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Steuervorrichtung für einen bürstenlosen Motor eines Elektrofahrzeuges.
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Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuervorrichtung für einen bürstenlosen
Motor eines Elektrofahrzeuges.
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In der Technik der Steuervorrichtungen für bürstenlose Motoren für
Elektrofahrzeuge ist eine Vorrichtung bekannt, die, wie in Fig. 1 schematisch dargestellt,
in Reihe geschaltet eine Gleichstromenergiequelle 101, einen Gleichstromzernacker
102, einen Dreiphaseninverter 103 mit variabler Frequenz und einen bürstenlosen
Motor 104 aufweist. Die weist weiterhin ein Beschleunigerpedal 107, einen Zündstromkreis
106 und einen Stromkreis 105 zum Feststellen der Drehstellung des Rotors des bürstenlosen
Motors 104 auf, die ebenfalls in Reihe geschaltet sind. Der Zündstromkreis 106 ist
mit dem Tor jedes Thyristors des Gleichstromzerhackers 102 und des Dreiphaseninverters
103 mit variabler Frequenz verbunden.
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Bei dieser bekannten Vorrichtung erzeugt der Gleichstromzerhacker
102 einen Gleichstrom, der eine Wiederholungsperiode und eine Anschaltzeit entsprechend
der Betätigung des Beschleunigerpedals 107 hat. Der Dreisphaseninverter 103 mit
variaber Frequenz wandelt diesen Gleichstrom in einen Dreiphasenwechselstrom rechteckiger
Wellenform um, der eine Frequenz entsprechend der Drehgeschwindigkeit des bürstenlosen
tors
104 hat, und er li@@@r dessen die @elstrom, dessen frequenz und Spannung variabel
sind an den @ürstenlosen Motor 104. Demgemäss ändert sich die Drehgeschwindigkeit
des bürstenlosen Motors 104 in Abhängigkeit von der Betätigung des Beschleunigerpedals
107.
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Diese Ausführung der bekannten Vorrichtung besitzt Nachteile, indem
die Vorrichtung vergleichsweise gross ist, weil der Gleichstromzerhacker 102 und
der Dreiphaseninverter 103 getrennt vorgesehen sind, indem das Arbeiten zufolge
Versagens der Kommutierung oder Stromumkehrung in dem Inverter 103 unstabil sein
kann und indem das Startdrehmoment oder Anlaufdrehmoment klein ist zufolge der Tatsachs,
dass der dem Motor zugeführte Wechselstrom ein Rechteckwellenstrom ist. Weiterein
erfolgen bei der bekannten Vorrichtung Umschaltungen zwischen Lastberetrieb und
Regenerationsbetrieb sowohl zwischen Vorwärtsdrehung und Rückwärtsdrehung durch
Kontaktschalten in dem Hauptstromkreis. Eierdurch kann zufolge der Abnutzung der
Kontakte falsches Arbeiten hervorgerufen werden, und es wird Geräusch erzeugt.
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Es ist daher ein allgemeiner Zweck der Erfindung, diese genannten
Nachteile der bekannten Vorrichtung zu vermeiden.
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Ein anderer Zweck der Erfindung besteht darin, eine Kontaktlose Steuervorrichtung
für einen bürstenlosen Motor zu schaffen, bei der falsches Arbeiten zufolge Abnutzung
von Kontakten bzw. Geräusch unwahrscheinlich ist.
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Ein anderer Zweck der Erfindung besteht darin, eine zuverlässige
Steuervorrichtung für einen bürstenlosen Motor zu schaffen, bei der andauerndes
Versagen der Kommutation praktisch nicht auftritt, indem ein Zweiphasenzerhacker
verwendet wird, der selbst im Fall des Versagens der Kommutation sich selbst erholen
kann.
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Ein anderer Zweck der Erfindung besteht darin, eine Steuervorrichtung
für einen @@@@stanlosen Motor zu schaffen, die einen Inverter oder Nachselrichter
aufweist, der einen einusförmigen Wechselstrom liefern kann wodurch ein grosses
Anlaufdrehmoment
für den bürstenlosen Motor geschaffen ist, und der ausserdem einen Rechteckwellenwechselstrom
liefern kann.
