DE2601981A1 - Kollektorloser gleichstrommotor - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft einen kollektorlosen Gleichstrommotor der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art.
• Bei bekannten kollektorlosen Gleichstrommotoren werden die Wicklungen von elektronischen Schaltern gesteuert, die praktisch einen Ersatz für den Kollektor darstellen.
• Daher ergeben sich folgende Nachteile: schlechter Wirkungsgrad des Motors selbst, da immer nur eine Wicklung durchflossen ist; hoher Blindstromanteil, da geschaltete Spannung und die Gegen- E sehr verschieden sind, ergibt auch schlechten Motorwirkungsgrad.
• Ungünstiger Verlauf des Drehmoments wänrend einer Umdrehung, da kein konstantes magnetisches Drehfeld aufgebaut wird.
• Ungünstige Regelinöglichkeiten, schwierig zu verwirklichender Bremsbetrieb.
• Fir hochpräzise Antriebe, wie sie beispielsweise in Fernsehmagnetaufzeichnungsgeräten verwendet werden, fallen hiervon insbesondere der ungünstige Verlauf des Dre'mmoments und die ungünstigen Regelmöglichkeiten ins Geaacht.
• Zur Behebung dieser Nachteile wird ein Motor gemäß dem oben genannten Patentanspruch 1 vorgeschlagen. Die weiteren Patentansprüche umfassen vorteilhafte Weiterbildungen, von denen zunächst diejenigen erwähnt werden1 die dem Motor eine Nebenschluß- bzw. eine Reihenschlußchara'Kteristik verleihen (Anspruch 7 und 8).
• Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen zeigenden Figuren erläutert.
• Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen Motors und Fig. 2 eine Schaltung gemäß der Erfindung.
• In Fig. 1 ist mit 1 die Motorwelle bezeichnet, auf der der permanentmagnetische Rotor 2 angeordnet ist. Die glockenförmige Wicklung 3 ist Teil des Stators 4. Von den Hallelementen 5 und 6 (Fig. 2) ist in Fig. 1 nur eines sichtbar. Weitere dargestellte Teile des Motors sind nicht näher bezeichnet, da sie wie bei bezahnten Motoren ausgeführt sein können und zum Verständnis der Erfindung nicht erläutert zu werden brauchen.
• Die Hallelemente können in vorteilhafter Weise auf einer biegsamen gedruckten Schaltung angeordnet sein, an der auch die Zuleitungen 8 der Eallelemente befestigt sind.
• Fig. 2 zeigt die zum Motor gehörende Schaltung sowie den bereits In Fig. 1 dargestellten Rotor 2, die beiden um 90° versetzten Hallelemente und beide ebenfalls um 900 versetzten Wicklungen 3 und 3'. Bei 10 wird der beide Hallelemente durchfließende Steuerstrom zugeführt. An den Ausgangsklemmen 11, 12, 13 und 14 der Hallelemente 5 und 6 entsteht eine Spannung, welche sowohl dem Steuerstrom als auch dem magnetischen Fluß proportional ist.
• Durch geeignete Anordnung der Hallelemente ist die Hallspannung eines gallelements mit einer Spulen-EME in Phase.
• Wird nun die Hallspannung beider Hallelemente verstärlt, erhält man einen 2-Phasen-Drehstrom, der bei jeder Brehzahl von O ab mit dem Rotor synchron ist und die Motor rückwirkung berücksichtigt. Ein so besc'nalteter Motor verhält sich wie ein Gleichstron-Nebenschlußmotor, d.h.
• bei einer konstanten Spannung hat der Motor eine bestimmte Drehzahl, eine Erhöhung dieser Spannung beschleunigt den Motor, während deren Verminderung eine Bremswirkung aufweist.
• Eine sehr einfache Art der Steuerung der Motorspannung und damit der Drehzahl ist durch das Prinzip der Hallelemente gegeben, denn die Ausgangsspannung ist dem Steuerstrom proportional. Bei Stromumkehr ändert sich die Phasenlage der Ausgangssannung um 180° und der Motor ändert seine Drehrichtung.
• Bei der Schaltung nach Fig. 2 werden die Ausgangsssannungen der Hallelemente über die Widerstände 15, 16, 17 und 18 den Eingängen von zwei Differenzverstärkern 19 und 20 zugeführt. Die Widerstände 15, 16, 17 und 18 sind einstellbar, so daß einerseits die Empfindlichkeit der Differenzverstärker 19 und 20, also der Verstärungsgrad eingestellt werden kann. Andererseits wird dadurch ermöglicht, eine unerwünschte Komponente der Ausgangsspannung der Hallelemente, welche vom Steuerstrom jedoch nicht vom Magnetfluß abhängig ist, zu unterdrücken. Die Ausgänge der Differenzverstärker sind mit den Wicklungen 3 und 3' des Motors verbunden. Eierbei ist zu beachten, daß die Endstufen der Differenzverstärker genügend leistungsfähig sind, zumal bei dem erz in dungsgemäßen Motor im Gegensatz zum Stand der Technik hierzu keine Schalttransistoren, sondern Verstärker verwendet werden. Dadurch entstehen naturgemäß höhere Verluste in diesen Endstufen, was jedoch im Hinblick auf das günstige Regelverhalten des erfindungsgemäßen Motors in Kauf genommen wird.
