CH682193A5 - - Google Patents

Description

  
 



  Die Erfindung bezieht sich auf einen bürstenlosen bipolaren Mehrphasen-Gleichstrommotor, in dem der Stator von einer Armatur und der Rotor von Permanentmagneten gebildet wird. 



  Bei einem herkömmlichen Nebenschlussmotor sind die Erregerwicklungen in einer geeigneten Anzahl von Polen auf den Rotor gewickelt und mit Kommutator-Segmenten verbunden, über die mittels Bürsten Strom zugeführt wird. Eln solcher Motor weist Nachteile auf. So lagern sich während des Betriebs Verunreinigungen wie Staub zwischen den Kommutator-Segmenten an oder die Bürsten müssen wegen eines Kurzschlusses in der Isolierung oder wegen Abnutzung ersetzt werden. 



  Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, unter Ausschaltung der erwähnten Probleme einen verbesserten bürstenlosen bipolaren Gleichstrommotor zu schaffen. 



  Die Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die Merkmale des Anspruches 1. 



  Dadurch, dass bei dem neuen Mehrphasen-Gleichstrommotor im Rotor ein Permanentmagnet statt einer Erregerspule verwendet wird, die Wicklung des Stators als unabhängige Wicklung ausgeführt ist, ein Kommutationskodierer fest auf die Rotorwelle montiert ist und vorzugsweise ein mit einem Treiberkreis verbundener Sensor angebracht ist, kann der Motor bei einfacher Bauweise und kostengünstiger Herstellung weich gestartet und gedreht werden. 



  Falls die Stator-Wicklung dieses Motors als Spulenwicklung ausgeführt ist, gibt der Motor sinusförmige Drehmomentwellen ab; dadurch ist er als Kleinmotor geeignet. Falls die Ständerwicklung indessen als Kettenwicklung ausgeführt ist, gibt der Motor trapezförmige Drehmomentwellen ab, wodurch er als Leistungsmotor geeignet ist. 



  Vorteilhafte Ausgestaltungen des Mehrphasen-Gleichstromes sind in den Ansprüchen 2 bis 5 beschrieben. 



  Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben, dabei zeigen: 
 
   Fig. 1 in schematischer Darstellung, teilweise als Blockschaltbild, einen bürstenlosen bipolaren Mehrphasen-Gleichstrommotor; 
   Fig. 2A in zerlegter, perspektivischer Darstellung einen Drehzahlkodierer und Sensor, den Kommutationskodierer und die -phototransistoren; 
   Fig. 2B im Halbschnitt die Teile von Fig. 2A im zusammengebauten Zustand; 
   Fig. 3A ein kreisförmiges Schaltbild der unabhängigen Wicklung des 3-Phasen-4-Pol-Motors; 
   Fig. 3B die Anordnung des vierpoligen Rotors; 
   Fig. 3C ein seriell umgezeichnetes Schaltbild der unabhängigen Wicklung des 3-Phasen-4-Pol-Motors; 
   Fig. 4A in schematischer Darstellung die Treiberschaltung des 3-Phasen-Motors; 
   Fig. 4B den konstruktiven Aufbau des Rotors und des Kommutationskodierers und des Photosensors;

   
   Fig. 5A den schematischen Aufbau eines 3-Phasen-4-Pol-Motors; 
   Fig. 5B den schematischen Aufbau eines 4-Phasen-4-Pol-Motors; 
   Fig. 6 Zeitverläufe der abgegebenen Drehmomentwellen bei der Ausführung gemäss Fig. 3A, 3B und 3C; 
   Fig. 7A und 7B die theoretische Stellung des Phototransistors und den zugehörigen Verlauf der Drehmomentwelle; 
   Fig. 8A und 8B die korrigierte Stellung des Phototransistors und den zugehörigen Verlauf der Drehmomentwelle; 
   Fig. 9A und 9B den mit korrigiertem Winkel am Kommutationskodierer angebrachten Phototransistor und den zugehörigen Verlauf der Drehmomentwelle; 
   Fig. 10A und 10B den Zustand, in dem der Phototransistor in optimal korrigierter Stellung an dem Kommutationskodierer angebracht ist, und den zugehörigen Verlauf der Drehmomentwelle;

   und 
   Fig. 11 die Anordnung von Sätzen von Phototransistoren für die Vorwärts- und Rückwärtsdrehung in dem 3-Phasen-4-Pol-Motor gemäss der Erfindung. 
 



