DE2252727A1 - Kollektorloser gleichstrommotor - Google Patents

Description

PAPST - MOTOREN KG 19.1ο.1972 D - 7742 ST.GEORGEN/SCHWARZWALD o55-Rai/HDP/La Karl-Maier-Straße 1

Kollektorloser Gleichstrommotor (Zusatzanmeldung zur Patentanmeldung P 22 25 442.8)

Die Erfindung betrifft einen kollektorlosen Gleichstrommotor mit einem permarientmagn.etischen Rotor, welcher Motor eine im Betrieb ein Lücken aufweisendes Drehmoment erzeugende ein-' strängige Wicklung und Mittel zum Speichern von magnetischer Energie zur Überwindung dieser Momentenlücken aufweist_s nach Patentanmeldung P 22 25 442,8.

Die Erfindung nach dem Hauptpatent vereinfacht den Aufbau von kollektorlosen Gleichstrommotoren und der zugehörigen Schaltung ganz wesentlich. Z.B. benötigt der in der Siemens-Zeitschrift 1966, S. 690-693 beschriebene Motor zum Erzeugen eines Drehfelds vier getrennt ansteuerbare Wicklungen, zu deren kontaktlosen Ansteuerung man zwei Hallgeneratoren und wenigstens vier Leistungstransistoren benötigt. Nach der Erfindung "benötigt ein solcher Motor nur zwei Stranghälften, einen einzigen Hallgenerator und zwei Leistungstransistoren.

Aus der genannten Literaturstelle ist es bekannt, zur Drehzahlregelung eines solchen Motors mittels einer Einweg-Gleichrichterschaltung von den vier Wicklungen eine Spannung abzunehmen, deren Restwelligkeit im dortigen Fall relativ klein ist und die sich deshalb gut für Regelzwecke eignet.

Bei Motoren nach dem Hauptpatent führt diese Schaltung jedoch zu keiner geeigneten Lösung, da man hierbei durch eine Einweg-

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Gleichrichterschal'tung eine äußerst wellige Spannung erhält, die sich für Regelzwecke nicht eignet. Für einen Drehzahlregler wirkt nämlich die Welligkeit eines ihm zugeflihren drehzahlabhängigen Signals wie eine entsprechende Drehzahlschwankung, und der Drehzahlregelung ist deshalb ständig bestrebt, durch Regelvorgänge diese ihm vorgetäuschten Drehzahl Schwankungen auszuregeln. .

Es 1st deshalb eine Aufgabe der Erfindung hier eine Verbesserung zu schaffen.

Nach der Erfindung wird dies bei einem eingangs genannten Motor dadurch erreicht, daß Schaltglieder zum Abnehmen der in der jeweils stromlosen Stranghälfte induzierten Spannungen vorgesehen sind, daß der Wechselspannungsanteil der abgenommenen, welligen Spannung in seiner Phasenlage, vorzugsweise um etwa 18o°, geändert wird, und daß die in der Phasenlage geänderte und vorzugsweise mindestens teilweise geglättete Spannung zur Drehzahlregelung verwendet wird, um den Strom in den Stranghälften jeweils bei zunehmender induzierter Spannung einzuschalten. Auf diese Weise wird die Welligkeit der abgenommenen Spannung in sehr günstiger Weise dazu ausgenützt, um z.B. eine Art Impulsbreitenmodulation der in den Stranghälften fließenden Ströme zu erzielen und um die Stromimpulse gerade dann fließen zu lassen, wenn sich ein großer Wirkungsgrad ergibt. Wesentlich ist aber vor allem, daß das Strommaximum im richtigen Zeitpunkt auftritt; dies ist in gleicher Weise bei einer regelabhängigen Amplitudenänderung des Stromes möglich.

In besonders vorteilhafter Weise wird dabei der Motor so ausgebildet, daß zur Änderung der Phasenlage eine mehrstufige Siebkette vorgesehen ist. Eine Siebkette bietet nämlich den Vorteil einer sehr guten Regeldynamik. Im Vergleich zu einem

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einzelnen größeren Kondensator, wie man ihn sonst zur Glättung verwenden würde, ermöglicht eine mehrstufige Siebkette eine bessere Trennung.zwisehen der unerwünschten Wenigkeit der abgenommenen Spannung und jenen Änderungen der induzierten Spannung, die durch Abweichungen der Drehzahl vom Sollwert entstehen und. auf die der Regler möglichst rasch reagieren soll.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel.

