DE1937870A1 - Kommutierungseinrichtung fuer einen buerstenlosen Gleichstrommotor mit Dauermagnetlaeufer - Google Patents

Description

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Kommutierungseinrichtung für einen bürstenlosen Gleichstrommotor mit Dauermagnetläufer

Die Erfindung betrifft eine Kommutierungseinrichtung für einen Gleichstrommotor, bei welchem anstelle eines herkömmlichen mechanischen Kommutators eine aus elektronischen Elementen bestehende Kommutierungseinrichtung vorgesehen ist. Derartige elektronisch kommutierte Motoren sind mit Dauermagnetläufern ausgerüstet. Die Ständerspulen des Motors werden über Transistoren gespeist, deren Stromdurchlässigkeit von magnetfeldabhängigen Elementen über Steuertransistoren in Abhängigkeit von der Läuferstellung gesteuert wird. Als magnetfeldabhängige .Elemente sind bei dem Gleichstrommotor nach der vorliegenden Erfindung Magnetdioden vorgesehen.

Bekannt ist es, in Kommutierungseinrichtungen für Gleichstrommotoren mit Dauermagnetläufern zur Durchsteuerung der Speisetransistoren in Abhängigkeit von der Läuferstellung

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Hochfrequenz-Oszillatoren, Hallsonden, magnetfeldabhängige Widerstände und in Verbindung mit einer oder mehreren Lichtquellen Fotoelemente vorzusehen. Bei Verwendung dieser magnetfeldabhängigen Elemente ergeben sich jedoch verschiedene Nachteile. Hochfrequenz-Oszillatoren können andere in ihrer Nähe befindliche elektronische Geräte beeinflussen und müssen daher, um das zu vermeiden, abgeschirmt werden. Mit Hilfe von Hallsonden kommutierte Gleichstrommotoren besitzen einen verminderten Wirkungsgrad, da die Hallsonden einen eigenen Speisestrom benötigen. Magnetfeldabhängige Widerstände sind im Vergleich zu anderen elektronischen Schaltelementen verhältnismäßig unempfindlich gegen Magnetfeldänderungen, so daß entsprechende Maßnahmen zur Verstärkung der magnetfeldabhängigen Signale erforderlich sind. Die Anwendung von Fotoelementen in einer Kommutierungseinrichtung für Gleichstrommotoren ist wegen der Notwendigkeit von entsprechenden Lichtquellen besonders aufwendig. Es wurde daher auch schon angeregt, anstelle der genannten magnetfeldabhängigen Schaltelemente Magnetdioden zu verwenden. Dazu wurde eine Schaltung vorgeschlagen, bei welcher jeweils zwei Magnetdioden mit entgegengesetzten magnetfeldabhängigen Widerstandscharakteristiken an der Eingangsspannung liegende Spannungsteiler bilden, deren Mittelpunkte mit den Basen von Steuertransistoren verbunden sind, die die Stromdurchlässigkeit der Speisetransistoren der Arbeitswicklungen eines Gleichstrommotors steuern. Die Emitter dieser Steuertransistoren sind mit dem Emitter eines Regeltransistors verbunden, über welchen die Drehzahl des Motors auf einen konstanten Wert eingestellt wird. Durch die Verbindung zweier Magnetdioden mit entgegengesetzten magnetfeldabhängigen Widerstandscharakteristiken werden die bei Magnetdioden in der Regel erheblichen Temperatureinflüsse auf ihre Leitfähigkeit kom-

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pensiert. Die vorgeschlagene Koimutierungseinrichtung ist wegen der großen Anzahl der erforderlichen Bauteile sehr aufwendig. Darüber hinaus ist mit der vorgeschlagenen Kommut ie rungs einrichtung eine saubere Trennung der Kommutierungsstufen nicht gewährleistet, wodurch der Wirkungsgrad des Motors verringert wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für einen elektronisch kommutierten Gleichstrommotor mit Dauermagnetläufer und transistorgespeisten Ständerspulen unter Vermeidung der Nachteile der bereits vorgeschlagenen Kommutierungseinrichtungen eine einfach aufgebaute Kommutierungseinrichtung mit Magnetdioden anzugeben, bei welcher darüber hinaus die einzelnen Kommutierungsstufen klar voneinander getrennt sind.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß die Basen der Speisetransistoren mit den Kollektoren von Steuertransistoren verbunden sind, deren Basis-Emitter-Strekken in den Nullzweigen von Brückenschaltungen liegen, deren Zweige jeweils von Widerständen und Magnetdioden in Reihenschaltung gebildet sind, wobei die in den Zweigen einer Brückenschaltung liegenden Magnetdioden entgegengesetzte magnetfeldabhängige Widerstandscharakteristiken aufweisen und gleiche Magnetdioden der verschiedenen Brückenschaltungen über einen gemeinsamen Widerstand am Pluspol einer Spannungsquelle liegen. Um eine Einwirkung von Streufeldern im Motor auf die Kommutierung auszuschalten, wird nach der Erfindung weiter vorgeschlagen, die Kollektoren der Speisetransistoren in zyklischer Folge mit den Emittern der den zugehörigen Steuertransistoren vorangehenden Steuertransistouen jeweils über einen Widerstand und eine Diode zu verbinden,