  Nachfolgend wird das System des bürstenlosen 3-Phasen-4-Pol-Gleichstrommotors anhand zahlreicher Figuren und insbesondere anhand des Blockschaltbildes der Fig. 1 beschrieben. Der bürstenlose 3-Phasen-4-Pol-Gleichstrommotor enthält eine Drehmaschine 1 mit einem Stator 4, der durch 3 Phasen A, B und C gebildet wird, wobei jede Phase 4 eine Wicklung aus Spulen 40 aufweist, die in Serie geschalten sind (siehe Fig. 3A). Die Spulen 40 jeder Phase des Stators 4 sind unabhängig von der Verbindung der Spulen der anderen Phase miteinander verbunden, so wie dies aus den Fig. 3A und 3C hervorgeht, welche ein kreisförmiges Schaltbild der unabhängigen Wicklungen bzw. ein serielles Schaltbild der Wicklungen des 3-Phasen-4-Pol-Gleichstrommotors zeigen. Dle Enden jeder Wicklung jeder Phase des Stators 4 sind mit Transistoren jeder entsprechenden Phase eines elektrischen Kommutators verbunden.

  Da der Stator 4 eine von der Dreiecks- oder Sternschaltung unabhängige Wicklungs-Form aufweist, ist der Motor so aufgebaut, dass die Erregung der Wicklung jeder Phase stets konstant ist, selbst wenn der Motor ein Mehrphasen-Motor ist. Das Drehwerk 1 enthält auch einen Rotor 7, der aus Permanentmagneten gebildet ist. Der Rotor 7 besteht aus 4 Magnetpolen, wie aus Fig. 3B hervorgeht. Der Stator 4 kann 2, 3, 4, 5, ... oder n Phasen und der Rotor 7 kann 2, 4, 6, 8 ... oder 2n Pole aufweisen. Die Anzahl der Pole und der Phasen kann also  entsprechend den Anforderungen elnfach erhöht oder vermindert werden, ebenso wie die Länge der Durchmesser oder die Form des Drehwerkes 1 nach Bedarf einfach modifiziert werden können. 



  Wie aus Fig. 2 hervorgeht, erstreckt sich eine Rotorwelle 11 der Drehmaschine 1 aus einem Deckel 12, der auf einer Seite der Drehmaschine 1 fest angeordnet ist. Am Ende der Rotorwelle 11 sind ein Kommutationskodierer 2 und ein Drehzahlkodierer 3 fest angeordnet. Da der Kommutationskodierer 2 und der Drehzahlkodierer 3 fest zwischen dem Ende der Rotorwelle 11 und einer Scheibe 17 mittels einer Schraube 16 befestigt sind, können der Kommutationskodierer 2 und der Drehzahlkodierer 3 zusammen mit der Rotorwelle 11 rotieren. 



  Der Drehzahlkodierer 3 weist, wie aus Fig. 2A hervorgeht, die Form einer Scheibe auf, die eine Vielzahl von lichtdurchlässigen \ffnungen 31 besitzt, die im Randbereich der Scheibe längs des Umfanges angeordnet sind, und zwar derart, dass sie mit einem Drehzahlsensor 6 zusammenwirken. Der Drehzahlsensor 6 ist mittels eines Traggliedes 25 und einer Schraube 26 mit einem Teil eines Photosensors 5 verbunden. Rotiert der Drehzahlkodierer 3, so erzeugt der Drehzahlsensor 6 einen Puls, der der Drehzahl des Rotors 7 entspricht, und zwar aufgrund des durch die \ffnungen 31 durchtretenden Lichtes. Der ermittelte Puls wird über einen Kodierkrels einem Schaltkreis zugeführt, um die elektrische Energie zu steuern, welche den Wicklungen zugeführt wird, wodurch die Drehzahl des Rotors 7 bekannterweise gesteuert werden kann. 



