DE1613438C - Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines kollektorlosen Gleichstrommotors - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines kollektorlosen Gleichstrommotors, welcher einen diametral magnetisierten Perrnanentmagnetläufer und zwei räumlich um 90' elektrisch gegeneinander versetzte, aus je zwei Teilwicklungen bestehende Statorwicklungen aufweist, die mit ihrem einen Ende an dem zweiten Pol einer Gleichspannungsquelle und mit ihrem anderen Ende über die Kollektor-Emitter-Strecke von Leistungstransistoren an dem ersten Pol der Gleichspannungsquelle liegen, von denen jeweils zwei Leistungstransistoren jeder Statorwicklung zugeordnet sind, welche Leistungstransistoren über zwei erste Vortransistoren vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp mit Hilfe eines diesen zugeordneten Hallgenerator steuerbar sind.

Eine solche Schaltungsanordnung ist in der älteren Patentanmeldung 16 38 538.9-32 vorgeschlagen worden. Bei dieser Schallungsanordnung kann ebenso wie bei einer aus der »Siemens Zeitschrift« vom September 1966, S. 692, Bild 6 bekannten Schaltung zur Drehzahlregelung eines kollektorlos™ Gleichstrommotors die Drehzahl nur in einer Richtung geregelt werden, d. h. die Drehzahl wird nur beim Unterschreiten des Istwertes unter den Sollwert auf den Sollwert hochgeregelt, wogegen ein Herunterregeln eines höheren Istwertes auf einen niedrigeren Sollwert nicht möglich ist. Mit dieser Art der Regelung läßt sich nur eine begrenzte und zudem noch lastabhängige Regelgeschwindigkeit erreichen.

Um einen kollektprlosen Gleichstrommotor in beiden Drehrichtungen betreiben zu können, ist es bekannt, die Richtung des Steuerstromes der Hallgeneratoren umzukehren (schweizerische Patentschrift 390 371) oder jedem Leistungstransistor einen zweiten V01 transistor zuzuordnen (USA.-Patentschrift 2 980 839) und je nach Drchriclitung den Leistungstransistor über den einen oder anderen Vortransistor anzusteuern. Die Vortransistoren werden bei diesem bekannten Motor über Schwingkreise angesteuert. Der den einen Vortransistor steuernde Schwingkreis ist jeweils dann mit einer ersten Steuerfrequenz in Resonanz, wenn die Induktivität des Schwingkreises durch einen mit dem Motor rotierenden Magneten beeinflußt ist. Der Schwingkreis des anderen Vortransistors ist jeweils dann mit einer zweiten Steuerfrequenz in Resonanz, wenn die Induktivität des Steuerkreises nicht durch den mit dem

Motor rotierenden Magneten beeinflußt ist. Eine Drehzahlregelung ist bei diesen bekannt .m Motoren jedoch nicht vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung für kollektorlose Gleichstrommotoren der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, mit der die Drehzahl beim über- oder Unterschreiten ihres Sollwertes sowohl hoch- als auch heruntergeregelt werden kann.

Die Lösung de; gestellten Aufgabe gelingt bei einer Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch, daß jedem der beiden Paare der ersten Vortransistoren jeweils ein basisseitig mit diesem ersten parallelgeschalteten Paar von zweiten Vortransistoren des gleiche.i Leitfähigkeitstyps zugeordnet ist, deren Kollektoren jeweils kreuzweise zu den Kollektoren der ersten Vortransistoren vertauscht an die Basen der jeweiligen Leistungstransistoren geschaltet sind, und daß die Kollektoren der ersten und zweiten Vortransistoren, ciie jeweils an der Basis eines Leistungstransistors liegen, über je einen zweiten Widerstand an den ersten Pol der Gleichspannungsquelle gelegt sind, während die Emitteranschlüsse aller ersten und aller zweiten Vortransistoren je für sich zusammengefaßt über jeweils eine Leitung und in Abhängigkeit von einer Dt ehzahlregeleinrichtung betätigbare Schalter wahlweise an den zweiten Pol der Gleichspannungsquellc schaltbar sind.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind als Schalter dritte bis fünfte Transistoren vorgesehen, die von einer Brückenschaltung gesteuert werden. Eine besonders einfache Brückenschaltiing 7ur Drehzahlregelung ergibt sich dadurch, daß den einen Zweig der Brücke eine Zenerdiode und ein dritter Widerstand und den anderen Zweig ein sechster Transistor, dessen Basis der Drehzahlistwcrt zugeführt ist, und ein vierter Widerstand bilden.

Mit der Schaltungsanordnung nach der Erfindung ist es möglich, einen kollcktorlosen Gleichstrommotor auch beim Überschreiten der Nenndrehzahl herunterzuregeln, indem der Permancntmagnetläufer bei zu hoher Drehzahl durch ein Gegenmoment abgebremst wird. Auf diese Weise wird eine hohe und von der jeweiligen Belastung praktisch unabhängige Regelgeschwindigkeit erreicht.

An Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung nachfolgend näher beschrieben.

