DE2309380A1

DE2309380A1 - COMMUTATORLESS DC MOTOR

Info

Publication number: DE2309380A1
Application number: DE19732309380
Authority: DE
Inventors: Kinzo Wada
Original assignee: Victor Company of Japan Ltd
Current assignee: Victor Company of Japan Ltd
Priority date: 1972-02-26
Filing date: 1973-02-24
Publication date: 1973-09-06
Also published as: DE2309380B2

Description

Kommutatorloser Gleichstrommotor Die Erfindung bezieht sich allgemein auf einen kommutatorlosen Gleichstrommotor und insbesondere auf einen kommutatorlosen Gleichstrommotor, bei dem durch die Ausgangsspannungen von Hallelementen gesteuerte Ströme durch Statorspulen geleitet werden.Commutatorless DC Motor The invention relates generally on a commutatorless DC motor and especially on a commutatorless one DC motor in which controlled by the output voltages of Hall elements Currents are passed through stator coils.

Bei einem bekannten kommutatorlosen Gleichstrommotor, in dem Hallelemente verwendet werden, werden Ströme von rechteckiger Wellenform mit gegeneinander versetzter Phase nacheinander durch entsprechende Statorspulen in diskontinuierlicher Weise hindurchgeleitet, um hierdurch ein rotierendes Magnetfeld auszubilden und den Rotor in Drehung zu versetzen. Dieser ständige Durchgang von rechteckförmigen Strömen durch die Statorspulen gibt Anlaß zu Änderungen bzw. Schwankungen im Drehmoment, wie unten beschrieben wird, so daß ein Vibrieren erzeugt wird, während der Rotor sich dreht.In a known commutatorless direct current motor in which Hall elements are used, currents with a rectangular waveform are offset from one another Phase one after the other through corresponding stator coils in a discontinuous manner passed through to thereby form a rotating magnetic field and the rotor to put in rotation. This constant passage of rectangular streams the stator coils give rise to changes or fluctuations in the torque, as described below so that vibration is generated while the rotor turns.

Als mögliche Maßnahmen zur Überwindung dieser Schwierigkeit sind beispielsweise die Verwendung eines Rotors von sehr großem Trägheitsmoment und die Verwendung eines Rotors mit einer großen Anzahl von Nuten denkbar. Diese Maßnahmen verlangen jedoch viel Material und erfordern ein Anlaßdrehmoment, das bedeutend großer als das Drehmoment im stetigen Zustand ist, zumal da die Anlaßdauer auf einem konstanten Wert gehalten wird. Infolgedessen wird der Aufbau des Motors verwickelt und bringt Nachteile mit sich, unter anderem hohe Kosten.Possible measures to overcome this difficulty are, for example the use of a rotor of very large moment of inertia and the use of a Rotors with a large number of slots conceivable. However, these measures require a lot of material and require a starting torque that is significantly greater than the torque is in the steady state, especially since the starting time is kept at a constant value will. As a result, the structure of the engine becomes complicated and has disadvantages themselves, among other things, high costs.

In diesem Sinne liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen kommutatorlosen Gleichstrommotor+ bei dem Hallelemente verwendet werden, zu schaffen, der die oben erwähnten Nachteile vermeidet.In this sense, the invention is based on the object of a commutatorless DC motor + where Hall elements are used to create the one above avoids the disadvantages mentioned.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist nach dem Grundgedanken der Erfindung ein kommutatorloser Gleichstrommotor vorgesehen, durch dessen Statorspulen Ströme von halbwelliger Sinusform hindurchgeleitet werden. Bei diesem erfindungsgemäßen Gleichstrom erfährt der Rotor eine glatte Drehung mit einem ständig konstanten Drehmoment und ohne Rotationsschwankungen.To solve this problem is according to the basic idea of the invention a commutatorless DC motor is provided through whose stator coils currents of half-wave sinusoidal shape are passed through. In this invention With direct current, the rotor rotates smoothly with a constant torque and without rotation fluctuations.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung werden bei einem kommutatorlosen Gleichstrommotor Ströme von rechteckiger Wellenform durch die Statorspulen während des Anlaufens des Rotors und Ströme von Sinusform durch die Statorspulen während der hochtourigen Drehung des Rotors hindurchgeleitet. Auf Grund dieser Maßnahme erfolgt der Anlauf in einem großen Drehmoment, und während des Laufs mit konstanter Drehzahl dreht sich der Rotor gleichförmig mit konstantem Drehmoment.According to a further feature of the invention are in a commutatorless DC motor currents of rectangular waveform through the stator coils during the starting of the rotor and currents of sinusoidal shape through the stator coils during passed through the high-speed rotation of the rotor. Because of this measure the start takes place with a high torque, and during the run with constant Speed, the rotor rotates uniformly with constant torque.

Ein anderes Merkmal der Erfindung besteht darin, daß ein kommutatorloser Gleichstrommotor mit einer Antriebs schaltung versehen ist, die dazu dient, Unterschiede in den Produktempfindlichkeiten und dergleichen einer Mehrzahl von Hallelementen zu "orrigieren und Ströme,von wechselnder Stärke durch die Statorspulen hindurchzuleiten.Another feature of the invention is that a commutatorless DC motor is provided with a drive circuit that serves to compensate for differences in the product sensitivities and the like of a plurality of hall elements to correct and currents, of varying strength, through the stator coils pass through.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der anhängenden Zeichnungen, in denen gleiche Teile mit gleichen Bezugszahlen und -zeichen versehen sind. In den Zeichnungen zeigen: Fig. 1 ein Diagramm zum Kenntlichmachen von Kräften, die zwischen Magnetfeldern erzeugt werden, die von den Statorspulen und dem Rotor eines Gleichstrommotors gebildet werden; Fig. 2 eine grafische Darstellung der Erzeugung des Drehmoments in einem koimutatorlosen Gleichstrommotor von bekannter Bauart; Fig. 3 eine Stirnansicht einer Ausführungsform eines kommutatorlosen Gleichstrommotors nach der Erfindung; Fig. 4 eine Seitenansicht, teilweise im Längsschnitt, des in Fig. 3 gezeigten Motors; Fig. 5 eine grafische Darstellung der Änderung in der magnetischen Flußdichteverteilung mit dem Drehwinkel dee Rotors bei dem Motor der Fig. 3; Fig. 6 ein Blockschema der wesentlichen Teile einer Ausführungsform einer Antriebsschaltung für einen kommutatorlosen Gleichstrommotor gemäß der Erfindung; Fig. 7 eine grafische Darstellung der Spannungs-Ausgangsstrom-Kennlinien der Antriebsschaltung der Fig. 6; Fig. 8a bis 8d Diagramm der Ströme von halbwelliger Sinusform, die durch die Statorspulen des Motors fließen; Fig. 9 ein Diagramm zum Kenntlichmachen des Drehmoments, das in einem kommutatorlosen Gleichstrommotor nach der Erfindung erzeugt wird; Fig. 10 ein Schaltungsschema einer Ausführungsform einer Antriebsschaltung für einen kommutatorlosen Gleichstrommotor nach der Erfindung; Fig. 11 eine grafische Darstellung der Wellenformen von elektromotorischen Kräften, die an den Spannungsklemmen eines Hallelements erzeugt werden; Fig. 12a bis 12d grafische Darstellungen der Wellenformen von Strömen, die durch die Statorspulen während des Anlassens und der langsamen Drehung des Rotors des erfindungsgemäßen Motors fließen; Fig. 13 eine grafische Darstellung der Wellenformen von Strömen, die durch die Statorspulen während der Drehung mit hoher Drehzahl und der Drehung mit konstanter Drehzahl des Rotors fließen; Fig. 14 ein Schaltungsschema als Beispiel für eine Abwandlung eines Teils der Schaltung der Fig. 10; Fig. 15 ein Schaltungsschema einer anderen Ausführunsform einer Antriebsschaltung für einen kommutatorlosen Gleichstrommotor gemäß der Erfindung; und Fig. 16 eine Schaltungsanordnung einer Abwandlung der Antriebsschaltung der Fig. 10.Further features and advantages of the invention emerge from the following Description of the accompanying drawings, in which like parts have like reference numerals and signs are provided. In the drawings: FIG. 1 shows a diagram for identification of forces generated between magnetic fields generated by the stator coils and the rotor of a DC motor are formed; Fig. 2 is a graphical representation the generation of the torque in a coimutatorless DC motor of known Design type; 3 shows an end view of an embodiment of a commutatorless direct current motor according to the invention; Fig. 4 is a side view, partly in longitudinal section, of the in Fig. 3 engine shown; Fig. 5 is a graph showing the change in magnetic Flux density distribution with the angle of rotation of the rotor in the motor of FIG. 3; Fig. 6 is a block diagram of the essential parts of an embodiment of a drive circuit for a commutatorless DC motor according to the invention; Fig. 7 is a graphic Representation of the voltage-output current characteristics of the drive circuit of Fig. 6; 8a to 8d are diagrams of the half-wave sinusoidal currents generated by the Stator coils of the motor flow; Fig. 9 is a diagram for identification of the torque in a commutatorless DC motor according to the invention is produced; 10 is a circuit diagram of an embodiment of a drive circuit for a commutatorless direct current motor according to the invention; Fig. 11 is a graphic Representation of the waveforms of electromotive forces applied to the voltage terminals of a Hall element are generated; 12a to 12d are graphical representations of the Waveforms of currents flowing through the stator coils during starting and the flow slow rotation of the rotor of the motor according to the invention; Fig. 13 a graphical representation of the waveforms of currents flowing through the stator coils during the high speed rotation and the constant speed rotation of the rotor flow; 14 is a circuit diagram showing an example of a modification of a part the circuit of Fig. 10; 15 is a circuit diagram of another embodiment a drive circuit for a commutatorless DC motor according to the invention; and FIG. 16 is a circuit diagram showing a modification of the drive circuit of FIG Fig. 10.