   Wie aus Fig. 2 hervorgeht, kann der Kommutationskodierer 2 eine Zylinderform haben, die aus einer Kreisplatte 19 und einem Ring 20 gebildet ist. Der Ring 20 enthält nicht aktivierende, d.h. lichtabschirmende 21 und aktivierende, d.h. lichtdurchlassende Abschnltte 22, die als nicht empfangende  Bereiche und empfangende Bereiche des Photosensors 5 dienen. In den Fig. 1, 5, 7, 8 und 11 ist der Kommutationskodierer 2 zum einfacheren Verständnis in Flächenprojektion dargestellt. Jede der lichtdurchlässigen Abschnitte 22 hat einander gegenüberliegende schräge Seiten 23, um die wirksame Länge durch Einstellung des Abstandes zwischen dem Photosensor 5 und dem Kommutationskodierer 2 zu verändern, so wie dies aus Fig. 8 hervorgeht. 



  Jeder der schrägen Seiten 23 ist unter einem gegebenen Winkel bezüglich der Kante 27 des lichtabschirmenden Abschnittes 21 geneigt. 



  Die Anzahl Z der lichtempfangenden Abschnitte 22, d.h. der aktivierenden Abschnitte, bestimmt sich nach folgender Formel: 
EMI6.1
 



  wobei:
 
 Z = Anzahl der aktivierenden Abschnitte 22
 y = Anzahl der Pole des Rotors 7
 



  Dementsprechend ist die Anzahl der aktivierenden Abschnitte des bevorzugten 3-Phasen-4-Pol-Motors gleich 2. Auch die Länge L der wahrnehmbaren Abschnitte ermittelt sich im Bogenmass nach der folgenden Formel: 
EMI6.2
 



  wobei weiter:
 
 L = Länge des aktivierenden Abschnittes 22
 X = Anzahl der Phasen A, B, C 
 



  Dementsprechend ist die Länge L des aktivierenden Abschnittes des bevorzugten 3-Phasen-4-Pol-Motors gleich 1,047 rad entsprechend 60 Grad, wie aus Fig. 5A hervorgeht. Im Falle eines 4-Phasen-4-Pol-Motors entsprechend dem Beispiel der Fig. 5B beträgt die Länge des aktivierenden Abschnittes 1,177 rad entsprechend 67,5 Grad. 



  Die so bestimmte Länge des wahrnehmbaren Bereiches des Photosensors 5 kann jedoch etwas verändert werden, um die Erregungslänge der Spule zu verändern, falls dies notwendig ist. Für den Fall, dass beispielswelse die Phototransistoren (von denen in Fig. 9 nur einer gezeigt ist) des Photosensors 5 so angeordnet sind, dass ihr Wahrnehmungsbereich der Winkellänge von 60 Grad entspricht, so wird die Wicklung eine Erregung im Bereich kleinen Drehmoments haben, weil die Erregungslänge der Spule nicht mit der Pulslänge korrespondiert, die vom Phototransistor erzeugt wird, d.h. die Erregungslänge der Spule ist natürlich grösser als die Pulslänge des Phototransistors, und zwar aufgrund der Zeitverzögerung der Treiberschaltung und der Erregungscharakteristik der Spule.

  Die Erregung im Bereich kleinen Drehmoments führt zu einer Erhöhung der Kupferverluste in der Wicklung, was wiederum zu einer Erwärmung des Motors und zu einer Verminderung des Wirkungsgrades führt. Um diese Nachteile zu beseitigen, ist es notwendig, die Länge des aktivierbaren Abschnittes für den Phototransistor zu vergrössern, wodurch auch die Erregerlänge der Spule der Wicklung geändert wird. Dies wird erreicht durch Einstellen des Abstandes zwischen dem Aktivierungspunkt der Phototransistoren und dem Mittelteil 24 des aktivierbaren Abschnittes 22 des Kommutationskodierers 2 zwischen den schrägen Seiten 23. Diese Einstellung kann leicht durchgeführt werden, da der Kommutationskodierer 2 und der Photosensor 5 auf der Rotorwelle 11 ausserhalb des Drehwerkes 1 liegen.