Mit It'l und WL sind die beiden Teilwicklungen der einen Statorwicklung und mit WS und HM die Teihvicklungen der anderen Statorwicklung bezeichnet. Die beiden Statorwicklungen sind gegeneinander um 90 elektrisch versetzt. Die einen Enden der Teilwicklungen W \ bis W 4 sind mit dem als zweiten Pol bezeichneten negativen Pol der Glcichspannungsquelle verbunden, während die anderen Enden über Leistungstransistoren Γ1 bis 74 mit dem als ersten Pol bezeichneten positiven Pol der Gleichspannungsquelle verbunden sind. Die Leistungstransistoren 71 bis 7'4 werden von ersten Vortransistoren 75 bis 78 angesteuert. Die Basen der Vortransistoren 7"5 und 7'6 sind mit den Hallspannungsanschlüssen 2 und 4 eines Hallgencrators 7/ 1 verbunden. In gleicher Weise sind die Basen der Vortransistoren 77 und 78 mit den Hallspannungsanschlüssen 8 und 6 eines HaIleenerators Hl verbunden. Die beiden Hallgencratoren//l und Hl werden von der Gleichspannungsquelle über erste Widerstände R mit Steuerstrom versorgt. Die Kollektoren der ersten Vortransistoren 75 bis 78 sind über zweite Widerstände R1 bis A4 mit dem ersten Pol der Gleichspannungsquelle verbunden. Die Emitter der ersten Vortransistoren T 5 bis TS sind miteinander über eine Leitung α verbunden. Wird die Leitung α mit dem zweiten Pol der Gleichspannungsquelle verbunden, so wird der Motor in

Betrieb gesetzt und nimmt eine bestimmte Drehrichtung an, die durch die Aussteuerung der beiden Hallgeneratoren H1 und Hl durch den umlaufenden Permanentmagnetläufer bestimmt ist. Die ersten Vortransistoren TS bis 7"8 werden hierbei in einem bestimmten Zyklus angesteuert und damit auch die Leistungstransistoren Tl bis T4, welche die Teilwicktungen Wl bis WA an Spannung legen. Eine solche Schaltungsanordnung ist in der älteren Patentanmeldung P 16 38 538.9-32 angegeben.

Um die Teilwicklungen Wl bis W 4 auch in entgegengesetzter Reihenfolge ansteuern zu können, sind neben den ersten Vortransistoren Γ 5 bis 78 noch zweite Vortransistoren T9 bis 712 vorgesehen. Die Zuordnung der zweiten Vortransistoren 79 bis 712

a₅ zu den I eistungstransistoren 71 bis 74 ist so getroffen, daß jeweils der gegenüber dem ersten Vortransistor an dem anderen Hallspannungsanschluß des gleichen Hallgenerators angeschlossene zweite Vortransistor mit dem gleichen Leistungstransistor verbunden ist. So ist z. B. der an den Hallspannungsanschluß 2 des Hallgenerators //1 angeschlossene erste Vortransistor 75 und der an den anderen Hallspannungsanschluß 4 angeschlossene zweite Vortransistor 710 mit dem Leistungstransistor 71 verbunden.

In entsprechender Weise sind die übrigen ersten und zweiten Vortransistoren mit den übrigen Leistungstransistoren verbunden. Die Emitter der zweiten Vortransistoren 79 bis 712 sind über eine Leitung b miteinander verbunden. Wird diese Leitung b an den zweiten Pol der Glcichspannungsquelle gelegt, so wird den Leistungstransistoren 71 bis 74 ein um 180 versetzter Steuertakt zugeführt, so daß auf den Permanentmagnetläufer ein Gegenmoment wirkt. Auf diese Weise kann durch entsprechendes Anspannunglegen der Leitungen α und b eine Umkehr der Drehrichtung des Motors erreicht werden.

Zur Drehzahlregelung des Motors ist eine Brükkcnanordnung vorgesehen, die aus einer Zenerdiode Z und einem dritten Widerstand Rz sowie einem sechsten Transistor 716 und einem vierten Widerstand Rt besteht. Im Nullzweig A-B der Brücke liegt ein fünfter Widerstand R 5, zu dem die Reihenschaltung der Basis-Emittcr-Streckc eines dritten Transistors 713 mit einem sechsten Widerstand R 13 und weiterhin die Reihenschaltung der Basis-Emitter-Strecke eines vierten Transistors 714 mit einem siebten Widerstand R14 parallel geschaltet sind. Durch diese Art der Schaltung wird eine Hysterese vermieden. Vorzugsweise ist der siebte Widerstand R 14 großer als der sechste Widerstand R 13 gewählt. An Stelle der dritten und vierten Transistoren 713 und 714 können auch Feldeffekttransistoren verwendet werden, wobei dann die sechsten und siebten Widerstünde R 13 und R 14 entfallen. Je nach dem Stromfluß in dem fünften Widerstand R 5 wird entweder der dritte Transistor 7 13 oder der vierte Transistor 7 14 aufgesteuert und damit entweder den ersten Vortranistnrcn 75 bis 7'8 über die Leitung«

oder den zweiten Vortransistoren 7'9 bis 7Ί2 über die Leitung b Strom zugeführt. Da die Stromrichtung in den Leitungen α und b die gleiche ist, muß mittels eines fünften Transistors T15 die Slromrichtung des vierten Transistors 7Ί4 invertiert werden.

