DE1916229C3 - Kollektorloser Gleichstrommotor - Google Patents

Description

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 Transistor-Steuerschaltung 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 Leistungstransistor aufweisen, wobei jede Steuerstufe über ein ersten WC-Glied einheitlicher Bemessung mit der nachfolgenden Steuerstufe und über ein zweites ÄC-Glied einheitlicher, aber von den ersten RC-GMedern verschiedener Bemessung mit der vorangehenden Steuerstufe verbunden ist, gemäß Hauptpatent 12 93 320. Ein derartiger kollektorloser Gleichstrommotor ist aus der CH-PS 4 58 508 bekannt Durch die aus der CH-PS 4 58 508 bekannten Maßnahmen wird auf einfache Weise ein sicheres Anlaufen des Gleichstrommotors ohne Verwendung zusätzlicher Hilfsmittel erreicht Hierzu wird jedoch eine relativ große Zahl von ÄC-Gliedern zur Kopplung der einzelnen Steuerstufen untereinander benötigt

Der Zusatzerfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die Steuerschaltung für den kollektorlosen Gleichstrommotor durch Verminderung der Anzahl von Kopplungsglieder weiter zu vereinfachen.

Diese Aufgabe wird bei einem kollektorlosen Gleichstrommotor der eingangs genannten Art gemäß der Zusatzerfbdung dadurch gelöst, daß jeweils zwei mit dem Eingang der gleichen Steuerstufe verbundene ÄC-Glieder unterschiedlicher Bemessung einen gemeinsamen Kondensator oder Widerstand aufweisen.

Durch diese Ausbildung der Schaltung wird also die Zahl der verwendeten Bauelemente verringert Dies hat zum einen eine, insbesondere bei einer größeren Anzahl von Steuerstufen erhebliche Vereinfachung der Schaltung mit der entsprechenden Kostenersparnis zur Folge. Zum anderen kann der Abigleich der Schaltung wesentlich einfacher vorgenommen werden, da wegen der Verwendung eines gemeinsamen Kondensators oder Widerstandes dessen Toleranz nicht ausgeglichen S zu werden braucht

Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, in der eine Ausführungsform einer Steuerschaltung dargestellt ist

Die Ständerwicklung des Motors weist drei Wicklungsstränge 1,2,3 auf, die in nicht dargestellter Weise einer Drehstromwicklung entsprechend um jeweils 120° gegeneinander über den Umfang der Maschine versetzt angeordnet sind. Die Wicklungsstränge 1, 2, 3 sind in

is Sternschaltung verbunden, und ihr Sternpunkt ist mit dem Minuspol einer nicht gezeigten Gleichspannungsquelle verbunden.

Jeder Wicklungsstrang 1, 2, 3 liegt jeweils im Kollektorzweig eines Leistungstransistors 5, 6, 7, von denen jedem in an sich bekannter Weise ein an die Basis des Leistungstransistors mit seinem Emitter geschalteter Vortransistor 9,10,11 zugeordnet ist

Zwischen Basis und Kollektor jedes Vortransistors 9, 10, 11 ist eine aus einem Kondensator 26 und einem

2s Widerstand 27 bestehendes Gegenkopplungsglied eingeschaltet Die Emitter der Vortransistoren 9, 10, 11 sind jeweils mit der Basis des zugehörigen Leistungstransistors 5,6, 7 direkt und über einen Widerstand 28 mit dem Plus-Pol der Gleichspannungsquelle verbun den. An den Plus-Pol sind auch die Emitter der Leistungstransistoren 5,6, 7 direkt angeschlossen. Wie im Schaltbild gestrichelt angedeutet ist, könnten die Kondensatoren 26 der Gegenkopplungsglieder durch die zwischen Basis und Plus-Pol der Gleichspannungs quelle eingeschalteten Kondensatoren 26' ersetzt werden.

Jeweils ein Leistungstransistor 5, 6, 7 bildet zusammen mit dem zugehörigen Vortransistor 9,10,11 und den obenerwähnten Kondensatoren und Wider ständen 26,27,28 jeweils eine als Verstärker wirkende Steuerstufe 29 bzw. 30 und 31, die etwa gleich sind.

Der Ausgang jeder der Steuerstufen 29, 30, 31 ist jeweils über zwei ÄC-Glieder unterschiedlicher Bemessung mit den Eingängen der beiden anderen Steuerstu- fen verbunden. Beim gezeichneten Ausführungsbeispiel ist die Schaltung so vorgenommen, daß der Kollektor des Leistungstransistors 5 der Steuerstufe 29 über den Widerstand 32 und den Kondensator 33 mit der Basis des Vortransistors 10 der Steuerstufe 30 verbunden ist

so Gleichzeitig ist über den Widerstand 34 und den Kondensator 35 eine Verbindung mit der Basis des Vortransistors 11 der Steuerstufe 31 hergestellt

