DE2047307A1

DE2047307A1 - Bremsschaltung fur burstenlose Gleichstrommotoren

Info

Publication number: DE2047307A1
Application number: DE19702047307
Authority: DE
Inventors: William Madison Charlottesville Va Casaday (V St A)
Original assignee: Sperry Rand Corp
Current assignee: Sperry Corp
Priority date: 1969-09-26
Filing date: 1970-09-25
Publication date: 1971-04-01
Also published as: GB1269304A; FR2062573A5; JPS5012764B1; US3628110A

Description

Bremsschaltung für bürstenlos Oleichstrommotoren

Die Erfindung bezieht sich auf bLlrstenlose Oleichstrommotoren und insbesondere auf Motoren mit einer Widerstandsbremseinrichtung.

Bürsten.lose Gleichstrommotoren mit Brom?;schaltungen sind bereits bekannt. Diese Motoren erfordern jedoch getrennte, mit 3en Motorwicklungen verbundene öremssohaltungen. Die zusätzlichen Schaltungen erhöhen den PAatzbedarf und die Kompliziert* n;;it der Motoren und verringern zur gleichen Zeit ihre Zuverlässigkeit.

Dieses Problem tritt besonders bei bekannten Motoren mit Mitteln zur Begrenzung der Anlaufßtröme auf. Derartige Motoren erfordern einen getrennter Strombegrenzer in der Bremsschaltung .

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen bürstenloaen Oleichstrommotor zu schaffen, bei dem Widerstandebrerasung duroh ein·

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einfache und kompakte Schaltung erreicht werden kann.

Erfindungsgemäß umfaßt ein bürstenloser Gleichstrommotor eine Statorwicklung, einen permanentmagnetischen Rotor, Fühlermittel für die Rotorstellung, eine erste Gruppe von zur Verbindung von Statorwicklungs-Abschnitten mit einem Anschluß einer Gleichspannungsversorgung geeigneten Kommutierungsschaltern,eine zweite Gruppe von sur Verbindung der Statorwicklungs-Abschnitte mit dem entgegengesetzten Anschluß der Gleichspannungsversorgung geeigneten Kommutierungssohaltern, wobei die Schalter die Statorwicklungen in Abhängigkeit von dem Ausgangesignal der FUhlermittel aufeinanderfolgend während des normalen Laufs ansteuern, und Mittel zur

Einspeisung eines Bremssignals an die Schalter, um die öff-

/der ersten Gruppe nung jedes Schalters /und die Trennung der Statorabschnitte von dem einen Ansohluß zu bewirken, und um zu erreichen, daß jeder Sohalter der zweiten Oruppe eine Rücklaufschaltung für die induzierten Statorwicklungsströme ergibt, die während der Bremsung induziert werdenφ

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines erfindungsgemäßen Schaltbeispiels für einen Gleichstrommotor näher erläutert.

In dem U.S.-Patent 3 377 534 ist eine Bauart eines Motors dargestellt, auf den die vorliegende Erfindung angewandt werden kann. Wie es in diesem Patent beschrieben 1st, kann ein gewickelter Stator, wie z.B. die zu einem geschlossenen Kreis geschaltete Wicklung 11 in der Zeichnung so angesteuert werden, daß eine Drehung eines permanentmagnetischen Rotors 13 bewirkt wird. In einem Aueführungsbeispiel der in diesem Patent beschriebenen Erfindung wird ein optisches System zur Kommutierung verwendet. In diesem System erzeugt eine Lichtquelle auf der Aohse des Rotors 13 einen rotierenden Strahl, der duroh eine Abschirmung 15 mit einer ausreichend breiten

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Öffnung zur Beleuchtung von Paaren von Photozellen gebildet wird. Bei der Drehung des Rotors überstreicht der Lichtstrahl aufeinanderfolgend Paare von Photozellen. In praktischen Ausführungen beleuchtet eine derartige Anordnung außerdem für kleinere Überlappungswinkel eine dritte Photozelle. Diesee Merkmal ist zweckmäßig, well es das Anlaufen bei allen Rotorstellungen sichert.

In der Zeichnung werden Anzapfungen der Statorwicklung 11 über eine erste Gruppe von Komrautierungsschaltern 19.» 21 und 23 von einer Seite einer Gleichspannungs-LeistungsVersorgung angesteuert. Rückflußströme aus der Statorwicklung 11 laufen durch eine zweite Gruppe von Kommutierungsschaltern 25» 27 und 29 zur anderen Seite der Leistungsveraorgung.Es ist zu sehen, daß die Statorwicklung 11 drei Abschnitte aufweist.