  Es ist deshalb für die Einstellung des Abstandes zwischen den Phototransistoren und dem Kommutationskodierer 2  bevorzugt die beste Stellung der Drehmomentenwelle in der wirksamsten Position des Motors während des Betriebes einzustellen. Wenn der Phototransistor in einer Stellung steht, die dem in Fig. 10 gezeigten Abstand des Phototransistors entspricht, so erzeugt die Wicklung eine Erregung im Bereich des besten Drehmoments. Damit macht es der Kommutationskodierer 2 nach der Erfindung möglich, die Wirksamkeit des Motors zu maximieren, indem der Abstand zwischen dem Photosensor 5 und dem Kommutationskodierer 2 eingestellt wird. 



  Zwischen dem Deckel 12 und dem Kommutationskodierer 2 ist eine halbkreisförmige Trägerplatte 50 so auf der Welle angeordnet, dass sie nicht mit dieser rotiert, um den Photosensor 5 zu tragen, um positive Pulse zu erzeugen, wenn er mit dem Aktivierungsbereich des Kommutationskodierers 2 in Übereinstimmung steht. Der Photosensor 5 weist einen U-förmigen Querschnitt auf und enthält eine Führungsnut 59 zur Aufnahme und Führung des Ringes 20 des Kommutationskodierers 2. Wie aus den Fig. 4B und 5 hervorgeht, besteht der Photosensor 5 aus sechs Phototransistoren PA1, PB1, PC1, PA2, PB2 und PC2, so dass zwei Phototransistoren für jede Phase zur Verfügung stehen. Jeder der Phototransistoren PA1, PB1, PC1, PA2, PB2 und PC2 in der A-, B- und C-Phase ist wiederum so in Winkelabständen I entsprechend der folgenden Formel nebeneinander angeordnet: 
EMI8.1
 



  wobei:
 
 I = Abstand der benachbarten Phototransistoren PA1, PB1, PC1, PA2, PB2, PC2
 



  Dementsprechend beträgt der Intervall zwischen den Phototransistoren des bevorzugten 3-Phasen-4-Pol-Motors 0,523 rad entsprechend 30 Grad. 



  Der Abstand I1 zwischen zwei Phototransistoren der gleichen Phase bestimmt sich nach folgender Formel: 
EMI9.1
 



  wobei:
 
 Il = Abstand der Phototransistoren PA1, PA2, PB1, PB2, PC1, PC2 in einer jeden Phase A, B, C
 



  Dementsprechend ist der Abstand I1 zwischen zwei Phototransistoren PA1 und PA2 der A-Phase gleich 1,57 rad entsprechend 90 Grad, was auch für die B- und C-Phasen zutrifft. 



  Im Falle eines 4-Phasen-4-Pol-Motors der Fig. 5B beträgt der Abstand zwischen jedem Phototransistor 0,392 rad entsprechend 22,5 Grad und der Abstand zwischen zwei Phototransistoren einer Phase beträgt 1,57 rad entsprechend 90 Grad. 



  Bei dem so konstruierten bürstenlosen Gleichstrom-Motor entspricht die Anzahl der Phototransistoren, die gleichzeitig während eines aktivierenden Abschnittes eingeschaltet sind, der Anzahl X der Phasen minus 1. Dementsprechend werden der Kommutationskodierer 2 und die Phototransistoren entsprechend der vorliegenden Erfindung 2-phasig bei einfacher Erregung, 3-phasig bei zweifacher Erregung, 4-phasig bei dreifacher Erregung, 5-phasig bei vierfacher Erregung, 6-phasig bei fünffacher Erregung, ... so dass der X-phasige Motor mit (X minus 1)-facher Erregung entsteht, wodurch sich der mehrphasige, bipolare, bürstenlose Gleichstrommotor ergibt. 