Bei einem bekannten kommutatorlosen Gleichstrommotor, bei dem Hallelemente verwendet werden, werden Schalttransistoren durch Spannungen von rechteckiger Wellenform an den Ausgängen der Hallelemente betätigt und Ströme von rechteckiger Wellenform, die durch diesen Schaltvorgang erhalten werden, durch die Statorspulen geleitet.In a known commutatorless direct current motor with Hall elements are used, switching transistors by voltages of rectangular waveform actuated at the outputs of the Hall elements and currents of rectangular wave form, which are obtained by this switching process, passed through the stator coils.

Wenn dann dafür gesorgt wird, daß das magnetische Feld, das durch den Statorstrom dieser Rechteckform erzeugt wird, eine gleichförmige Verteilung annimmt, ist die Kraft F, die zwischen diesem Magnetfeld H und dem magnetischen Pol von einer Stärke g des Rotors erzeugt wird, gleich mH. Daher ändert sich das Drehmoment T mit der Drehstellung des Rotors und kann ausgedrückt werden durch T = 2 rmH cos 6, worin r der Radius des Rotors und O der Drehwinkel des Rotors sind.If then it is ensured that the magnetic field that passes through the stator current of this rectangular shape is generated, a uniform distribution assumes is the force F between this magnetic field H and the magnetic Pole is generated by a thickness g of the rotor, equal to mH. So that's changing Torque T with the rotational position of the rotor and can be expressed by T = 2 rmH cos 6, where r is the radius of the rotor and O is the angle of rotation of the rotor.

Ein Ergebnis besteht darin, daß das in diesem gebräuchlichen Motor erzeugte Drehmoment in einem Bereich von 1 bis 1 1/2 pulsiert, so daß während der Drehung eine Schwingung erzeugt wird. In diesem Sinne bezweckt die Erfindung die Schaffung eines kommutatorlosen Gleichstrommotors, bei dem ein konstantes Ausgangsdrehmoment ohne Pulsation oder Fluktuation bzw.One result is that in this common engine torque generated in a range from 1 to 1 1/2 pulsed, so that during the Rotation generates an oscillation. In this sense, the invention aims Creation of a commutatorless DC motor with a constant output torque without pulsation or fluctuation or

Schwankung erhalten werden kann, wie nachstehend mit Bezug auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben ist, die in Fig. 3 und den folgenden Figuren veranschaulicht sind.Fluctuation can be obtained as follows with reference to preferred Embodiments of the invention are described in Figure 3 et seq Figures are illustrated.

Bei einer ersten Ausführungsform eines kommutatorlosen' Gleichstrommotors gemäß der Erfindung, der in Fig. 3 und 4 in Stirnansicht bzw. in Seitenansicht und Längs schnitt dargestellt ist, ist ein feststehender Eisenkern 10 vorgesehen, der mit einer Statorspule 11 bewickelt ist. Hallelemente 12 und 13 sind mit einem Abstand von 90 elektrischen Grad an einem Joch 14 angeordnet und befestigt, um einen magnetischen Kreis für diese Hallelemente zu bilden. Die Statorwicklung 11 wird von vier Spulen 11a, lib, 11c und lid gebildet, die in Abstandsintervallen von 90 elektrischen Grad angeordnet sind. Da der Motor dieser Ausführungsform ein zweipoliger kommutatorloser Gleichstrommotor ist, ist der vorerwähnte elektrische Winkel von 90 Grad gleich einem mechanischen Winkel von 90 Grad.In a first embodiment of a commutatorless DC motor according to the invention, which in Fig. 3 and 4 in front view and in side view and Longitudinal section is shown, a fixed iron core 10 is provided which is wound with a stator coil 11. Hall elements 12 and 13 are spaced apart of 90 electrical degrees placed on a yoke 14 and attached to a magnetic To form a circle for these reverb elements. The stator winding 11 is made up of four coils 11a, lib, 11c and lid formed at intervals of 90 electrical degrees are arranged. Because the engine this embodiment a two-pole is a commutatorless DC motor, the aforementioned electrical angle is of 90 degrees equals a mechanical angle of 90 degrees.

Der Rotor 15 wird von einem permanenten Magneten gebildet und hat eine zylindrische Form zumindest in seinem Teil, der ein magnetisches Feld für die Hallelemente 12 und 13 abgibt. Der Rotor 15 weist eine sinusförmige Verteilung der magnetischen Flußdichte in seiner Umfangsrichtung auf. Der Rotor 15 ist gleichachsig auf einer Motorwelle 16 angebracht, mit der er sich als Ganzes dreht.The rotor 15 is formed by a permanent magnet and has a cylindrical shape at least in its part that provides a magnetic field for the Hall elements 12 and 13 emit. The rotor 15 has a sinusoidal distribution of the magnetic flux density in its circumferential direction. The rotor 15 is coaxial mounted on a motor shaft 16 with which it rotates as a whole.

Bei einer besonderen Ausführungsform des Rotors 15; falls dieser von der Außenrotorbauart ist, sind zehn Magneteinheiten (das sind 20 Pole), von denen jede schräg zur Achsrichtung des Rotors geschnitten ist, einzeln in Ringform aneinandergereiht, wobei abwechselnd N- und S-Pole nebeneinander angeordnet sind, so daß eine sinusförmige Stärkeverteilung der Magnetflußdichte in der Umfangsrichtung des Rotors hergestellt wird.In a particular embodiment of the rotor 15; if this is from is of the outer rotor type, there are ten magnet units (that is, 20 poles) of which each is cut at an angle to the axial direction of the rotor, individually lined up in a ring shape, alternating N and S poles are arranged next to each other, so that a sinusoidal The strength distribution of the magnetic flux density is established in the circumferential direction of the rotor will.

Wenn somit der Rotor 15 sich dreht, wirk auf die Hallelemente 12 und 13 eine Magnetkraft eines magnetiJehen Feldes, das sich sinusförmig ändert, wie in Fig. 5 angegeben ist. Infolgedessen erzeugen die Hallelemente 12 und 13 sinusförmige Spannungen an ihren Spannungsklemmen, proportional zu dieser Änderung der Magnetkraft.Thus, when the rotor 15 rotates, act on the Hall elements 12 and 13 a magnetic force of a magnetic field that changes sinusoidally, such as is indicated in FIG. As a result, the Hall elements 12 and 13 generate sinusoidal Voltages on their voltage terminals, proportional to this change in magnetic force.

Ein Schaltungsteil des Hallelements 12, der Statorspule 11b und zugehöriger Teile in einer Ausführungsform der Speiseschaltung eines Motors nach der Erfindung ist in Fig. 6 wiedergegeben. Eine an einer Spannungsklemme 20b des Hallelements 12 erzeugte Spannung wird durch einen Spannungsverstärker 21 verstärkt und durch einen Leistungsverstärker 22 weiter verstärkt.A circuit part of the Hall element 12, the stator coil 11b, and the like Parts in one embodiment of the supply circuit of a motor according to the invention is shown in FIG. 6. One on a voltage terminal 20b of the Hall element 12 generated voltage is amplified by a voltage amplifier 21 and by a power amplifier 22 is further amplified.

Der durch die Statorspule 11b fließende Strom wird durch den Ausgang des Leistungsverstärkers 22 gesteuert. Die Statorspule 11b ist zwischen einer Energiespeiseleitung 25 und dem Leistungsverstärker 22 eingeschaltet.The current flowing through the stator coil 11b is passed through the output of the power amplifier 22 is controlled. The stator coil 11b is between a power supply line 25 and the power amplifier 22 switched on.

