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Transistor-Motor Die Erfindung betrifft einen selbsterregenden Transistor-Motor
mit einer Servoschaltung und insbesondere einen Transistor-Motor mit Sigenerregung,
der so ausgelegt ist, daß während seiner Normalbetriebsperiode keine Schwingungen
auftreten.
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Ein Transistor-Motor mit Eigenerregung hat beispielsweise einen Stator
mit einer Vielzahl von Magnetpolen, die mit Feldwicklungen und Wicklungen zur Feststellung
der Rotorlage umwickelt sind, eine Servoschaltung mit einem den Strom steuernden
Element für die Zuführung von Gleichstrom von einer Gleichstromquelle zu den Feldwicklungen
ansprechend auf ein Drehzahlsteuersignal von der Servoschaltung und Schalttransistoren,
um den Strom der entsprechenden Feldwicklungen nacheinander durch die Ausgangssignale
der Wicklungen für die Feststellung der Rotorlage umzuschalten.
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Bei einem solchen Transistor-Motor soll während der Startporiode der
den Feldwicklungen zugeführte Strom in oina ttochteckswellenform gebracht sein,
um das Startdrehmomont zu erhöhen. Während des Normalbetriebs soll die Wellenform
im
wesentLichen sinusförmig sein, um ein Vibrieren bzw. Schwingen
des Motors während seiner Rotation zu verhindern. Die vorstehenden Wellenformen
lassen sich durch einfaches aufeinanderfolgendes Umschalten der Schalttransistoren
durch die Ausgangssignale der Wicklungen für die Lagefeststellung nicht erzielen.
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Wenn beispielsweise bei einem bekannten dreipoligen Transistor-Motor
die Schalttransistoren der Reihe nach durch die Ausgangssignale der Lagefeststellwicklungen
umgeschaltet werden, ist der Motor mit einer Einrichtung zum Anlegen einer stationären
Vorspannung versehen, die während der Startperiode an die Schalttransistoren eine
hohe Vorspannung anlegt. Aus diesem Grund sind während der Startperiode die leitenden
Perioden der Transistoren für die positiven Halbwellen aus den Lagefeststellwicklungen
verlängert und werden allmählich verkürzt, wenn der Motor in don Normalbetrieb gebracht
wird. Deshalb sind, wenn dor Motor im Normalbetrieb arbeitet, in dem überlappenden
Zeitraum eines elektrischen Winkels von 60° zwischen einem ZeitpunKt, zu dem der
in einem Transistor fließonde Strom ansteigt, und einem Zeitpunkt, zu dem der in
einem anderen Transistor fließende Strom fällt, die beiden vorstehenden Tranistoren
gleichzeitig gesättigt. Dies führt dazu, daß die Schaltung, welche den Transistor
aufweist, einfach auf eine impedanz gobracht ist, die einem Feldwicklungswiderstand
entspricht.
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Während der vorstehend beschriebenen 600-Sättigungsperiode fließt
in jeder der entsprechenden Feldwicklungen zu den beiden Schalttransistoren die
Hälfte des Gesamtstroms. Dementsprechend werden die jeweiligen Feldwicklungen von
stufenförmigen Wellenformen, wie sie in Fig. 1 gezeigt sind, durchflossen, was zu
einer Erhöhung der mechanischen Vibration des Motors führt.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht deshalb darin,
einen Transistor-Motor zu schaffen, der eine Vielzahl von Feldwicklungen hat, von
denen jeder ein Strom mit im wesentlichen Rechteckswellenform während der Startzeit
und während des Normalbetriebs ein Strom mit im wesentlichen
sinusförmiger
Wellenform zugeführt werden,um so den Rotor eine glatte bzw. weiche Rotationskraft
zu erteilen.
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Ausgehend von einem Transistor-Motor mit einem Rotor, der eine Vielzahl
von Magnetpolen in Form eines Permamentmagneten hat, einem Stator, der eine Vielzahl
von Magnetpolen aufweist, die jeweils mit Feldwicklungen umwickelt sind, einer Lagefest
stellungseinrichtung zum Feststellen der Winkellage des Rotors, einer Servoschaltung,
die ein Stromsteuerelement für die Zuführung von Gleichstrom von einer Gleichstromquelle
zu den jeweiligen Feldwicklungen ansprechend auf ein Drehzahlsteuersignal aus der
Servoschaltung hat, und mit einer Transistorschaltung für das Schalten, welche Schalttransistoren
hat, bei welchen die Emitter-Kollektor-Schaltungen in Reihe zu den Feldwicklungen
geschaltet sind und den Basen Ausgangsspannungen von der Lagefeststelleinrichtung
zugeführt werden1 um nacheinander den durch die jeweiligen Feldwicklungen fließenden
Strom umzuschalten, wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Motor ausgleichende
Vorspannungseinrichtungen hat, durch die als kompensierende Vorspannung den Basen
der Schalttransistoren eine Ausgangsspannung eingeprägt wird, die während der Motorstartperiode
von dem Stromsteuerelement der Servoschaltung erzeugt wird.
