DE1238998B - Anordnung zur Erfassung der Laeuferdrehzahl und/oder -stellung an einem Gleichstrom-Kleinstmotor mit Permanentmagnetlaeufer und sternfoermig geschalteten Staenderwicklungen - Google Patents

Description

• Anordnung zur Erfassung der Läuferdrehzahl und/oder -stellung an einem Gleichstrom-Kleinstmotor mit Permanentmagnetläufer und sternförmig geschalteten Ständerwicklungen Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Erfassung der Läuferdrehzahl und/oder -stellung an einem Gleichstrom-Kleinstmotor mit Permanentmagnetläufer und sternförmig geschalteten Ständerwicklungen, welche zur Erzeugung eines Drehfeldes in abwechselnder Folge mit Gleichstrom erregt werden, insbesondere für Gleichstrommotoren mit elektronischer Kommutierung.
• Derartige Anordnungen sind im Zusammenhang mit den genannten Motoren bereits bekannt.
• Insbesondere bei drehzahlgeregelten Antrieben ist es von großer Wichtigkeit, die genaue Drehzahl eines Antriebsmotors zu kennen. Zur Drehzahlmessung sind verschiedene Verfahren und Einrichtungen bekannt. Das am meisten verbreitete Meßverfahren besteht darin, daß mit der zu messenden Maschinenwelle ein Tachogenerator gekuppelt ist, der eine der Drehzahl proportionale Spannung abgibt. Ein anderes Verfahren besteht darin, daß mit der zu messenden Maschinenwelle ein Impulsgeber gekuppelt ist, der pro Umdrehung einen oder mehrere Impulse abgibt. In jedem Fall sind zusätzliche Einrichtungen oder Maschinen erforderlich, die mit der Maschinenwelle in Antriebsverbindung stehen müssen.
• Ferner ist es bekannt, zur Drehzahlregelung die Drehzahl des Motors dadurch zu erfassen, daß über den Kommutator die in künstlich geschaffenen Strompausen induzierte Gegen-EMK der Ankerwicklung abgenommen und mit einer verstellbaren Vergleichsspannung verglichen wird. Die Strompausen werden dadurch geschaffen, daß die Stromzufuhr periodisch im Rhythmus der Frequenz einer Wechselspannung unterbrochen wird. Dies erfordert einen zusätzlichen Aufwand. Ferner besteht die Gefahr einer Verfälschung der Messung durch Schwankungen der Bürstenübergangswiderstände.
• In vielen Fällen ist es auch erforderlich, die momentane Läuferstellung zu erkennen, beispielsweise bei drehwinkelgeregelten Antrieben oder um beispielsweise bei kollektorlosen Gleichstrommotoren die das Drehfeld erzeugenden Ströme steuern zu können. Bei solchen bekannten Maschinen wird meist ein Permanentmagnetläufer verwendet, der mit im Ständer angeordneten Wicklungen zusammenwirkt, welche zur Erzeugung des Drehfeldes in abwechselnder Folge mit Gleichstrom erregt werden. In diesem Zusammenhang ist es auch bereits bekanntgeworden, die momentane Läuferstellung dadurch zu erfassen, daß im Ständer zusätzliche Mittel vorgesehen sind, die auf die Stärke des Magnetfeldes des umlaufenden Läufers ansprechen. Solche Mittel können induktive, kapazitive, galvanomagnetische Elemente u. dgl. sein.
• Diese zusätzlichen Mittel stellen insbesondere bei kleinen Motoren einen nicht unerheblichen Mehraufwand innerhalb des Motorständers dar und erfordern auch einen erhöhten Fertigungsaufwand sowie Platzbedarf.
• Bei Motoren der eingangs angegebenen Gattung wird die Rückmeldung der Drehzahl und Erfassung der Läuferstellung in einfacher Weise dadurch vorgenommen, daß erfindungsgemäß zur Erfassung der Drehzahl und/oder der momentanen Läuferstellung an die Ständerwicklungen in Sperrichtung zur Speisespannung gepolte Dioden angeschlossen sind, über deren zweiten Anschluß diejenigen Halbwellen der vom Läufer in den Ständerwicklungen induzierten Spannungen, deren Polarität der der speisenden Spannung entgegengesetzt ist, ausgekoppelt werden.
• Es werden also die Spannungen herangezogen, die der Läufer in den Ständerwicklungen induziert, während diese nicht mit Strom beschickt werden. Aus diesen Spannungen können sowohl eine drehzahlproportionale Gleichspannung als auch bei Verwendung von elektronischen Impulsformerschaltungen Impulse mit drehzahlproportionaler Pulsfolge erhalten werden. Darüber hinaus läßt sich bei getrennter Verarbeitung der einzelnen Wicklungsspannungen eine Information über die momentane Läuferstellung erhalten. Dies ist insbesondere bei Verwendung elektronischer Kommutiereinrichtungen von großer Bedeutung.
