DE2024371A1

DE2024371A1 - Mehrphasen-Motor mit steuerbarer Geschwindigkeit

Info

Publication number: DE2024371A1
Application number: DE19702024371
Authority: DE
Inventors: Stephen Kent Cambridge Mass. Burns (V.St.A.)
Original assignee: Berman, Herbert, Brookline, Mass. (V.St.A.)
Priority date: 1969-05-19
Filing date: 1970-05-19
Publication date: 1970-11-26
Also published as: FR2048485A5; US3571681A; GB1296487A; IL34485A; IL34485A0; JPS5034726B1

Description

Herbert Berman

1018 Beacon Street, Brookline, Massachusetts, USA

Mehrphasen-Motor mit steuerbarer Geschwindigkeit

Die Erfindung betrifft einen Mehrphasen-Motor mit mehreren Phasenwicklungen.

Erfindungsgemäß sollen Methoden und Mittel zur Steuerung der Geschwindigkeit eines Mehrphasen-Motors während des Leistungsbetriebs geschaffen werden. Erreicht wird dies dadurch, daß eine Motorantriebsschaltung mit einem in seiner Frequenz steuerbaren Oszillator, mit vom Oszillator betätigten logischen Schaltungsmitteln und mit einem Mehrphasenerzeuger vorgesehen ist, der mehrere Ausgangsleitungen zur zyklischen Signalisierung der jeweils aufzutretenden Phase in einer vom Oszillator bestimmten Polgegesohwindigkeit aufweist, daß in der Schaltung logische Gatter vorgesehen sind, deren Anzahl mit der Zahl der Ausgangsleitungen des Mehrphasenerzeugers übereinstimmt und deren einer Eingang jeweils mit einer dieser Ausgangeleitungen verbunden ist und die am anderen Eingang gemeinsam von einem vom Oszillator abgeleiteten Signal angesteuert werden,und daß die Antriebeschaltung Brückenschaltungen

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aufweist, deren Anzahl; die Hälfte des? gahl öei? Satter beträgt und die jeweils von einem Paar der logischen Gatter zur Abgabe von Energie an jeweils eine der Motorphasenwicklungen angesteuert sind.

Insbesondere läßt sich die Erfindung bei einem neuartigen Zweiphasen-Motorsystem anwenden, bei welchem eine Grundoszillatorfrequenz die Motorgeschwindigkeit über einen weiten Frequenzbereich steuert, während die Motorwicklungen in einer Phasenquadratur Über den Frequenzbereich leistungsmäßig mit Energie gespeist werden.

Hit der Schaltung nach der Erfindung wird eine Geschwindigkeitssteuerung über einen verhältnismäßig weiten Bereich erreicht.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die Energiespeisung des Motors unterbrochen, wenn die Erregerenergiefrequenz einen vorher festgelegten unteren Grenzwert unterschreitet.

Als Motor läßt sich zweckmäßig ein Zweiphasen-Motor verwenden, wobei dann vier logisch© Gatter vorzusehen sind.

Bei einer zweckmäßigen Ausführungsform betreibt ein Oszillator mit veränderbarer Frequenz einen Zweiphasen-Generator zur Erzeugung von Quadratur-Anteilen bei einem Viertel der Oszillatorfrequenz.. Biese Fhasenquadratursignale werden jeweils Gatterpaaren zugeführt, die synchron mit der Oszillatorausgangsspannung arbeiten können. Jedes Gatterpaar betreibt jeweils eine leistungsverstärkende Brücke, an die jeweils eine Motorwicklung angeschlossen ist, wobei bei jeder Wicklung ein Spitze-Spitze-Betrieb mit ungefähr der zweifachen Gleichversorgungsspannung besteht.

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Weitere Einzelheiten und Torteile der Erfindung werden an Hand eines Auaftthrungsbeleplels erläutert, das Bit Hilfe dreier Figuren btschrieben wird.

Es seigern

Fig. 1 ein Blockschaltbild, das allgemein die Logikanordnung eines nach der Erfindung arbeitenden Sjstems darstellt]

Fig. 2 eine schematische Schaltungedarstellung einer zweckmäßigen Aueführung der Erfindung mit integrierten Schaltkreisen;

Fig. 3 eine graphische Darstellung der Signale mit den Phasen 1 und 2 und ihre jeweiligen Complementβ in einem allgemeinen ZeitmaBstab.