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Dies hat den Vorteil, daß der Motor einerseits leicht gestartet werden
kann und daß andererseits während seines Normalbetriebs das Auftreten mechanischer
Schwingungen weitgehend reduziert ist.
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Anhand der beiliegenden Zeichnungen wird ein Motor des Standes der
Technik sowie die Erfindung beispielsweiso näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt die Wellenformen von Strömen, die den jeweiligen Feldwicklungen
eines dreipoligen, bekannten Transistor-Motors während seines Normalbetriebs zugeführt
werden.
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Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau eines Stators und eines Rotors
eines Transistor-Motors einer Ausführungsform der Erfindung.
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Fig. 3 zeigt eine mögliche Steuerschaltung für die Ausführungsform
von Fig. 2.
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Fig. 4 zeigt die Wellenformen der Ströme, die den Feldwicklungen während
des Normalbetriebs bei der Schaltung von ig. 3 zugeführt werden.
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Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, hat ein Stator 1 Magnetpole 2a bis
2c, die in gleichen Abständen angeordnet sind. Den jeweiligen Magnetpolen gegenüberliegend
ist ein Rotor 3 aus einem Permanentmagneten mit einem Nord- und Südpol angeordnet.
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Die jeweiligen Magnetpole sind mit Feldwicklungen 4a bis 4c und Wicklungen
5a bis 5c für die Feststellung der Rotorlaga umwickelt. Die Wicklungen 4 und 5 können
bipolare Wicklungen sein. Ein Beispiel für die Steuerschaltung eines Motors gemaß
Fig. 2 ist in Fig. 3 gezeigt. Die jeweiligen Feldwicklungen 4a bis 4c sind gegenseitig
gemeinsam an einem Ende und am anderen Ende mit den Kollektoren der entsprechenden
Schalttransistoren 6a, 6b und 6c verbunden. Die Emitter der jeweiligen Transistoren
6 sind an Masse gelegt. Die Basen der jeweiligen Transistoren 6 sind mit den Enden
einer Seite der entsprechenden Wicklungen 5a bis 5c für die Lagefeststellung verbunden,
die am anderen Ende an Masse gelegt sind. Die'in der Figur vorgesehenen schwarzen
Punktestehen für die identische Polarität. Mit den gemeinsamen Verbindungsstellen
der Feldwicklungen 4a bis 4c ist jeweils das eine Ende von Vorspannwiderständen
7a bis 7c verbunden, an die, wie noch erlautet wird, eine kompensierende Vorspannung
angelegt wird, während ihr anderes Ende mit den Basen der entsprechenden Transistoren
6a bis 6c verbunden ist.
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Eine Servoschaltung hat ein Stromsteuerelement 8, eine Quelle lo mit
der angezeigten Polarität für die Zuführung eines Gleichstroms zu der Emitter-Kollektor-Schaltung
des Elementes 8 über einen Eingangswiderstand 9, einen Drehzahlsteuersignal generator
13, der mit dem Pluspol der Spannungsquollo zur Erzeugung eines Signals 12 für die
Steuerung der Drehzahl des Rotors 3 verbunden ist, und einen Servoverstärker 14
zum Verstärken des Drehzahlsteuersignals 12 und zum Zuführen des verstärkten Signals
zu der Basis des Stromsteuerelementes 8. Der Kollektor des Stromsteuerelementes
ist mit der gemeinsamen Verbindungsstelle der Feldwicklungen verbunden. Der Minuspol
der Gleichspannungsquelle liegt an Masse.
