Integrierschaltglied (67) aufweist, dessen Eingang die in der Antriebsspulenanordnung (1,2,3; 1) von der Läufermagnetanordnung (25, 26) induzierten Spannungen (GEGEN-EMK) zugeführt sind.

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4. Motor nach einem der Ansprüche 1 und 2,dadurch gekennzeichnet , dass die Wandlerschaltung (6D)ein die gleichgerichteten, von der Läufermagnetanordnung (25,26) in der Antriebsspulenanordnung (1) induzierten Spannungen (GEGEN-EMK) in eine Folge von Impulsen umsetzendes Impülsformerschaltglied (97) aufweist, an dessen Impulsausgang ein Differenzierschaltglied (98,99) angeschlossen ist, dessen Ausgang mit dem Eingang eines Integrierschaltgliedes (100, 101) in Verbindung steht.

5. Motor nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet , dass das Impülsformerschaltglied einen Transistor (97) aufweist, und dass das Differenzierschaltglied aus einem Kondensator (98) und einem Xtfiderstand

(99) und das Integrierschaltglied aus einem Gleichrichter

(100) und einem Kondensator (101) gebildet ist.

6. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet , dass die Wandlerschaltung (60) ein Spannungskonstanthalte-Schaltglied (102) aufweist.

7. Motor nach Anspruch 6,dadurch gekennzeichnet , dass das Spannungskonstanthalte-Schaltglied eine Zenerdiode (102) ist.

8. Motor mit einer aus mehreren Antriebsspulen bestehenden Ständer-Antriebsspulenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandlerschaltung (60) nur die von der Läufermagnetanordnung (25, 26) in einer Antriebsspule (1) induzierten Spannungen (GEGEN-EMK) geführt sind.

9. Motor mit einer aus mehreren Antriebsspulen bestehenden Ständer-Antriebsspulenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,dadurch gekennzeichnet, dass der Wandlerschaltung (60) die von der Läufermagnetanordnung (25,26) in allen Antriebsspulen (1,2,3) induzierten Spannung (GEGEN-EMK) zugeführt sind.

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10. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , dass die Speiseschaltung (62) einen den Antriebsstrom steuernden Transistor (92) aufweist, zwischen dessen Basis und Kollektor ein Kondensator (93) eingeschaltet ist.

11. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeleinrichtung einen verstellbaren Sollwertgeber (90) aufweist.

12. Motor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet , dass der Sollwert mit Hilfe eines Potentiometer, das mit der Basis einer der steuernden Transistoren (91) der Regeleinrichtung in Verbindung steht, verstellbar ist.

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