   Um den Wirkungsgrad zu verbessern und die Kupferverluste zu minimieren, ist es von Vorteil, die Phototransistoren des Photosensors 5 mit einer um den Winkel  THETA  voreilenden Kommutation einzustellen, welche die beste Stellung des arbeitenden Motors ist. Die Gründe sind folgende: 



  Wenn, wie aus den Fig. 7 und 8 hervorgeht, der Phototransistor (nur einer ist gezeigt) während des Betriebes des Motors mit der theoretischen Abtaststellung des aktivierbaren Abschnittes des Kommutationskodierers 2 übereinstimmt, so erzeugt der Phototransistor einen positiven Puls, so wie wenn der Transistor Q des elektronischen Kommutators auf "EIN" steht, was zu einem Stromfluss in einer gegebenen Richtung der Wicklung führt, wie beschrieben wird. Dann, wenn der Phototransistor durch Drehung des Kommutationskodierers 2 mit dem nicht aktivierenden Abschnitt des Kommutationskodierers 2 übereinstimmt, hört der Phototransistor auf, einen positiven Puls zu erzeugen und die Transistoren Q werden auf "AUS" gestellt, wodurch kein Strom durch die Wicklung fliesst.

  Zu dieser Zeit wird die Anfangs- und die Endzeit der Erregung der Wicklung um den Winkel  THETA  verzögert im Vergleich zur Anfangs- und Endzeit des Pulssignals, welches vom Phototransistor erzeugt wird, und zwar aufgrund der Zeitverzögerung des Transistors Q und der Ansprech-Charakteristik der Wicklung. Diese Zeitverzögerung der Erregung der Wicklung verursacht einen Anstieg der Rupferverluste und eine Verringerung des Wirkungsgrades des Motors aufgrund des kleinen Drehmoments, wie aus Fig. 7A hervorgeht. Es ist deshalb notwendig, den Bereich des kleine Drehmomentes zu eliminieren durch eine vorgestellte Kommutation des Phototransistors in umgekehrter Richtung zur Drehrichtung des Rotors 7. Diese vorgestellte Kommutation des Phototransistors des Photosensors 5 kann einfach eingestellt werden, da der Phototransistor ausserhalb der Drehmaschine 1 auf der Rotorwelle 11 angeordnet ist. 



  Der Photosensor 5 des bürstenlosen 3-Phasen-4-Pol-Gleichstrommotors kann, wie aus Fig. 11 hervorgeht, auch so konstruiert werden, dass er vorwärts und rückwärts drehen kann, indem neben dem Satz an Phototransistoren PA1, PB1, PC1, PA2, PB2, PC2 ein weiterer Satz von Phototransistoren PA min 1, PB min 1, PC min 1, PA min 2, PB min 2, PC min 2 symmetrisch, jedoch in  entgegengesetzter Richtung zum bestehenden Satz für die Vorwärtsdrehrichtung angeordnet und um den Winkel  THETA  von der theoretischen Abtaststellung des Phototransistors vorgestellt wird. Übereinstimmend mit der Auswahl des Satzes der Phototransistoren für die Vorwärts- oder Rückwärtsdrehung durch berührungslose elektromagnetische Betätigung ist eine Vorwärts- oder Rückwärtsdrehung des Motors möglich. 



  In den Fig. 4A und 4B ist die Antriebsschaltung dargestellt, welche das Kommutationssystem mit dem Kommutationskodierer 2, dem Photosensor 5 und dem elektronischen Kommutator nach der Erfindung enthält. Der elektronische Kommutator ist so ausgebildet, dass er vier Leistungstransistoren Q für die Wicklung jeder Phase des Stators 4 aufweist. Je zwei dieser Transistoren Q sind über die Wicklung jeder Phase mit einem Phototransistor des Photosensors 5 so verbunden, dass jede Phase zwei Phototransistoren aufweist, wodurch die Stromrichtung entsprechend der Arbeitsweise der Phototransistoren festgelegt wird. So ist nämlich ein Phototransistor PA1 der A-Phase des Photosensors 5 mit den Transistoren Q1 und Q4 verbunden, so dass beim Einschalten des Phototransistors PA1 die Transistoren Q1 und Q4 eingeschalten werden, um einen Stromfluss vom Transistor Q1 zum Transistor Q4 zu ermöglichen.

