DE1942651A1 - Device for commutating the field coils of electric motors with electronic switches - Google Patents
Device for commutating the field coils of electric motors with electronic switchesInfo
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Description
Lenco AG, Burgdorf (Schweiz)Lenco AG, Burgdorf (Switzerland)
Vorrichtung zum Kommutieren der Feldspulen von Elektromotoren mit elektronischen Schaltern Device for commutating the field coils of electric motors with electronic switches
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kommutieren der Feldspulen von Elektromotoren mit elektronischen Schaltern, die durch von der Rotorstellung abhängige hochfrequente Signale gesteuert werden.The invention relates to a device for commutating the field coils of electric motors with electronic switches, which are controlled by high-frequency signals that are dependent on the rotor position.
Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art erfolgt die Uebertragung der hochfrequenten Steuersignale von einem gemeinsamen Oszillator zu den elektronischen Schaltern über einen Hochfrequenztransformator mit einer zentralen Primärwicklung und den Schaltern einzeln zugeordneten Sekundärwicklungen. Dabei wird durch ein mit dem Hotor des Elektromotors drehendes Organ (z.B. ein Verteilfinger aus Ferrit) die magnetische Kopplung der Sekundärwicklungen mit der Primärwicklung zyklisch verändert. Nachteilig ist bei dieser lösung, dass zur Erzielung ausreichend hoher Steuersignale eine verhältnismässig hohe Leistung aufgewendet und übertragen werden muss.In a known device of this type, the transmission takes place the high-frequency control signals from a common oscillator to the electronic switches via a high-frequency transformer with a central primary winding and secondary windings individually assigned to the switches. Included the magnetic coupling is established by an element rotating with the motor of the electric motor (e.g. a distributor finger made of ferrite) of the secondary windings changed cyclically with the primary winding. The disadvantage of this solution is that to achieve sufficiently high control signals a relatively high power must be expended and transmitted.
Bei einer anderen bekannten Vorrichtung dieser Art ist jedem elektronischen Schalter ein Steuersignal-Oszillator zugeordnet, der durch eine von der Rotordrehung abhängige Aenderung der Dämpfung des Schwingkreises oder der Rückkopplung ein-In another known device of this kind each electronic switch is assigned to a control-signal oscillator on and off by a dependent of the rotor rotation change of the damping of the resonant circuit or the feedback
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und ausgeschaltet wird. Zum Betrieb dieser Vorrichtung wird zwar nur eine verhältnisinässig geringe leistung benö'tigtj hingegen ist der schaltung st eohni sehe Aufwand ziemlich gross. and is turned off. To operate this device is Although only a relatively small amount of power is required, the circuit is rather large without the effort involved.
Beide erwähnten Ausführungsformen haben übrigens den Nachteil gemein, dass die Vorrichtungen relativ hohe Störsignale im Oberwellenbereich erzeugen.Incidentally, both of the aforementioned embodiments have the disadvantage that the devices have relatively high interference signals in the Generate harmonic range.
Die Erfindung zeigt nun einen Weg, vie sich die genannten Nachteile der bekannten Vorrichtungen zur Hochfrequenzsteuerung von Elektromotoren verbessern lassen. Die Vorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuersignale für die elektronischen Schalter von diesen einzeln zugeordneten, auf die Frequenz eines gemeinsamen Hochfrequenz©szillätors abgestimmten Schwingkreisen abgeleitet sind und dass die Schwingkreisspulen im Einflussbereich eines mit dem Rotor drehenden, die Induktivität der Sohwingkreisspulen zyklisch, verändernden Organs liegen.The invention now shows a way, as the mentioned disadvantages of the known devices for high frequency control of Let electric motors improve. The device according to the invention is characterized in that the control signals for the electronic switches of these individually assigned, tuned to the frequency of a common high frequency © szillätors Resonant circuits are derived and that the resonant circuit coils in the area of influence of a rotating with the rotor, cyclically changing the inductance of the oscillating circuit coils Organ lie.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt:In the drawing, exemplary embodiments of the invention are shown, namely shows:
Fig· 1 eine Prinzipschaltung für die Steuersignalerzeugung j Fig. 2 und 3 eine eohematiaoh dargestellte Anordnung zur Induktivität«änderung der SohwingkreiBspulen, Im Querschnitt und in Ansicht;1 shows a basic circuit for the control signal generation j Fig. 2 and 3 an eohematiaoh illustrated arrangement for Inductance, change in oscillating circuit coils, in cross section and in view;
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Pig. 4 ein Diagramm, aus dem der Verlauf der Spannung am Schwingkreis in Abhängigkeit von der Frequenz und der Verstimmung hervorgeht; · Pig. 4 is a diagram showing the course of the voltage on Resonant circuit emerges as a function of the frequency and the detuning; ·
Pig· 5 Schaltung eines zum Betrieb der Vorrichtung geeigneten HochfrequenzoszillatorsjPig · 5 Circuit of a high-frequency oscillator suitable for operating the devicej
Fig. 6 ,und 7 zwei verschiedene Schaltungsmöglichkeiten der erfindungsgemässen Vorrichtung.Fig. 6, and 7 two different circuit options of the inventive device.