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bin anderer Zweck der Erfindung besteht darin, eine Steuervorrichtung
für einen bürstenlosen Motor zu schaffell, die hohe Regenerations- bzw. Rückgewinnungswirksamkeit
für den Motor schafft, indem eine Ausführung angewendet ist, bei der Zweiphasenankerspulen
während der Regeneration oder hücgewinnung in Reihe geschaltet sind, so dass eine
hohe hückgewinnungsspannung geliefert wird und demgemäss eine Regeneration oder
Rückgewinnung selbst bei niedriger Geschwindigkeit oder Drehzahl möglich ist.
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bin anderer Zweck der erfindung besteht darin, eine Steuervorrichtung
für einen bürstenlosen Motor zu schaffen, bei der die Richtung des durch eine Feldspule
fliessenden elektrischen Strom sowohl während Lastbetrieb als auch während Regenerations-
oder Rückgewinnungsbetrieb die gleiche ist, wodurch die Spannungszufuhr während
der Regeneration oder Rückgewinnung bequemer gemacht ist0 Ein noch anderer Zweck
der erfindung besteht darin, eine Steuervorrichtung für einen bürstenlosen Motor
zu schaffen, die dadurch kompakt ausgeführt ist, dass drei Zweiphasenzerhacker verwendet
werden, die sowohl als Gleichstromzerhacker als auch als Dreiphaseninverter bzw.
-wechselrichter dienen.
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Die erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung beispielsweise
erläutert.
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Fig. 1 ist ein schematisches Blockdiagramm einer bekannten Steuervorrichtung
für einen bürstenlosen Motor, wie sie einleitend bereits beschrieben worden ist.
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Fig. 2 ist ein Stromkreisdiagrarnm einer Ausführungsform einer Steucrvorrichtung
gemäss der erfindung für einen bürstenlosen Motor.
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Fig. 3 ist eine Ansicht, in der Betriebswellenformen dargestellt
sind, die in der Steuervorrichtung
gemäss der erfindung erzeugt
sind.
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Gemäss Fig. 2 sind parallelgeschaltete Ankerwicklungen 1 und 2 eines
bürstenlosen Motors in Reihe an einen Zweiphasenzerhacker 28 geschaltet. Die Ankerwicklungen
1 und 2 haben zwischen sich einen ZXtischenanschluss. Der Zweiphasenzerhakker 28
umfasst rückwärts blockierende Dioden 31 und 92 oder Sperrdioden, die vorgesehen
sind, um die Kommutierungsspannung auf dem höchsten Wert zu halten, Kommutierungskondensatoren
33 und 34, Hauptthyristoren 35 und 36, einen Kommutierungsthyristor 37, eine Kommutierungsdiode
38 und eine Kommutierungsdrossel 39. In dem Zerhacker 28 sind die rückwärts blockierende
Diode 31 und der Hauptthyristor 5, die in Reihe geschaltet sind, und die rückwärts
blockierende Diode 32 und der Hauptthyristor 36, die ebenfalls in Reihe geschaltet
sind, an den Kathoden der Hauptthyristoren 35 und 36 miteinander verbunden. Die
Kommutierungskondensatoren 33 und 34 sind zwischen Zwischenanschlüssen in Reihe
geschaltet, die jeweils zwischen der rückwärts blockierenden Diode 31 und dem Hauptthyristor
35 und zwischen der rückwärts blockierenden Diode 32 und dem Hauptthyristor 36 vorgesehen
sind. Zwischen einem Zwischenanschluss, der zwischen den Konirauti erungskondensatoren
33 und 34 und den Kathoden der Hauptthyristoren 35 und 36 vorgesehen ist, sind in
Reihe die Kommutierungsdiode 38 und die Kommutierungsdrossel 39 und, parallel dazu,
der Kommutierungsthyristor 37 angeschlossen. Ankerwicklungen 3 und 4, die parallel
geschaltet sind, sind in Reihe an einen Zweiphasenzerhacker 29 angeschlossen, der
die gleiche Ausführung wie der Zerhacker 28 hat. Die Ankerwicklungen 1 und 2 sind
zu den Ankerwicklungen 5 und 4 parallelgeschaltet, und sie sind über einen Thyristor
11, eine Reihenerregungswickglung 8 des bürstenlosen Motors und einen Thyristor
10 an den positiven Pol einer Gleichstromenergiequelle 9 geschaltet. Die i'hyristoren
10 und 11 sind vorgesehen zum Umschalten zwischen Lastbetrieb und Regeneration bzw.