Es zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch einen erfindURgsgemäßen kollektorlosen Gleichstrommotor, gesehen längs der Linie I-I der Fig. 2; in Fig. 1 sind auch elektronische Schal telernen te für den Betrieb des Motors schema-.ti sch dargestellt»

Fig. 2 einen Längsschnitt» gesehen längs der Linie LI-II der Fig. 1 durch den Motor nach Fig. 1,

Fig. 3a einen- Schnitt, gesehen längs der Linien III-III der Fig. 1, in vergrößertem Maßstab,

Fig. 3b eine andere ÄusführungsforiTi der zur Energiespeicherung dienentien ferromagneticchen Elemente;; diese Darstellung entspricht einem Ausschnitt aus Fig.1,

Fig. 3c einen Schnitt, gesehen längs der Linien IIIc-IIIc der Fig. 3b,_r

Fig. 4 eine schematische Dra-u.f si ent auf einen Teil des . Permanentmagnetrotors nach den Fig-. 1 urvd 2, gesehen

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längs der Linie IV-IV der Fig. 1; Achse und Trageteile sind hier nicht dargestellt, und die Fig. ist in einem etwas kleineren Maßstab gezeichnet als die Fig. 1 und 2,

Fig. 5 ein Schaubild mit Diagrammen zur Erläuterung der Wirkungsweise, und

Fig. 6 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Regelschaltung.

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine aus einem isolierenden Werkstoff bestehende Platte lo, welche Ausnehmungen aufweist, in denen zwei eisenlose Flachspulen 11 und 12 befestigt sind, welche sich diametral gegenüberliegen. Die Platte lo, die auch die (nicht dargestellten) Schaltungselemente des Motors trägt, weist vier Befestigungslöcher 13 auf. In ihrer Mitte befindet sich eine Ausnehmung 14, durch welche eine Welle 15 ragt, die an ihrem unterem Ende in (nicht dargestellten) Lagern gelagert ist. Wie Fig. 2 zeigt, sind auf dieser Welle, durch eine Distanzhülse 2o in einem genau vorgegebenen Abstand voneinander gehalten, zwei Weicheisenscheiben 16 und 17 befestigt, auf denen axial polarisierte Ringmagnete 18 bzw. 19 befestigt sind. Die genaue Form der Polarisierung des Ringmagnets 18, welche zu derjenigen des Ringmagnets 19 spiegelbildlich ist, geht aus Fig. 4 hervor. Danach verlaufen die Pollücken 22 hier nicht genau radial nach auswärts, sondern unter einem Winkel alpha zu einem gedachten Radiusvektor 23, welcher durch die jeweilige Pollücke 22 verläuft. In Fig. 4 ist die ungefähre Richtung der Längsachse einer Pollücke 22 mit 24 bezeichnet. Da sich der Rotor 26, der im wesentlichen aus den Teilen 16 bis 2o sowie der zugeordneten Welle besteht, in Richtung des Pfeiles 25 (Fig. 1 und 4) bewegt, erkennt man, daß die Pollücken 22 entgegen ,der Drehrichtung gegen-

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über dem Radiusvektor 23 verdreht sind. Bei der in Fig. 4 dargestellten bevorzugten Ausführungsform sind die Pollücken 22 außerdem noch in einer Weise gekrümmt, welche aus der zeichnerischen Darstellung klar hervorgeht.

Die Flachspulen 11 und 12 sind in Ausnehmungen der Platte Io befestigt. Wie Fig. 1 schematisch zeigt, sind beide Spulen 11 und 12 durchgehend aus zwei parallelen,*jeweiIs eine Stranghälfte bildenden Leitern 27 (durchgehende Linien) und 28 (gestrichelte Linien) gewickelt. Es handelt sich also um eine sogenannte bifilare Wicklung. Der Leiter 27 beginnt an einem Anschluß A, der aus der Spule 11 herausgeführt ist, und erstreckt sich ausgehend hiervon entgegen dem Uhrzeigersinn durch die Spule 11; daran anschließend erstreckt sich dieser Leiter 27 zur Spule 12, die er im Uhrzeigersinn durchläuft, und zwar bis zu einem aus der Spule 12 herausgeführten Anschluß E. Jede Spule hat eine Vielzahl von Windungen.

