DE2115777A1

DE2115777A1 - Kollektorloser Gleichstrommotor

Info

Publication number: DE2115777A1
Application number: DE19712115777
Authority: DE
Inventors: Gerhard Dipl.-Ing. 8500 Nürnberg. P Schaub
Original assignee: Buehler GmbH
Current assignee: Buehler GmbH
Priority date: 1971-04-01
Filing date: 1971-04-01
Publication date: 1972-10-19
Also published as: US3795848A; DE2115777B2; IT954579B; GB1368029A; FR2132052A1

Description

PATENTANWALT
I

74t Reotltnßefi/Wörfi. ,. _rtrtM

HdA τ** 34zia 2115777

P 1425

Anmelder: Firma Gebr_c Bühler Nachfolger GmbH

85QQ Nürnberg 15
Körnerstr₀ 141 - 143

Kollektorloser Gleichstrommotor

Die Erfindung bezieht sich auf einen kollektorlosen Gleichstrommotor mit einem Permanentmagnetrotor und einer stationären mehrpoligen Ankerwicklung mit meh reren Wicklungssträngen, die jeweils über einen von einer elektronischen Steuerschaltung beeinflußten Leistungstransistor an eine Gleichspannungsquelle gelegt sind.

Kollektorlose Gleichstrommotoren der vorstehend genannten Art sind bereits vorgeschlagen worden; zu ihrem Betrieb muß in der stationären, mehrstränigen Ankerwicklung ein umlaufendes Magnetfeld erzeugt v/erden, dem der Permanentmagnetrotor folgt« Das umlaufende Magnetfeld wird dadurch erreicht, daß die Wicklungsstränge der Ankerwicklung gleichmäßig über don Umfang dos Motors verteilt angeordnet sind und

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BAD ORIGINAL

nacheinander in einem bestimmten und gewünschten Umläufsinn an die Gleichspannungsquelle gelegt werden. Das ¥ei— tersGhalten der Betriebsgleichspannung von \7icklungsstrang zu V/icklungsstrang wird mittels einer elektronischen Steuerschaltung bewirkt,,

Bei den bisher vorgeschlagenen kollektorlosen Gleichstrom— ^ motoren dieser Art wird ein Hilfskollektor verwendet, der ^ in Abhängigkeit von der Stellung des Rotors jeweils nur die Ansteuerung eines bestimmten Üicklungsstranges erlaubt und dadurch eine bestimmte Drehrichtung festlegt. Der Hilfskollektor kann aus einem mit dem Permanentmagnetrotor umlaufenden Permanentmagneten bestehen, der auf entsprechend den Wicklungssträngen gleichmäßig über den Umfang des Motors verteilt angeordnete Feldplatten oder Hall-Generatoren ein-

wirkt und deren Widerstandswerte verändert. Es sind aber auch mit Schleifkontakten versehene Hilfskollektoren bekannt geworden, die ein hohes Anlaufdrehmoment gewährleisten und ' bei denen nach Erreichen einer bestimmten Drehzahl die

Schleifkontakte durch Fliehkraft vom Hilfskollektor abgeho-P ben werden*

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kollektorlosen Gleichstrommotor so auszubilden, daß er ohne ausgeprägten Hilfskollektor das für den Betrieb des Gleichstrommotors erforderliche magnetische Drehfeld erzeugt, und bei welchem der bei der Ausbildung berührungsfrei arbeitender Hilfskollektoren erforderliche fertigungstechnische Aufwand entfällt,, Eine Unteraufgabe besteht darin, den Motor dabei so auszubilden, dal3 er günstige Betriebseigenschaften auf-weist, insbesondere dem Betriebsverhalten von Gleichstrom-" Nebenschlußmotoren möglichst nahe kommt.

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Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die elektronische Steuerschaltung einen Ringzähler aufweist, dessen Stufen jeweils einen der Leistungstransistoren steuern, sowie einen Oszillator, der die Zählsignale für den Ringzähler liefert.

Ein kollektorloser Gleichstrommotor gemäß der Erfindung hat den Vorteil, daß er sich in seinem Betriebsverhalten an verschiedene Anwendungsfälle anpassen läßt. So kann der Oszillator beispielsweise auf eine vorgegebene Anfangsfrequenz eingestellt werden und dadurch gewährleisten, d=ß der Ringzähler beim Einschalten des Motors mit dieser vorgegebenen Anfangsfrequenz geschaltet und dadurch mit Sicherheit ein Anlaufen des Motors bewirkt wird. Der beispielsweise als Multivibrator ausgebildete Oszillator läuft also auch bei stehendem Motor mit einer relativ kleinen Betriebsfrequenz.