• Um einen niedrigen Ausgangswiderstand sowie eine konstante Verstärkung zu erhalten, sind die Ausgänge der Differenzverstärker 19 und 20 über die Widerstände 21 und 22 mit den invertierenden Eingängen verbunden.
• Durch Einführung einer Stromgegenkopplung anstelle der mit e en den Widerständen 21 und 22 bewirkten Spannungsg pplung wird ermöglicht, den Strom in den Wicklungen f und 3' entsprechend der Hallspannung zu steuern. Dieses wird durch Einfügen von je einem Widerstand in die Leitungen, welche jeweils ein Ende der Wicklung 3 und 3' mit konstantem Potential verbinden (Widerstände 27 und 24) und durch Gegenkopplung der an diesen Widerständen abfallenden Spannungen mit Hilfe der Widerstände 25 und 26,erreicht.
• Durch diese Maßnahme erhält der Motor die Charakteristik eines Reihenschlußmotors, dessen Drehmoment sich bekannter--weise sehr gut regeln läßt.
• Bei einem praktisch ausgeführten Motor wurden mit der Kombination beider Maßnahmen - wie es in Fig. 2 dargestellt ist - gute Ergebnisse beim Antrieb eines Kopfrades einer Fernsehmagnetaufzeichnungsanlage erreicht.
• Durch glockenförmige Ausbildung der Wicklungen, die - wie in Fig. 1 gezeigt - Teile des Stators sind, ergibt sich ein günstiger Aufbau des Motors im Hinblick auf die Montage und auf Reparaturen.
• Bei kollektorlosen Gleichstrommotoren ist es bekannt, den mechanischen Teil, also den Motor selbst, und den elektrischen Teil als je eine Baueinheit auszuführen. Bei dem erfindungsgemäßen Motor hat es sich als gunstig herausgestellt, die einstellbaren Widerstände 15, 16, 17 und 18 am Motor selbst anzuordnen, wodürch bei der Fertigung die Widerstände entsprechend den Toleranzen der Hallelemente und anderen Teilen des Motors eingestellt werden können.
• Dadurch entstehen an den Schnittstellen zwischen der mechanischen und der elektrischen Einheit normierte Größen, so daß ohne weiteren Abgleich jede mechanische Einheit zu jeder elektrischen Einheit vom entsprechenden Typ paßt.
• Leerseite

Claims (13)

1. Kollektorloser Gleichstrommotor Patentansoruche 1. Kollekrtorloser Gleichstrommotor mit einem permanentmagnetischen Rotor, einem mit Wicklungen versehenen Stator und nindestens zwei um eta 90° versetzten Hallelementen, wobei die Hallelemente von ;je einem Steuerstrom durchflossen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsspannungen der Hallelemente nach entsprechender Verstärkung zur Steuerung der Größe und der Richtung der Spannungen an und/oder des Stromes in den Wicklungen herangezogen werden.
2. 2. Motor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Drehrichtung und das Drehmoment und/oder die Drehzahl mit Hilfe des Steuerstromes steuerbar ist.
3. 3. Motor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß beide Hallelemente vom gleichen Steuerstrom durchflossen sind.
4. 4. Motor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Verstär'.sung mindestens einer der Ausgangsspannungen der-Hallelemente einstellbar ist.
5. 5. Motor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß mit Hilfe der Ausgangsspannungen der Hallelemente die an den Wicklungen anliegende Spannung steuerbar ist.
6. 6. Motor nach Anspruch 1 dadurch geRennzeichneb, daß die Ausgangsklemmen je eines der Hallelemente mit den Eingängen je eines Differenzverstär.cers verbunden sind und an die Ausgänge der Differenzverstärker je eine Wicklung angeschlossen ist.
7. 7. Motor nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Dif fer enzverstäricer derart niederohmig sind, daß die Ausgangsspannungen weitgehend unabhängig von den in den Wicklungen erzeugten elektromotorischen Kräften sind.
8. 8. Motor nach Anspruch 6 dadurch gekennzeic'=net, daß die Ausgänge der Differenzverstärker derart hochohmig sind, daß die otröne in den Wicklungen weitgehend unabhängig von den in den lAiclilungen erzeugten elektromotorischen Kräften sind.
9. 9. Motor nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, daß Spannungen, die den Strömen in den Wicklungen entsprechen, im Sinne von Gegenkopplungen den invertierenden Eingängen der Differenzverstärker zugeführt sind.
10. 10. Motor nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Ausgangs spannungen als auch Spannungen, die den Strömen in den Wicklungen entsprechen, iiber Widerstände den invertierenden Eingängen der Differenzverstärker zugeführt sind.
11. 11. Motor nach Anspruch 1 dadurch-gekennzeichnet, daß die Wicklungen glockenförmig ausgebildet sind.
12. 12. Motor nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ausgangsklemmen der Hallelemente und den Eingängen der Differenzverstärker einstellbare Widerstände angeordnet sind.
13. 13. Motor nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, daß der Motor einschließlich der Hallelemente und der einstellbaren Widerstände eine erste und die Differenzverstärker einschließlich weiterer Widerstände eine zweite Baueinheit bilden. - --