In genau derselben Weise erstreckt sich parallel zum Leiter der Leiter 28 von .einem Anschluß A¹ an der Spule 11 zu einem Anschluß E¹ an der Spule 12.

Neben der Flachspule 12 ist ein Hall-Generator 42 befestigt. Er liegt etwa auf einem Radiusvektor 37, welcher unter ca. 45° (9o° elektrisch) zur Verbindungslinie der beiden Spulen 11 und 12 verläuft. -

Ferner sind auf der der Drehrichtung entgegengesetzten Seite der Spule 11 und an sie anschließend zwei ferromagnetische Elemente 45 und 46 angeordnet, welche wie dargestellt nebeneinanderliegen, aber einen Abstand voneinander aufweisen, der von ferromagnetischen Teilen frei ist. Die Form der (identischen) Elemente 45 und 46 geht klar aus Fig. 3a hervor. Sie werden zweckmäßig durch Feinstanzen (ein besonders genaues Stanzverfahren) aus Weicheisenblech hergestellt und sind zu ihrer in Fig.3a

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mit 47 bezeichneten Längsachse symmetrisch. An ihrem der Drehrichtung zugewandten stumpfen Ende 48 haben sie jeweils Anfa -sungen 49; hieran schließt sich ein Abschnitt 5o von etwa konstanter Dicke an, und dieser Abschnitt bildet auf seinen beiden Seiten gleichgroße Luftspalte 51 und 52. Es liegt dabei auf der Hand, daß auch bei sorgfältigster Montage diese Luftspalte 51 und 52 meist nicht genau identisch sein können. Durch Aufbau und Anordnung dieser Elemente 45,46 werden aber die nächteiligen Folgen solcher Asymmetrien gemildert, um die Laufruhe des erfindungsgemäßen Motors möglichst groß zu machen. - Anschließend an den Abschnitt 5o folgt die keilförmig sich verjüngende Spitze 53, weiche ganz vorne mit einer Rundung 54 abschließt, die in eine entsprechende hohle Rundung 55 der Platte Io eingerastet 1st. Zweckmäßig werden die ferromagnetischen Elemente 45 und 46 meist noch mit der Platte Io verklebt, was gleichzeitig mit dem Verkleben der Spulen 11 und 12 erfolgen kann. Dabei läßt man zweckmäßig die Unterseite der Elemente 45, 46 mit der Unterseite der Platte Io fluchten, wie das Fig. 3a klar zeigt*

Die Fig. 3b und 3c zeigen eine andere, noch einfachere erfindungsgemäße Ausgestaltung und Anordnung der dort mit 45' und 46' bezeichneten ferromagnetischen Teile. Gleiche oder gleichwirkende Teile wie in den vorhergehenden Figuren sind in den Flg. 3b und 3c mit denselben Bezugszeichen bezeichnet und werden nicht nochmals beschrieben. Auch bei dieser Anordnung erhält man eine Milderung der Folgen von Asymmetrien, wie Sie zuvor bei Fig. 3a beschrieben wurde.

Wie aus Fig. 3c hervorgeht, sind die (miteinander identischen) Teile 45' und 46' etwa rechteckförmig ausgebildet und sowohl zu ihrer Längsachse 47 wie zu ihrer Querachse 44 symmetrisch, so daß sich eine sehr einfache Herstellung ergibt, z.B. ebenfalls durch Feinstanzen. An ihren vier Ecken sind sie mit gleichen Anfasungen 49 versehen. Sie bilden auf beiden Seiten gleich

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große Luftspalte 51 und 52. Beide Teile sind mit der Platte Io verklebt, und ihre Unterseite fluchtet mit der Unterseite der Platte Io.