Der Oszillator kann über eine Rückführungsleitung an eine von der Drehzahl des Motors abhängige Spannung zur Beeinflussung seiner Betriebsfrequenz gelegt sein, also frequenzgesteuert sein, so daß er in Abhängigkeit von der Drehzahl des hochlaufenden Gleichstrommotors seine Betriebsfrequenz und damit die Zählgeschwindigkeit des Ringzählers ändert. So wird ein weiteres Hochlaufen des Gleichstrommotors bis zu einer gewünschten Drehzahl erreicht, die durch eine zusätzliche Drehzahlregelschaltung bestimmt werden kann« Hierbei kann die Rückführungsleitung über Dioden mit den einzelnen Wicklungssträngen der stationären Ankerwicklung verbunden sein.

Bei einer günstigen Auslegung des Rückführungskreises kann man ein Betriebsverhalten des Gleichstrommotors erreichen, das näheruiigsweise dem Betriebsverhalten von GleichstromiJeberiKclilu'-iuotoren entspricht»

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Der auf eine vorgegebene Anfangsfrequenz eingestellte Oszillator kann aber auch unabhängig von der augenblicklichen Drehzahl des Motors in seiner Betriebsfrequenz gesteuert sein, wozu er über eine RC-Stufe als Frequenzsteuer glied an die Gleichspannungsquelle gelegt werden kann. Die Zeitkonstante der RC-Stufe ist so gewählt, daß der Oszillator seine Betriebsfrequenz ausreichend langsam erhöht, so daß der Motor dieser Frequenzänderung folgen kann. Auf diese Weise läßt sich ein Synchronverhalten des Gleichstrommotors erreichen.

Zur rotorstellungsabhängigen Steuerung des Ringzählers nach dem Anlauf des Gleichstrommotors kann der Oszillatorausgang mittels einer zusätzlichen Rückführungsleitung, insbesondere über Zenerdioden, mit den Wicklungssträngen des Motors verbunden sein. Die Zenerdioden sind so geschaltet, daß ihre Durchbruchspannung bei der gewünschten Übergangsdrehzahl des Motors erreicht wird, bei der dann der Oszillator praktisch vom Ringzähler abgeschaltet wird. Weiter ist es möglich, jeden Wicklungsstrang vorzugsweise über Dioden, mit einer entsprechenden Ringzählerstufe phasenrichtig zu verbinden. Mit einer solchen Schaltung kann ein nahezu exaktes Nebenschlußverhalten des Motors erzielt werden.

Möglichkeiten einer Drehzahlregelung des Motors bestehen darin, daß die Rückführungsspannung, die vom Motor, insbe-r sondere über Dioden an den Wicklungssträngen, abgenommen und auf den Steuereingang des Oszillators gegeben werden, auf einen bestimmten oder auf bestimmte Werte begrenzt wird. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Oszillator mit einer auch an sich bekannten Einrichtung zur Begrenzung seiner Betriebsfrequenz auf einen oberen Grenzwert zu versehen.

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Einzelheiten über die Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, auf der ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgebildeten kollektorlosen Gleichstrommotors dargestellt ist.

Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 ein das Grundprinzip der Steuerschaltung erläuterndes Blockschaltdiagrammj

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer Motorsteuerschaltung gemäß der Erfindung.

Das in Fig. 1 dargestellte Blockschaltdiagramm zeigt einen kollektorlosen Gleichstrommotor 10 der eingangs beschriebenen Art, die Anschlußstelle 11 einer Gleichspannungsquelle und als Teile der Motorsteuerschaltung einen Ringzähler 12 und einen Oszillator 13. Dem Oszillator 13 ist eine Drehzahlregelschaltung 14 zugeordnet.

Der Motor 10 ist mit η Ankerwicklungesträngen ausgebildet, und der Ringzähler 12 weist entsprechend η einzelne Stufen auf. Jedem der η Wicklungsstränge ist also eine der η Stufen des Ringzählers zugeordnet.

Über eine Rückführungsleitung 15 wird ein von der Drehzahl des Gleichstrommotors 10 abhängiges Steuersignal, nämlich ein Signal mit einer -von der Drehzahl des Motors abhängigen Spannung oder abhängigen Frequenz, über die Drehzahlbegrenzungsschaltung 14 auf den Oszillator 13 gegeben, der dadurch in seiner Betriebsfrequenz geändert wird und über die Fopplungsleitung 16 Fortschaltsignale für den Ringzähler- ί2 ^it entsprechend geänderter Frequenz liefert. Die Schaltung

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kann außerdem eine Rückführungsleitung 17 aufweisen, mit welcher drehzahlabhängige Synchronisiersignale unmittelbar auf den Ringzähler 12 unter UMgehung des Oszillators 13 geliefert werden können.

Wie durch den mit gestrichelten Linien eingetragenen Schaltungsteil angedeutet ist, kann die Frequenz des Oszillators 13 auch unabhängig von der augenblicklichen Drehzahl des Gleichstrommotors 10 mittels eines RC-Gliedes 18 verändert werden, über welches der Steuereingang des Oszillators 13 mit der Gleichspannungsquelle 11 verbunden ist.