Ferner ist die Ausgangsseite des Leistungsverstärkers 22 mit der Eingangsseite des Spannungsverstärkers 21 über einen negativen Rückkopplungskreis 23 verbunden. Zusätzlich ist ein Widerstand 24 zwischen die Ausgangsseite des Leistungsverstärkers 22, das heißt die Eingangsseite des negativen Rückkopplungskreises 23, und eine Erd- bzw. Erdungsleitung 26 gelegt. Der durch die Statorspule 11b fließende Strom fließt auch durch diesen Widerstand 24. Infolgedessen wird eine diesem Strom proportionale Spannung an den beiden Enden des Widerstandes 24 hervorgerufen und als negative Rückkopplungsspannung über den negativen RUckkopplungskreis 23 dem Spannungsverstärker 21 zugeführt. Somit bilden der Spannungsverstärker 21, der Leistungsverstärker 22 und der negative Rückkopplungskreis 23 einen negativen Rückkopplungsverstärker.Further, the output side of the power amplifier 22 coincides with the input side of the voltage amplifier 21 through a negative feedback circuit 23. In addition, there is a resistor 24 between the output side of the power amplifier 22, that is, the input side of the negative feedback circuit 23, and one Ground or grounding line 26 laid. The current flowing through the stator coil 11b also flows through this resistor 24. As a result, a current is proportional to this Voltage caused at the two ends of the resistor 24 and as negative Feedback voltage through the negative feedback circuit 23 to the voltage amplifier 21 supplied. Thus, the voltage amplifier 21 constitutes the power amplifier 22 and the negative feedback circuit 23 a negative feedback amplifier.

Der Spannungsverstärker 21 und der Leistungsverstärker ?2 können daher eine getreue Verstärkung vornehmen, ohne eine Verformung der Eingangswellenform hervorzurufen.The voltage amplifier 21 and the power amplifier? 2 can therefore provide faithful amplification without distorting the input waveform to evoke.

Eine Gegenelektromotorische Kraft (+e) wird in der Statorspule lib erzeugt und der Energiespeisespannung V überlagert. Wenn jedoch die den Ausgangsstrom in Abhängigkeit von der Spannung wiedergebenden Kennlinien de s des Leistungsverstärkers 22 den in Fig. 7 dargestellten Kurven entsprechen, ist der Ausgangsstrom, das heißt der durch die Statorspule 11b fließende Strom, nur einer Halbwelle der Eingangsspannung, d.h. der sinusförmigen Ausgangsspannung des Hallelements 12 proportional. Diese Beziehungen'sind in gleicher Weise für die anderen Statorspulen und das andere Hallelement gültig. In Fig. 7 sind Kurven I fluor verschiedene Eingangsspannungen als Parameter wiedergegeben und die Geraden II zeigen die Belastungslinien.A counter electromotive force (+ e) is lib in the stator coil generated and the energy supply voltage V superimposed. However, if the the output current depending on the voltage reproducing characteristics of the power amplifier 22 correspond to the curves shown in Fig. 7 is the output current, that is the current flowing through the stator coil 11b, only one half cycle of the input voltage, i.e. proportional to the sinusoidal output voltage of Hall element 12. These Relationships are the same for the other stator coils and the other Hall element valid. In Fig. 7, curves I fluor are various input voltages as parameters and the straight lines II show the load lines.

Somit fließen Ströme von halber Sinusform gemäß Fig. sa bis 8d durch die Statorspulen 11a, leib, 11c und mild. Diese Ströme sind in der Phase um /2 verschoben, wie in Fig. 8a bis 8d angegeben ist. Diese Ströme erzeugen ein umlaufendes Magnets feld, so daß der Rotor 15 sich in Richtung gegen den Uhrzeigersinn, bei Betrachtung in Fig. 3, dreht.Thus, currents of half a sinusoidal shape flow through according to FIGS. 8 a to 8 d the stator coils 11a, leib, 11c and mild. These currents are shifted in phase by / 2, as in Figs. 8a to 8d is specified. These currents create a circulating one Magnetic field, so that the rotor 15 is in the counterclockwise direction, at Viewing in Fig. 3, rotates.

Wenn der Rotor 15 sich in einer Winkelstellung unter einem Winkel Q innerhalb eines Bereichs von 0 bis q/2 befindet, wie in Fig. 9 angegeben, fließen Ströme durch die Statorspulen Ila und 11d, um Magnetfelder Ha und Hd zu erzeugen, die ausgedrückt werden können durch Ha = k.Im sin 8 und Hd = k.Im cos @, worin k eine Pronortionalitätskonstante ist. Demnach kann das resultierende Magnetfeld H ausgedrückt werden durch 1 k . Im, und der Winkel @ bleibt außer Betracht. Die Richtung dieses resultierenden Magnetfeldes H ist stets senkrecht zur Richtung der Magnetpole NS des Rotors 15.When the rotor 15 is at an angular position at an angle Q within a range of 0 to q / 2 as indicated in Fig. 9, currents flow through the stator coils Ila and 11d to generate magnetic fields Ha and Hd which are expressed can by Ha = k.Im sin 8 and Hd = k.Im cos @, where k is a pronortionality constant. Hence, the resulting magnetic field H can be expressed by 1 k. Im, and the angle @ is disregarded. The direction of this resulting magnetic field H is always perpendicular to the direction of the magnetic poles NS of the rotor 15.

Daraus ergibt sich, daß die Kräfte F und F', die zwischen diesem Magnetfeld H und den Magnetpolen m und m des Rotors 15 erzeugt werden, den Wert F = mH bzw. F' = m'H besitzen und das Drehmoment den Wert T = rmH + rm'H = 2rmH erhält und vom Drehwinkel Q unabhängig wird.It follows that the forces F and F 'that exist between this magnetic field H and the magnetic poles m and m of the rotor 15 are generated, the value F = mH and F '= m'H and the torque receives the value T = rmH + rm'H = 2rmH and from Angle of rotation Q becomes independent.

Wenn alsdann der Rotor in den Bereich vonrPlj/2 bis q gelangt, durchläuft der Strom in der Statorspule Ila seinen Spitzenwert und beginnt abzunehmen, während ein Strom durch die Statorspule Ilc zu fließen beginnt, der jetzt von der Statorspule lid übergreift. Auch in diesem Fall wird das resultierende umlaufende Feld ständig auf einem konstanten Wert von dem oben beschriebenen Betriebsstadium her gehalten und setzt zugleich die Drehung in seinem senkrechten Zustand zur Richtung der Magnetpole NS des Rotors 15 fort. Der vorstehend beschriebene Betriebszustand wird dann fortlaufend über alle Winkel einer Umdrehung des Rotors 15 beibehalten und die Drehung wird in glatter Form mit konstantem Drehmoment und ohne Pulsation oder Fluktuation vollzogen.When the rotor then comes into the range from rPlj / 2 to q, passes through the current in the stator coil Ila peaks and begins to decrease while a current begins to flow through the stator coil Ilc, which now comes from the stator coil lid overlaps. In this case, too, the resulting revolving field becomes constant kept at a constant value from the above-described operating stage and at the same time sets the rotation in its perpendicular state to the direction of the magnetic poles NS of the rotor 15 continued. The operating state described above then becomes continuous is maintained over all angles of one revolution of the rotor 15 and the rotation is carried out in a smooth form with constant torque and without pulsation or fluctuation.

Obwohl die Erfindung oben mit Bezug auf ein erstes Ausführungsbeispiels beschrieben ist, bei dem der Motor eine zweipolige, vierspulige Innenrotorbauart darstellt, kann der Motor von einer vielpoligen, vielspuligen Ausführung sowie von einer Außenrotorbauart sein.Although the invention above with reference to a first embodiment is described in which the motor is a two-pole, four-coil inner rotor design represents, the motor can be of a multi-pole, multi-coil design as well as of be of an outer rotor type.

Um zu erreichen, daß der Motor eine stetige Drehung in einer bestimmten kurzen Zeit annimmt, ist ein großes Drehmoment erforderlich und ist außerdem notwendig, daß das Ansprechen auf die Drehzahlsteuerschaltung weitläufig gut ist. Um ferner einen glatten stetigen Drehzustand zu erhalten, müssen die allen Statorspulen zugeführten Betriebsströme sich in einem ausgeglichenen Zustand befinden, das heißt einem Zustand, in dem ihre Strömungswinkel zueinander 180 Grad betragen und zugleich ihre Amplituden untereinander gleich sind.In order to achieve that the motor has a steady rotation in a certain assumes a short time, a large torque is required and is also necessary that the response to the speed control circuit is largely good. To further To get a smooth steady state of rotation, the must be supplied to all stator coils Operating currents are in a balanced state, i.e. a state in which their flow angles to each other are 180 degrees and at the same time their amplitudes are equal to each other.