Die Kommutierungsschalter werden in Abhängigkeit von einzelnen Fühlern« wie z.B. dem mit dem Kommutierungssohalter 19 verbundenen Fühler 17 angesteuert. Obwohl die Kommutierdungsschalter in der Zeichnung aus Vereinfachungsgründen in einer bestimmten Anordnung gezeigt sind, würden die Fühler so angeordnet sein, daß Paare von mit den Schaltern 19 und 29« 21 und 25 und 23 und 27 verbundenen Fühlern in einer derartigen Reihenfolge beleuchtet werden« daß eine sachgemäße aufeinanderfolgende Ansteuerung der drei Statorwicklungsabschnitte aufrecht erhalten wird.

Die Schalter 21 und 23 sind mit dem Schalter 19 identisch und sind deshalb in vereinfachter Blockform dargestellt. In gleicher Weise sind die Sohalter 27 und 29 mit dem Schalter 25 identisch und sind ebenfalls in vereinfachter Blockform dargestellt*

In dem Schalter 19 wird ein Auegangssignal von dem Fühler 17

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In der Form eines Phototransistors an einen Eingangsschalttransistor 3I über eine Widerstands-Diodenkombination 33 angelegt. Der Transistor Jl wird über zwei Widerstände 35 und eine an die positive Seite der Gleichspannungs-Leistungsversorgung angeschaltete erste Sammelschiene 37 mit Energie versorgt. Das Fühlerausgangssignal steuert den Eingangstransistor 31 in den leitfähigen Zustand, wenn ein Signal von dem beleuchteten Lichtfühler 17 empfangen wird. Dies steuert andererseits einen Zwischenstufentransistor 39 in den leitfähigen Zustand, um den Ausgangsschalttransistor 41 durchzuschalten und das Fließen von Strömen zur Anzapfung 43 der Statorwicklung 11 zu ermöglichen. Eine in Sperr-Richtung vorgespannte Diode 45 ist zum Transistor 4l parallel geschaltet, um diesen Transistor gegen unerwünschte Einschaltstöße zu schützen. Der Fühler 17 ist außerdem über eine Dioden-Widerstands -Kombination 47 mit einer Bremssignalquelle verbunden, die funktionell als Doppelpolwendexschalter 49 dargestellt 1st« In der Praxis würde jedoch diese Quelle eine zur Lieferung dieser erforderlichen Lauf- und Bremssignale geeignete logische Schaltung sein.

Während der Lauf-Betriebsweise des Motors wird der Schalter 49 in seine obere Stellung gelegt. Damit wird eine positive Spannung an die mit dem Photofühler 17 verbundene Dioden-Widerstands-Kombinatiön 47 gelegt, um die Diode in der Kombination 47 in. Sperr-Riohtung vorzuspannen. Unter diesen Bedingungen kann der Photofühler 17 Ausgangssignale an den Kommutierungeschalter 19 abgeben, wenn dieser Photofühler beleuchtet ist.

In der Breme-Betriebsweiee des Motors ist der Schalter 49 in seine untere Stellung gelegt, um die Kombination 47 mit Erde zu verbinden. In diesem Zustand werden alle Auegangssignale des Photofühlers 17 an Erde abgeleitet und haben damit keine

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Wirkung auf den Schalter 19. Die Transistoren in dem Schal-* ter 19 sind normalerweise in Sperr-Richtung vorgespannt. Somit ist der Transistorschaltkreis des Schalters 19 bei Bremsbetrieb abgeschaltet und kann keinen Strom an die Statorwicklung 11 liefern.

Der Kommutierungsschalter 25 in der zweiten Gruppe der Kommutierungsschalter wird von einem mit ihm verbundenen Photofühler 51 angesteuert. Die Fühlerausgangssignale des Photofühlers 51 werden über eine Widerstands-Diodenkombination 55 an die Basis des Eingangsechalttranslstors 55 angelegt. Dieser Transistor ist genauso wie der Photofühler 51 über einen Widerstand 57 an die Sammelschiene j57 und über einen Widerstand 61 an die Leitung 59 angeschaltet. Der Emitter des Eingangstransistors 55 steuert einen Zwischenstufentransistor 6j5 an, der seinerseits einen Ausgangsschalttransistor 65 ansteuert. Der Kollektor des Transistors 65 1st mit der Anzapfung 4^ der Statorwicklung 11 verbunden. Der Emitter des Transistors 65 1st mit der Leitung 59 verbunden.