Rückgewinnung. Eine breilaufdiode 13 ist zu der Reihenerregungswicklung 8 und dem
Thyristor
11 parallelgeschaltet. Die Kathoden der Hauptthyristoren 35 und 36 der beiden Zweiphasenzerhacker
28 und 29 sind an den negativen Pol der Gleichstromenergiequelle 9 geschaltet. Die
Kathode einer Gleichrichterdiode 14 für Rückgewinnungsbremsen ist an einen Zwischenanschluss
zwischen der Ankerwicklung 1 und dem Zweiphasenzerhacker 28 angeschlossen.
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In ähnlicher Weise sind die Kathoden voii Gleichrichterdioden 15,
16 und 17 für Rückgewinnungsbremsen oder Stromrückgewinnungsbremsen jeweils an Zwischenanschlüsse
zwischen der Ankerwicklung 2 und dem Zweiphasenzerhacker 28, zwischen der Ankerwicklung
3 und dem Zweiphasenzerhacker 29 und zwischen der Ankerwicklung 4 und dem Zweiphasenzerhacker
29 angeschlossen. Die anoden der Dioden 14, 15, 16 und 17 sind jeweils an eine Drossel
20 angeschlossen, die ihrerseits an den negativen Pol der Gleichstromenergiequelle
9 angeschlossen ist. bin Zweiphasenzerhacker 30, der die gleiche Ausführung wie
der Zweiphasenzerhacker 28 hat, ist an beide Pole der Gleichstromenergiequelle 9
angeschlossen, und zwar über parallel geschaltete ksleichrichterdioden 18 und 19
für Xückgewinnungsbremsen und über einen thyristor 12 für Umschaltung zwischen Lastbetrieb
und Rückgewinnung. Ankerwicklungen 5 und 6 sind zwischen dem Zweiphasenzerhacker
30 und einem Zwischenanschluss zwischen der Reihenerregungswicklung 8 und dem Thyristor
11 parallel angeschlossen. Weiterhin kann der Kommutierungsstromkreis des Zweiphasenzerhackers
28, welcher aus dem Thyristor 37, der Diode 38 und der Drossel 39 besteht, auch
als Kommutierungsstromkreise der anderen Zerhacker 29 und 30 verwendet werden.
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Nunmehr wird die Ausführung eines Impulsstromkreises der oteuervorrichtung
an Hand der Fig. 2 beschrieben. bin Richtungsschalter 24 zum Feststellen eines Vorwärtsdrehungsbefehls,
und ein itichtungsschalter 25 zum Feststellen eines Rückwärtsdrehungsbefehls sind
parallel an ein beschleunigungspedal 26 geschaltet. Die Richtungsschalter 24 und
25 sind an einen Transistoren aufweisenden Haltestromkreis oder Verriegelungsstromkreis
23
und dann an einen Zündstromkreis 22 geschaltet. bin Richtungsschalter 41 zum Deststellen
eines Lastbetriebsbefehls und ein Richtungsschalter 42 zum Feststellen eines Rückgewinnungsbefehls
sind parallel an das Beschleunigerpedal 26 und ein bremspedal 27 geschaltet, und
die Pedale 26, 27 sind zueinander parallel geschaltet. Die Xichturlgsschalter 41
und 42 sind an einen Transistoren aufweisenden Halte- oder Verriegelungsstromkreis
40 und dann an den Zündstromkreis 22 geschaltet. bin Detektor- bzw. li'eststellstromkreis
21 zum Feststellen der Drehstellung eines Rotors 7 ist an den Zündstromkreis 22
geschaltet.
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Nachstehend wird die Arbeitsweise der Steuervorrichtung gemäss der
erfindung beschrieben. Während des Lastbetriebes befinden sich die Thyristoren 10
und 11 im angeschalteten bzw.