Falls jedoch Ströme von halber Sinuswellenform (nachstehend einfach als Sinusform bezeichnet) verwendet und als Betriebsströme durch die Statorspulen geleitet werden, kann ein Anlaßdrehmoment, das gleich demjenigen bei Anwendung von Strömen von Rechteckwellenform ist, nicht erzielt werden, sofern nicht die Scheitel- oder Spitzenwerte (Amplituden) der Betriebsströme höher als diejenigen bei Anwendung von Strömen von Rechteckwellenform gemacht werden. Aus diesem Grunde ergibt sich, daß in dem Fall, wo die Startzeit auf einem konstanten Wert gehalten wird, der Leistungsverstärker, der der Verstärkung von Antriebsströmen von Sinusform dienen soll, das ist ein Leistungsverstärker mit einem Arbeitspunkt in einem aktiven Bereich zwischen einem Sättigungsbereich und einem Sperrbereich, ein großes Leistungsvermögen besitzen muß.However, if currents of half sine waveform (hereinafter simply referred to as sinusoidal) and as operating currents through the stator coils can be conducted, a starting torque which is equal to that when using Streams of square wave form cannot be achieved unless the vertex or peak values (amplitudes) of the operating currents higher than those during application of streams of square wave form. For this reason it follows that that in the case where the start time is kept at a constant value, the power amplifier, which should serve to amplify drive currents of sinusoidal shape, that is a power amplifier with an operating point in an active area between a saturation area and a stop band, must have a large capacity.

Um dieses problem zu lösen, soll daher ein Anlaßstrom von Reckeckform den Statorwicklungen während des Startvorganges zugeführt werden und soll ein Bétriebsstrom von Sinusform den Statorspulen während der konstanten Drehung zugeführt werden.In order to solve this problem, a starting current of rectangular shape should therefore be used are fed to the stator windings during the starting process and should be an operating current of sinusoidal shape are fed to the stator coils during the constant rotation.

Eine spezifische Ausführungsform eines Gleichstrommotors nach der Erfindung, der die vorerwähnten Anforderungen erfüllt, wird nunmehr mit Bezug auf Fig. 10 beschrieben.A specific embodiment of a DC motor according to Invention which meets the aforementioned needs will now be made with reference to FIG Fig. 10 described.

In der Schaltungsgruppe der Fig. 70 stellt ein mit einer gestrichelten Linie umrandeter Block A eine Schaltung dar, die der Zuführung von Antriebsströmen zu Statorspulen 11a und 11c unter Verwendung von Bestandteilen wie einem Hallelement 12 und Transistoren Q7 bis Q4, Q9 und Q11 dient. Ein Block B stellt eine Schaltung für die Zuführung von Antriebsströmen zu Statorspulen 11b und 11d unter Verwendung von Bestandteilen wie einem Hallelement 13 und Transistoren Q5 bis Q8, Q10 und Q12 dar. Da Schaltungsanordnung und Arbeitsweise für die Blöcke A und B identisch sind, nimmt die nachfolgende Beschreibung nur auf den Block A Bezug, während die Beschreibung von Block B fortgelassen ist.In the circuit group of FIG. 70, a with a dashed line represents Block A circled by a line represents a circuit that enables the supply of drive currents to stator coils 11a and 11c using components such as a Hall element 12 and transistors Q7 to Q4, Q9 and Q11 are used. A block B represents a circuit for supplying drive currents to stator coils 11b and 11d using of components such as a Hall element 13 and transistors Q5 to Q8, Q10 and Q12 Since the circuit arrangement and mode of operation for blocks A and B are identical, the following description only refers to block A during the description from block B is omitted.

Außerdem stellt ein weiterer gestrichelt umrandeter Block C eine Drehzahlregelschaltung dar, mit Scaltungsbestandteilen wie Dioden D1 bis D4, die je mit einen t'nde einer der Spulen 11a bis 11d verbunden sind, sowie KondeaLoren 30 und 34 und Transistoren Q13 und Q14. In dieser Drehzahlregelschaltung C wird eine gegenelektromotorische Kraft, die mit einer zur Drehzahl des Rotors proportionalen Grösse in den Statorspulen Ila bis 11d erzeugt wird, wenn der Rotor sich dreht, von dem Stromkreis der Dioden D1 bis D4 und des Kondensators 30 abgeleitet.In addition, a further block C outlined by a dashed line represents a speed control circuit with circuit components such as diodes D1 to D4, each with a t'nd one of the coils 11a to 11d are connected, as well as condensers 30 and 34 and transistors Q13 and Q14. In this speed control circuit C is a counter electromotive Force that is proportional to the speed of the rotor in the stator coils Ila to 11d is generated when the rotor rotates, from the circuit of the diodes D1 to D4 and the capacitor 30 derived.

Diese gegenelektromotorische Kraft wird durch einen Stromkreis aus einem Widerstand 31, einem veränderlichen Widerstand 32 und einem Widerstand 33 an die Basis des Transistors Q13 gelegt, um so den Stromkreis des Transistors Q13 zu steuern. Ein Glättungskondensator 34 ist parallel zu dem veränderlichen Widerstand 32 und dem Widerstand 33 geschaltet.This back electromotive force is made up by an electric circuit a resistor 31, a variable resistor 32 and a resistor 33 is applied to the base of the transistor Q13, thereby closing the circuit of the transistor Q13 to control. A smoothing capacitor 34 is in parallel with the variable resistor 32 and the resistor 33 switched.

Ein durch den Stromkreis eines Widerstands. 35, des Emitters und Kollektors des Transistors Q13 und eines Widerstands 36 fließender Strom ändert sich mit der Drehzahl des Rotors.One through the circuit of a resistor. 35, the emitter and collector the current flowing through the transistor Q13 and a resistor 36 changes with the Speed of the rotor.

Wenn die Drehzahl des Rotors niedrig ist, wird ein großer Spannungsabfall an dem Widerstand 36 erzeugt, und wenn die Rotordrehzahl hoch ist, wird ein kleiner Spannungsabfall an dem Widerstand 36 erzeugt. Dementsprechend hat der Kollektorstrom des Transistors Q14 einen großen Wert, wenn die Rotordrehzahl niedrig ist, und einen kleinen Wert, wenn die Rotordrehzahl hoch ist. Ferner wird die Spannung an einer mit dem Kollektor des Transistors Q14 verbundenen Klemme 37 niedrig, wenn die Rotordrehzahl niedrig ist und die Spannung wird hoch, wenn die Rotordrehzahl hoch ist.When the speed of the rotor is low, there will be a large voltage drop is generated at the resistor 36, and when the rotor speed is high, a becomes smaller Voltage drop across resistor 36 is generated. Accordingly, the collector current has of transistor Q14 has a large value when the rotor speed is low and a small value when the rotor speed is high. Furthermore, the voltage on a Terminal 37 connected to the collector of transistor Q14 is low when the rotor speed is low and the voltage becomes high when the rotor speed is high.

In dem vorerwähnten Block A sind die Spannungsklemmen 38 und 39 des Hallelements 12 mit der Basis des Transistors Q1 bzw. Q3 eines Transistorverstärkungskreises verbunden, der einen Vorverstärker bildet. Die Kollektoren der Transistoren Q1 und Q3 sind mit den Basen der Transistoren Q2 und Q4 eines Transistorverstärkungskreises verbunden, der einen Hauptverstärker bildet.In the aforementioned block A, the voltage terminals 38 and 39 of the Hall element 12 with the base of transistor Q1 or Q3 of a transistor amplification circuit connected, which forms a preamplifier. The collectors of transistors Q1 and Q3 are connected to the bases of transistors Q2 and Q4 of a transistor amplification circuit connected, which forms a main amplifier.

Die Kollektoren der Transistoren Q2 und Q4 sind mit den Statorwicklungen ?la und Ilc verbunden, während die Emitter der Transistoren Q2 und Q4 miteinander verbunden und über eine Diode 70 zur Pegeleinstellung und einen Emitterwiderstand 70 geerdet sind.The collectors of transistors Q2 and Q4 are connected to the stator windings ? la and Ilc are connected, while the emitters of transistors Q2 and Q4 are connected to one another and connected via a diode 70 for level adjustment and an emitter resistor 70 are grounded.