• Weitere Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele. Es zeigt Fig. 1 eine Schaltungsanordnung zur Gewinnung einer der Drehzahl proportionalen Spannung, F i g. 2 eine Schaltungsanordnung zur Gewinnung einer der Drehzahl proportionalen Pulsfolge, Fig. 3 eine Schaltungsanordnung, bei der die in den Ständerwicklungen induzierten Spannungen getrennt verarbeitet werden, F i g. 4 eine Anordnung der Ständerwicklungen in schematischer Darstellung und Fig. 5 die an den Ausgängen auftretenden sinushalbwellenförmigen Spannungen in Abhängigkeit vom Drehwinkel.
• Mit 1, 2, 3 und 4 sind die Ständerwicklungen eines Gleichstrommotors bezeichnet, die sternförmig zusammengeschaltet sind. Der Sternpunkt ist mit dem negativen Pol der Spannungsquelle UB verbunden.
• Mit Hilfe einer Kommutiereinrichtung 5, welche beispielsweise ein mechanischer Kommutator oder eine elektronische Kommutierungseinrichtung sein kann, werden die einzelnen Wicklungen 1, 2, 3 und 4 nacheinander so erregt, daß ein Drehfeld entsteht. Mit 6 ist ein zweipoliger Permanentmagnetläufer bezeichnet, der unter der Wirkung des Drehfeldes synchron mitgenommen wird. Die Erfindung macht nun von der Tatsache Gebrauch, daß von dem Permanentmagnetläufer in den Wicklungen eine annähernd sinusförmige Spannung induziert wird. Die negativen Halbwellen dieser Spannungen werden daher mit Hilfe von Dioden 7, 8, 9 und 10 ausgekoppelt. Es entstehen dann hinter den Gleichrichterdioden in den einzelnen Wicklungszweigen die in F i g. 5 mit vollen Linien dargestellten Spannungen. Durch Summierung mit Hilfe einer Leitung 11 kann dann an den Klemmen 12 und 13 eine der Drehzahl proportionale Spannung abgenommen werden. Mit Hilfe eines Kondensators 14 wird diese Gleichspannung noch geglättet. Diese Spannung ergibt sich aus F i g. 5 durch Summierung der durch ausgezogene Linien dargestellten Einzel spannun gen.
• F i g. 2 zeigt eine Schaltungsanordnung, bei der die in den Ständerwicklungen induzierten Gegenspannungen in drehzahlproportionale Impulse umgesetzt werden. Gleiche Teile sind wieder mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. l versehen. Die mit Hilfe der Dioden 7 bis 10 ausgekoppelten Spannungen werden Impulsformern 25 bis 28 zugeführt. Durch Summierung mit Hilfe einer Leitung 15 können dann an den Ausgangsklemmen 16 und 17 vier pro Läuferumdrehung abgegebene Impulse abgenommen werden. Manchmal ist es erwünscht, die Zahl der pro Läuferumdrehung abgegebenen Impulse zu variieren.
• Das kann besipielsweise mit Hilfe von Drucktastern 18, 19 und 20 vorgenommen werden. Beim Drücken des Tasters 18 wird pro Umdrehung nur ein Impuls abgegeben, während beim Betätigen des Tasters 19 pro Läuferumdrehung zwei Impulse abgegeben werden. Beim Einlegen des Tasters 20 werden vier Impulse pro Umdrehung abgegeben.
• F i g. 3 zeigt eine Schaltungsanordnung, bei der die vom rotierenden Permanentmagnetläufer 6 in den Ständerwicklungen induzierten Spannungen der der Speisespannung entgegengesetzten Polarität auch getrennt verarbeitet werden können. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugsziffern wie vorher versehen. Die Dioden 7 bis 10 stehen über Widerstände 21, 22, 23 und 24 mit dem negativen Pol der Stromquelle in Verbindung. An den Klemmen I, II, III und IV können sodann Einzelspannungen abgenommen werden, wie sie in F i g. 5 dargestellt sind.
• F i g. 4 läßt die Wicklungsanordnung erkennen, wobei die entsprechenden Wicklungsteile mit 1 und 1', 2 und 2', 3 und 3' und 4 und 4' bezeichnet sind. Die Drehrichtung des Permanentmagnetläufers ist durch einen Pfeil angedeutet. Der Pfeil mit gestrichelten Linien gibt die umgekehrte Drehrichtung an. Die in den Ständerwicklungen induzierten Gegenspannungen sind in F i g. 5 entsprechend dieser Drehrichtung ebenfalls gestrichelt eingetragen. Die Polarität dieser Spannungen ist der Speisespannung UB selbstverständlich auch entgegengesetzt.

