DE1563252B1

DE1563252B1 - Brushless universal motor with permanent magnet rotor

Info

Publication number: DE1563252B1
Application number: DE19661563252
Authority: DE
Inventors: Helmut Dr-Ing Moczale
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1966-10-14
Filing date: 1966-10-14
Publication date: 1970-11-26

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen bürstenlosen Universalmotor, dessen Ständerspulen über von einem Steuerkreis in Abhängigkeit von der Läuferstellung gesteuerte Thyristoren gespeist sind. Es ist bereits bekannt (französische Patentschrift 1448 909), die Stromdurchlässigkeit dieser Thyristoren durch einen als Hochfrequenzoszillator ausgebildeten Steuerkreis zu steuern. Der Fluß dieses Oszillators wird in Abhängigkeit von der Läuferstellung über ein mit der Motorwelle umlaufendes weichmagnetisches Segment in Steuerspulen gekoppelt, die ihrerseits mit den Gittern der Thyristoren verbunden sind. Die Anoden der Thyristoren sind untereinander über Löschkondensatoren verbunden. Damit ein erneutes Zünden der gelöschten Thyristoren verhindert ist, dürfen sich die Zündimpulse für zwei aufeinanderfolgend zu zündende Thyristoren nicht überlappen. Es muß gewährleistet sein, daß der Zündimpuls für den zu löschenden Thyristor verschwunden ist, sobald der Zündimpuls für den zu zündenden Thyristor auftritt. Zwischen diesen beiden Zündimpulsen muß eine impulsfreie Zone vorgesehen sein, die trotz Beschränkung auf einen möglichst kleinen Drehwinkelbereich des Läufers dazu führt, daß der Läufer aus dieser Stellung nicht anläuft.The invention relates to a brushless universal motor, the stator coils of which are fed via thyristors controlled by a control circuit as a function of the rotor position. It is already known (French patent specification 1 448 909) to control the current permeability of these thyristors by means of a control circuit designed as a high-frequency oscillator. Depending on the rotor position, the flux of this oscillator is coupled to control coils via a soft magnetic segment rotating with the motor shaft, which in turn is connected to the grids of the thyristors. The anodes of the thyristors are connected to one another via quenching capacitors. To prevent the extinguished thyristors from being fired again, the firing pulses for two thyristors to be fired one after the other must not overlap. It must be ensured that the ignition pulse for the thyristor to be extinguished has disappeared as soon as the ignition pulse for the thyristor to be ignited occurs. A pulse-free zone must be provided between these two ignition pulses which, despite being limited to the smallest possible angular range of the rotor, means that the rotor does not start from this position.

Wenn man einen Anlauf solcher Motoren auch aus diesen kritischen Winkelstellungen des Läufers erreichen will, müssen zusätzliche Anlaufhilfen vorgesehen werden. Nach der französischen Patentschrift 1. 385 451 ist es beispielsweise bekannt, während des Anlaufs zusätzlich eine mechanisch durch. Stromwender kommutierte Anlaufwicklung vorzusehen, die nach erfolgtem Anlauf des Motors abgeschaltet wird. Einerseits ist der für die Zusatzeinrichtungen erforderliche Aufwand nachteilig, und andererseits wird der mit der elektronischen Kommutierung angestrebte Vorteil, nämlich die störanfälligen mechanischen K ommutatoren zu vermeiden, nur unvollkommen erreicht.If you want to start such motors from these critical angular positions of the rotor, additional start-up aids must be provided. According to the French patent specification 1 385 451 it is known, for example, during start-up an additional mechanically. Commutation commutated start-up winding must be provided, which is switched off after the motor has started up. On the one hand, the effort required for the additional devices is disadvantageous and, on the other hand, the advantage sought with electronic commutation, namely avoiding the failure-prone mechanical commutators, is only incompletely achieved.

Aufgabe der Erfindung ist es, den eingangs genannten bürstenlosen thyristorgesteuerten Universalmotor so zii verbessern, daß er ohne zusätzliche Anlaßhilfen aus jeder Stellung anläuft. Die Erfindung ist bei einem bürstenlosen Universalmotor der eingangs genannten Art darin zu sehen, daß parallel zu den Thyristoren ein gemeinsamer Löschthyristor geschaltet ist, dessen Anode über Kondensatoren mit den Anoden der Thyristoren und dessen Gitter mit dem Steuerkreis verbunden ist.The object of the invention is to provide the above-mentioned brushless thyristor-controlled universal motor so zii that it can be started without additional starting aids starts from any position. The invention is in a universal brushless motor of the type mentioned in the fact that a common parallel to the thyristors Quenching thyristor is connected, the anode of which via capacitors with the anodes of the Thyristors and their grid is connected to the control circuit.