Die Transistoren Q1 und Q3, deren Emitter über Widerstände 40 und 41 mit einer Energie speisung verbunden sind, arbeiten als Differentialverstärker. Zwischen die Basen und die Emitter dieser Transistoren Q1 und Q3 ist der Transistor Q9 eingeschaltet.The transistors Q1 and Q3, their emitters through resistors 40 and 41 are connected to an energy supply, work as a differential amplifier. Between the bases and the emitters of these transistors Q1 and Q3 is the transistor Q9 switched on.

Das Mittelpunktpotential der beiden Spannungsklemmen 38 und 39 des Hallelements 12 wird mit Hilfe von Widerständen 42 und 43 von gleichem Widerstandswert, die an die Spannungsklemmen 38 und 39 angeschlossen sind, abgenommen. Das so erhaltene Potential wird den Emittern der Transistoren Q1 und Q3 über den Transistor Q9 zugeführt, dessen Kollektor über einen Widerstand 44 geerdet ist. Vermöge derivorbeschriebenen Schaltungsanordnung werden die Vorspannungen zwischen den Basen und Emittern der Transistoren Q1 und Q3 ständig genau gleichförmig gehalten, wenn Änderungen im Widerstandswert infolge von Temperaturänderungen und Abweichungen im Widerstandwert des Widerstands zwischen den Stromklemmen des Hallelements 12 auftreten.The midpoint potential of the two voltage terminals 38 and 39 of the Hall element 12 is made with the help of resistors 42 and 43 of the same resistance value, which are connected to the voltage terminals 38 and 39, removed. The thus obtained potential is sent to the emitters of transistors Q1 and Q3 via the Transistor Q9 is supplied, the collector of which is grounded through a resistor 44. The bias voltages between the bases and emitters of the transistors Q1 and Q3 kept exactly uniform at all times, when changes in resistance value as a result of temperature changes and deviations in the resistance value of the resistance between the current terminals of the Hall element 12 appear.

Mit den Basen der Transistoren Q2 und Q4 sind die Anodenseiten der Dioden 72 und 73 verbunden, während die Kathodenseiten dieser Dioden 72 und 73 mit dem Kollektor des Transistors Q11 verbunden ist. Ein der Einstellung der Basisvorspannung dienendtr 5 Kreis aus Widerständen 74, 75 und 76 ist mit der Basis des Transistors Q11 verbunden. Ferner ist die Basis des Transistors Q11 über eine Diode 45 zur Pegeleinstellung an die Verbindung zwischen einer Diode 70 und einem Widerstand 71 angeschlossen.With the bases of transistors Q2 and Q4, the anode sides are the Diodes 72 and 73 connected, while the cathode sides of these diodes 72 and 73 with is connected to the collector of transistor Q11. One of the basic bias setting dienendtr 5 circuit of resistors 74, 75 and 76 is connected to the base of the transistor Q11 connected. Furthermore, the base of the transistor Q11 is through a diode 45 for level adjustment connected to the junction between a diode 70 and a resistor 71.

Außerdem ist der Emitter des Transistors Q11 über einen Widerstand 46 mit einer Klemme eines veränderlichen Widerstands 46 verbunden, dessen andere Klemme an einen Emitterwiderstand 48 des Transistors Q12 im Block B angeschlossten ist.In addition, the emitter of the transistor Q11 is through a resistor 46 connected to one terminal of a variable resistor 46, the other Terminal connected to an emitter resistor 48 of transistor Q12 in block B. is.

Der bewegliche Wählkontakt 47a des veränderlichen Widerstands 47 ist mit dem Kollektor eines Transistors Q15 verbunden, der als Schalter arbeitet. Die Basis dieses Transistors Q15 ist über einen Widerstand 49 zur Strombegrenzung mit der Ausgangsklemme 37 der Drehzahlregelschaltung C verbunden. Aus diesem Grunde wird das Potential der Klemme 37 zu einem spezifischen Potential, und wenn der Transistor Q 15 in den leitenden Zustand übergeht, nimmt der bewegliche Kontakt 47a des veränderlichen Widerstands 47 einen geerdeten Zustand an.The selectable movable contact 47a of the variable resistor 47 is connected to the collector of a transistor Q15 which functions as a switch. the The base of this transistor Q15 is connected to a resistor 49 to limit the current the output terminal 37 of the speed control circuit C connected. For this reason the potential of the terminal 37 becomes a specific potential, and when the transistor Q 15 goes into the conductive state, takes the movable contact 47a of the variable Resistor 47 to a grounded state.

Wenn somit der Transistor Q 15 leitend ist, bildet der Transistor Q11 einen negativen Rückkopplungsweg für die Transistoren Q2 und Q4. Wenn der Transistor Q15 nichtleitend wird, ist der Stromkreis des Transistors Q11 aus dem negativen Rückkopplungsweg der Transistoren Q2 und Q4 ausgeschaltet.Thus, when transistor Q 15 is conductive, the transistor forms Q11 provides a negative feedback path for transistors Q2 and Q4. When the transistor Q15 becomes non-conductive, the circuit is of transistor Q11 turned off from the negative feedback path of transistors Q2 and Q4.

Wie zuvor erwähnt, wird der Rotor in einer solchen Weise magnetisiert, daß die Magnetflußdichte eine sinusförmige Stärke verteilung in der Umfangsrichtung hat. Infolgedessen wird bei der Drehung des Rotors eine Spannung von Sinusform Asin #t an den Spannungsklemmen 38 und 39 der Hallelemente 12 und 13 erzeugt. Alsdann kann die Differenz der Spannungen V1 und V2 zwischen den Spannungsklemmen 38 und 39 und Erde wie folgt ausgedrückt werden: V2 - V1 = A sin 4> t ........................ (1) Die Gleichstromkomponente E1 der Spannungen V1 und V2 kann wie folgt ausgedrückt werden: V2 + V1 = E1 . 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 (2) 2 Das bedeutet, daß E1 das arithmetische Mittel von V2 und V1 ist. Aus den obigen Gleichungen (1) und (2) können die folgenden Gleichungen erhalten werden: V1 = E1 - 1 A sin # t, V2 = E1 1 1 A sin (#t + #).As mentioned before, the rotor is magnetized in such a way that that the magnetic flux density has a sinusoidal strength distribution in the circumferential direction Has. As a result, as the rotor rotates, a voltage of sine shape Asin becomes #t is generated at voltage terminals 38 and 39 of Hall elements 12 and 13. Then can be the difference between the voltages V1 and V2 between the voltage terminals 38 and 39 and earth can be expressed as follows: V2 - V1 = A sin 4> t ........................ (1) The DC component E1 of the voltages V1 and V2 can be expressed as follows become: V2 + V1 = E1. 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 (2) 2 This means that E1 is the is the arithmetic mean of V2 and V1. From the above equations (1) and (2) can the following equations can be obtained: V1 = E1 - 1 A sin # t, V2 = E1 1 1 A sin (#t + #).

Andererseits kann E1 auch wie:folgt ausgedrückt werden: worin R52 der Widerstandswert des Widerstands 52 ist; R12 der Widerstandswert zwischen den Stromklemmen des Hallelements 12 ist; und i12 der durch die Stromklemmen des Hallelements 12 fließende Strom ist.On the other hand, E1 can also be expressed as: where R52 is the resistance of resistor 52; R12 is the resistance between the current terminals of Hall element 12; and i12 is the current flowing through the current terminals of Hall element 12.

Die Spannungen, die Jeweils zwischen der Basis und dem Emitter der Transistoren Q9, Q1 und Q3 auftreten, werden mit VBE9, VBE1 und VBE3 bezeichnet. Alsdann ist E1 die Basisspannung des Transistors Q9, und die Emitterspannung desselben ergibt sich zu (E1 + VBE9). Hier arbeiten die Transistoren Q1 und Q3 als Differentialverstärker, und außerdem haben die Wechselstromkomponenten der Spannungen V1 und V2 entgegengesetzte Polaritäten. Aus diesem Grunde fließt der Strom fast vollständig nur durch einen der Transistoren Q7 und Q3. Dieser Strom i40 kann wie' folgt ausgedrückt werden: oder worin R40 der Widerstandswert des Widerstands 40 ist.The voltages appearing between the base and the emitter of the transistors Q9, Q1 and Q3 are denoted by VBE9, VBE1 and VBE3. Then E1 is the base voltage of the transistor Q9, and the emitter voltage of the transistor is given by (E1 + VBE9). Here, the transistors Q1 and Q3 operate as differential amplifiers, and also the AC components of the voltages V1 and V2 have opposite polarities. For this reason, the current flows almost entirely through only one of the transistors Q7 and Q3. This current i40 can be expressed as follows: or where R40 is the resistance of resistor 40.