  Der andere Phototransistor PA2 der A-Phase ist mit den Transistoren Q2 und Q3 verbunden, so dass beim Einschalten des Phototransistors PA2 die Transistoren Q2 und Q3 eingeschalten werden und einen Stromfluss vom Transistor Q2 zum Transistor Q3 ermöglichen. Die Phototransistoren PB1, PB2, PC1, PC2 der B- und C-Phase sind in analoger Weise mit den Transistoren Q5 bis Q8 sowie Q9 bis Q12 verbunden, wie dies für die Phototransistoren der A-Phase der Fall ist. 



  Damit ist das Kommutationssystem nach der vorliegenden Erfindung in jeder Phase unabhängig angeordnet. Weil demzufolge zwei Phototransistoren pro Phase vorgesehen sind, so dass nur  der positive Puls genutzt wird, kann auf einen Frequenzteiler verzichtet werden. Da also jeder Phototransistor einer Phase so angeordnet ist, dass er während der Rotation um einen Winkel von 30 Grad aufeinanderfolgend ausgeschaltet ist, kann auf eine Überkreuzsperre verzichtet werden. Auf diese Art kann ein sicherer und einfacher elektronischer Kommutator ohne komplizierte Logikschaltkreise gebaut werden. 



  Wie auch aus Fig. 1 hervorgeht, ist das Kommutationssystem jeder Phase parallel mit einer Spannungssteuerung verbunden, und zwar direkt im Falle eines Gleichstromes und über einen Gleichrichter im Falle eines Wechselstromes, so dass der Motor besonders wirkungsvoll aufgebaut ist. 



  Die Arbeitsweise des bevorzugten bürstenlosen 3-Phasen-4-Pol-Gleichstrommotors nach der Erfindung wird nachfolgend näher beschrieben. 



  Zunächst wird ein nicht dargestellter Hauptschalter eingeschaltet, um das Kommutationssystem der Antriebsschaltung mit Energie zu versorgen. 



  Jeder der Phototransistoren PA1, PB1, PC1, PA2, PB2 und PC2 des Photosensors 5, der mit einem Aktivierungs-Abschnitt des Kommutationskodierers 2 übereinstimmt, erzeugt einen Lageimpuls und liefert den erzeugten positiven Puls an den elektronischen Kommutator, um zugehörige Transistoren Q1 bis Q12 des elektronischen Kommutators einzuschalten. Dadurch kann der Wechselstrom der Rechteckwelle durch die Wicklung jeder Phase fliessen, wie aus Fig. 6 hervorgeht. Wenn nämlich die Phototransistoren PA1 und PB1 der A- und der B-Phase im aktivierenden Abschnitt des Kommutationskodierers 2 sind, so erzeugen die Phototransistoren PA1 und PB1 einen positiven Puls.

  Dann werden die Transistoren Q1 und Q4 sowie Q5 und Q8 der A- und B-Phasen eingeschaltet, so dass Strom in jeder Phase vom  Transistor Q1 zum Transistor Q4 bzw. vom Transistor Q5 zum Transistor Q8 fliesst, wodurch der entsprechende Wechselstrom der Rechteckwelle durch die Wicklungen der A- und B-Phasen fliesst und dadurch den Motor antreibt. Da die Länge des aktivierenden Abschnittes für den Phototransistor, der einen positiven Impuls erzeugt und an den elektronischen Kommutator weitergibt, dem Drehwinkel von 60 Grad entspricht, sind die Phototransistoren PC1, PC2 und PA2 und PB2 ausgeschaltet, wenn die Phototransistoren PA1 und PB2 eingeschaltet sind. Während sich der Rotor 7 um den Drehwinkel von 30 Grad weiterbewegt, wird der Phototransistor PA1 ausgeschaltet, wie aus Fig. 4B hervorgeht.

