DE2217884A1 - Kollektorloser gleichstrommotor - Google Patents

Description

• Kollektorloser Gleichstrommotor Die Erfindung bezieht sich auf einen kollektorlosen Gleichstrommotor, insbesondere für zahnärztliche Zwecke, mit permanentmagnetischem Rotor, um den N, vorzugsweise N = vier, Ständerwicklungen jeweils um den Winkel (360/N)° gegeneinander versetzt angeordnet sind, sowie in Abhängigkeit von der Winkelstellung des Rotors ansprechenden magnetfeldabhängigen Steuergliedern zur Gewinnung von Einschaltsignalen für die einzelnen Ständerwicklungen.
• Bekannte Motoren der genannten Art enthalten Hallgeneratoren mit nachgeschalteten Schwellendiskriminatoren als Steuerglieder und arbeiten vorzugsweise entweder mit 900 oder 1800-Xommutierung, d.h. die Ständerwicklungen (insgesamt vier um 900 gegeneinander versetzte Ständerwicklungen) werden von den Steuergliedern so umgeschaltet, daß entweder sukzessive nach jeweils einer Rotordrehung von 900 eine andere Ständerwicklung eingeschaltet wird oder daß eine Ständerwicklung jeweils während einer Halbdrehung des Rotors (1800) vom Strom durchflossen wird, wobei benachbarte Ständerwicklungen jeweils während der Dauer einer Vierteldrehung (900) gleichzeitig erregt sind.
• Nachteilig bei der bekannten 900 Kommutierung ist, daß zur Erzeugung der 90 0-Einschaltsignale die Ansprechschwelle der Schwellendiskriminatoren auf einen bestimmten, von Null abweichenden Wert der Hallspannung eingestellt werden muß. Da die Hallspannung erheblich von der Empfindlichkeit des jeweils verwendeten Hallgenerators und auch vom Streumagnetfeld des Rotors abhängig ist, ergeben sich Schaltunsicherheiten im Augenblick der Umschaltung, die zu Umschaltlücken führen können, welche den Gleichlauf des Rotors beeinträchtigen.
• Bei der 180°-TLomLutierung sind als Schwellenwerte jeweils die praktisch störunanfälligen Nulldurchgänge der Hallspannung verwendet, womit sich wohl definierte Schaltwinkel ergeben und Umschaltlücken vermieden werden. Nachteilig ist jedoch, daß in den Überlappungsphasen zweier aufeinanderfolgender Einschaltsignale, in denen zwei Wicklungen gleichzeitig vom Strom durchflossen sind, trotz Stromverdoppelung die resultierende Durchflutung lediglich um den Faktor 3zÇ ansteigt. Dies trägt zu einer Verschlechterung des Motorwirkungsgrades bei.
• Aufgabe der Erfindung ist esj einen Motor der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem bei verhältnismäßig hohem Wirkungsgrad eine sichere, lückenlose Umschaltung der Ständerwicklungen gewährleistet ist.
• Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Steuerglieder in zeitlicher Aufeinanderfolge nach jeder (360/N)°-Drehung des Rotors und ,jeweils zwischen zwei Nulldurchgängen des Rotormagnetfeldes durch das entsprechende Steuerglied ein über eine Halbdrehung des Rotors (1800) andauerndes Steuersignal liefern und daß logiscne Verknüpfungsglieder für die Steuersignale vorgesehen sind, welche im Takt und jeweils während der Dauer zeitlich nacheinander auftretender (360/N)°-Steuersignalüberlappungspüasen die Einschaltsignale (UE1 bis UE4) für die aufeinanderfolgende Anschaltung der jeweiligen Ständerwicklungen erzeugen.
• Bei dem erflnaungsgemäßen Motor werden die Ständerwicklungen in Abhängigkeit von den störunanfälligen Nulldurchgängen des Rotormagnetfeldes durch die Steuerglieder umgeschaltet. Den Gleichlauf des Rotors beeinträchtigende Umschaltlücken können damit praktisch nicht auftreten. Durch die gleichzeitige Verknüpfung der 180'0-Steuersignale zu (360/N)°-Einschaltsignalen wird eine Überlappung der Erregungsphasen benachbarter Ständerwicklungen vermieden. Der geringere Strombedarf bei vergleichsweise relativ hoher Durchflutung bewirkt einen optimalen Wirkungsgrad.
• In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung werden zur Er-Beugung der Einschaltsignale von den sich jeweils während der Dauer einer (360/N)°-Drehung überlappenden Steuersignalen gespeiste UTND-Glieder verwendet. Zur Erzeugung einer optimalen Kraftwirkung zwischen Rotor und Ständerwicklungen sollen sich die entsprechenden Steuersignale ferner zwischen zwei Winkelstellungen des Rotors überlappen, die um jeweils + (180/N)° von der Rotorwinkelstellung abweichen, in der der Rotorfeldvektor und der Durchflutungsvektor der jeweils einzuschaltenden Ständerwicklung senkrecht aufeinander stehen. Die +(180/N)°-tjberlappung kann dabei auf einfache Weise durch räumliche Versetzung der Steuerglieder gegenüber den Ständerwicklungen erreicht werden.
• Anha:ld der Zeichnung wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung im folgenden beschrieben und seine Wirkungsweise erläutert: Die Fig. 1 zeigt schematisch den aus einem permanentmagnetischen Rotor 1 sowie aus N = vier gegeneinander um 900 versetzten Ständerwicklungen 2, 3, 4, 5 bestehenden Gleichstrommotor. Der Pfeil 6 am Rotor 1 gibt die Richtung der Rotormagnetisierung an.
• Zwischen den Wicklungen 2 und 5 bzw. 2 und 3 sind jeweils in 45 0-Abstand von den Wicklungen zwei mit der Spannung UO gespeiste Hallgeneratoren 7, 8 angeordnet, die in Abhängigkeit vom Drewinkel (? des Rotors 1 an ihren Ausgängen im wesentlichen sinusförmige Hallspannungen UA1, UA1', UA2, UA2( gemäß Fig. 2a liefern. Der Nullwert (Magnetfelddurchflutung durch Hallgenerator Null) der Spannungen beträgt dabei jeweils U0/2.
• Den Hallgeneratorausgängen sind ferner Schwellwertdiskriminatoren (Transistorschalter) 9 bis 12 nachgeschaltet, die Ausgangssignale (Steuersignale) U51 bis U54 gemäß Fig. 2b erzeugen, wenn die Hallspannungen ihren Nullwert Uo/2 überschreiten.
• Den Ständerwicklungen 2 bis 5 sind ferner UND-Glieder 13 bis 16 zugeordnet, wobei das UND-Glied 13 eingangsseitig durch die Steuersignale U51 und Us4, das UND-Glied 14 durch die Steuersignale U51 und US2, das UND-Glied 15 durch die Steuersignale U52 und U83 und das UND-Glied 16 durch die Steuersignale US3 und U54 gespeist wird. Jedes UND-Glied 13 bis 16 erzeugt während der Überlappungsphase der ihm zugeführten Steuersignale ein über 900 andauerndes Einschaltsignal UE1 bis UE4 für die über eine Verstärkerstufe 17 bis 20 (Transi-.
• storverstärker mit Leistungstransistorschalter) nachgeschaltete Ständerwicklung 2 bis 5. Der Verlauf der Einschaltsignale in Abhängigkeit vom Drehwinkel # des Rotors 1 ist in Fig. 2c dargestellt.
• Bei dem erfindungsgemäßen Motor können die Steuerglieder anstelle von Hallgeneratoren selbstverständlich auch sonstige auf ein Magnetfeld ansprechende Spannungserzeuger, wie »,B, Feldplatten, Magnetdioden od.dgl. enthalten. Bei insgesamt N Ständerwicklungen wären dann ebenfalls N solcher Spannungserzeuger jeweils zwischen den einzelnen Ständerwicklungen anzuordnen, Bei der Verwendung von Hallgeneratoren s-ind lediglich insgesamt N/2 solcher Bauelemente erforderlich.

