DE2115777B2 - Kollektorloser gleichstrommotor - Google Patents

Description

torbetriebsgröße von einem vorgegebenen An- aus Resonanzgründen eine Taktschwingung erhalten

fangswert aus veränderlichen Frequenz erhält. wird, die einen Motoranlauf gewährleistet. Diese

2. Kollektorloser Gleichstrommotor nach An- Takischwingung hat eine feste unveränderliche Frespruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszil- quenz, die durch die Größe von /?C-Gliedern der lator (13) über eine Rückführungsleitung {15) an 20 Steuerschaltung bestimmt ist. Diese Frequenz wird eine von der Drehzahl des Motors (10) abhängige von der Molordrehzahl oder anderen Motorbetriebs-Spannung gelegt ist. größen nicht beeinflußt. Sobald der Motor angelau-

3. Kollektorloser Gleichstrommotor nach An- fen ist, erfolgt die weitere Steuerung der Umschalspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszil- tung der Stromzufuhr von Wicklungsstrang zu Wicklator (13) über eine RC-Stufe (18) als Frequenz- 25 lungsstrang durch die in den Ankerwicklungsstränsteuerglied an die Glcichspannungsquelle (11) ge- gen induzierte und in dei Steuerschaltung des Motors legt ist. verwertete EMK. Die Erfahrung hat gezeigt, daß eine

4. Kollektorloser Gleichstrommotor nach einwandfreie Betriebsweise dieser Motoren nur bis einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn- zu einer bestimmten Belastung des Motors gegeben zeichnet, daß der Oszillator (13) mit einer Ein- 30 ist, da erfahrungsgemäß jedes Umschalten von einer richtung zur Begrenzung seiner Betriebsfrequenz Zwangssteuerung durch eine feste vorgegebene auf einen oberen Grenzwert versehen ist. Schwingung auf eine von der Drehzahl des Motors

5. Kollektorloser Gleichstrommotor nach abhängige Steuerung einen Übergangsbereich ergibt, einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn- in welchem die Steuerung des Motors unsicher ist zeichnet daß als Oszillator ein Multivibrator vor- 35 und sich stärkere Belastungsschwankungen des Mogesehen ist. tors auf den Motorlauf störend auswirken können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den

schwingungserzeugenden Ringkreis in der Steuer-

Die Erfindung bezieht sich auf einen kollektorlo- schaltung eines eingangs genannten kollektorlosen

sen Gleichstrommotor mit einem Permanentmagnet- 4° Gleichstrommotors so auszubilden, daß er über sei-

rotor, einer stationären mehrpoligen Ankerwicklung nen ganzen Anlaufbereich unter Vermeidung von un-

mit mehreren Wicklungssträngen, die jeweils über gesteuerten Zwischenbereichen sicher gesteuert ist.

einen von einer elektronischen Steuerschaltung be- Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß bei

einflußten Leistungstransistor an eine Gleichspan- einem kollektorlosen Gleichstrommotor der eingangs

nungsquelle gelegt sind, und mit einem schwingungs- 45 genannten Art dadurch gelöst, daß als Ringkreis ein

erzeugenden Ringkreis in der Steuerschaltung. Ein Ringzähler verwendet ist, dessen Stufen jeweils einen

derartiger kollektoiioser Gleichstrommotor ist aus der Lcistungstransistoren steuern, und der seine

der britischen Patentschrift 1 131 759 bekannt. Zählsignale von einem Oszillator mit einer in

Zum Betrieb eines kollektorlosen Gleichstrommo- Abhängigkeit einer Motorbetriebsgröße von einem tors muß in der stationären mehrsträngigen Anker- 50 vorgegebenen Anfangswert aus veränderlichen Frewicklung ein umlaufendes Magnetfeld erzeugt wer- quenz erhält. Der Oszillator kann vorteilhafterweise den, dem der Permanentmagnetrotor folgt. Das um- über eine Rückführungsleitung an eine von der Drehlaufende Magnetfeld wird dadurch erreicht, daß die zahl des Motors abhängige Spannung oder über eine Wicklungsstränge der Anicerwicklung gleichmäßig /?C-Stufe als Frequenzsteuerglied an die Gleichspanüber den Umfang des Motors verteilt angeordnet 55 nungsquelle gelegt sein. Der Oszillator kann zwecksind und nacheinander in einem bestimmten und ge- mäßig aus einem Multivibrator bestehen und außerdem wünschten Umlaufsinn an die Gleichspannungsquelle mit einer Einrichtung zur Begrenzung seiner Betriebsgelegt werden. Das Weitcrschalten der Betriebs- frequenz auf einen oberen Grenzwert versehen sein, gleichspannung von Wicklungsstrang zu Wicklungs- Ein kollektorloser Gleichstrommotor gemäß der strang wird mittels einer elektronischen Steuerschal- 60 Erfindung weist also einen Oszillator als Taktgeber tung bewirkt. auf, dessen Frequenz nicht konstant bleibt, sondern

Zu diesem Zweck ist es bekannt, einen Hilfskol- entweder in Abhängigkeit von der Molordrehzahl

lektor zu verwenden, der in Abhängigkeit von der oder in Abhängigkeit von der Laufzeit des Motors,