   Der Phototransistor PC1 ist dann neu im aktivierenden Abschnitt des Kommutationskodiers angeordnet und erzeugt einen positiven Puls. Dementsprechend sind die Transistoren Q5 und Q8 sowie Q9 und Q12 der B- und C-Phasen im eingeschalteten Zustand, so dass Strom in den entsprechenden Phasen von dem Transistor Q5 zu dem Transistor Q8 und vom Transistor Q9 zum Transistor Q12 fliesst, so dass der entsprechende Wechselstrom der Rechteckwelle durch die Wicklungen der B- und C-Phasen fliesst und dabei den Motor weiter antreibt. In diesem Falle sind die Phototransistoren PA1, PA2, PB2 und PC2 aus den obengenannten Gründen ausgeschaltet. Dreht sich der Rotor 7 erneut um einen Drehwinkel von 30 Grad weiter, so wird der Phototransistor PB1 ausgeschaltet. Dann wird der Phototransistor PA2 neu in den aktivierenden Abschnitt des Kommutationskodierers 2 gebracht und erzeugt einen positiven Puls.

  Entsprechend sind die Transistoren Q9 und Q12 sowie Q2 und Q3 der C- und A-Phasen in eingeschaltetem Zustand, so dass Strom in den entsprechenden Phasen von dem Transistor Q9 zum Transistor Q12 und vom Transistor Q2 zum Transistor Q3 fliesst, um eine entsprechende Wechselspannung der Rechteckwelle durch die Wicklungen der C- und A-Phasen fliessen zu lassen und dabei den Motor weiter anzutreiben. In diesem Falle sind die Phototransistoren PA1, PB1, PB2 und PC2 in einer Stellung, in der sie aus den obenge nannten Gründen nicht eingeschaltet werden können. Damit treibt die Arbeitsweise des Photosensors 5 und des elektronischen Kommutators des Kommutationssystems den Motor fortlaufend an. 



  Wird andererseits der Drehzahlkodierer 3 durch die Rotorwelle 11 der Drehmaschine 1 angetrieben, so erkennt der Drehzahlsensor 6 Pulse vom Drehzahlkodierer 3. Die ermittelten Pulse werden über einen Kodierkreis zu einem Schaltkreis geleitet, um die elektrische Energie zu steuern, welche den Wicklungen zugeführt wird, um dadurch die Drehzahl des Rotors 7 in bekannter Weise zu steuern. Dementsprechend kann der bürstenlose Gleichstrommotor nach der vorliegenden Erfindung sanft rotieren. 



  Aus der obigen Beschreibung geht hervor, dass der bürstenlose Gleichstrommotor nach der Erfindung so konstruiert ist, dass ein Paar von Phototransistoren pro Phase in einem Kommutationskodierer 2 angeordnet ist, durch diese bipolare Anordnung erübrigen sich eine Teilervorrichtung und eine Überkreuzsperre und es ist eine Vereinfachung des Schaltkreises möglich. Weiter ist der bürstenlose Gleichstrommotor so aufgebaut, dass ein maximaler Strom durch eine für jede Phase unabhängige Wicklung geschickt werden kann. Die Mehrphasigkeit (z.B. 2-phasig mit einfacher Erregung, 3-phasig mit zweifacher Erregung, 4-phasig mit dreifacher Erregung, 5-phasig mit vierfacher Erregung, 6-phasig mit fünffacher Erregung, ...) sorgt für eine effektive Ausnutzung der Wicklung, so dass eine kompakte Bauform möglich ist.

   Der bürstenlose Gleichstrommotor erlaubt eine wesentliche Drehmomentenverbesserung, eine Minimierung der Kupferverluste durch Beseitigung des Abschnittes mit niedrigem Drehmoment durch eine vorgestellte Kommutation der Phototransistoren und die Einstellung der Länge des aktivierenden Abschnittes des Phototransistors, so dass die Wärmeerzeugung minimiert und der Wirkungsgrad  verbessert sind. Ferner kann der bürstenlose Gleichstrommotor so ausgebildet sein, dass er vorwärts oder rückwärts rotieren kann, indem ein zusätzlicher Satz an Phototransistoren für die Rückwärtsdrehung verwendet wird, der symmetrisch bezüglich des Satzes der Phototransistoren angeordnet ist, die für die Vorwärtsdrehung verwendet werden. Die Reduktion der Leistung der Transistoren, die phasenunabhängig im Antriebsteil eingebaut sind, setzt die Herstellungskosten herab. 