In gleicher Weise ist der Kollektor des Leistungstransistors 6 der Steuerstufe 30 über den Widerstand 36 und

ss den Kondensator 35 mit der Basis des Vortransistors 11 der Steuerstufe 31 und über den Widerstand 37 und den Kondensator 38 mit der Basis des Vortransistors 9 der Steuerstufe 29 verbundea Schließlich sind zwischen den Kollektor des Leistungstransistors 7 der Steuerstufe 31 und die Basis des Vortransistors 9 der Steuerstufe 29 der Widerstand 39 und in Reihe dazu der Kondensator 38 eingeschaltet, während der Kollektor des Leistungstransistors 7 über die Reihenschaltung aus dem Widerstand 40 und dem Kondensator 33 mit der Basis des

6s Vortransistors 10 der Steuerstufe 30 gekoppelt ist

Die Widerstände 32, 34, 36, 37, 39, 40 und die Kondensatoren 33, 35, 38 sind so gewählt, daß der Ausgang der Steuerstufe 29 mit dem Eingang der

Steuerstufe 30, der Ausgang der Steuerstufe 30 mit dem Eingang der Steuerstufe 31 und der Ausgang der Steuerstufe 31 mit dem Eingang der Steuerstufe 29 Ober ÄC-Glieder einheitlicher Bemessung verbunden sind. Gleichzeitig sind der Ausgang der Steuerstufe 29 mit dem Eingang der Steuerstufe 31, der Ausgang der Steuerstufe 31 mit dem Eingang der Steuerstufe 30 und der Ausgang der Steuerstufe 30 mit dem Eingang der Steuerstufe 29 ebenfalls fiber ÄC-Glieder einheitlicher, jedoch von den ersten ÄC-Gliedern unterschiedlicher Bemessung verbunden.

Die Steuerstufen sind also durch die ÄC-Glieder in zweifacher Weise zu einer geschlossenen Ringschaltung verbunden, und zwar einmal in der Reihenfolge: »Steuerstufe 29-30-31-29« und zum anderen in der Schaltfolge: »Steuerstufe 29-31-30-29«.

Die Schaltung stellt also einen dreistufigen Multivibrator dar. Die Kippfrequenz des Multivibrators wird dabei durch die Größe der ÄC-Glieder bestimmt Durch entsprechende Wahl der Widerstände 32, >4,36,37,39, 40 und der Kondensatoren 33, 35, 38 der ÄC-Glieder läßt sich erreichen, daß jeweils nur eine Steuerstufe 29, 30, 31 so geschaltet ist, daß durch den zugehörigen Wicklungsstrang 1, 2, 3 ein Strom fließt Die Widerstände und Kondensatoren der ÄC-Glieder werden beispielsweise so bemessen, daß die Zeitkonstanten der unterschiedlichen ÄC-Glieder etwa im Verhältnis 1 :2 stehen.

Das Wesen der Zusatzerfindung liegt nun darin, daß jeweils die zwei mit dem Eingang der gleichen Steuerstufe verbundenen ÄC-Glieder unterschiedlicher Bemessung beim Ausfuhrungsbeispiel einen gemeinsamen Kondensator aufweisen. So ist der Eingang der Steuerstufe 29 über das aus dem Kondensator 38 und dem Widerstand 37 bestehende ÄC-Glied mit dem Ausgang der Steuerstufe 30 und über das aus dem Kondensator 38 und dem Widerstand 39 bestehende ÄC-Glied mit dem Ausgang der Steuerstufe 31 verbunden. In gleicher Weise ist über den Kondensator 33 und die Widerstände 32 bzw. 40 die Verbindung des Eingangs der Steuerstufe 30 mit den Ausgängen der Steuerstufen 29 und 31 und Ober den Kondensator 35 und die Widerstände 34 und 36 die Verbindung des Eingangs der Steuerstufe 31 mit den Ausgängen der Steuerstufen 29 und 30 hergestellt Die Kondensatoren 33,35 und 38 sind also jeweils Teil zweier ÄC-Glieder unterschiedlicher Bemessung. Natürlich könnte die Schaltung auch so getroffen werden, daß zwei ÄC-Glieder unterschiedlicher Bemessung jeweils einen gemeinsamen Widerstand aufweisen, während zu jedem ÄC-Glied ein eigener Kondensator gehört

Die Wirkungsweise der Steuerschaltung ist folgende: Nach Anlegen einer Gleichspannung an die Pole, wird aufgrund von Schaltungsunsymmetrien eine der Steuerstufen 29, 30, 31 so geschaltet, daß durch einen der Wicklungsstränge 1, 2, 3 ein Strom fließt Der nicht dargestellte Rotor des Motors hat zu diesem Zettpunkt eine beliebige Winkelstellung und wird vom eingeschalteten Strang auf dem kürzesten Weg — mit oder gegen die vorgesehene Drehrichtung — ausgerichtet Durch die Drehbewegung induziert der Rotor in dem der Winkelstellung entsprechenden Wicklungsstrang 1,2,3 einen Spannungsimpuls, der über die jeweils zugehörigen beiden unterschiedlich bemessenen ÄC-Glieder der vorhergehenden und der nachfolgenden Steuerstufe zugeführt wird. Beispielsweise wird ein im Wickhingsstrang 1 induzierter Spannungsimpuls über den Widerstand 32 und den Kondensator 33 der Steuerstufe 30, über den Widerstand 34 und den Kondensator 35 der Steuerstufe 31 zugeführt Durch die unterschiedliche Bemessung der ÄC-Glieder wird dabei erreicht, daß der Spannungsimpuls jeweils zuerst der nachfolgenden Steuerstufe 30, dann der vorhergehenden — oder beim