Bei dieser Ausführungsform ergibt sich eine andere Winkellage der beiden Teile zueinander. Während das Teil 45' die gleiche Lage hat wie das Teil 45 in Fig. 1, liegt das Teil 46' etwa tangential zum Ringmagnet 18, wie das Fig. 3b klar zeigt. Z.B. beträgt bei Fig. 3a der Winkel zwischen den Teilen 45 und 46 etwa lo... 15° , während bei Fig. 3b der Winkel zwischen den Teilen 45' und 46' etwa 3o bis 5o° beträgt. Dies ist eine Folge der anderen Formgebung gemäß Fig. 3c. Die Befestigung ist bei Fig. 3b ersichtlich in einfacherer Weise möglich, da die Teile 45' und 46' weiter auseinanderliegen.

Die Längsachsen der Elemente 45 und 46 (bzw. 45' und 46') schneiden sich also und die Spitze (56 in Fig. 1) ihres Schnittwinkels ist der Drehrichtung 25 zugewandt. Hierdurch wird es möglich, beide Elemente innerhalb eines gedachten sphärischen Dreiecks mit den Eckpunkten 57, 58 und 59 unterzubringen, wobei die Eckpunkte 57 und 58 auf dem Rand der Spule 11 und der Eckpunkt 59 auf der strichpunktierten Linie liegt, welche den äußeren Rand des Ringmagneten 18 andeutet. Auf diese Weise ninimt das Volumen dieser der Elemente, das zur Speicherung magnetischer Energie dient, ausgehend von der Basislinie 57-58 des gedachten Drei-, ecks in Richtung" zu seiner Spitze 59 hin ab, wobei das Element 45 bzw. 45' etwa parallel zur Basislinie liegt, so daß dort das größere Speichervolumen liegt. Ersichtlich ergeben sich im Rahmen dieser Überlegungen vielfältige konstruktive Möglichkeiten für die Anordnung der ferromagnetischen Elemente. Zum Beispiel könnte man auch Stifte (nach Art von Nägeln ohne Köpfe) aus Weicheisen in die Platte Io einschießen und mit diesen Stiften, die jeweils einen bestimmten Abstand voneinander aufweisen, das

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gedachte Dreieck zwischen den Punkten 57, 58 und 59 so ausfüllen, daß sich der gewünschte Momentenverlauf ergibt» wobei auch die Höhe der einzelnen Stifte variiert werden kann, z.B. so, daß diese Höhe in Richtung zum Punkt 59 hin abnimmt. Dabei müßtenauch diese Stifte symmetrisch im Luftspalt angeordnet werden.

Aus Fig. 1 erkennt man ferner, wie nach der Lehre des Hauptpatents die Pollücken 22 jeweils etwa senkrecht zu dem magnetisch aktiven Spulenabschnitt 33 bzw. 36 verlaufen, dagegen praktisch parallel zu dem magnetisch aktiven Spulenabschnitt 34, bzw. 35. Hierdurch wird es nach der Lehre des Hauptpatents ermöglicht, die ferromagnetische^ Elemente neben und nicht über oder unter der Flachspule 11 anzuordnen, da die Pollücken 22 so beim Vorbeilaufen an diesen Elementen gleichzeitig auch mit dem benachbarten, magnetisch aktiven Spulenteil (z.B. 33) in Wechselwirkung treten können, wie das Fig.l klar zeigt.

Wie in Fig. 1 dargestellt, sind zum Steuern des Stretes in den beiden Leitern 27 und 28 zwei Transistoren 63 bzw. 64 vorfesehen, deren Emitter jeweils an einen Minuspol 65 einer Gleichspannungsquelle angeschlossen sind. Der Kollektor des Transistors 49 ist mit dem Anschluß A des Leiters 27, der Kollektor des Transistors 64 mit dem Anschluß E¹ des Leiters 28 verbunden. Die Anschlüsse A¹ und E sind jeweils mit dem Pluspol 66 der Gleichspannungsquelle verbunden. Die Basis des Transiiors 63 und die Basis des Transistors 64 sind jeweils an einen der Steuerausflnf« des Hall-Generators 42 angeschlossen, dessen beide anderen Änscilüsse an den Minuspol 65 und - über einen Einstenwiderstand §7 -an den Pluspol 66 der Gleichspannungsquelle angeschlossen sind.