Anhand der Fig. 1 bis 3 wird zunächst an einem Beispiel das Prinzip der Steuersignalerzeugung näher erläutert.1 to 3, the principle of control signal generation is first explained in more detail using an example.
Gemäss Fig. 1 ist ein aus der Spule L und dem Kondensator 0 bestehender Parallel-Schwingkreis über einen Seriewiderstand R an einen Hochfrequenzoszillator, im vorliegenden Fall an einen Multivibrator M angeschlossen. Das Ausgangssignal des Hochfrequenzoszillators kann eine beliebige Kurvenform haben, die Frequenz desselben soll aber unabhängig von Schwankungen der Speisespannung sein.According to FIG. 1, a parallel resonant circuit consisting of the coil L and the capacitor 0 is connected via a series resistor R connected to a high-frequency oscillator, in the present case to a multivibrator M. The output signal of the The high-frequency oscillator can have any curve shape, but its frequency should be independent of fluctuations the supply voltage.
Die Schwingkreisspule L ist gemäss den Fig. 2 und 3 mit einem magnetischen Kern K ausgerüstet und im Einflussbereich eines an der Rotorwelle W des zu steuernden Elektromotors fixierten magnetischen Joches J angeordnet. Als besonders vorteilhaft hat sich eine segmentartige Ausbildung des Joches J nach Fig. 3 erwiesen» Der Zentriwinkel oC des Joches 2 richtet sioh sowohl nach der Anzahl der zu beeinflussenden, im KreisAccording to FIGS. 2 and 3, the resonant circuit coil L is equipped with a magnetic core K and is arranged in the area of influence of a magnetic yoke J fixed on the rotor shaft W of the electric motor to be controlled. Particularly advantageous is a segment-like configuration of the yoke J of FIG. 3 of the yoke 2 has proven "The central angle oC SiOH directed both to the number of the to be influenced, in the circle
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um die Rotorwelle W angeordneten Sehwingkreisspulen bzw. nach der Anzahl der zu kommuti er enden Feldspulen des Elektromotors als auch nach der Art der Ansteuerung der zur Kommutierung dienenden elektronischen Schalter· around the rotor shaft W arranged Sehwingkreisspulen or after Number of field coils of the electric motor to be commutated as well as the type of control of the electronic switches used for commutation
In Pig. 4 ist die fest eingesteltte Grundfrequenz des Multivibrators M (Pig. 1) mit fo bezeichnet. Der Schwingkreis L, C ist auf diese Frequenz abgestimmt, wenn der magnetische Kreis der Schwingkreisspule L durch das Joch J geschlossen ist« Die Induktivität und der Gütefaktor der Schwingkreisspule haben in diesem Zustand ihr Maximum. Beim Drehen des Joches J imIn Pig. 4 is the fixed base frequency of the multivibrator M (Pig. 1) denoted by fo. The oscillating circuit L, C is tuned to this frequency when the magnetic circuit of the Resonant circuit coil L is closed by yoke J «The inductance and the quality factor of the resonant circuit coil have in this state its maximum. When turning the yoke J im
dem
Bereich einesIZentriwinkel dl entsprechenden Drehwinkels hält
dieser Zustand an. Sobald sich jedoch das Joch J vom Spulenkern K entfernt, nehmen die Induktivität und der Gütefaktor
der Schwingkreisspule I stark ab. Dadurch wird der Schwingkreis L,G verstimmt; seine neue Resonanzfrequenz ist mit
f1 bezeichnet· Bei gleichbleibender Oszillatörfrequenz fällt
daher die Spannung am Schwingkreis um den Betrag ^U ab.
Dieser Spannungssprung verläuft sehr steil und beträgt je nach
der Güte und der Anordnung der Schwingkreisspule etwa 2Odb.