Claims (5)

1. Bürstenloser, bipolarer Mehrphasen-Gleichstrommotor, gekennzeichnet durch: - einen Stator (4) mit X Phasen (A, B, C), von denen jede eine Wicklung mit einer Anzahl Spulen (40) aufweist, die in Serie geschaltet und unabhängig von den Wicklungen der anderen Phasen angeschlossen sind; - einer mit dem Stator (4) gekuppelten Rotor (7) mit Y Permanentmagnet-Polen; - einen Kommutationskodierer (2), der an einem Ende der Rotor-Welle (11) ausserhalb des Drehwerkes (1) des Motors angeordnet ist und eine zylindrische Form aus einer kreisförmigen Platte (19) und einem umlaufenden Ring (20) aufweist, der nicht aktivierende Abschnitte (21) und aktivierende Abschnitte (22) enthält, wobei jeder aktivierende Abschnitt (22) sich gegenüberliegende geneigte Seiten (23) aufweist, die unter einem Winkel gegen den Rand (27) des angrenzenden nicht aktivierenden Abschnittes (21) geneigt sind;

; - einen mit dem Kommutationskodierer (2) gekoppelten Photosensor (5), der so ausgebildet ist, dass für jede Phase (A, B, C) zwei Phototransistoren (PA1, PA2, PB1, PB2, PC2, PC2) vorhanden sind, wobei jeder Phototransistor der X Phasen (A, B, C) in Intervallen nebeneinander unter einem vorbestimmten Abstand (I, I1) derart angeordnet ist, dass er einen positiven Puls erzeugt, wenn er mit dem aktivierenden Abschnitt (22) des Kommutationskodierers (2) übereinstimmt;

- einen elektronischen Kommutator, der für jede Phase (A, B, C) vier Leistungstransistoren (Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, Q6, Q7, Q8, Q9, Q10, Q11, Q12) umfasst, die mit der Wicklung jeder Phase (A, B, C) des Stators (4) verbunden sind, wobei zwei der vier Leistungstransistoren (Q1 bis Q12) jeder Phase mit einem Phototransistor (PA1, PA2, PB1, PB2, PC2, PC2) des Photosensors (5) verbunden sind derart, dass jede Phase (A, B, C) mit zwei Phototransistoren ausgestattet ist, um die Stromrichtung entsprechend dem positiven Puls der Phototransistoren zu bestimmen, wobei der alternierende Strom durch die Wicklungen fliesst, um den Motor anzutreiben; - eine parallel mit jeder Phase (A, B, C) des elektronischen Kommutators verbundene Stromquelle.

2.

Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass er folgende Werte aufweist: a) Länge L des aktivierenden Abschnittes (22): EMI17.1 b) Anzahl Z der aktivierenden Abschnitte (22): EMI17.2 c) Abstand I zwischen benachbarten Phototransistoren (PA1, PB1, PC1, PA2, PB2 und PC2): EMI18.1 wobei: y = Anzahl der Pole des Rotors (7) X = Anzahl der Phasen (A, B, C) ist, und wobei der Gleichstrommotor aus X-Phasen mit (X-1)-facher Erregung besteht und X eine ganze Zahl von 1 bis n ist.

3. Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Phototransistor (PA1) entgegengesetzt zur Drehung des Kommutationskodierers (2) um einen Winkel e von einer theoretischen Stellung aus voreilend angeordnet ist.

4.

Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Photosensor (5) mit dem Kommutationskodierer (2) derart gekoppelt ist, dass der gegenseitige Abstand einstellbar ist, um die Länge (L) des aktivierenden Abschnittes (22) zu verändern und dadurch die Erregungslänge der Wicklungen zu modulieren.

5. Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Photosensor (5) einen zweiten Satz von Phototransistoren (PA min 1, PB min 1, PC min 1, PA min 2, PB min 2, PC min 2) für eine rückwärts Drehrichtung aufweist, welcher symmetrisch zu dem ersten Satz Phototransistoren (PA1, PB1, PC1, PA2, PB2, PC2) für die vorwärts Drehrichtung angeordnet ist.