Claims (8)

1. Patentansprüche: 1. Anordnung zur Erfassung der Läuferdrehzahl undloder -stellung an einem Gleichstrom-Kleinstmotor mit Permanentmagnetläufer und sternförmig geschalteten Ständerwicklungen, welche zur Erzeugung eines Drehfeldes in abwechselnder Folge mit Gleichstrom erregt werden, insbesondere für Gleichstrommotoren mit elektronischer Kommutierung, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß zur Erfassung der Drehzahl und/oder der momentanen Läuferstellung an die Ständerwicklungen in Sperrichtung zur Speisespannung gepolte Dioden angeschlossen sind, über deren zweiten Anschluß diejenigen Halbwellen der vom Läufer in den Ständerwicklungen induzierten Spannungen, deren Polarität der der speisenden Spannung entgegengesetzt ist, ausgekoppelt werden.
2. 2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede der ausgekoppelten Spannungen für sich oder gemeinsam ausgewertet werden.
3. 3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur analogen Rückmeldung der Drehzahl die Auskoppeldioden aller Wicklungen ausgangsseitig zusammengeschaltet sind und die Restwelligkeit der so ausgekoppelten Spannung mittels eines Kondensators auf ihren Scheitelwert geglättet ist (F i g. 1).
4. 4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur digitalen Rückmeldung der Drehzahl eine oder mehrere der Wicklungen verwendet sind.
5. 5. Anordnung nach Anspruch 2 und 4, gekennzeichnet durch Eingabe der zur digitalen Drehzahlmessung dienenden Spannung bzw. die Spannungen in je einem Impulsformer.
6. 6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Spannung ein Impulsformer zugeordnet ist und mit Hilfe einer Schalteinrichtung die pro Läuferumdrehung abgegebenen Impulse vorwählbar sind.
7. 7. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erfassung der momentanen Läuferstellung die ausgekoppelten Spannungen einzeln erfaßt sind (F i g. 3 und 5).
8. 8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die von den Ständerwicklungen einzeln ausgekoppelten Gegenspannungshalbwellen zur Steuerung einer elektronischen Kommutiereinrichtung dienen.

   In Betracht gezogene Druckschriften: Britische Patentschrift Nr. 886 822; USA.-Patentschriften Nr. 2495 382, 3 091 728; Electrical Engineering, November 1962, S. 879 bis 884.