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leitenden Zustand, und der Thyristor 12 befindet sich im abgeschalteten
bzw. nicht-leitenden Zustand. Die Zweiphasenzerhacker 28, 29 und 30, die an die
Dreiphasenankerwicklungen 1 und 2, 3 und 4 bzw. 5 und 6 geschaltet sind, arbeiten
als Zerhacker mit einer Wiederholungsperiode entsprechend der Drehstellung des Rotors
7 und mit einer Anschaltzeit entsprechend der Betätigung des Beschleunigerpedals
26, und sie legen an die Ankerwicklungen 1 und 2, 3 und 4 und 5 und 6 sinusförmige
reiphasenwechaelspannungen an, die sich in der Phase um 1200 voneinander unterscheiden
und eine Frequenz haben, die sich mit der Drehgeschwindigkeit des Xotors 7 ändert.
Der Zweiphasenzerhacker 28 stellt einen ersten Zerhacker dar mit der Gleichstromenergiequelle
9, den Thyristoren 10 und 11, der Reihenerregungswicklung 8, der l1reilaufdiode
13, der Ankerwicklung 1, der rückwärtsblockierenden Diode 31, dem hauptthyristor
35, dem Kommutierungskondensator 33, dem Konmutiorungsthyristor 37, der Kommutierungsdiode
38 und der Sommutierungsdrossel 39. Der erste Zerhacker legt eine positive Halbperiodenspannung
an die Ankerwicklung 1 an. Der Zweiphasenzerhacker 28 stellt weiterhin einen zweiten
Zerhaoker dar mit der Gleichstromenergiequelle 9, den Thyristoren 10 und 11, der
Xeihenerregungswicklung
8, der Freilaufdiode 13, der hnkerwicklung 2, der rückwärts blockierenden Diode
32, dem Hauptthyristor 36, dem Kommutierungsthyristor 37, dem Komfllutierungskondensator
34, der Kommutierungsdiode 38 und der Kommutierungsdrossel 39. Der zweite Zerhacker
legt eine negative Halbperiodenspannung an die Ankerwicklung 2 an. Die Zweiphasenhacker
29 und 30 üben die gleiche Funktion wie der Zweiphasenzerhacker 28 aus.
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Während hoher Drehzahl des Motors arbeiten die Zweiphasenzerhacker
28, 29 und 30 als Rechteckwelleninverter oder -wechselrichter, die Dreiphasenwechselspannungen
mit Rechteckwellenform, von denen jede Wellenform sich von den anderen um 120° in
der Phase unterscheidet, an die Ankerwicklungen 1 und 2, 3 und 4 und 5 und 6 anlegen.
In diesem Fall stellt der Zweiphasenzerhacker 28 Rechteckwelleninverter dar mit
der Gleichstromenergiequelle 9, den Thyristoren 10 und 11, der Reihenerregungswicklung
8, der Leerlaufdiode 13, den hnkerwicklungen 1 und 2, den rückwärts blockierenden
Dioden 31 und 32, den Hauptthyristoren 35 und 36 und mit den Kommutierungskondensatoren
33 und 34. Die Zweiphaseninverter 29 und 30 üben die gleiche Funktion wie der Zweiphaseninverter
28 aus.
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Nunmehr wird das Umschalten zwischen Vorwärtsdrehung und Rückwärtsdrehung
des Rotors 7 beschrieben. Wenn ein Vorwärtsdrehungsbefehl durch das beschleunigerpedal
26 gegeben wird, wird der Halte- oder Verriegelungsstromkreis 23 durch den Richtungsschalter
24 betätigt, um zu bewirken, dass der Zündstromkreis 22 entsprechend der Drehstellung
des Rotors 7 und der Betätigung des beschleunigerpedals 26 Impulse an jeden Zweiphasenzerhacker
liefert, wodurch Jeder Zweiphasenzerhacker 28, 29, 50 gemäss vorstehender Beschreibung
betätigt wird. Wenn von dem Beschleunigerpedal 26 ein Rückwärts drehungsbefehl gegeben
wird, wird der Transistorhaltestromkreis 23 durch den Richtungsschalter 25 betätigt,
um zu bewirken, dass der Zündstromkreis 22 entsprechend der Drehstellung
des
Rotors 7 und der Betätigung des beschleunigerpedals 26 Impulse an jeden Zweiphasenzerhacker
28, 29, 30 liefert, wodurch jeder Zweiphasenzerhacker so betätigt wird, dass ein
Rückwärtsankerstrom erzeugt wird.