In Fig. 1 der Zeichnung ist ein Blockschaltbild gezeigt, das die Loglkanordnung eines Systems nach der Erfindung darstellt. Ein Zweiphaeen-Kotor 11 wird bei einer Frequenz, die durch die Lage der Geschwindigkeitssteuerung 12 eut Einstellung der Frequens eines rerinderbaren Frequensoeislllators 13 bestimmt ist, betrieben.Der veränderbare Frequeneossillator 13 ist an einen Xweiphasen-Gtnerator angeschlossen, der die Verläufe τοη #1, 02, PTu. F? in einer Folge erieugt, die einem Tiertel der Frequens des Oe ei Hat or β 13 entspricht.

Jede der Auegangeleitungen 21, 22, 23 und 24 iet jeweils mit einem der Gatter 25, 26, 2? und 28 verbunden, wobei das angeschlossene Gatter einmal während sweier Intervalle zu betätigen ist, so daß ein Impuls durchläuft, wenn die gemeinsam angesteuerten Eingänge jedes Gatters ein Signal von einem Auegangesensor 31 erhalten, der anzeigt, daß der

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Oszillator 13 schwingt. Der Ausgangssensor 31 könnte auch an dem Ausgang des Zweiphasen-Generators 14 angeschaltet sein, so daß ein Fehler in der Betätigung einer der "beiden

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Brücken/als Oszillatorfehler erkannt wird.· Die Ausgänge der Gatter 25 und 26 speisen die Brückenschaltung 1 29, welche die eine Phasenwicklung 32 des Motors 11 ansteuert, während die Ausgänge der Gatter 27 und 28 die Brückenschaltung 2 30 betätigen, die die andere Phasenwicklung 33 des Motors 11 speist. Das Ergebnis ist, daß die Wicklungen 32 und 33 mit Rechteckwellen in einer zeitlichen Quadratur der Frequenz, die einem Viertel der Frequenz des Oszillators 13 entspricht, betrieben werden und der Motor 11 über einen weiten Geschwindigkeitsbereich leistungsmäßig angetrieben wird.

In Fig. 2 ist schematisch ein Schaltbild einer bevorzugten Ausführung des Gegenstandes der Erfindung mit integrierten Schaltkreisen dargestellt.. Da ein Fachmann die Voraussetzungen besitzt, die Erfindung nach dem schematischen Schaltbild praktisch anzuwenden, folgt lediglich eine kürzere Beschreibung dieser Schaltung.

Der Oszillator 13 enthält einen Unijunction-Transistor Q1, einen Transistor Q2 und andere Schaltungselemente. Die Geschwindigkeitssteuerung/umfaßt die Potentiometer 41» 42 und 43, wobei die Potentiometer 42 und 43 die Einstellung der oberen und unteren Grengfrequenz erlauben» Der Ausgangssensor 31 enthält eine Diode D1 sowie einen als Emitterfolger geschalteten Transistor Q3 und ist durch dl© Hälfte 44 eines integrierten Schaltkreioes 914 mit den gemeinsam gespeisten Eingängen der NAND-Gatter 21, 22, 23 und 24 verfe«aiea_s τοη denen jedes eine Hälfte eines integrierten Schaltkreises enthält.

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eines integrierten Schaltkreises 914 mit den Iriggereingängen der 923-Schaltkreise 46 und 47 verbunden, die jeweils als Phase 1- und Phase 2-PIiP-PlOpS arbeiten/Diese Plip-Plops sind so verbunden, daß ihre Zustände aufeinanderfolgend komplementär sind. An ihren Ausgängen besteht somit eine Zeitquadratur. Die Gatter heben die Brückenspeisung auf, wenn die Oszillatorfrequenz unter dem durch den Ausgangssensor 31 bestimmten Schwellwert ist.