Wenn alsdann angenommen wird, daß V1<V2 ist, wird der Transistor Q3 fast gesperrt sein, und der Strom i40 ergibt sich wie folgt: Wenn dann der Arbeitspunkt des Transistors Q9 so gewählt wird, dass VBE9 - VBE1 - = C ist, ist, wird aus der obigen Gleichung Dies bedeutet, daß der Strom i40 unabhängig von der Spannung E1 wird. In diesem Zeitpunkt wird daher ein Strom, der dem Ausgang des Hallelements 12 proportional ist, durch den Widerstand 40 fliessen.If it is then assumed that V1 <V2, the transistor Q3 will be almost blocked, and the current i40 results as follows: Then, if the operating point of transistor Q9 is chosen such that VBE9 - VBE1 - = C, then the above equation becomes This means that the current i40 becomes independent of the voltage E1. At this point in time, a current which is proportional to the output of the Hall element 12 will therefore flow through the resistor 40.

Demnach ist es möglich, einen Strom, der der elektromotorischen Kraft des Hallelements proportional ist, durch die Transistoren Q7 und Q3 fließen zu lassen, selbst wenn eine Änderung in dem Steuerstrom (z.B. i12) auftritt, um den Motor bei konstanter Drehzahl laufen zu lassen, wegen des Unterschieds in der Produktempfindlichkeit des Hallelements, oder wenn ein Widerstandswert des Widerstands (z.B. R12) zwischen den Stromklemmen des Hallelements nicht konstant ist und die Spannung E1 sich ändert.Accordingly, it is possible to generate a current that corresponds to the electromotive force of the Hall element is proportional to flow through the transistors Q7 and Q3, even if a change in the control current (e.g. i12) occurs to the motor at run at a constant speed because of the difference in product sensitivity of the Hall element, or if a resistance value of the resistor (e.g. R12) is between the current terminals of the Hall element is not constant and the voltage E1 changes.

Die wesentlichen Teile und der Aufbau einer Ausführungsform einer Schaltung, mit der die oben beschriebene Bedingung VBEs - Bei = 0 zwangsläufig erreicht wird, ist in Fig. 14 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist die Schaltung so ausgelegt, daß die Änderungen der Gleichstromkomponente E1 der Spannung, wie V1 oder V2, reduziert werden und als Ergebnis der Emitterstrom und die Spannung VBEs des Transistors Q9 reduziert werden. Bei der Schaltung der Fig. 10 ist die Änderung der Spannung VBE1 klein und ändert sich unvermeidlich die Spannung E1 infolge von Änderungen' wie der Ungleichförmigkeit des inneren Widerstandes und der Produktempfindlichkeit des Hallelements und einer Änderung der Umgebungstemperatur.The essential parts and structure of an embodiment of a Circuit with which the above-described condition VBEs - When = 0 is inevitably achieved is shown in FIG. In this embodiment the circuit is like this designed so that the changes in the direct current component E1 of the voltage, such as V1 or V2, and as a result the emitter current and voltage VBEs of transistor Q9 can be reduced. In the circuit of FIG. 10, the change is of the voltage VBE1 is small and the voltage E1 inevitably changes due to Changes' such as non-uniformity in internal resistance and product sensitivity the hall element and a change in the ambient temperature.

Demgemäß sind in der Schaltung der Ausführungsform der Fig. 14, statt der Verwendung von Widerständen 52 und 53 wie in Fig. 10, die Stromklemmen der Hallelemente 12 und 13 auf einer Seite derselben miteinander verbunden, und zwischen die gemeinsame Verbindung derselben und die Energiespeiseleitung 54 ;sind Dioden 55, 56 und 57 in Reihe geschaltet.Accordingly, in the circuit of the embodiment of Fig. 14, instead of the use of resistors 52 and 53 as in Fig. 10, the current terminals of the Hall elements 12 and 13 connected to each other on one side thereof, and between the common Connection of the same and the power supply line 54; are diodes 55, 56 and 57 connected in series.

Ferner sind, da im praktischen Betrieb IVBE9 iVBE1iist, Widerstände 58 und 59 zwischen die Basen der Transistoren Q9 und Q10 und Erde geschaltet, und die Basispotentiale sind gesenkt. Als Ergebnis ist VBE9 - VBEI = 0. Dies bedeutet, daß die Bedingung zwangsläufig erfüllt ist. Durch Ändern der Werte der Widerstände 58 und 59 kann der Strömungswinkel des Stroms i40 in geeigneter Weise eingestellt werden.Further, since IVBE9 is iVBE1i in practical operation, resistors 58 and 59 are connected between the bases of the transistors Q9 and Q10 and the ground, and the base potentials are lowered. As a result, VBE9 - VBEI = 0. This means that the condition is inevitably fulfilled. By changing the values of the resistors 58 and 59, the flow angle of the current i40 can be appropriately adjusted.

Ein anderes wichtiges Merkmal der Schaltung der Fig. 10 wird nunmehr beschrieben.Another important feature of the circuit of FIG. 10 will now be made described.

Bei dieser Schaltung ändert sich der Steuerstrom, der den Stromklemmen des Hallelements 12 zugeführt wird, in Ubereinstimmung mit dem Arbeiten der Drehzahlsteuerschaltung C. Die Amplitude der elektromotorischen Kraft des Hallelements (wie in Fig. 11 angegeben) von Sinusform (Vollwelle), die an den Spannungsklemmen 38 und 39 des Hallelements erzeugt wird, ändert sich umgekehrt mit der Drehzahl des Rotors. Das bedeutet, daß die Amplitude mit abnehmender Rotordrehzahl zunimmt und mit zunehmender Rotordrehzahl abnimmt. 24 e elektromotorischen Hallkräfte, die nacheinander von den vier Spannungsklemmen 38, 50, 39 und 51 der Hallelemente 12 und 13 abgenommen werden, sind Spannungen von Sinusform mit Phasenunterschieden von 90 Grad in zueinander versetzter Folge; wie dies die Kurven el, e2, e3 und e4 in Fig. 11 erkennen lassen.In this circuit, the control current that the current terminals changes of the Hall element 12 is supplied in accordance with the operation of the speed control circuit C. The amplitude of the electromotive force of the Hall element (as indicated in Fig. 11) of sinusoidal shape (solid wave), which is applied to the voltage terminals 38 and 39 of the Hall element is generated, changes inversely with the speed of the rotor. It means that the amplitude increases with decreasing rotor speed and with increasing rotor speed decreases. 24 e Hall electromotive forces, successively from the four voltage terminals 38, 50, 39 and 51 of the Hall elements 12 and 13 are removed are voltages of sinusoidal shape with phase differences of 90 degrees in a staggered sequence; as can be seen from the curves el, e2, e3 and e4 in FIG.

Andererseits nimmt das Potential der Klemme 37 der Drehzahlregelsohaltung C mit abnehmender Drehzahl des Rotors ab, wie oben erwähnt. Aus diesem Grunde geht, wenn die Drehzahl des Rotors niedrig ist, wie während des Anlassens des Motors, der Transistor QIS in einen Sperrzustand über und ist der bewegliche Kontakt des veränderlichen. Widerstandes 47 nicht länger geerdet. Infolgedessen wird der Transistor Q11 unwirksam und der negative Rückkopplungsweg ist aus der Verstärkungsschaltung der Transistoren Q2 und Q4 entfernt, so daß der Verstärkungsgrad dieser Transistoren ansteigt.On the other hand, the potential of terminal 37 of the speed control lock decreases C decreases with decreasing speed of the rotor, as mentioned above. For this reason, when the speed of the rotor is low, such as when starting the engine, the transistor QIS switches to a blocking state and is the moving contact of the mutable. Resistor 47 is no longer grounded. As a result, the transistor will Q11 ineffective and the negative feedback path is from the boost circuit of transistors Q2 and Q4 removed so that the gain this Transistors increases.