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Fig. 5 erläutert in den obersten drei Reihen die Wirkungsweise des Motors nach den Fig. 1 bis 4. Dort ist in der zweiten Reihe mit 75 eine Kurve bezeichnet, welche das durch den Strom in den Leitern 27 und 28,erzeugte Drehmoment darstellt, das bei laufendem Motor im Rotor 26 erzeugt wird. Wie man klar sieht, treten im Momentenverlauf Lücken auf, die in Fig. 5 und 76 bezeichnet sind. Diese Momentenlücken 76 sind deshalb unerwünscht, weil sie in ungünstigen Fällen den Anlauf des Motors verhindern und im Betrieb ein ungleichmäßiges Drehmoment ergeben.

Durch die Hilfe der Formstücke 45 und 46 bzw. 45' und 46' gespeicherte magnetische Energie wird ein zusätzliches Reluktanz-Drehmoment erzeugt, dessen Form in Fig. 5 in der ersten und zweiten Reihe dargestellt und mit 77 bezeichnet ist. Es hat die in Fig. 5 dargestellte unsymmetrische Form. Dabei gilt, daß die Fläche 78 jeweils der Fläche 79 entspricht. Die untere Begrenzung der Fläche 78 stellt ein Bremsmoment dar, die obere Begrenzung der Fläche 79 dagegen ein positivesj also antreibendes Drehmoment. Mit 8o ist das Summenmoment bezeichnet, das sich durch die überlagerung der Momentenkurven 77 und 75 ergibt; bei geeigneter Bemessung kann dieses Summenmoment über dem gesamten Drehwinkel praktisch konstantgehalten werden.

Durch die Ausführung der einsträngigen Wicklung aus zwei parallelen Leitern wird erreicht, daß auf den Rotor 26 ein praktisch sym·* metrisches Drehmoment ausgeübt wird, welches die Lager des Rotors nicht mit einseitigen Kräften belastet. Ferner wird erreicht,daß die auf den Rotor wirkenden axialen magnetischen Kräfte ebenfalls symmetrisch sind und daher die Laufgeräusche eines solchen Motors besonders klein werden.

Legt man in der in Fig. 1 dargestellten Weise an den Kollektor

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des Transistors 63 eine Diode 68 und an den Kollektor des Transistors 64 eine Diode 69 und führt deren Kathoden an einen Punkt 7o, so erhält man an diesem Punkt eine Spannung Uy , deren Verlauf in Fig. 5 in der untersten Reihe dargestellt ist. Diese Spannung, deren Betrag der Drehzahl des Motors proportional ist, hat, wie dargestellt, eine große Welligkeit. Würde man fit dem Transistor 63 nur die Spule 11 und mit dem Transistor 64 nur die Spule 12 schalten und bei einer solchen Schaltung in der gleichen Weise mit den Dioden 68 und 69 die induzierte Spannung abnehmen, so könnte es bei Unsymmetrien im Motoraufbau vorkommen, daß die in den Einzelspulen induzierten Spannungen starke Unsymmetrien aufweisen, wie dies in Fig. 5 durch die strichpunktierte Linie 71 dargestellt ist, die um einen Betrag A u größer ist als der Spitzenwert ö der induzierten Spannung in der anderen Spule. Bei einer Regelschaltung wäre eine solche Unsymmetrie sehr unerwünscht und würde zu zusätzlichen Glättungsmaßnahmen zwingen, die aber recht schwierig durch-zuführen wären weil diese Unsymmetrien dieselbe niedrige Frequenz haben wie die Taktfrequenz eines der Transistoren 63 oder 64, also die Maschinenfrequenz des Motors, während eine Spannung U₇. mit untereinander identischen induzierten Spannung eine höhere Grundfrequenz hat, welche doppelt so groß ist wie diese Taktfrequenz und daher wesentlich leichter geglättet werden kann. Durch die erfindungsgemäße Ausbildung, bei der die Induzierten Spannungen u, jeweils in beiden Spulen 11 und 12 induziert werden, erreicht man eine äußerst gleichmäßige Form der induzierten Spannungswellen, so daß man diese für Regelzwecke verwenden kann, insbesondere bei Anwendung einer phasenschiebenden Siebkette.