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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann in die an den Basen der Steuertransistoren liegenden Brückenglieder ein von einem von den Ständerwicklungen abgegriffenen drehzahlabhängigen Regelpotential beaufschlagter Regelkreis über die Basis-Kollektor-Strecke eines Regeltransistors eingreifen. Auf diese Weise ergibt sich eine Drehzahlregelung für den erfindungsgemäß kommutierten Motor.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß sich durch die geringe Anzahl von Elementen ein einfacher Aufbau der erfindungsgemäßen Kommutierungseinrichtung ergibt. Die Anordnung der Magnetdioden mit jeweils entgegengesetzten magnetfeldabhängigen Widerstandscharakteristiken in zwei Zweigen einer Brücke bewirkt eine Vergrößerung der Spannungsdifferenz zwischen den beiden Zweigen der Brücke und damit eine erhöhte Wirksamkeit der Steuertransistoren, die mit ihren Basis-Emitter-Strecken in den Nullzweigen der Brücken liegen. Gleichzeitig wird damit erreicht, daß Temperatureinflüsse auf die Leitfähigkeit der Magnetdioden kompensiert werden. Durch die erfindungsgemäße Verbindung der Kollektoren der Speisetransistoren mit den Emittern der jeweils den zugehörigen Steuertransistoren vorangehenden Steuertransistoren wird darüber hinaus erreicht, daß bis auf die gerade arbeitende alle Kommutierungsstufen ausgeschaltet sind. Durch diese erfindungsgemäße Verbindung wird also der Einfluß von Streufeldern auf die gerade nicht an Spannung liegenden Arbeitswicklungen ausgeschaltet, wodurch der Wirkungsgrad des Motors beträchtlich erhöht wird.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Kommutierungseinrichtung für einen drehzahlgeregelten Gleichstrommotor mit Dauermagnetläufer ist in der Zeichnung dargestellt.

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Das Schaltungsbeispiel ist ausgelegt für einen Motor mit drei um 120° gegeneinander versetzten Ständerspulen und·einem Läufer, der an seinem Umfang zwei um 90 gegeneinander versetzte Polpaare aufweist.

Mit 1, 2, 3 sind die Ständerspulen des Motors "bezeichnet, die nach Schließen des Schalters 35 über die Emitter-Kollektor-Strecken der Transistoren 4·, 5 und 6 aus der Spannungsquelle 36 gespeist werden. Die Basen der Speisetransistoren 4, 5 und 6 sind mit den Kollektoren von Steuertransistoren 7» 8 und 9 verbunden, deren Basis-Emitter-Strecken die Nullzweige von Brückenschaltungen bilden. In einem Zweig der Brückenschaltungen sind Jeweils mit Widerständen 23, 25, 27 in Reihe geschaltete Magnetdioden 10, 11, 12 und in dem anderen Zweig der Brückenschaltungeh entsprechend die Magnetdioden 10', 11', 12' und Widerstände 24, 26, 28 vorgesehen. Die magnetfeldabhängige Widerstandscharakteristik der Magnetdioden 10, 11, 12 ist der der Magnetdioden 10', 11', 12' entgegengesetzt. Die in ihrer Widerstandscharakteristik übereinstimmenden Magnetdioden 10, 11, 12 bzw. 10', 11', 12» sind jeweils über einen gemeinsamen Widerstand 33 bzw. 34 mit dem Pluspol der Spannungsquelle 36 verbunden. Ein Regelkreis greift über die Basis-Kollektor-Strecke eines Rege !transistors 17 in die Brückenglieder ein. Zwischen den Kollektoren der Speisetransistoren 4, 5* 6 und den Emittern der den zugehörigen S-t&ertransistoren 7₅ 8, 9 jeweils in zyklischer'Folge vorangehenden Steuertransistoren 9» 7» 8 liegen in Reihe geschaltet jeweils ein Widerstand 31» 30 oder 29 und eine Diode 20, 18 oder 19.