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Die in Fig. 3 gezeigte Steuerschaltung arbeitet folgendermaßen: Die
Servoschaltung ist vorher so eingestellt, daß zur Zeit des Motorstarts ein Gleichstrom
mit einem Maximalwert und zur Zeit des Normalbetriebs ein Gleichstrom mit einem
geringeren Wert als der Maximalwert jeweils den Schalttransistoren, d. h. den Feldwicklungen
4, über das Stromstcuerelement 8 zugeführt werden. Der-kleinere Wert des Gleichtrolns
hat beispielsweise einen Zahlerlwert, der oincgfl 13bruchteil des Maximalwertes
entspricht. Das heiß mit anderen Worten, daß die Einstellung so getroffen ist, daß
zur Startzeit an dem Kollektor des Stromsteuerelementes eine im wesentlichen positive
Spannung E der Spannungsquelle Io und zur Zeit des Normalbetriebs ein 13ruchteíl.
der Spannung ß angelegt ist.
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Wenn also der Motor gestartet wird, wird das Stromsteuerelement 8
leitend bei einem maximalen Leitung winkel gemacht. Dementsprechend wird an die
jeweiligen Schalttransistoren 6a bis 6c über die Vorspannungswiderstände 7a bis
7c eine hohe Vorspannung angelegt, die auf der positiven Spannung basiert, die im
wesentlichen auf E eingestellt ist und den Grad oder das Ausmaß erhöht, in dem das
Ausgangssignal der Lagefeststellwicklungen 5a bis 5c, die gegenseitig eine Phasendifferenz
von 1200 aufweisen, zu den Feldwicklungen
rückgekoppelt ist. Die
jeweiligen Schalttransistoren 6 funktionieren also so, daß die Feldwicklungsströme
der Reihe nach mit einem maximalen Leitungswinkel umgeschaltet werden.
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Wenn die jeweiligen Transistoren 6 auf diese Weise mit dem maximalen
Loitungswinkel betriebon werden1 werden dio Wellonformen der jeweiligen Feldwicklungsströme
in eine Rechtocksform gebracht, so daß man ein erhöhtes Startdrehmoment erhält und
der Motor in kurzer Zeit auf eine vorgegebene Drehzahl gebracht wird.
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Wenn der Motor in den Normalbetriebszustand gebracht ist, wird das
Stromsteuerelement 8 von den Drehzahlstcuersignalen 12 so gesteuert, daß es bei
einem schmaleren Leitungswinkel leitend gemacht wird. In diesem Fall erhalten die
Spannungen an den gemeinsamen Verbindungsstellen der Feldwicklungen 4 einen Wert,
der ausreicht, um die Normaldrehung aufrechtzuerhalten, beispielsweise einen Wert,
der einem Bruchteil von E entspricht, so daß die Vorspannung widerstände 7a bis
7c aufhören, Vorspannungen an die Basen der Transistoren 6 anzulegen. Aus diesem
Grund werden die Transistoren 6 nur durch die Ausgangsnll;Cn:llo <1er LagQfoHtstollwiclclungen
5 vorgospælnnt, so ( irr' Loitungswinkel verengt ist.
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Fig. 4 zeigt als Beispiel die Wellenformen der Feldwicklungsströme
ii bis i3 für den vorstehenden Fall. Wenn der Leitungswinkel die Transistoren 6
etwas größer als 1200, wie gezeigt, ist, wird eine Uberlappungsperiode 16 geschaffen,
beispielsweise zwischen il und i2. Da während dieser Periode die Ausgangssignale
der Lagefeststellwicklungen 5a und 5b kleine Amplituden haben, arbeiten die Transistoren
6a und 6b in ihrem ungesättigten Bereich. Die Stromverteilung zu den beiden Feldwicklungen
wird deshalb im Verhältnis zu der Impedanz der Umschaltschaltung proportional zu
den Wellenformen der Ausgangssignale aus den Feststellwicklungen 5a und 5b bewirkt,
wodurch ein glattes bzw. weiches Umschalten des Feldstromes möglich ist.
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Wenn dor Motor seinen Nonnalbetrieb aufninunt, nehmen die Strönloo
il bis i3 der Feldwicklungen eine trapezförmige Wellenform an, wie sie in Fig. 4
gezeigt ist. Der Wert der Ströme il und i2 an der Überlappungsstelle 17 ist der
halbe Wert des Gesamtstroms iT. Je größer also der Schaltzuwachs bzw. die Schaltverstärkung
des Transistors 6 ist, desto größer sind die Steig-und Faliwinkel o der trapezförmigen
Wellenform. Da, wio man stellt, die trapezförmige Wellenform sich im wesentlichen
einer Sinuswelle annähert, ist eine weiche Drehkraft erhältlich.
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Die vorstehend beschriebene Einrichtung zur Feststellung der Rotorlage
ist nicht auf eine Einrichtung mit Wicklungen für die Lagefeststellung beschränkt.