Wie aus Fig. 5 hervorgeht, hat die induzierte Spannung U₇ zwar gleichförmige Wellen, doch ist ihre Welligkeit außerordentlich groß. Außerdem ist diese Welligkeit für eine Drehzahlregelung mit üblichen Reglern nicht geeignet, was sich wie folgt erklären läßt:

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Ein üblicher Drehzahlregler ist so ausgelegt* daß er dann den Strom im Motor erhöht oder überhaupt einschaltet;, wenn die. seinem Eingang zugeführte drehzahl abhängige Spannung (der sogenannte Istwert) unter einen vorgegebenen Wert abgesunken ist. Dies ist bei der Spannung U₇ (Fig. 5) z.B. zwischen den Zeitpunkten t, und t- der Fall, ebenso zwischen den Zeitpunkten t^ und t« etc.. Ein konventioneller Drehzahlregler würde also dem zu regelnden Motor jeweils zwischen den Zeitpunkten t, und t₂ einen Strom zuführen, dann zwischen t- und t» etc.. . Wie man aber aus Fig. 5 ohne weiteres erkennt, benötigt ein erfindungsgemäßer einsträngiger Motor seinen Speisestrom zu ganz anderen .Zeitpunkten, nämlich z.B. zwischen den Zeitpunkten t₂ und to, wie sich das aus dem Verlauf,der Momentenkurve 75 in Fig. 5 ergibt. Denn nur in diesem Zeitbereich liegen die stromdurchflossenen Leiter im Erregerfeld. Aus Gründen des Wirkungsgrades ist außerdem zu fordern, daß der Strom in den Motorwicklungen bevorzugt jeweils dann fließt, wenn die induzierte Spannung Uj₀ sich im Bereich ihres Maximums befindet. Diese bevorzugten Bereiche sind in F ig". 5 mit T, und Tp bezeichnet.. Ein konventioneller Regler verringert aber in diesen Bereichen den Strom im Motor auf einen möglichst kleinen Wert, da diese Spannungsspitzen dem Regler anzuzeigen scheinen, daß die Drehzahl des zu regelnden Motors über dem Sollwert liegt. Man kann mit anderen Worten auch sagen, daß ein konventioneller Regler hier durch die Welligkeit des verfügbaren Signals getäuscht wird,

Fig. 6 zeigt, wie nach der Erfindung dieses Problem gelöst und bei einem erfindungsgemäßen einsträngigen Motor eine qualitativ hochwertige Regelung ermöglicht wird. Gleiche oder gleichwirken· de Teile werden in Fig, 6 mit den gleichen Bezugszeicheji bezeichnet wie in den vorhergehenden Figuren und nicht nochmals beschrieben. .

Der zwischen dem Hall generator 42 und der PI umleitung 66 lie-

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gende variable Widerstand 67 (Fig. 1) ist hier ersetzt durch einen Festwiderstand 83 in Serie mit der Emitter-Kollektor-Strecke eines Transistors 84.

Die an dem Punkt 7o liegende wellige Spannung iu wird einer phasenschiebenden Siebkette zugeführt, und zwar über einen Spannungsteiler mit einem Potentiometer 86 und einem damit in Reihe liegenden NTC-Widerstand 87. Der Widerstand 87 dient zu Kompensation der temperaturabhängigen remanenten Induktion der beiden Ringmagneten 18 und 19, welche Induktion mit steigender Temperatur abnimmt. Dies bewirkt ein Absinken der induzierten Spannung U₇ am Punkt 7o mit zunehmender Temperatur. Der NTC-Widerstand 87 kompensiert diesen Vorgang und dient somit dazu, die Drehzahl des Motors unabhängig von der Temperatur konstantzuhalten.