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Während der Regeneration oder Stromrückgewinnung befinden sich die
i'hyristoren 10 und 11 in abgeschaltetem bzw. in nicht-leitendem Zustand, und der
Thyristor 12 befindet sich in angeschaltetem bzw. leitendem Zustand. Die Zweiphasenzerhacker
28 und 29 befinden sich in abgeschaltetem Zustand oder unwirksamem Zustand, und
sie bewirken demgemäss keinen Zerhackervorgang. Lediglich der Zweiphasenzerhacker
30 bewirkt Anschalten und Abschalten beim Ansprechen auf AJie betätigung des Beschleunigerpedals
26 oder des bremspedals 27. In diesern Fall bewirkt entweder der erste Zerhacker
oder der zweite Zerhacker des Zweiphasenzerhackers 30 Anschalten und Abschalten
zufolge von Spannungen, die an den Ankerwicklungen 5 und 6 erzeugt sind, obwohl
die Anschalt- und Abschaltimpulse gleichzeitig an den ersten und den zweiten Zerhacker
geliefert werden. Wenn der Zweiphasenzerhacker 30 sich in angeschaltetem Zustand
befindet, ist ein Stromkreis zum Hervorrufen dynamischen Bremsens gebildet, und
dieser Stromkreis besteht aus den Ankerwicklungen 1, 2, 3 und 4, der Diode 13, der
Reihenerregungswicklung 8, der Ankerwicklung 5 oder 6, dem Zweiphasenzerhacker 30,
der Drossel 20 und den Dioden 14, 15, 16 und 17. Wenn der Zweiphasenzerhacker 30
sich in abgeschaltetem oder unwirksamem Zustand befindet, ist ein Stromkreis zum
rückführen elektrischer energie zu der gleiche stromenergiequelle 9 gebildet, und
dieser Stromkreis umfasst die Ankerwicklungen 1, 2, 3 und 4, die Diode 13, die Reihenerregungswicklung
8, die Ankerwicklung 5 oder 6, die Diode 18 oder 19, den Thyristor 12, die Gleichstromenergiequelle
9, die Drossel 20 und die Dioden 14, 15, 16 und 17.
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Umschalten zwischen Lastbetrieb und Rückgewinnung wird durch den
folgenden Arbeitsvorgang hervorgerufen. Wenn ein LastbetriebabeSehl von dem beschleunigerpedal
26 gegeben ist,
wird der Transistoren aufweisende Halte- oder Verriegelung
stromkreis 40 durch den Richtungsschalter 41 bestätigt, um zu bewirken, dass der
Zündstromkreis 22 entsprechend der Drehstellung des Rotors 7 und der Betätigung
des Beschleunigerpedals 26 Impulse zu jedem Zweiphasenzerhacker 28, 29, 50 liefert,
wodurch Jeder Zweiphasenzerhacker gemäss vorstehender Beschreibung betätigt wird.
Wenn ein Rückgewinnungsbefehl von dem Beschleunigerpedal 26 oder dem Bremspedal
27 gegeben ist, wird der Halte- oder Verriegelungsstromkreis 40 durch den Richtungsschalter
42 betätigt, um zu bewirken, dass der Zündstromkreis 22 Anschalt- und Abschaltimpulse
an den Zweiphasenzerhacker 30 liefert, wodurch der Zweiphasenzerhacker 30 gemäss
vorstehender beschreibung betätigt wird.
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Fig. 3 zeigt grundsätzliche Sinphasenspannungswellenformen während
des Lastbetriebes. In den Fig. 3a, 3b und 3c sind jeweils Spannungswellenformen
während Drehung mit niedriger Drehzahl, Drehung mit mittlerer Drehzahl und Drehung
mit hoher Drehzahl dargestellt. In Fig. 3 stellt Ton die hnschaltzeit des Hauptthyristors
des Zweiphasenzerhackers dar, und Tr stellt die Wiederholungsperiode dar. Wie oben
beschrieben, wird die iliederholungsperiode 'r in Übereinstimmung mit der Drehstellung
des Rotors geändert, und die Anschaltzeit Ton wird in Übereinstimmung mit der Betätigung
des Beschleunigerpedals geändert, wodurch eine an den bürstenlosen Motor angelegte
mittlere Spannung oder Burchschnittaspannung gesteuert wird.