Damit lässt sich der Steuerkreis eines Schalttransistors sehr präzis beeinflussen.to the
This state persists in the range of an angle of rotation corresponding to IZentriwinkel dl. However, as soon as the yoke J moves away from the coil core K, the inductance and the quality factor of the resonant circuit coil I decrease sharply. As a result, the oscillating circuit L, G is detuned; its new resonance frequency is denoted by f1 · If the oscillator frequency remains the same, the voltage on the resonant circuit therefore drops by the amount ^ U. This voltage jump is very steep and, depending on the quality and the arrangement of the resonant circuit coil, amounts to about 2Odb. This allows the control circuit of a switching transistor to be influenced very precisely.
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Als frequenzstabiler Hochfrequenzoszillator findet z.B. der Multivibrator nach Pig. 5 Anwendung, dessen Schaltung im wesentlichen bekannt ist. Seine Frequenz lässt sich durch Verstellen des Trimmwiderstandes T in engen Grenzen verändern. Der Kondensator 01 erhöht die Frequenzstabilität bei Schwankungen der Speisespannung. Der Ausgang des Multivibrators ist mit A bezeichnet.As a frequency-stable high-frequency oscillator, e.g. the Pig multivibrator. 5 application, the circuit of which is essentially known. Its frequency lets through Adjust the trim resistance T within narrow limits. The capacitor 01 increases the frequency stability at Supply voltage fluctuations. The output of the multivibrator is labeled A.
Die Fig. 6 zeigt ein Ausführungabeispiel der Kommutierungsvorrichtung für einen Gleichstrommotor mit drei Feldspulen F, die einerends gemeinsam mit dem Pluspol der Speisestromquelle verbunden sind und deren andere Enden mit u, ν bzw· w bezeichnet sind» Je ein Schalttransistor TS verbindet dieses Ende u, ν bzw. w der betreffenden Feldspule F jeweils mit dem Minuspol der Speisestromquelle· In der Zeichnung ist der Einfachheit halber nur ein Schalttransistor IS dargestellt·6 shows an exemplary embodiment of the commutation device for a direct current motor with three field coils F, which are connected at one end to the positive pole of the supply current source and whose other ends are designated u, ν and w. A switching transistor TS each connects this end u, ν or w of the relevant field coil F each with the negative pole of the supply current source.In the drawing, for the sake of simplicity, only one switching transistor IS is shown
Eine mit der Anzahl der Feldspulen ? übereinstimmende Anzahl Parallel-Schwingkreise L1 C 1st über je einen Seriewiderstand E 1IMi «in· gemeinsame Vorstufe mit dem Transistor TV an den Ausgang A des Multivibrators nach Flg. 5 angeschlossen. Am Punkt χ des einen Schwingkreises L, C ist das hochfrequente Steuersignal zu entnehmen, das über einen Gleichrichter mit der Diode D und dem Ctlättuogakondensator 02 in Form eines verhält niimäeiig hohen Steuerströmte der Basis des Sohalttran- slstora TS direkt zugeführt wird. In analoger Weis· sind die One with the number of field coils? Corresponding number of parallel resonant circuits L 1 C is via a series resistor E 1IMi in each case in a common preliminary stage with the transistor TV at the output A of the multivibrator according to FIG. 5 connected. At point χ of one oscillating circuit L, C, the high-frequency control signal can be taken, which is fed directly to the base of the floating transistor TS via a rectifier with the diode D and the Ctlättuogakondensator 02 in the form of a relatively high control current. In an analogous way they are
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Punkte y und ζ der übrigen Parallel-Sohwingkreise mit je einem der den verbleibenden Feldspulen F zugeordneten Schalttransi— stören verbunden (nicht dargestellt)·Points y and ζ of the other parallel swing circles each with one of the switching transistors assigned to the remaining field coils F disturb connected (not shown)
Unter Umständen kann die Vorstufe (Transistor TV) wegfallen· Die Parallel-Schwingkreise können sowohl gegen die Plus- als auch gegen die Minusleitung (Pig. 6) geschaltet sein. Bs lässt sich bei der Ausführungsform nach Pig. 6 der Sternpunkt der Feldspulengruppe nicht mit demjenigen der Parallel-Schwingkreise verbinden, so dass eine zusätzliche Leitung zum Motor erforderlich ist.Under certain circumstances the pre-stage (transistor TV) can be omitted also be connected to the negative line (Pig. 6). In the embodiment according to Pig. 6 the star point of the field coil group does not match that of the parallel resonant circuits so that an additional line to the motor is required.