Die phasenschiebende Siebkette 85 besteht beim vorliegenden Ausführungsbeispiel aus drei in Reihe geschalteten R-C-Gliedern, von denen das erste gebildet wird von den Widerständen 86, 87 und einem Kondensator 88, das zweite von einem Widerstand 89 und einem Kondensator 9o, und das dritte von einem Widerstand 93 und einem Kondensator 94. Zwischen dem Kondensator 88 und dem Kondensator 9o liegt eine Zenerdiode 95, deren Anode über einen Widerstand 96 mit der Minusleitung 65 verbunden ist.Diese Zenerdiode bewirkt, daß das Potential am Punkt 7o, welches positiver ist als das Potential am Punkt 66, um einen konstanten Betrag in negativer Richtung verschoben wird, so daß das Potential an der Anode der Zenerdiode 95 kleiner ist als das Potential der Leitung 66.AIs typische Werte für die Siebkette 85 können z.B. angegeben werden: Kondensator 88, 9o und 94: Je 1 Mikrofarad. Widerstände 86: 1 kOhm, 89: 2 kOhm, 93: 20 kOhm. Eine solche Siebkette bewirkt zum einen eine Phasenverschiebung der Phase der Spannung U₇₀ (Fig. 5) um etwa 180°, wobei es sich ge-

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zeigt hat, daß die Kondensatoren ziemlich große Toleranzen haben können. Die Siebkette 85 bewirkt ferner eine Glättung der stark welligen Spannung iu , so daß man an dem mit 97 bezeichneten Ausgang der Siebkette 85 eine-Spannung U₉₇ erhält, wie sie in Fig. 5-dargestellt ist. Größe und Phasenlage dieser Spannung Ug₇ sind durch die Dimensionierung der Siebkette 85 festlegbar.

Diese Spannung U₉₇ wird der Basis eines pnp-Transistors 100 zugeführt, dessen Emitter an der Plusleitung 66 liegt, während sein Kollektor über einen Widerstand 101, ein.en Verbindungspunkt 102 und einen Widerstand 103 mit der Minusleitung 65 verbunden ist; Der Punkt 102 ist seinerseits mit der Basis des Transistors 84 verbunden.

Wie man ohne weiteres erkennt, bewirkt ein Negativwerden des Punktes 97 gegenüber der Plusleitung 66, daß.der Transistor 100 und mit ihm auch der npn-Transistör 84 le.itend werden. Da die Spannung U₉₇ eine relativ geringe WelTigkeit haben kann, kann man den Ein- und Ausschaltvorgang sehr "weich" machen,wodurch sich die in Fig. 5 in der untersten Reihe dargestellte Form des Stromes in den Motorwicklungen 11 und 12 ergibt. Man erhält hierdurch einen ruhigen Lauf des Motors, sehr geringe Funkstörungen, und niedrige Spannungsspitzen beim Abschalten. Der Wirkungsgrad ist sehr gut, da die Wicklungen wie dargestellt gerade im Spannungsmaximum Strom erhalten. Falls der Ein- und Ausschaltvorgang schnell verlaufen sol.Ί, um Verluste in den Transistoren 63 und 64 zu vermeiden, kann dies ebenfalls durch entsprechende Dimensionierung der Siebkette 85 erreicht werden.

Falls gewünscht, kann auch eine Spannungskompensation vorgesehen werden, um die Drehzahl unabhängig von der Betriebsspannung zu machen. Eine solche Kompensationsschaltung ist z.B. in der ein-

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gangs genannten Literaturstelle beschrieben. Die beschriebene Schaltung arbeitet wie folgt:

Wenn die Drehzahl des Motors unterhalb der am Potentiometer eingestellten Solldrehzahl liegt, hat die induzierte Spannung U₇ einen relativ kleinen Wert, und deshalb ist auch der in Fig. 5 mit u bezeichnete Gleichspannungsanteil der geglätteten und phasenverschobenen Spannung Ug₇ relativ klein» so daß der Transistor 100 fast ständig an seiner Basis ein Potential erhält, das negativer ist als das Potential der Leitung 65.Deshalb sind der Transistor 100 und mit ihm der Transistor 84 ständig oder fast ständig leitend, und man erhält den in Fig. 5 in der untersten Reihe mit unterbrochenen Linien eingetragenen Stromverlauf, dem das oben eingetragene Antriebsmoment 75 entspricht.