In diesem Zustand der Schaltung werden elektromotorische Hallkräfte von grossen Amplituden und zueinander entgegengesetzter Phase von den Spannungsklemmen 38 und 39 des Hallelements 12 an die Basen der Transistoren Qi und Q3 gelegt. Aus diesem Grunde führt die Verstärkungsschaltung der Transistoren Q1 und Q3 ihren Verstärkungsvorgang in einem gesättigten Zustand durch und ein Betriebsstrom von Rechteckform wird mit einem Strömungswinkel von im wesentlichen 180 Grad von dieser Verstärkungsschaltung den Transistoren Q2 und Q4 zugeführt, die die Durchschaltung bewirken. Infolgedessen fliessen Ströme von Rechteckform, wie in Fig. 12A und 42C angegeben, durch die Statorspulen ila und Ilc, In gleicher Weise fliessen Ströme von Rechteckform, wie in Fig. 12B und 12D angegeben, durch die. Statorspulen 11b und lId. Somit fliessen zum Zeitpunkt des Anlassens des Motors Rechteckströme durch alle Statorspulen und die Rotordrehung wird mit einem grossen Drehmoment in Gang gesetzt.In this state of the circuit, electromotive Hall forces are generated of large amplitudes and mutually opposite phase from the voltage terminals 38 and 39 of the Hall element 12 are applied to the bases of the transistors Qi and Q3. the end therefore, the boosting circuit of transistors Q1 and Q3 performs its boosting operation in a saturated state by and an operating current of rectangular shape is with a flow angle of substantially 180 degrees from this amplification circuit applied to transistors Q2 and Q4 which effect the conduction. Consequently Currents of rectangular shape as indicated in Figs. 12A and 42C flow through the stator coils ila and Ilc, In the same way, streams of rectangular shape flow as in Fig. 12B and 12D indicated by the. Stator coils 11b and lId. Thus flow at the time starting the motor square wave currents through all stator coils and the rotation of the rotor is set in motion with a large torque.

Wenn dann die Rotordrehzahl zunimmt und der Motor seinen konstanten Laufzustand erreicht, wird der Laufzustand erreicht, wird der Steuerstrom, der von der Drehzahlsteuerschaltung C den Stromklemmen des Hallelements 12 zugeführt wird, klein.Then when the rotor speed increases and the engine is constant Running state is reached, when the running state is reached, the control current that is supplied by the speed control circuit C is fed to the current terminals of the Hall element 12, small.

Elektromotorische Hallkräfte von Sinusform, die verhältnismäßig kleine Amplituden und eine einander entgegengesetzte Phasenbeziehung besitzen, treten an den Spannungsklemmen 38 und 39 des Hallelements 12 auf und werden so den Basen der Transistoren Q1 und Q3 zugeführt. Der Pegel der Hallspannung von Sinusform, die von den Spannungsklemmen 38 und 39 des Hallelements 12 an die Basen der Transistoren Q1 und Q3 gelegt wird, wird auf einen Wert gewählt, der ausreichend hoch ist, so dass solche Effekte wie Änderungen in der unausgeglichenen Spannung des Hallelements, Änderungen in den Spannungen zwischen den Emittern und Basen der Transistoren Q1 und Q2 und eine wellige Komponente in dem Steuerstrom zu vernachlässigen sind.Electromotive Hall forces with a sinusoidal shape, which are relatively small Amplitudes and an opposite phase relationship occur the voltage terminals 38 and 39 of the Hall element 12 and are so the bases of the Transistors Q1 and Q3 supplied. The level of the Hall voltage of sinusoidal shape, the from the voltage terminals 38 and 39 of the Hall element 12 to the bases of the transistors Q1 and Q3 is set to a value that is sufficiently high, so that such effects as changes in the unbalanced tension of the Hall element, Changes in the voltages between the emitters and bases of the transistors Q1 and Q2 and a ripple component in the control current are negligible.

Andererseits wird das Potential der Klemme 37 der Drehzahlsteuerschaltung C zu einem positiven Potential von reichlicher Grösse gemacht, wenn der Rotor in einem Zustand hoher Drehzahl rotiert, demgemäß nimmt der Transistor Q15 seinem leitenden Zustand an und infolgedessen wird der Transistor Q11 in seinen Arbeitszustand versetzt und wird dadurch als negativer Rückkopplungskreis in die Verstärkungsschaltung der Transistoren Q2 und Q4 eingefügt. Die Verstärkungsschaltung der Transistoren Q2 und Q4 arbeitet als negativer Rückkopplungsverstärker von niedriger Verzerrung und geringer Verstärkung.On the other hand, the potential of the terminal 37 of the speed control circuit becomes C made to a positive potential of ample size when the rotor is in rotates in a high speed condition, accordingly, transistor Q15 becomes conductive State on and, as a result, the transistor Q11 is put into its working state and is thereby used as a negative feedback circuit in the amplification circuit of the Transistors Q2 and Q4 inserted. The amplification circuit of the transistors Q2 and Q4 operates as a low distortion and negative feedback amplifier low gain.

Ferner hat in dem Differentialverstärker, der die Transistoren Q1 und Q3 umfasst, die elektromotorische Hallkraft von Sinusform, die an die Basen dieser Transistoren Q1 und Q3 gelegt wird, eine kleine Amplitude, die nicht ausreicht, die Verstärkungsschaltung der Transistoren Q1 und Q3 als Differentialverstärker arbeiten zu lassen.Further, in the differential amplifier comprising the transistors Q1 and Q3 comprises the Hall electromotive force of sinusoidal shape applied to the bases of these transistors Q1 and Q3 is placed, a small amplitude that is insufficient the amplification circuit of transistors Q1 and Q3 as a differential amplifier to let work.

Dies führt dazu, daß während der Rotor mit konstanter Drehung läuft, Antriebsströme von halbwelliger Sinusfomr mit gegenseitigem Phasenunterschied von 180 Grad, wie durch die Kurven Ia und Ic in Fig. 13 angegeben, durch die Statorspulen 11a und 11c fliessen. In gleicher Weise fliessen Antriebsströme von halbwelliger Sinusform durch die Statorspulen 11b und mild.This means that while the rotor is running at constant rotation, Drive currents of half-wave sine form with mutual phase difference of 180 degrees, as indicated by curves Ia and Ic in Fig. 13, through the stator coils 11a and 11c flow. In the same way, drive currents of half-wave flow Sinusoidal shape by the stator coils 11b and mild.

In diesem Zusammenhang ist zu erwähnen, daß durch Einstellung des beweglichen Kontakts 47a des veränderlichen Widerstands 47 die negative Rückkopplung in Bezug auf die Verstärkungsschaltung der Transistoren Q2 und Q4 im Block A und die negative Rückkopplung in Bezug auf die Verstärkungsschaltung der Transistoren Q6 und Q8 im Block B unterschiedlich verändert werden können. Demnach ist es möglich, die Abweichungen in den Antriebsströmen Ia bis Id, die durch die Statorspulen 11a bis lid fliessen, infolge von Ungleichförrnigkeiten der Produktmpfindlichkeiten der Hallelemente 12 und 13 zu eliminieren.In this context it should be mentioned that by setting the movable contact 47a of the variable resistor 47 the negative feedback with respect to the amplification circuit of transistors Q2 and Q4 in blocks A and the negative feedback on the gain circuit of the transistors Q6 and Q8 in block B can be changed differently. So it is possible the deviations in the drive currents Ia to Id caused by the stator coils 11a until lid flow, due to irregularities in the product sensitivities the Hall elements 12 and 13 to be eliminated.

Wenn negative Rückkopplung durch Verwendung eines gemeinsamen Widerstandes in negativen Rilckkopplungsverstärkern durchgeführt wird, wie oben beschrieben, dann wird dieser Widerstand dem Ermitterwiderstand jeder Transistorverstärkungsschaltung entsprechen und die Verstärkungsschaltungen werden, obwohl jede Schaltung eine Transistorverstärkungsschaltung einer am Emitter geerdeten Art war, arbeiten, als hätten sie einen gemeinsamen Emitterwiderstand. In diesem Fall können die Verstärkungsschaltungen nicht unabhängig voneinander arbeiten, und die Wellenform jedes Antriebsstroms, der durch jede Statorspule fliesst, wird von einer Sinusform abweichen und beispielsweise zu einer Rechteckform werden.When negative feedback by using a common resistor is performed in negative feedback amplifiers as described above, then this resistance becomes the emitter resistance of each transistor amplification circuit and the amplification circuits become, although each circuit is a transistor amplification circuit of a kind grounded at the emitter would work as if they had a common emitter resistor. In this case, the amplification circuits can not work independently, and the waveform of each drive current flowing through each stator coil becomes deviate from a sinusoidal shape and become, for example, a rectangular shape.

Dieses Problem kann gemäß einer dritten AusfUhrungstorm der Erfindung gelöst werden, die nachstehend beschrieben und in Fig. 15 veranschaulicht ist.This problem can be solved according to a third embodiment of the invention which is described below and illustrated in FIG. 15 can be solved.