Beim Ausführungsbeispiel nach Fig· 7 sind die Parallel-Schwingkreise I, C hoohohmig ausgelegt und ohne Vorstufe an den Ausgang A des gemeinsamen Multivibrators angeschlossen· Die G-I ei einrichtung des hochfrequenten Steuersignals übernimmt In diesem Fall je ein Transistor TG in Emitterschaltung, der im C-Betrieb arbeitet und vorzugsweise ein Silizium-Transistor ist· Dieser verstärkt zugleich das gleichgerichtete Steuersignal· Cx ist der Glättungskondens&tor. Das erhalten· . Signal steuert schliesslich den Sohalttransistor TS sehr rasch durch· Zwisohen den Punkten y und ▼ bzw· ζ und w befindet sich je die gleiche, in Fig. 7 dargestellte Schaltungsanordnung wie zwischen den Punkten χ und u« In the embodiment according to FIG. 7, the parallel resonant circuits I, C are designed with high resistance and are connected to output A of the common multivibrator without a preliminary stage. Operation works and is preferably a silicon transistor · This amplifies the rectified control signal at the same time · Cx is the smoothing capacitor. Received that ·. Signal controls the finally Sohalttransistor TS rapidly y points by · Zwisohen and ▼ or · ζ and w is each the same as in Fig. 7 as circuit arrangement shown χ between the points and u '
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Der Torteil der Schaltungsanordnung nach Fig. 7 liegt in den niedrigen Steuerströmen sowie darin, dass die Sternpunkte der Feldspulen und der Parallel-Sehwingkreise gemeinsam sind. Bin Elektromotor mit drei Feldspulen benötigt beispielsweise sieben Verbindungsleiter zur Steuerelektronik.The gate part of the circuit arrangement according to FIG. 7 lies in the low control currents and the fact that the star points of the field coils and the parallel oscillating circuits are common. Am An electric motor with three field coils, for example, requires seven connecting conductors to the control electronics.
Die beschriebenen Kommutierungsvorrichtungen haben ausserdem den Torteil, dass die niedrigen Steuerströme rein sinusförmig und somit vollkommen oberwellenfrei sind, weshalb keinerlei Störungen im höheren Frequenzbereich auftreten können. Dies ist auch ein Grund dafür, dass der Hochfrequenzoszillator nicht unbedingt ein sinusförmiges Signal zu erzeugen braucht. Die geringe Ans teuer spannung, welche beispielsweise im Resonanzfall etwa 2 T ff und im FaI der Terstimmung etwa 0,2 Tff beträgt, bedeutet einen weiteren Torteil der vorgeschlagenen Lösung. Der schaltung st eolinis ehe Aufwand ist vergleichsweise gering·The commutation devices described also have the gate part that the low control currents are purely sinusoidal and thus completely free of harmonics, which is why no interference can occur in the higher frequency range. This is also one reason why the high-frequency oscillator does not necessarily need to generate a sinusoidal signal. The low costly voltage, which is, for example, about 2 T ff in the case of resonance and about 0.2 T ff in the case of tuning, means a further part of the proposed solution. The circuit st eolinis before effort is comparatively low
Selbstverständlich können anstelle von Parallel-Schwingkreisen auch Serie-Schwingkreise vorgesehen sein.It goes without saying that instead of parallel oscillating circuits series resonant circuits can also be provided.
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Claims (9)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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CH213769A CH492333A (en) | 1969-02-11 | 1969-02-11 | Device for commutating the current flowing through the field coils of an electric motor with electronic switches |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2702190A1 (en) * | 1977-01-20 | 1978-07-27 | Danfoss As | CONTROL ARRANGEMENT FOR A BRUSHLESS MOTOR |
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1969
- 1969-02-11 CH CH213769A patent/CH492333A/en not_active IP Right Cessation
- 1969-08-21 DE DE19691942651 patent/DE1942651A1/en active Pending
-
1970
- 1970-02-10 GB GB6261/70A patent/GB1263861A/en not_active Expired
- 1970-02-11 FR FR7004820A patent/FR2032861A5/fr not_active Expired
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2702190A1 (en) * | 1977-01-20 | 1978-07-27 | Danfoss As | CONTROL ARRANGEMENT FOR A BRUSHLESS MOTOR |
DK153263B (en) * | 1977-01-20 | 1988-06-27 | Danfoss As | A brushless motor control device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CH492333A (en) | 1970-06-15 |
GB1263861A (en) | 1972-02-16 |
FR2032861A5 (en) | 1970-11-27 |
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---|---|---|---|
SH | Request for examination between 03.10.1968 and 22.04.1971 |