Ein Strombegrenzer 67 kann verwendet werden, wenn große Anlaßströme zu erwarten sind. Ein Transistor des Begrenzers 67 ist mit seiner Basis über einen Serienwiderstand 69 mit der Sammelschiene 27 verbunden. Die Basis des Begrenzertransistors 1st außerdem mit der zweiten, zur negativen oder geerdeten Seite der Oleichspannungs-Leistungsversorgung führenden Sammelschiene verbunden.

Eine derartige Begrenzungsschaltung wird, obwohl sie kein wesentlicher Teil der Erfindung ist, im allgemeinen zum Schutz der Bestandteile des Motors verwendet, wenn übermäßige Anlaßströme auftreten können* Bei einem normalerweise j5 Ampere aufnehmenden Motor können die Anlaßströme 10 bis 12 Ampere annehmen. Derartige hohe Anlaßströme würden den Permanentmag-

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neten des Motors entmagnetisieren und die Transistorgrenzwerte Überschreiten. In diesem Fall kann ein Begrenzer so ausgelegt sein, daß der Anlaßstrom auf ungefähr 4 Ampere begrenzt wird.

Die Leitung 59 ist mit dem Transistor des Begrenzers 67 verbünden. Die Basis des Eingangstransistors 55 in dem Koramutierungsschalter 25 ist über eine Hilfsschaltung mit einer Dioden-Widerstands-Kombinatioh 71 mit dem Schalter 49 verbunden. Wenn der Schalter in der Lauf-Stellung liegt, wird keine Spannung an den Transistor 55 angelegt. Unter diesen Bedingungen können die Aus gangs signal β des Photoftihlers 51 den Transistorschaltkreis betätigen.

Wenn der Schalter nach unten in die Bremsstellung gelegt wurde, wird jedoch eine positive Spannung über die Kombina-. tion Jl an die Basis des Transistors 55 angelegt. Dies legt automatisch eine positive Spannung an den Transistor 55 an, die diesen Transistor in die Sättigung steuert und den Transistorschaltkreis des Schalters 25 durchschaltet. Damit leitet der Kommutierungsschalter 25 während der Brems-Betriebsweise unabhängig vom Betriebszustand des Photofühlers 51 Ströme aus der Statorwicklung 11 durch die strombegrenzende Schaltung 67·

Während der Brems-Betriebsweise werden die Kommutierungssohalter 21 und 23 im Abschalt-Zustand gehalten, weil eine Bremsspannung zur gleichen Zeit mit der an den Fühler 17 des Kommutierungsschalters 19 angelegten Bremsspannung an die mit den Schaltern 21 und 235 verbundenen Fühler angelegt wird. Außerdem werden während der Brems-Betriebaweise gleiche Spannungen sowohl an den Photοfühler 51 des Kommuti©rungeschalters 25 als auch an die mit den Schaltern 27 und 29 verbundenen Photofühler angelegt. Während der Brems-Betriebsweise

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wird ein positives Signal über die Kombination 71 und die entsprechenden mit den Kommutierungsschaltern 27 und 29 verbundenen Kombinationen 75 und 75 angelegt, so daß diese drei Kommutierungsschalter im durchgeschalteten oder leitenden Zustand während des Bremsbetriebs gehalten werden.

Entsprechend gut bekannter Prinzipien der Widerstandsbremsung wirkt der Motor als Generator, wenn der Rotor 13 sich nach dem Unterbrechen der Leistungszufuhr aus der Versorgung dreht, und die in den Wicklungen induzierten Ströme können zur Vernichtung der Rotationsenergie verwendet werden und bringen den Rotor IJ zum Anhalten. Die derart erzeugten Ströme können nicht durch die erste Gruppe der Kommutierungsschaiter fIiessen, weil diese Schalter während des Bremsene im abgeschalteten Zustand gehalten werden.

Die so erzeugten Ströme können jedoch durch einen der Schalter 25, 27 und 29 fließen. Diese Ströme laufen duroh den Ausgangsschal ttransistor in den jeweiligen Kommutierungsschaltern zu der Leitung 59, und über den Strombegrenzer 67 und eine Leitung 76. Sie werden dann über die in Sperr-Richtung vorgespannten Dioden 77, 79 und 81 an die Statorwicklung 11 zurückgeführt.

Bei Verwendung der vorliegenden Erfindung können Brerasmittel in einfacher Weise in übliche Kommutierungsschaltungen eingebaut werden. Es sind keine aufwendigen Hilfsausrüstungen erforderlich. Zum Beispiel kann eine vorhandene Strombegrenzungsschaltung mit dem vorliegenden Bremssystem verwendet werden, ohne daß zusätzliche Schaltungen erforderlich sind.