ίο Ausführungsbeispiel übernächsten — Steuerstufe 31 zugeführt wird, so daß zuerst die Steuerstufe 30 eingeschaltet und damit der Wicklungsstrang 2 vom Strom durchflossen wird, während gleichzeitig die Steuerstufe 31 so geschaltet ist daß durch den

ι s Wicklungsstrang 3 kein Strom fließen kann.

Beim gezeichneten Ausführungsbeispiel werden in den Wicklungssträngen 1, 2, 3 Spannungsimpulse induziert, die jeweils um 120° gegeneinander phasenverschoben sind. Beispielsweise sei der Wicklungsstrang 2 beim Anlauf eingeschaltet, die beiden anderen Stränge stromlos. Da der Motor in Richtung 1-2-3-1 umläuft, eilt die Phase der Spannung von Strang 1 der von Strang 2 um 120° vor, bewegt sich also in Richtung zum negativen Scheitelwert Ober das ÄC-Glied 35,36 wird somit die Steuerstufe 31 in den leitenden Zusatz gesteuert, wobei der Gegenkopplungskondensator unter Umständen eine zusätzliche Verzögerung bewirkt Das ÄC-Glied 32, 33 bleibt in diesem Fall ohne Wirkung, da die Steuerstufe 30 ohnehin eingeschaltet ist und erst durch das Einschalten der Steuerstufe 31 über das RC-GWea 33, 40 gesperrt wird. Der Vorgang wiederholt sich entsprechend für die folgenden Wicklungsstränge und bewirkt !»mit ein Hochlaufen des Motors in der vorbestimmten Richtung. Optimale Motoreigenschaften nach dem Hochlauf erhält man, wenn im stationären Zustand die induzierte Spannung des jeweiligen Wicklungsstranges 1,2,3 das Einschalten der übernächsten Steuerstufe 29, 30, 31 mit 60° Phasenverschiebung bewirkt

Ein weiterer Vorzug des erfindungsgemäßen Gleichstrommotors ist darin zu sehen, daß seine Drehrichtung lediglich durch Vertauschen der Anschlüsse der beiden zusammengehörigen, jeweils unterschiedlichen ÄC-Glieder mit Hilfe eines Umschalters erzielt werden könnte. Eine weitere Möglichkeit zur Umschaltung der Drehrichtung könnte auch durch Änderung der Widerstände der beiden einen gemeinsamen Kondensator aufweisenden ÄC-Glieder in entgegengesetzter Richtung erreicht werden. Dies wäre beispielsweise durch Verwendung eines Potentiometers mit Abgriff anstelle zweier getrennter Widerstände möglich. Ebensogut könnte ein gemeinsamer Widerstand und ein Differentialkondensator verwendet werden.
Die Zahl der Wicklungsstränge und dementsprechend

ss die Zahl der Stufen der Steuerschaltung ist nicht auf drei begrenzt Bei einer höheren Zahl von Wicklungssträngen ist es lediglich erforderlich, die Bemessung der ÄC-Glieder — und damit deren Phasenverschiebung — zu ändern.

An Stelle des Permanentmagnet-Rotors des erfindungsgemäßen kollektorlosen Gleichstrommotors kann auch ein Elektromagnet-Rotor Verwendung finden, ohne daß dies auf das Wesen der Erfindung von entscheidendem Einfluß ist

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Kollektorloser Gleichstrommotor mit einem Permanentmagnet-Rotor und einer feststehenden mehrpoligen Ankerwicklung mit mehreren Wicklungssträngen, die von einer Gleichspannungsquelle Ober eine Transistor-Steuerschaltung 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 Leistungstransistor aufweisen, wobei jede Steuerstufe über ein erstes ÄC-GIied einheitlicher Bemessung mit der nachfolgenden Steuerstufe und Ober ein zweites ÄC-Glied einheitlicher, aber von den ersten ÄC-Gliedern verschiedener Bemessung mit der vorangehenden Steuerstufe verbunden ist, nach Patent 1293320, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils zwei mit dem Eingang der gleichen Steuerstufe (29,30,31) verbundene ÄC-Glieder (37, 39, 38; 32, 40, 33; 34, 36, 35) unterschiedlicher Bemessung einen gemeinsamen Kondensator (33, 35,38) oder Widerstand aufweisen.