Beim Erreichen der Solldrehzahl wird der Gleichspannungsanteil u so groß, daß die Basis des Transistors 100 teilweise positiver wird als sein Emitter. Während dieser Zeit sind die Transistoren 100 und 84 gesperrt, und der Hallgenerator 42 kann keine Hallspannung erzeugen, so daß auch die Transistoren 63 und 64 gesperrt bleiben. Erst wenn durch die Welligkeit der Spannung Ug₇ die Basis des Transistors 100 negativ relativ zum Emitter wird, wird dieser Transistor leitend und mit ihm der Transistor 84, so daß der Hai 1 generator 42 Strom erhält und je nach dem augenblicklichen magnetischen Feld am Hallgenerator 42 entweder der Transistor 63 oder der Transistor 64 leitend wird. Man erhält dann z.B. eine Stromkurve, wie sie in Fig. 5 in der untersten Reihe mit durchgehenden Linien ausgezogen ist.

Steigt die Drehzahl noch weiter an, so werden die Transistoren 100 und 84 dauernd gesperrt und dem Motor wird überhaupt keine

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Energie mehr zugeführt, so daß seine Drehzahl wieder sinkt.

Mit der erfindungsgemäßen Regelung wird also die Breite und/ oder Stärke der Strompulse beeinflußt. Man erhält auf diese Weise eine ausgezeichnete Regeldynamik und einen schnellen, überschwingfreien Hochlauf des geregelten Motors. Der Wirkungsgrad ist sehr gut, da die Stromimpulse in den Stranghälften die richtige Phasenlage relativ zur induzierten Spannung Uy haben. -

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Claims (1)

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   Patentansprüche

   Kollektorloser Gleichstrommotor mit einem permanentmagnetischen Rotor, welcher Motor eine im Betrieb ein Lücken aufweisendes Drehmoment erzeugende einsträngige Wicklung und Mittel zum Speichern von magnetischer Energie zur Überwindung dieser Momentenlücken aufweist, nach Patentanmeldung P 22 25 442.8, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltglieder (68, 69) zum Abnehmen der in der jeweils stromlosen Stranghälfte induzierten Spannungen vorgesehen sind, daß der Wechselspannungsanteil der abgenommenen, welligen Spannung (u_? ) in seiner Phasenlage, vorzugsweise um etwa 18o°, geändert wird, und daß die in der Phasenlage geänderte und vorzugsweise mindestens teilweise geglättete Spannung zur Drehzahlregelung verwendet wird, um den Strom in den Stranghälften (27, 28) jeweils bei zunehmender induzierten Spannung einzuschalten.

   2. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Änderung der Phasenlage eine mehrstufige Siebkette (85) vorgesehen ist.

   3. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Siebkette (85) mindestens zwei

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   hintereinandergeschaltete RC-Glieder (86, 8.8; 89, 9o,; 93, 94) aufweist.

   4. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Siebkette einen Pegelumsetzer, vorzugsweise in Form einer Zenerdiode (95), enthält.

   5. Kollektorloser Gleichstrommotor nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Siebkette (85) mindestens ein einstellbares Schaltelement (86) aufweist. ,

   6. Kollektorloser Gleichstrommotor nach mindestens einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Siebkette (85) einem Regelverstärker (loo),(84) vorgeschaltet oder in diesen integriert ist.

   7. Kollektorloser Gleichstrommotor nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein ' temperaturabhängiges Glied (87) zum Kompensieren der Temperaturabhängigkeit der remanenten Induktion des permanentmagnetischen Rotors (26) vorgesehen ist.

   8. Kollektorloser Gleichstrommotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stranghälften bifilar gewickelt sind.

   9. Kollektorloser Gleichstrommotor nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche,·dadurch gekennzeichnet,daß die Schaltglieder zum Abnehmen der in der jeweils stromlosen Stranghälfte induzierten Spannung als Mehrphasen-Einweggleichrichter (68), (69) ausgebildet sind.

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   Ιο. Kollektorloser Gleichstrommotor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Speichern magnetischer Energie als Teile aus ferromagnetischem Werkstoff ausgebildet sind, welche etwa rechteckförmig ausgebildet sind.

   11. Kollektorloser Gleichstrommotor, nach Anspruch lo, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsachsen der Teile aus ferromagnetischem Werkstoff einen Winkel miteinander einschliessen, dessen Spitze in Drehrichtung weist und dessen Größe vorzugsweise zwischen etwa 3o° und etwa 5o° liegt.

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