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Die Erfindung bezieht sich auf einen kollektorlosen Gleichstrommotor
mit einem Permanentmagnet-Rotor und einer feststehenden, mehrpoligen Ankerwicklung
mit mehreren Wicklungssträngen, die von einer Gleichspannungsquelle über eine Transistorsteuerschaltung
gespeist sind, welche aus einer der Anzahl der Wicklungsstränge gleichen Zahl zu
einer geschlossenen Kette miteinander verbundener Steuerstufen besteht, die jeweils
mindestens einen den Stromfluß durch den zugeordneten Wicklungsstrang des Motors
steuernden Leistungstransistors aufweisen.
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Zum Betrieb kollektorloser Gleichstrommotoren muß in der feststehenden
Ankerwicklung ein umlaufendes Magnetfeld, .erzeugt, werden, dem der Permaiientniägnet-Rotör
folgt: -Dazu wird die Betriebsgleichspannüng-nacheinander in einem bestimmten Umlaufsinne
auf die einzelnen Wicklungsstränge der Ankerwicklung `geeb-en, --'die = gleichmäßig
über den Umfang der Maschine verteilt angeordnet sind. Das Weiterschalten der Betriebsgleichspannung
von Wicklungsstrang zu Wicklungsstrang erfolgt mittels einer elektronischen Steuerschaltung,
die als Multivibrator oder als Ringketten-Folgeschaltung ausgebildet sein kann.
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Bei einem bekannten Motor ist die Steuerschaltung so ausgebildet,
daß jeder Wicklungsstrang über einen Leistungstransistor angesteuert wird, dessen
Basis über einen Widerstand mit dem vorhergehenden Wicklungsstrang in Verbindung
steht. Durch die in den Wicklungssträngen bei Drehung des Permanentmagnet-Rotors
induzierte Gegenspannung wird der Leistungstransistor des anderen Wicklungsstrangs
angesteuert. Dieser Motor weist eine gerädzählige Anzahl von Wicklungssträngen :auf,
. so daß sieh. der Rotor in beiden Richtungen drehen kann. Es muß also, wie bei
sämtlichen bekannten kollektorlosen Gleichstrommotoren, eine Einrichtung vorgesehen
sein, die ein Anlaufen des Rotors in einer bestimmten Drehrichtung gewährleistet.
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Bei den bekannten Steuerschaltungen wird zur Erzielung eines günstigen
Anlaufdrehmoments der Maschine und zur Festlegung :einer bestimmten Drehrichtung
ein über einen begrenzten@Anläuf=Drelizahl-" bereich wirksamer Hilfskollektor verwendet,
der in Abhängigkeit von der Stellung des Rotors jeweils nur die Ansteuerung eines
bestimmten Wicklungsstranges erlaubt und dadurch eine bestimmte Drehrichtung festlegt.
Eine mit Schleifkontakten arbeitende Einrichtung dieser Art bringt zwar den Vorteil
eines hohen (Anlaufdrehmoments, jedoch den Nachteil; daß sie me- -`chanisch beanspruchte
und daher einerAbnutzung unterworfene und Reibung verursachende Teile aufweist.
iw Es sind auch bereits Einrichtungen vorgeschlagen ordere, bei denen der mechanische
Hilfskollektor durch einen berührungsfreien elektronischen Hilfskollektor ersetzt
wird. Ein solcher, beispielsweise mit magnetfeldabhängigen Widerständen versehener,
elektronischer Hilfskollektor vermeidet zwar die vorstehend genannten Nachteile
eines mechanischen HilfskolIektors, erfordert jedoch einen nicht unbeträchtlichen
fertigungs- und schaltungstechnischen Aufwand, der die Steuerschaltung verteuert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Steuerschaltung für
einen kollektorlosen Gleichstrommotor so auszubilden, daß ein sicheres Anlaufen
des Motors in einer gewünschten Drehrichtung unter Vermeidung der vorstehend aufgeführten
Nachteile gewährleistet ist. Diese Aufgabe wird bei dem eingangs geschilderten Motor
erfindungsgemäß dadurch , gelöst, daß jede Steuerstufe über ein erstes RC=Glied
einheitlicher Bemessung mit der nachfolgenden Steuerstufe und über ein zweites RC-Glied
einheitlicher, aber von den ersten RC-Gliedern verschiedener Bemessung mit der vorangehenden
Steuerstufe verbunden ist.
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Mit einer solchen Steuerschaltung können mechanische oder elektronische
Hilfskollektoren vermieden werden. Die Ansteuerung der einzelnen Stränge der Ankerwicklung
erfolgt über den ganzen Drehzahlbereich allein mit-, Hilfe der durch den umlaufenden
Permanentmagnet- in den einzelnen Wicklungssträngen erzeugten Wechselspannung. Mit
dieser Steuerschaltung wird auch ein günstiger Wirkungsgrad des Motors erzielt.