Claims (6)

Patentansprüche

1.Kollektorloser Gleichstrommotor, insbesondere für zar£närzt he Zwecke, mit permanentmagnetischem Rotor, um den N, vorzugsweise N = vier, Ständerwicklungen jeweils um den Winkel (360/N)° gegeneinander versetzt angeordnet sind, sowie in Abhängigkeit von der Winkelstellung des Rotors ansprechenden magnetSeldabhängigen Steuergliedern zur Gewinnung von Einschaltsignalen für die einzelnen Ständerwicklungen, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß die Steuerglieder (7 bis 12) in zeitlicher Aufeinanderfolge nach jeder (360/N)°-Drehung des Rotors (1) und jeweils zwischen zwei Nulldurchgängen des Rotormagnetfeldes (6) durch das entsprechende Steuerglied ein über eine Halbdrehung des Rotors (1800) andauerndes Steuersignal (U51 bis Us4) liefern und daß logische Verknüpfungsglieder (13 bis 16) für die Steuersignale vorgesehen sind, welche im Takt und jeweils während der Dauer zeitlich nacheinander auftretender (360/N)o-Steuersignalüberlappungsphasen die Einschaltsignale (UEl bis UE4) für die aufeinanderfolgende Anschaltung der jeweiligen Ständerwicklungen(2 bis 5) erzeugen.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Einschaltsignale von den sich jeweils während der Dauer einer (360/N)°-Drehung überlappenden Steuersignalen gespeiste UND-Glieder (13 bis 16) verwendet sind.

3. Motor nch Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeicrmet, daß sich die entsprechenden Steuersignale zwischen zwei Winkelstellungen des Rotors (1) überlappen, die um jeweils +(180/N)° von der Rotorwinkelstellung abweichen, in der der Rotorfeldvektor und der Durchflutungsvektor der jeweils einzuschaltenden Ständerwicklung (2 bis 5) senkrecht aufeinander stehen.

4. Motor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur erzeugung der + (180/N)0-Überlappung die Steuerglieder gegenüber den Ständerwicklungen räumlich versetzt angeordnet sind.

5. Motor nach Anspruch 1 bis 4, mit vier gegeneinander um 90° versetzten Ständerwicklungen, dadurch gekennzeichnet, daß das jeweilige Einschaltsignal während der Überlappungsphase zweier zeitlich aufeinanderfolgender Steuersignale erzeugt wird.

6. Motor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Steuersignale zwei untereinander um 90° und gegenüber benachbarten Ständerwicklungen um 450 versetzte Hallgeneratoren (7, 8) mit nachgeschalteten, auf die Nulldurchgänge der Hallspannungen (UA1, UA2, UA1,> UA2') ansprechenden Schwellendiskriminatoren (9, 10, 11, 12) verwendet sind.