Die Punktionsweise der im Ausführungsbeispiel beschriebenen erfindungsgemäßen Kommutierungseinrichtung ist folgende; Der Widerstand der Magnetdiode 10 sei durch den Einfluß des

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Dauermagnetfeldes gegenüber seinem Normalwert herabgesetzt. Gleichzeitig ist der Widerstand der Magnetdiode 10' größer als sein Normalwert· Bei Schließen des Schalters 35 erhält die Basis des Transistors 7 positives Potential und der Transistor 7 wird leitend. Dieser Effekt wird erfindungsgemäß noch verstärkt durch die unter dem Einfluß des Magnetfeldes erfolgte Vergrößerung des Widerstandes der Magnetdiode 10' und damit der Potentialdifferenz längs der Basis-Emitter-Strecke des Steuertransistors 7· Gleichzeitig mit dem Transistor 7 wird der Transistor 4· stromdurchlässig. Durch die Ständerwicklung 1 fließt ein Strom, und der Läufer beginnt zu rotieren. Damit nimmt die Wirkung des Magnetfeldes auf die Mägnetdioden 10, 10' ab, wodurch der Transistor 7 und der Transistor 4- in den nichtleitenden Zustand übergehen, während die Transistoren 8 und 5 leitend werden und die Ständerwicklung 2 Strom erhält. Gleichzeitig wird über den Widerstand 30 und die Diode 18 eine noch an der Basis-Emitter-Strecke des Transistors 7 liegende Potentialdifferenz weiter herabgesetzt, so daß der Transistor 7 völlig sperrt und die erste Kommutierungsstufe abschaltet. Bei Überschreiten der vorgesehenen Drehzahl wird der Eegeltransistor -17 stromdurchlässig und der Regelkreis sperrt die

Steuertransistoren 7» 8» 9 und damit auch die Speisetransistoren 4, 5» 6. Die Drehzahl sinkt bis sie ihren Sollwert wieder erreicht hat. Durch den regelbaren Widerstand 22 kann die Drehzahl auf einen beliebigen Wert eingestellt werden.

6 S. Beschreibung 3 Patentansprüche 1Bl. Zeichnung m. 1 Figur

Patentansprüche

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Claims (3)

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P a t e η t a η s ρ r ü c !ι e

( 1.)K_pmmutierungseinrichtung für einen bürstenlosen Gleichstrommotor mit Dauermagnetlaufer und Ständerspulen, die über Transistoren gespeist werden, deren Stromdurchlässigkeit von Magnetdioden über Steuertransistoren in Abhängigkeit von der Läuferstellung gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Basen der Speisetransistoren (4, 5, 6) mit den Kollektoren von Steuertransistoren (7, 8, 9) verbunden sind, deren Basis-Emitter-Strecken in den Nullzweigen von Brückenschaltungen liegen, deren Zweige jeweils von Widerständen und Magnetdioden in Reihenschaltung gebildet sind, wobei die in den Zweigen einer Brückenschaltung liegenden Magnetdioden (10, 10*, 11, 11', 12, 12') entgegengesetzte magnetfeldabhängige Widerstandscharakteristiken aufweisen und gleiche Magnetdioden (10, 11, 12 bzw. 10', 11', 12') der verschiedenen Brückenschaltungen über einen gemeinsamen Widerstand (33 bzw. 34) stm Pluspol einer Spannungsquelle liegen.

2. Kommutierungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kollektoren der Speisetransistoren (4-, 5, 6) in zyklischer Folge mit den Emittern der den zugehörigen Steuertransistoren (7, 8, 9) vorangehenden Steuertransistoren (9, 7, 8) jeweils über einen Widerstand (31, 30, 29) und eine Diode (20, 18, 19) verbunden sind.

3. Kommutierungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in die an den Basen der Steuertransistoren (7, 8, 9) liegenden Brückenglieder über die Ba-

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sis-Kollektor-Strecke eineB-Regeltransistors (17) ein von einem von den Ständerwicklungen (1, 2, 3) abgegriffenen drehzahlabhängigen Regelpotential beaufschlagter Regelkreis eingreift.

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