In speziellen Fällen, wie z.B. bei Pulsbreitenmodulation verwendenden Schaltungen, können Bremsmittel ähnlioh den beschriebenen verwendet werden, well sie es ermöglichen, daß die

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Mo%oärsteiaexMiing Mt Hilfö von Puisbreiten^Moiialationstechnik sowohl während des Bremsbetriebs als auch während des Laufwirksam

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Claims

Patentansprüche:

1.1 Bürstenloser Gleichspannungsmotor mit einer Stator-

cklung, einem permanentmagnetisehen Rotor, mit FUhlerraitteln für die Rotorstellung und mit Kommutierungsmitteln zur Ansteuerung von Abschnitten der Statorwicklung in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Fühlermittal in einer aufeinanderfolgenden Wels© während des normalen Laufs, dadurch g e k e η η zeichnet^ daß die Kommutierungaraittel eine erste Gruppe von zur Verbindung der Abschnitte der Statorwicklung (11) mit einem Anschluß (37) einer Glelehspannungs-Versorgung geeigneten Kommutierungssehaltern (19* 21, 23} und eine zweite Gruppe von zur Verbindung der Abschnitte der Statorwicklung (11) mit dem entgegengesetzten Anschluß der Gleichspannungsversorgung geeigneten Kommutierungsschaltern (25» 27* 29) aufweisen, und daß Mittel (49) zur Einspeisung eines Bremssignals an die Schalter (19, 21, 23,25, 27, 29) vorgesehen sind, um jeden Schalter (19# 21» 23) der ersten Gruppe zu öffnen und die Abschnitte der Statorwieklung (11) von dem Anschluß (37) abzuschalten und um zu erreichen, daß jeder Schalter (25, 27t 29) der zweiten Gruppe eine Rückführschaltung für die während des Bremsens induzierten Statorwicklungsströme darstellt.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Jeder Kormmatierungaechalter (19, 21, 23, 25* 27, 29) einen zugehörigen Transistorsohaltkreie (31, 39, ¹H* 55* 63* 65) aufweist, der auf einen entsprechenden Stellungsfühler (17, 51) der Fühlermittel anspricht.

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,3. Motor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schaltkreis (51, 39, 41; 55, 63, 65) Jedes Schalters (19, 21, 23; 25, 27, 29) einen in Serie zwischen die Statorwioklung (11) und den entsprechenden Anschluß geschalteteten Ausgangs transistor (4-Ii 65) aufweist.

4. Motor nach Anspruch 3, dadureh gekennzeichnet, daß Jeder der Ausgangstransistoren (41; 65) in Sperr-Richtung vorgespannt ist, jedoch in Abhängigkeit von einem Signal aus dem zugehörigen Stallungsfühler (17; 51) während des normalen Laufes leitend geaiaeht wird.

5. Motor nach Anspruch 3 oder 4, dadureh gekennzeichnet, daß der Ausgangstransistor (65) jedes Schalters (25, 27, 29) der zweiten Gruppe durch eine entsprechende Diode (77, 79, 81) überbrückt ist, die so angeordnet ist, daß sie in einer zum Ausgangstransistor (65) umgekehrten Richtung leitend ist und dabei die Rückführschaltung für den während des Brems ens in der Statorwicklung (11) erzeugten Strom ergibt.

* 6. Motor nach Anspruch 3, 4 oder 5* dadureh gekennzeichnet, daß Mittel (47) zur Ableitung von Ausgangssignalen der Stellungsfühler (17, 51) in Abhängigkeit vom Bremssignal vorgesehen sind und daß Hilfsschaltungen (71, 73, 75) vorgesehen sind, ura den Ausgangstransistor (65) jedes Schalters (25, 27, 29) der zweiten Gruppe unabhängig vom Betriebszustand des zugehörigen Stellungefühlers (51) leitend zu machen.

7* Motor nach Anspruch 6, dadureh gekennzeichnet, daß jeder Stellungsfühler ein Photofühler (17, 51) 1st, der so angeschaltet ist, daß er ein Fühlerausgangesignal an den zugehörigen Transistorschaltkreis (31, 39,

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55, 63, 65) abgibt, wenn der Photofühler (17l 51) beleuchtet ist» und daß die Mittel zur Ableitung jedes Fühlerausgangssignals eine damit verbundene Widerstands/Dioden-Serienkombination (47) aufweisen.

8. Motor nach Anspruch 6 oder 7» dadurch gekennzeichnet , daß die Hilfsschaltungen Mittel zur Durchsteuerung jedes Ausgangstransistors (65) in der zweiten Schaltergruppe in Abhängigkeit von einem Bremssignal aufweisen.

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