Da ein spezieller Löschthyristor vorgesehen ist, brauchen sich die den Motorwicklungen vorgeschalteten Thyristoren nicht gegenseitig zu löschen. Daher ist es möglich, in einem kleinen Drehwinkelbereich des Läufers zwei aufeinanderfolgend zu zündende Thyristoren gleichzeitig mit Zündimpulsen zu versorgen, so daß es keine toten Winkelbereiche mehr gibt, aus denen der Motor nicht anlaufen könnte.Since a special quenching thyristor is provided, they need each other the thyristors upstream of the motor windings are not mutually quenched. Therefore it is possible, in a small angle of rotation range of the rotor, two consecutive to supply thyristors to be ignited at the same time with ignition pulses, so that there are no there are more dead angles from which the motor could not start.

Weitere Erfindungsmerkmale, die Gegenstände der Unteransprüche sind, ergeben. sich aus dem nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiel.Further features of the invention which are the subject matter of the subclaims, result. from the exemplary embodiment described below.

F i g. 1 zeigt in einem Schaltbild den prinzipiellen Aufbau des Motors, während in F i g. 2 Diagramme zum besseren Verständnis der Wirkungsweise wiedergegeben sind.F i g. 1 shows the basic structure of the motor in a circuit diagram, while in FIG. 2 diagrams reproduced for a better understanding of the mode of operation are.

Mit 1, 2 und 3 sind die Ständerspulen bezeichnet, welche über die Thyristoren 4, 5 und 6 aus der mit 7 bezeichneten Stromquelle nach Schließen des Schalters 8 gespeist werden. Die Gitter der Thyristoren 4, 5 und 6 sind über die Widerstände 9, 10 und 11 mit den Kontakten 12, 13 und 14 verbunden. Auf diesen Kontakten schleift das mit der Motorwelle fest verbundene Segment 15. Die Motorwelle ist durch die gestrichelten Linien 16 angedeutet, und der Läufer des Motors ist mit 17 bezeichnet. Das Segment 15 ist über den Widerstand 18 ebenfalls mit einem Pol der Stromquelle verbunden. Parallel zu den Ständerspulen 1, 2 und 3 bzw. zu den Thyristoren 4, 5 und 6 liegt der Löschthyristor 19 in Reihe mit dem Widerstand 20. Die Anode des Löschthyristors ist über die Kondensatoren 21, 22 und 23 mit den Anoden der Thyristoren 4, 5 und 6 verbunden. Das Gitter des Löschthyristors 19 ist über den Kondensator 24 mit dem umlaufenden Segment 15 verbunden.1, 2 and 3 denote the stator coils which are fed via the thyristors 4, 5 and 6 from the current source denoted by 7 after the switch 8 is closed. The grids of the thyristors 4, 5 and 6 are connected to the contacts 12, 13 and 14 via the resistors 9, 10 and 11. The segment 15, which is firmly connected to the motor shaft, slides on these contacts. The motor shaft is indicated by the dashed lines 16, and the rotor of the motor is denoted by 17. The segment 15 is also connected to one pole of the power source via the resistor 18. In parallel to the stator coils 1, 2 and 3 or to the thyristors 4, 5 and 6, the quenching thyristor 19 is in series with the resistor 20. The anode of the quenching thyristor is connected via the capacitors 21, 22 and 23 to the anodes of the thyristors 4, 5 and 6 connected. The grid of the quenching thyristor 19 is connected to the encircling segment 15 via the capacitor 24.