Stellung des Rotors jeweils nur die Ansteuerung vom Anlaufzeitpunkt an gerechnet, sich ändert. Er

eines bestimmten Wicklungsstranges erlaubt und da- 65 hat den Vorteil, daß er sich in seinem Betriebsverhal-

durch eine bestimmte Drehrichtung festlegt. Der ten an verschiedene Anwendungsfällc durch die

Hilfskollektor kann aus einem mit dem Permanent- Wahl der Anfangsfrequenz des Oszillators anpassen

magnetrotor umlaufenden Permanentmagneten be- läßt. Die Anfangsfrequenz des Oszillators kann so

Wie durch den mit gestrichelten Linien eingetragenen^Schattungsteil angedeutet ist, kann die Frequenz des Osziatofs 13 auch unabhängig von der augenblicklichen Drehzahl des Gleichstrommotor10 mitteIs dnes ÄC-Gliedes 18 verändert werden über wel-Se/ der Steuereingang des Oszillators 13 mit der GleichspannungsqueUell^verbundenist.

In F i g. 2 ist ein Ausfv¹"
schaltung dargestellt, in

_sich in s ich m

eingestellt werden, daß der Ringzähler beim Einschalten des Motors mit dieser vorgegebenen Anfangsfrequenz geschaltet und dadu/ch mit Sicherheit ein Anlaufen des Motors bewirkt wird. Der beispielsweise als Multivibrator ausgebildete Oszillator läuft also auch bei stehendem Motor mit einer relativ kleinen Betriebsfrequenz. Durch die Änderung der Betriebsfrequenz des Oszillators mit dem Hochlaufen des Gleichstrommotors wird die Zählgeschwindigkeit

des Ringzählers geändert, und es wird ein weiteres io chen Bezugsziffern wie in Hochlaufen des Gleichstrommotors bis zu einer ge- F i g. 1 verwendet sind. Die

wünschten Drehzahl erreicht, die durch eine zusatz- den Oszillator 13 und den _-. , , . ,

liehe Drehzahlregelschaltung bestimmt werden kann. eine Kopplungsstufe 19' f^mandwverbunden smd Der Motor wird über seinen ganzen Anlaufbereich Der Oszillator 13 ist als MultiviDraior zwangläufig getaktet, und es tritt keine kritische 15 Seine die beiden Transistoren 131^Un(I _ Übergangsstelle zwischen zwei unterschiedlichen sende Schaltung ist eine Steuerungs- oder Regelungszuständ^n auf.

Bei einer günstigen Auslegung des Rückführungskreises eines an eine von der Drehzahl des Motors abhängige Spannung gelegten Oszillators kann man 20 men ein BelriebsverhaUen des Gleichstrommotor* erreichen, das näherungsweisc dem Betriebsverhalten von Gleichstrom-Nebenschlußmotoren entspricht.

tung und braucht daher nicht näher erläutert zu wer den Der Oszillator ist an die Gleichspannungsquell angeschlossen, von welcher nur die AnschhißkLn> men 111 und 112 dargestellt sind. Der Oszillator 13 weist einen Steuereingang 133 und einen Signalauvgang 134 auf, welch letzterer mit dem Eingang 19,

Bei einer Steuerung des Oszillators über eine (RC-Stufe als Frequenzsteuerglied, unabhängig von der augenblicklichen Drehzahl des Motors, kann bei einer günstigen Wahl der Zeitkonstante der #C-Stufe eine ausreichend langsame Erhöhung der Bwtriebsfrequenz des Oszillators erreicht werden, so daß der

bis 103 der

den induzierte

der aus zwei Transistoren 191 um. 192 bestehender Koppelungsstufe 19 verbunden ist.

Der Ringzähler 12 besteht aus drei gleichen SU=- fe-n die in an sich bekannter Weise als Kippstufen jeweils aus zwei Transistoren 121 und 122 gebildet sind Jede Stufe steuert einen Leistungstransistor 2«, 21 oder 22, dessen Kollektor-Emilter-Strecke m

Motor dieser Frequenzänderung mit Sicherheit fol- 30 Reihe mit einem der Wicklungsstränge 101 102 oder gen kann. Auf diese Weise läßt sich ein Synchronver- 103 der Ankerwicklung des Gleichstrommotors an halten des Gleichstrommotors erreichen. die Glcichspannungsquelle gelegt ist. Die muil1. u^

Einzelheiten über die Erfindung ergeben sich aus Ringzähler·, 12 sperren oder schließen de Leistunj.-der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit transistoren 20 bis 22 und steuern somit^ die Gle.chder Zeichnung, auf der ein Ausführungsbeispiel eines 35 stromversorgung der einzelnen1 Wicklungsstrange .ui erfindungsgemäß ausgebildeten kollektorlosen bis 103 in der gewünschten Jrolge. Gleichstrommotors dargestellt ist. Im einzelnen zeigt Die in den Wicklungsstrangen IUl

F i g. 1 ein das Grundprinzip der Steuerschaltung Ankerwicklung des Gleichstrommotors durcn erläuterndes Blockschaltdiagramm, umlaufenden Permanentmagnetrotor