Die Brücken 29 und 30 enthalten gleiche Schaltungen, wobei zuerst die Leistungstransistoren A und B und dann die !Transistoren C und D als Antwort auf die Ausgangssignale '

der entsprechenden Gatter leitend sind und somit die Wicklungen 32 und 33 mit Rechteckimpulsen unter Zeitquadratur beaufschlagen. Ein Merkmal dieser Schaltung ist, daß die Spitze-Spitze-Spannung an den Motorwicklungen angenähert das zweifache Gleichspannungspotential der Gleichspannungsversorgung beträgt. Widerstände bewahren die Wicklungen vor dem Ziehen von Oberströmen, welche die Transistoren zerstören könnten. Der im wesentlichen konstante Spannungsbetrieb erzeugt weniger Drehmoment bei zunehmender Geschwindigkeit, was ein wünschenswertes Ziel bei Zahnbohrern bedeutet.

Ein Ausführungsbeispiel dieser Erfindung ist in der Lage, λ einen 1/40 PS-Motor von 18 000 bis 100 000 Umdrehungen pro Minute anzutreiben,ohne bei größeren Belastungen stehenzubleiben, und besonders nützlich als Motor für rotierende Zahnbohrer oder dergleichen.

Es ist ein neuartiges, leistungsfähiges und zuverlässiges Mehrphasen-Motor-Antriebssystem beschrieben worden, das sich durch hohen Wirkungsgrad, Zuverlässigkeit und verhältnismäßig geringe Größe auszeichnet. Selbstverständlich ist der Pachmann in der Lage, zahlreiche Anwendungen zu finden und Abwandlungen oder Abweichungen von den speziellen beschriebenen Ausführungsformen zu schaffen, ohne vom Erfindungskonzept abzuweichen.

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Claims

Patentansprüche

MJ Mehrphasen-Motor mit mehreren Phasenwicklungen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Motorantriebsschaltung mit einem in seiner frequenz steuerbaren Oszillator (13)« mit vom Oszillator betätigten logischen Schaltungsmitteln und mit einem Mehrphasenerzeuger (14) vorgesehen ist, der mehrere Ausgangsleitungen (21, 22, 23, 24) zur zyklischen Signalisierung der jeweils aufzutretenden Phase in einer vom Oszillator (13) bestimmten Folgegeschwindigkeit aufweist, daß in der Schaltung logische Gatter (25, 26, 27, 28) vorgesehen sind, deren Anzahl mit der Zahl der Ausgangsleitungen des Mehrphasenerzeugers (14) übereinstimmt und deren einer Eingang jeweils mit einer dieser Ausgangsleitungen verbunden ist und die am anderen Eingang gemeinsam von einem vom Oszillator (13) abgeleiteten Signal angesteuert werden, und daß die Antriebsschaltung Brückenschaltungen (29, 30) aufweist, deren Anzahl die Hälfte der Zahl der Gatter (25, 26, 27, 28) beträgt und die jeweils von einem Paar der logischen Gatter (25,· 26 und 27 ₉ 28) zur Abgabe von Energie an jeweils eine der Motorphasenwicklungen (32, 33) angesteuert sind.
2. Mehrphasen-Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (11) zweiphasig ist und die Anzahl der Ausgangsleitungen (21, 22, 23, 24) des Mehrphasenerzeugers (14) vier ist.
3. Mehrphasen-Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur unterbrechung der Energieabgabe an den Motor (11) vorgesehen sind, wenn die Oszillatorfrequenz niedriger als ein vorher festgelegter Grenzwert ist.

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4. Mehrphasen-Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Brückenschaltung (29» 30) eine Gleichspannungsquelle aufweist und daß Mittel zur Erzeugung einer an jeder Wicklung liegenden Spitze-Spitze-Spannung vorgesehen sind, die im wesentlichen das Zweifache der vorher genannten Gleichspannung beträgt.
5. Mehrphasen-Motor nach Anspruch 4,dadurch gekennzeichnet, daß jede der Brückenschaltungen (29, 30) erste, zweite, dritte und vierte in Serie geschaltete Zweige aufweist, daß die ersten und zweiten Zweige Transistoren aufweisen, daß die dritten und vierten Zweige Transistoren aufweisen und daß eine Motorphasenwicklung zwischen der Verbindungsstelle des ersten und zweiten Zweiges und der Verbindungsstelle des dritten und vierten Zweiges angeordnet ist.
6. Kehrphasen-Motor nach Anspruch 51 dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Transistoren komplementär sind.

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