Die Wirkungsweise der Erfindung ist folgende: Durch Schließen des Schalters 8 wird der Motor an Spannung gelegt, und in der in F i g. 1 dargestellten Lage kann ein Strom über den Thyristor 4 und damit über die Ständerspule 1 fließen. Durch den Einschaltstromstoß i. (Diagramm a in F i g. 2) wird nämlich der Thyristor 4 gezündet. Durch diesen Strom beginnt der Läufer 17 und damit das Segment 15 sich zu drehen. Das Segment 15 läuft dann vom Kontakt 12 auf den Kontakt 13 auf, und der zugehörige Thyristor 5 wird durch den dabei entstehenden Stromimpuls ilo (Diagramm a) gezündet, so daß über die Ständerspule 2 ein Strom fließen kann. Gleichzeitig fällt die Spannung U, am PunktA entsprechend dem Kurvenzug b in F i g. 2 ab. Durch die weitere Drehung verläßt nun das Segment 15 den Kontakt 12, und der mit i. bezeichnete Strom bricht zusammen, wobei die Spannung US im Punkt A wieder ihren ursprünglichen Wert erhält. Durch dieses schlagartige Ansteigen der Spannung US und den damit verbundenen Stromimpuls (Diagramm c) wird der Löschthyristor 19 gezündet, wodurch über die Kondensatoren 21 und 22 die beiden Thyristoren 4 und 5 gelöscht werden. Da jedoch der Strom il, weiterfließt, wird der Thyristor 5 sofort wieder gezündet, so daß nur eine sehr kurze Stromunterbrechung stattgefunden hat.The mode of operation of the invention is as follows: By closing the Switch 8, the motor is connected to voltage, and in F i g. 1 shown A current can flow through the thyristor 4 and thus through the stator coil 1. The inrush current i. (Diagram a in FIG. 2) becomes namely the thyristor 4 ignited. The rotor 17 and thus the segment 15 itself begin through this current to turn. The segment 15 then runs from the contact 12 to the contact 13, and the associated thyristor 5 is driven by the resulting current pulse ilo (diagram a) ignited, so that a current can flow through the stator coil 2. Simultaneously the voltage U i drops at point A according to curve b in FIG. 2 from. By the further rotation now leaves the segment 15, the contact 12, and the i. designated Current collapses, with voltage US at point A returning to its original state Value. As a result of this sudden increase in the voltage US and the associated Current pulse (diagram c) the quenching thyristor 19 is ignited, whereby the capacitors 21 and 22 the two thyristors 4 and 5 are deleted. But since the river il, continues flowing, the thyristor 5 is immediately ignited again, so that only a very brief power interruption has occurred.

Durch die weitere Drehung des Läufers 17 läuft nun das Segment 15 vom Kontakt 13 auf den Kontakt 14 auf, und der beschriebene Vorgang wiederholt sich für die Thyristoren 5 und 6, wobei der Strom i" für die Zündung des Thyristors 6 gesorgt hat. Auf diese Weise wird in zyklischer Reihenfolge jeweils einer der Thyristoren 4, 5 und 6 gezündet und gleichzeitig durch den Löschthyristor 19 der vorhergehende Thyristor gelöscht. Der L öschthyristor 19 selbst wird jeweils durch den folgenden gezündeten Thyristor gelöscht. In dem vorher geschilderten Fall also in dem Moment, wo der Thyristor 6 gezündet wird. Die Löschung des Löschthyristors 19 erfolgt dann über den Kondensator 23, so daß der Löschthyristor 19 dann über den Kondensator 22 den Thyristor 5 wieder löschen kann, da er durch das vom Kontakt 13 ablaufende Segment den zu seiner Zündung notwendigen Stromimpuls erhält. Der Verlauf der Ströme i,,, i 1o und 1i 1 ist in den Kurvenzügen a der F i g. 2 dargestellt. Die für den Löschthyristor 19 notwendigen Zündimpulse sind in dem Kurvenzug c der F i g. 2 dargestellt, wobei für die Zündung die positiven Impulse verantwortlich sind.As the rotor 17 continues to rotate, segment 15 runs from contact 13 to contact 14, and the process described is repeated for thyristors 5 and 6, with current i ″ causing thyristor 6 to ignite In a cyclical manner, one of the thyristors 4, 5 and 6 is ignited and at the same time the previous thyristor is extinguished by the extinguishing thyristor 19. The extinguishing thyristor 19 itself is extinguished by the following ignited thyristor. where the thyristor 6 is ignited, the extinguishing thyristor 19 then takes place via the capacitor 23, so that the extinguishing thyristor 19 can then extinguish the thyristor 5 again via the capacitor 22, since the segment running from the contact 13 provides the necessary for its ignition The course of the currents i 1, i 1o and 1i 1 is shown in the curves a in FIG necessary ignition pulses are in curve c of FIG. 2, the positive impulses being responsible for the ignition.