F ig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer Motorsteucr- 40 Spannung wird jeweils über eine Diode ζ j dusguMjpschaltung gemäß der Erfindung. pell und über die Rückführungsleitung 15 aut den

^{bb B} - Steuereingang 131 des Oszillators 13 gegeben Die

auf der Rückführungsleitung 15 auftretende Spannung ist also abhängig von der Drehzahl des Gleichstrommotors. und diese Spannung bewirkt eine von ihrer Größe abhängige gleichsinnige Änderung der Betriebsfrequenz des Oszillators 13, so daß also bei schneller werdendem Gleichstrommotor auch die Betriebsfrequenz des Oszillators und damit die Beiriebsfrequenz des Ringzählers 12 erhöht wird.

Die Drehzahl des Gleichstrommotors steigt so lange an, bis die an den Wicklungssträngen 101 bis 103 induzierte Spannung einen Wert erreicht hat, die

uuci cmc Ru^u₁HUUp₁U₁U₁₁B χ- „μ« — v^., der Durchbruchspannung einer Zcnerdiodc 24 entder Drehzahl des Gleichstrommotors 10 abhängiges ₅₅ spricht, die in Reihe nut einer Gleichncmeraiode za Steuersignal, nämlich ein Signal mit einer von der zwischen das innere Ende einer btrangwicKiung lui Drehzahl des Gleichstrommotors abhängigen Span- bis 103 und eine zweite Rückfuhrungsleitung 17 genung oder abhängigen Frequenz, über die Drehzahl- kvl ist. Die zweite Rückführungsleitung 17 ist mit begrenzungsschaltung 14 auf den Oszillator 13 gege- dem Eingang 193 der Koppelungsstufe 19 verbunben, der dadurch in seiner Betriebsfrequenz geändert 60 den, liegt also zusammen mit dem Ausgang lij. des wird und über die Kopplungsleitung 16 Fortschalt- Oszillators 13 an dieser Koppelungsstute. Dadurcn signale für den Ringzähler 12 mit entsprechend geän- wird mit Erreichen der Schwellspannung praktiscn derter Frequenz liefert. Die Schaltung kann außer- ein Abschalten des Oszillators 13 vom Ringzanlei IZ dem eine zweite Rückführungsleitung 17 aufweisen, bewirkt, und der Ringzähler wird mit der durch die mit welcher drehzahlabhängige Synchronisiersignale 65 augenblickliche Motordrehzahl bestimmten frequenz unmittelbar auf den Ringzähler 12 unter Umgehung der in seinen Wicklungsstrangen induzierten bpandes Oszillators 13 geliefert werden können. nung betrieben.

Das in F i g. 1 dargestellte Blockschaltdiagramm zeigt einen kollektorlosen Gleichstrommotor 10 der eingangs beschriebenen Art, eine Gleichspannungsquelle 11 und als Teile der Motorsteuerschaltung einen Ringzähler 12 und einen Oszillator 13. Dem Oszillator 13 ist tine Drehzahlbegrenzungsschaltung 14 zugeordnet.

Der Gleichstrommotor 10 ist rrit η Ankcr.vicklungssträngen ausgebildet, und der Ringzähler 12 weist entsprechend /! einzelne Stufen auf. Jedem der η Wicklungsstränge ist also eine der η Stufen des Ringzählers zugeordnet.

Über eine Rückführungsleitung 15 wird ein von

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

l 2 stehen, der auf entsprechend dsn Wickluagssträngen Patentansprüche: gleichmäßig über den Umfang des Motors verteilt

1. Kollektorloser Gleichstrommotor mit einem angeordnete Feldplatten oder Hall-Generatoren ein-Permanentmagnetrotor, einer stationären mehr- wirkt und deren Widerstandswerte verändert (s. Siepoligen Ankerwicklung mit mehreren Wicklungs- 5 Jiens-Zeitschrift 1966, S. 690 bis 693). Es sind aber strängen, die jeweils über einen von einer elektro- auch mit Schleifkontakten versehene Hilfskollektonischen Steuerschaltung beeinflußten Leistungs- ren bekannt, die ein hohes Anlaufdrehmoment getransistor an eine Gleichspannungsquelle gelegt währleisten und bei denen nach Erreichen einer besind, und mit einem Schwingungserzeugenden stimmten Drehzahl die Schleifkontakte durch Flieh-Ringkreis in der Steuerschaltung, d a d u r c h χα kraft vom Hilfskollektor abgehoben werden (s. Fachgekennzeichnet, daß als Ringkreis ein zeitschrift ETZ-B, 1963, S. 173; USA.-Patentschrift Ringzähler (12) verwendet ist, dessen Stufen je- 2 753 501).

weils einen der Leistungstransistoren (20 bis 22) Durch die britische Patentschrift 1 131 759 ist ein

steuern, und der seine Zählsignale von einem Os- kollektorloser Gleichstrommotor der eingangs ge-

zillator (13) mit einer in Abhängigkeit einer Mo- 15 nannten Art bekannt, bei welchem in dem Ringkreis