Von den durch Statorspulen ?la bis i7d fliessenden Strömen Ia bis Id, die durch Verstärker 60 bis 63 gesteuert werden, welche Transistoren Q16 bis Q19 einschliessen, wirken die Ströme Ia und Ic und die Ströme Ib und Id, die sich nicht gegenseitig überlappen, zusammen und fliessen durch einen Widerstand 64 bzw. 65, der zwischen die Emitter der Transistoren Q16 und Q18 und Erde bzw. zwischen die Emitter der Transistoren Q17 und Q19 und Erde geschaltet ist. Da nur ein Betriebsstrom, der durch einen der Verstärker gesteuert wird, durch die Widerstände 64 und 65 fliesst, stehen die Verstärker 60 bis 63 nicht mit einander in Wechselwirkung, sondern können unabhängig arbeiten.From the currents Ia to i7d flowing through stator coils? La to i7d Id controlled by amplifiers 60 to 63, which transistors Q16 to Include Q19, the currents Ia and Ic and the currents Ib and Id, which act do not overlap, come together and flow through a resistor 64 resp. 65 connected between the emitters of transistors Q16 and Q18 and ground and between the emitters of transistors Q17 and Q19 and ground is connected. Since only one operating current, which is controlled by one of the amplifiers, flows through the resistors 64 and 65, the amplifiers 60 to 63 do not interact with one another, but can work independently.

Demnach ist es möglich, Betriebsströme Ia bis Id von geringer Verformung der Wellenform, die durch die Eingangssignale der oben beschriebenen Verstärker gesteuert werden, durch die Statorspulen 11a bis 11d fliessen zu lassen.Accordingly, it is possible to generate operating currents Ia to Id with little deformation the waveform produced by the input signals of the amplifier described above can be controlled to flow through the stator coils 11a to 11d.

An den Kleinen der Widerstände 64 und 65 auftretende Spannungen werden über Widerstände 66 und 67 abgenommen , deren Widerstandswerte reichlich höher als diejenigen der Widerstände 64 und 65 liegen, und nach Glättung durch einen Kondensator 69 an eine der Mingungnklemmen einen Differentialverstärkers 68 gelegt.At the small of the resistors 64 and 65 occurring voltages Taken across resistors 66 and 67, the resistance values of which are considerably higher than those of the resistors 64 and 65 are, and after smoothing by a capacitor 69 to a a differential amplifier 68 of the vibration terminals placed.

Die Ausgangsseite des Verstärkers 68 ist mit den Stromklemmen der Hallelemente 12 und 13 über entsprechende Widerstände verbunden. Die Regelung der Motordrehzahl erfolgt über die Regelung der Hallelemente 12 und 13 durch den Ausgang des Verstärkers 68.The output side of the amplifier 68 is connected to the power terminals of the Hall elements 12 and 13 connected via corresponding resistors. The scheme of The engine speed is controlled by the Hall elements 12 and 13 through the output of amplifier 68.

Änderungen der Statorspulenströme infolge von Ungleichförmigkeit der beiden Hallelemente können korrigiert werden, indem die Grössen der Klemmenspannungen der Wiederstände 64 und 65 mittels einer geeigneten Korrekturschaltung (nicht dargestellt) verglichen werden.Changes in the stator coil currents due to non-uniformity of the Both Hall elements can be corrected by changing the magnitudes of the terminal voltages of resistors 64 and 65 by means of a suitable correction circuit (not shown) be compared.

Eine vierte Ausführungsform des Gleichstrommotors nach der Erfindung, die eine weitere Verbesserung der in Fig. 10 gezeigten Schaltung darstellt, ist nachstehend mit Bezug auf Fig. 16 beschrieben. Mit Teilen in Fig. 10 übereinstimmende oder gleichwertige Teile sind in Fig. 16 mit den selben Bezugszahlen oder -zeichen versehen, und eine ins Einzelne gehende Beschreibung derselben braucht nicht wiederholt zu werden.A fourth embodiment of the DC motor according to the invention, which is a further improvement on the circuit shown in FIG will be described below with reference to FIG. Corresponding parts in FIG. 10 or equivalent parts are shown in FIG. 16 with the same reference numerals or symbols provided, and a detailed description of the same need not be repeated to become.

Ein Unterschied zwischen den Schaltungen der Fig. 16 und Fig.10 besteht darin, daß bei der Ausführungsform nach Fig. 16 die Querverbindung der Emitter der Transistoren Q1 und Q3 mit dem Kollektor des Transistors Q 11 verbunden ist. Im Gegensatz hierzu sind bei der Schaltung der Fig. 10 die Kollektoren der Transistoren Q1 und Q3 über die Dioden i2 und 73 miteinander verbunden und diese Verbindung ist an den Kollektor des Transistors Q11 angeschlossen.There is a difference between the circuits of Fig. 16 and Fig. 10 in that in the embodiment of FIG. 16, the cross connection of the emitter of the Transistors Q1 and Q3 is connected to the collector of transistor Q 11. in the In contrast to this, in the circuit of FIG. 10, the collectors of the transistors are Q1 and Q3 connected to each other via diodes i2 and 73 and this connection is connected to the collector of transistor Q11.

Bei der Ausfuhrungsform der Fig. 16 sind die Dioden 70, 72, 73 usw., die in der Schaltung der Fig. 10 enthalten sind, nicht erforderlich. Somit wird der Schaltungsaufbau viel einfacher.In the embodiment of FIG. 16, the diodes 70, 72, 73, etc., which are included in the circuit of FIG. 10 are not required. Thus becomes the circuit construction is much simpler.

Andere Merkmale der Schaltungsanordnung dieser vierten AusfUhrungßtorm sind die gleichen wie diejenigen der in Fig. 10 dargestellte,n AusfUhrungsform.Other features of the circuit arrangement of this fourth embodiment are the same as those of the n embodiment shown in FIG.

Claims

1) Commutatorless DC motor with Hall elements, which has a rotor with a permanent magnet as well as stator coils, which with staggered current passage capable of forming a rotating magnetic field in the area of the rotor and in which Hall elements are arranged opposite the permanent magnet and a drive circuit is provided in accordance with from the voltage terminals of the Hall elements removed voltages works, d 'u r c h e k e n n n z e i c h n e t that the rotor (15) is magnetizable in such a way that the resulting distribution of The strength of the magnetic flux density in the circumferential direction around the rotor axis is sinusoidal is, and the drive circuit (Q1 to Q8) operates so that they currents of half-wave Sinusoidal through the stator coils (11a to mild) is able to conduct.

2) commutatorless direct current motor according to claim 1, d a d u r c it is noted that the drive circuit is between the voltage terminals the Hall elements (12, 13) and the stator coils (11a to 11d) switched amplification circuits (21), also connected between the output sides of the amplification circuits and earth Resistors (24) and negative feedback circuits (23) for the resistors occurring voltages to the amplification circuits.

3) commutatorless direct current motor according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n n z i c h n e t that a speed control circuit (C) is provided which Counter-electromotive forces, which are proportional to the speed of the rotor Quantities generated in the stator coils are able to determine and which are in accordance with the thus determined electromotive forces at a starting point voltages of low values for low speeds of the rotor and voltages of high Able to generate values for high speeds of the rotor, the.

Starting point via resistors with current terminals of the Hall elements connected is.

4) commutatorless DC motor according to claim 1, d 8 du r c h it is not indicated that the following are also provided: -negative feedback amplifiers, which are connected between the voltage terminals of the Hall elements and the stator coils are and have negative feedback loops; -Means of finding a with the speed of the rotor changing voltage; -and switching means (Q15) between the negative feedback circuits of the feedback amplifiers switched to earth and in accordance with voltages applied by the means for determining essentially cause opening and closing processes of the feedback loops; the arrangement being such that the switching means the negative feedback circuits open during start-up and high-speed rotation of the rotor; - the degree of reinforcement the negative feedback amplifier increases; so that these only work as amplifiers; -Currents, of rectangular shape, flowing through the stator windings; -the switching means during the high speed rotation and the constant rotation the negative feedback loops conclude; -the negative feedback amplifier as originally intended as negative feedback amplifiers work; -and currents of half-wave Flow sinusoidal through the stator coils.

5) commutatorless DC motor according to one of claims 1-4, d a d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that the switching means one to the negative Feedback circuit connected first transistor (Q15) and one between the first transistor and ground connected second transistor at the base of the output voltage the means for detection are applied, the arrangement being made is that - the second transistor by applying a low voltage in one Lock state is transferred; - the first transistor isolated from earth and effective when the rotor is started and when it is at low speed turns; the second transistor is made conductive by applying a high voltage will; - and the first transistor is made conductive when the rotor is at high speed Speed rotates and when it rotates at constant speed.

6) Commutatorless DC motor according to one of claims 1-5, it is noted that the drive switching determines the difference between the potentials at the two voltage terminals of the Hall elements and the rlthsetls ** n 1titt1wrt this potential. derive and this potential difference able to direct proportional currents through the stator coils.