Auf diese Weise wird ein Motor angegeben, welcher aus jeder beliebigen Stellung anläuft, da die Steuerströme i., il, und 1" einander überlappen. Die L-berlappungszone ist jedoch klein zu wählen. so daß die Stromzutülirun@,sda ucr der Thvristoren kleiner als 1S(1- ist, damit ein hoher Motorwirkunus,-#rad erzielt wird. Es ist anzustreben, daC) der Strom dann fließt, wenn der Fluß seine volle Stärke erreicht hat. In F i `z. 1 ist für den Steuerkreis eine mechanische Kontakteinrichtung dargestellt. Die Erfindun; ist keitieswe,-#s auf diese dargestellte Steuereinrichtung beschränkt. sondern dieselbe wurde nur zum besseren Verständnis und der Einfachheit halber an#,eueben. Als Steuerkreis kann selbseverständlich auch ein zur Steuerung von bürstenlosen Motoren an sich bekann- ter Hochtrequenz-Oszillator verwendet werden. wo- bei die Kontakte 12, 13 und 1.1 dann durch Steuer- spulen ersetzt werden, in welche über das Segment 15 der Fluß des Oszillators entsprechend der L ä ufer- stellungekoppelt wird. Es ist selbstverständlich auch mö;lich, den elektronischen Kommutator mit maumet- feldabliän#-,i,-:en Widerständen oder mit V.all2enerato- ren aufzubauen. was ebenfalls an sich bekannt ist. Die Elekironik dieser Stett#-rkreise müßte dann ent- sprechend der Darstellung in F i g. 1 aufgebaut wer- den, wobei die abfallende Kante d;.r Steuerströme 4, i" und i11 den Löschthvristor 19 unter Zwischen- schaltun- weiterer elektronischer Elemente zum An- sprechen bringet. In einem weiteren Erfindunzs;edalii:en körnen die Thvristoren und die Löschthvristoren sowie der Steuerkreis zu einem inte@,riertel1 Baue!ement. einem sogenannten Festkörperschaitkreis oder integrier -,en, Miniaturbaustein zusamm:ti_,-,cfaßt werden.. wobei die entsprechenden Anschlüsse der einzelnen Elemente aus diesem Baustein herausgeführt werden und mit den anderen Elementen des Motors, beispielsweise den Ständerspulen, verbunden werden können. Das integrierte Bauelement kann in den Luftspalt des Motors einuesetzt werden, wodurch der Motor -emäß der Erfindun- dann auch baulich einen sehr geringen Aufwand erfordert.In this way, a motor is specified which starts from any position, since the control currents i., Il, and 1 "overlap However, the L overlap zone should be selected to be small. so that the current supply @, sda ucr the thyristors less than 1S (1- is so that a high motor efficiency is achieved, - # rad will. The aim is to ensure that the current flows when the river has reached its full strength. In F i `z. 1 is a mechanical one for the control circuit Contact device shown. The invention is keitieswe, - # s on this control device shown limited. but the same only became the better Understanding and for the sake of simplicity at #, e u just. A to the control circuit can of course also be used as a control circuit Control of brushless motors per se known ter high frequency oscillator can be used. Where- at contacts 12, 13 and 1.1 then by control spools are replaced in which about the segment 15 the flux of the oscillator corresponding to the runner position is uncoupled. It is of course also mö; Lich, the electronic commutator ma to et- feldabliän # -, i, -: en resistances or with V.all2enerato- to build up. which is also known per se. The electronics of these Stett # circles would then have to speaking of the representation in FIG . 1 to be built den, where the falling edge d; .r control currents 4, i "and i11 the erasure transistor 19 with intermediate circuit and other electronic elements to connect bring to speak. In a further invention; edalii: en körnen the Thvristors and the Löschthvristors as well as the Control circuit to an inte @, riertel1 Build! Ement. one so-called solid-state circuit or integrating, Miniature component together: ti _, -, c ... where the corresponding connections of the individual elements out of this module and with the other elements of the motor, for example the stator coils, can be connected. The integrated component can be inserted into the air gap of the motor, as a result of which the motor according to the invention then also requires very little constructional expenditure.

Claims

Patent claims: 1. Brushless universal motor with continuous Magnetic rotor whose stator coils are about from a control circuit in depen # i # 7 -, l: eit of the lauter ferstelung c-controlled Tlivristors are fed, thereby @ yekennzeiclinet, @ that parallel to the Tlivristors (4. 5, 6) cin @zemeinsamer Lösclithvristor (19) is switched. its anode via capacitors (21, 22. 23) with the control circle is connected. '_. Motor according to claim 1, characterized shows that the control circuit is a high-frequency oscillator z; .r @ .endct is whose flow over a with of the shaft d @ - s motor rotating segment in connected to the grids of the thyristors (= 1. 5, 6) dene control coils is coupled. 3. Motor according to claim 1. shows that the control circuit is Hallgeneratoreli are turned. .1. Motor according to one of Claims 1 to 3, thereby 2elc2nnzciclinet. that the thyristors (a. 5. 6), the quenching transistor (19) and the control circuit to: inem inte, -, r: erteti component with corresponding correspondingly brought out connections are.