Bei der Drehzahlregelung wird am Punkt C, der mit der Basis eines sechsten Transistors 716 verbunden ist, ein der Drchzahlabweichung proportionaler Strom· eingespeist. Dadurch ändert sich der Widerstand des sechsten Transistors T16 entsprechend. Liegen die Brückenpunkte A und B auf gleichem Potential, so fließt über den fünften Widerstand R5 kein Strom, so daß weder der dritte noch der vierte Transistor 713 und T14 ausgesteuert werden. Demzufolge sind auch die Teilwicklungen Wl bis WA is stromlos. Bei festgelegter Drehrichtung hat der Brükkenpunkl B positives Polcntial gegenüber dem Brükkenpunkl/4, so daß der dritte Transistor 713 und damit auch die ersten Vortransistoren 75 bis 7Ϊ Strom führen. Die Teilwicklungen Wl bis HM führer demnach in einem gewissen Zyklus Strom. Wird nun die Drehzahl zu hoch, so wechselt die Polarität dei Brückenpunkte A und B. Dadurch werden der vierte Transistor Γ14 und der fünfte Transistor 715 nach dem Sperren der ersten Vortransistoren 75 bis 78 durchgcstcuerl, und damit führen die zweiten Vortransistoren 7'9 bis 712 Strom. Dementsprechend werden nunmehr die Teilwicklungen Wl bis WA um 180° versetzt angesteuert, so daß auf den Pcrmanentmagnet'üufcr ein Gegenmoment wirkt, durch welches die Drehzahl auf den Sollwert abgebremst wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Schaltungsanordnung zur Drehzahlregelung eines kollektorlosen Gleichstrommotors, welcher einen diametral magnetisierten Permanentmagnetläufer und zwei räumlich um 90° elektrisch gegeneinander versetzte, aus je zwei Teilwicklungen bestehende Statorwicklungen aufweist, die mit ihrem einen Ende an dem zweiten Pol einer Gleich-Spannungsquelle und mit ihrem anderen Ende über die Kollektor-Emitter-Strecke von Leistungstransistoren an dem ersten Pol der Gleichspannungsquelle liegen, von denen jeweils zwei Leistungstransistoren jeder Statorwicklung zügeordnet sind, welche Leistungstransistoren über zwei erste Vortransistoren vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp mit Hilfe eines diesen zugeordneten Hallgenerators steuerbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß jedem der beiden»° Paare der ersten Vortransistoren (T5 bis Γ8) jeweils ein basisseitig mit diesem ersten parallelgeschalteten Paar von zweiten Vortnnsistoren (T 9 bis T12) des gleichen Leitfähigkeitstyps zugeordnet ist, deren Kollektoren jeweils kreuzweise «5 zu den Kollektoren der ersten Vortransistoren (TS bis T8) vertauscht an die Basen der jeweiligen Leistungstransistoren (T 1 bis T4) geschaltet sind, und daß die Kollektoren der ersten und zweiten Vortransistoren, die jeweils an der Basis eines Leistungstransistors liegen, über je einen zweiten Widerstand (R 1 bis R 4) an den ersten Pol der Gleichspannungsquelle gelegt sind, während die Emitteranschlüsse allei ersten (TS bis T8) und aller zweiten Vortransistoren (7'9 bis T12) je für sich zusammengefaßt über jeweils eine Leitung (a, b) und in Abhängigkeit von einer Drehzahlregeleinrichtung betätigbare Schalter wahlweise an den zweiten Pol der Gleichspannungsquelle schaltbar sind.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalter dritte bis fünfte Transistoren (T 13, T14 und T15) sind, die von einer Brückenschaltung steuerbar sind.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß den einen Zweig der Brücke eine Zenerdiode (Z) und ein dritter Widerstand (Rz) und den anderen Zweig ein sechster Transistor (T 16), dessen Basis der Drehzahlistwert zugeführt ist, und ein vierter Widerstand (Rt) bilden.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Nullzweig (A-B) der Brücke ein fünfter Widerstand (RS) lugt, dem die Basis-Emitter-Strecken der dritten und vierten Transistoren (T 13, T14) parallel geschaltet sind.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des dritten Transistors (T 13) unmittelbar mit den Emittern der ersten Vortransistoren (TS bis T8) verbunden ist, während der Kollektor des vierten Transistors (T 14) über den fünften Transistor (TlS) mit den Emittern der zweiten Vortransistoren (T9 bis T12) verbunden ist.

6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß den Emittern der dritten und vierten Transistoren (T 13, T14) sechste und siebte Widerstände (R 13, R 14) vorgeschaltet sind.

7. Anordnung nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der siebte Widerstand (R 14) größer als der sechste Widerstand (R 13) ist.

8. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, deß als dritte und vierte Transistoren (T 13, T14) Feldeffekttransistoren verwendet sind.