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Jedem Leistungstransistor :ist ein seinen Basiskreis beeinflussender
Vortransistor zugeordnet, der einen mit den anderen Vortransistoren gemeinsamen
Kollektorwiderstand hat und einen zwischen Basis und Kollektor geschalteten Gegenkopplungswiderstand
aufweist. Die Schaltungsteile sind so bemessen, daß der Beginn .der Ansteuerung
zum Anlauf des Motors aus dem Stillstand heraus durch die Eigenresonanz der Steuerstufen
erzielt wird, sobald die Betriebsgleichspannung eingeschaltet wird. Dabei ist es
gleichgültig, welche. der Steuerstufen der Steuerschaltung mit dem Ansteuern beginnt,
wobei die naturgemäß gegebenen geringfügigen Unterschiede in der Größe -der Schaltungsteile
der einzelnen Steuerstufen und die Stellung des Permanentmagnet-Rotors gegenüber
den einzelnen# Wicklungssträngen und die dadurch beeinflußte Induktivität dieser
Wicklungsstränge eine Rolle Spielen. Durch ein auch empirisch feststellbares optimales
Verhältnis der Werte der RC-Glieder der beiden RC-Glieder-Ketten wird ein Anlauf
des Rotors in einem bestimmten gewünschten Drehsinn gewährleistet, d. h.. ein Weiterschalten
der Steuerstufen der Steuerschaltung in einer bestimmten Folge gewährleistet. Durch
eine Vertauschung der Anschlüsse der beiden RC-Glieder einer jeden Steuerstufe mit
Hilfe eines Umschalters kann der Richtungssinn der beiden RC-Glieder-Ketten und
damit auch die Drehrichtung des Rotors umgekehrt werden.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, auf der eine mit der Ankerwicklung
eines kollektorlosen Gleichstrommotors gekoppelte, erfindungsgemäß ausgebildete
Steuerschaltung dargestellt ist. Die .Ankerwicklung des betrachteten Motors weist
drei Wicklungsstränge 1, 2, 3 auf, die in nicht dargestellter Weise einer Drehstromwicklung
entsprechend um jeweils 120° gegeneinander versetzt über den Umfang der Maschine
in Sternschaltung angeordnet sind und deren Sternpunkt mit dem Minuspol einer Gleichspannungs-Betriebsquelle
4 verbunden ist.
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Jeder Wicklungsstrang 1, 2, 3 liegt im Kollektorzweig eines Leistungstransistors
5, 6, 7, dem zwecks einer günstigen Leistungsverstärkung in an sich bekannter Weise
jeweils ein an die Basis des Leistungstransistors mit seinem Emitter geschalteter
Vortransistor 9, 10, 11 zugeordnet ist. Die Kollektoren dieser Vorstransistoren
sind über einen gemeinsamen Widerstand 8 mit dem Minuspol der Gleichspannungs-Betriebsquelle
4 und jeweils über einen Gegenkopplungswiderstand 21, 22, 23 mit der Basis der Vortransistoren
verbunden.
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Die Leistungstransistoren 5, 6 und 7 bilden zusammen
mit
ihren Vortransistoren 9, 10 und 11 einzelne Steuerstufen der Steuerschaltung, die
untereinander gleich sind. Jede dieser Steuerstufen ist über ein erstes, aus einem
Elektrolytkondensator 12 und einem Widerstand 16 gebildeten RC-Glied 13, 14 oder
15 mit der nachfolgenden Steuerstufe zu einer geschlossenen Ringschaltung verbunden,
also beim dargestellten Ausführungsbeispiel in der geschlossenen Schaltfolge: »Leistungstransistoren
5 - 6 - 7 - 5«. Außerdem ist jede Steuerstufe über ein zweites RC-Glied 17,18 oder
19 einheitlicher Bemessung mit der vorangehenden Steuerstufe verbunden, also beim
dargestellten Ausführungsbeispiel in der Folge: »Leistungstransistoren 5 - 7 - 6
- 5«. Die ersten und zweiten RC-Glieder 13, 14, 15 bzw.17, 18, 19 sind einander
ungleich, bewirken also eine unterschiedliche Phasenverschiebung der in den Ankerwicklungssträngen
1, 2, 3 durch den umlaufenden Permanentmagnet-Rotor des Motors erzeugten Wechselspannungen.