In Figo 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer Steuerschaltung dargestelltj in welchör teilweise die gleichen Bezugsziffern wie in dem Blockschaltbild nach Fig» 1 verwendet sind. Die Schaltung gliedert sich in den Oszillator 13 und den Ringzähler 12, die über eine Koppimgsstufe 19 miteinander verbunden sind· Der Oscillator 13 ist als Multivibrator aus ψ'— , bildet· Seine die beiden Transistoren 131 und 132 aufweisende Schaltung ist eine typische Multivibratorschaltung und braucht daher nicht näher erläutert zu werden. Der Oszillator ist an die Gleichspannungsque^l® angeschlossen^ von welcher nur die Anschlußklemmen 111 und 112 dargestellt sind. Der Oszillator weist einen Steuereingang 133 u¹¹^ einen Signalausgang 134 auf, welch letzterer mit dem Eingang 193 einer aus zwei Transistoren 191 und 192 bestehenden Koppe-. lungsstufe 19 verbunden ist«

Der Ringzähler 12 foeateht aus drei gleichen Stufen, die in an sich bekannter Weise als Kippstufen jeweils aus zwei Transistoren 121 und 122 gebildet sind₀ Jede Stufe steuert einen Leistungstransistor 2O₉ 21 od@r 22_S dessen Kollektor/-

Emitter-Strecke in Reihe mit einem der Wicklungsstränge 101, 102 oder 103 der Ankerwicklung des Motors an die Gleichspannungsquelle gelegt ist. Die Stufen des Ringzählers 12 sperren oder schließen die Leistungstransistoren 20 und steuern somit die Gleichstromversorgung der einzelnen Wicklungsstränge 101 bis 103 in der gewünschten Folge,

Die in den Wicklungssträngen 101 - 103 der Ankerwicklung des Gleichstrommotors durch den umlaufenden Permanentmagnetrotor induzierte Spannung wird jeweils über eine Diode 23 ausgekuppelt und über die Rückführungsleitung 15 auf den Steuereingang 131 des Oszillators 13 gegeben. Die auf der 'Rückführungsleitung 15 auftretende Spannung ist also abhängig von der Drehzahl des Motors, und diese Spannung bewirkt eine von ihrer Größe abhängige gleichsinnige Änderung der Betriebsfrequenz des Oszillators 13, so daß also bei schneller werdendem Motor auch die Betriebsfrequenz des Oszillators und damit die Betriebsfrequenz des Ringzählers 12 erhöht wird.

Die Drehzahl des Gleichstrommotors steigt solange an, bis die an den Wicklungssträngen 101 - 103 induzierte Spannung einen Wert erreicht hat, die der Durchbruchspannung einer Zenerdiode 24 entspricht, die in Reihe mit einer Gleichrichterdiode 25 zwischen das innere Ende einer Strangwicklung 101 - 103 und eine zweite Rückführungsieitung 17 gelegt ist. Die zweite ajQBÜtlführungsleitung 17 ist mit dem Eingang 193 der Koppelungsstufe 19 verbunden, liegt also zusammen mit dem Ausgang 132 des Oszillators 13 an dieser Koppelungsstufe. Dadurch wird mit Erreichen der Schwellspannung praktisch ein Abschalten des Oszillators 13 vom Ring-

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Zähler 12 bewirkt, und der Ringzähler wird mit der durch die augenblickliche Motordrehzahl bestimmten Frequenz der in seinen Wicklungssträngen induzierten Spannung betrieben.

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Claims

Patentansprüche

ΓΐWKollektorloser Gleichstrommotor mit einem Permanentmagnetrotor und einer stationären mehrpoligen Ankerwicklung mit mehreren Wicklungssträngen, die jeweils über einen von einer elektronischen Steuerschaltung beeinflußten Leistungstransistor an eine Gleichspannungsquelle gelegt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Steuerschaltung einen Ringzähler (12) aufweist, dessen Stufen jeweils einen der Leistungstransistoren (20 - 22) steuern, sowie einen Oszillator (13), der die Zählsignale für den Ringzähler (12) liefert.
2. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (13) auf eine vorgegebene Anfangsfrequenz eingestellt und über eine Rückführungsleitung an eine von der Drehzahl des Motors (10) abhängige Spannung zur Beeinflussung seiner Betriebsfrequenz gelegt ist.
3. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (13) auf eine vorgegebene Anfangsfrequenz eingestellt und über eine RC-Stufe (18) als Frequenzsteuerglied an die Gleichspannungsquelle gelegt ist.
4. Kollektorloser Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer Einrichtung zur Drehzahlregelung, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillatorausgang (132)

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mittels einer zusätzlichen Rückführungsleitung (17) über 8 Zenerdioden
(24);- mit den Wicklungssträngen (101 - 103) des Motors
verbunden ist.
5. Kollektorlose.r Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit einer Einrichtung zur Drehzahlregelung, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (13) mit einer

™ auch an sich bekannten Einrichtung zur Begrenzung seiner Betriebsfrequenz auf einen oberen Grenzwert versehen ist,
6. Kollektorlose.r Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß als Oszillator ein Multivibrator vorgesehen ist»

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