Die Werte der beiden RC-Glieder lassen sich in ein auch empirisch zu ermittelndes
günstiges Verhältnis zueinander setzen, bei dem unter Beibehaltung eines günstigen
Wirkungsgrades des Motors ein Anlauf und Umlauf des Motors immer in der gleichen
Richtung gewährleistet ist. Dadurch wird also beispielsweise erreicht, daß die im
Wicklungsstrang 1 der Ankerwicklung induzierte Wechselspannung immer zuerst über
das RC-Glied 13 den Vortransistor 10 des Leistungstransistors 6 der nachfolgenden
Steuerstufe in die Durchlaßstellung schaltet und nicht den über das zweite RC-Glied
17 gekoppelten Vortransistor 11 des Leistungstransistors 7 der in der geschlossenen
Steuerkette vorangehenden Steuerstufe.
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Die Wirkungsweise der Steuerschaltung ist folgende: Nach dem Anlegen
der Gleichspannungs-Betriebsquelle 4 an die Steuerschaltung durch Schließen eines
Schalters 24 beginnt zunächst eine der Steuerstufen mit dem Schließen des Vortransistors
9, 10 oder 11, so daß über den zugehörigen Leistungstransistor 5, 6 oder 7 ein Gleichstrom
vom Pluspol der Betriebsspannungsquelle 4 über den Emitter und den Kollektor des
Leistungstransitors und durch den zugeordneten Strang 1, 2 oder 3 der Ankerwicklung
zum Minuspol der Betriebsspannungsquelle 4 fließt. Das dadurch im Wicklungsstrang
erzeugte Magnetfeld bewirkt ein Drehmoment auf den Permanentmagnet-Rotor. Der Rotor
beginnt mit einer Drehbewegung, wodurch in den Ankerwicklungssträngen eine Spannung
erzeugt wird. Die im gleichstromdurchflossenen Wicklungsstrang, beispielsweise dem
Strang 1, induzierte Wechselspannung ist der Gleichspannung überlagert und gelangt
über den Kopplungskondensator 12 des ersten RC-Gliedes 13 auf die nachfolgende Steuerstufe
mit dem Vortransistor 10, sowie über den Kopplungskondensator 25 des zweiten RC-Gliedes
17 auf die vorangehende Steuerstufe mit dem Vortransistor 11. Die Steuerstufen sind
so bemessen, daß bei einem Absinken der auf einen zwischen der Basis eines Vortransistors
und dem Pluspol der Betriebsspannungsquelle 4 angeordneten Elektrolytkondensator
20 anfallende Teil der übertragenen Wechselspannung in die Nähe seines negativen
Scheitelpunktes, im vorliegenden Fall zunächst der Vortransistor 10, schließt und
damit ein Gleichstromfluß über den Emitter-Kollektorkreis des zugeordneten Leistungstransistors
6 in den Ankerwicklungsstrang 2 eingeleitet wird. Durch die unterschiedliche Bemessung.
der RC-Glieder 13 und 17 wird erreicht, daß stets der nachfolgende Vortransistor
10 vor dem vorangehenden Vortransistor 11 geschaltet wird. Die Schaltungselemente
des RC-Gliedes 13 und der Kondensator 20 können beim Ausführungsbeispiel zweckmäßig
so bemessen sein, daß eine Nacheilung der die Basis des nachfolgenden Vortransistors
10 steuernden Wechselspannung gegenüber der im Wicklungsstrang 1 induzierten Wechselspannung
um etwa 60 elektrische Grad erzielt wird. Nach der Einleitung der Drehbewegung durch
einen Gleichstromfluß durch den Wicklungsstrang 1 wird also der Rotor des Motors
stets in Richtung auf den Wicklungsstrang 2 und weiter auf den Wicklungsstrang 3
und der dadurch festgelegten Drehrichtung gezogen.
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Die Steuerschaltung bewirkt also eine fortlaufende, durch die in den
Wicklungssträngen induzierte Wechselspannung getaktete Weiterschaltung von Steuerstufe
zu Steuerstufe und damit des Gleichstromflusses von Wicklungsstrang zu Wicklungsstrang
in einer bestimmten Umlaufrichtung vom Beginn des Motorbetriebes an.
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Wie bereits eingangs erwähnt, könnte die Drehrichtung durch eine Vertauschung
der Anschlüsse der beiden unterschiedlichen RC-Glieder mit Hilfe eines Umschalters
erzielt werden. Ein Umschalten der Drehrichtung könnte auch durch eine Änderung
der Widerstände der beiden RC-Glieder in entgegengesetzter Richtung erreicht werden.
Die Zahl der Wicklungsstränge und dementsprechend die Zahl der Stufen der Steuerschaltung
ist nicht auf drei begrenzt Das gleiche gilt für die Polzahl der Maschine.