DE2450968A1

DE2450968A1 - Antriebsstromkreis fuer einen buerstenlosen gleichstrommotor

Info

Publication number: DE2450968A1
Application number: DE19742450968
Authority: DE
Inventors: Yukihiko Machida
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1973-10-30
Filing date: 1974-10-26
Publication date: 1975-05-07
Also published as: US3997823A; JPS5633953B2; GB1468459A; FR2249478B1; JPS5072113A; NL7414197A; FR2249478A1; AU498829B2; CA1014608A; IT1025353B

Description

It 3053

SONY CORPORATION Tokyo / Japan

Antriebsstroinkreis für einen bürstenlosen Gleichstrommotor

Die Erfindung betrifft allgemein einen Antriebsstroinkreis für einen bürstenlosen Gleichstrommotor und insbesondere einen solchen, der keine besonderen Fühler für die Drehung des Gleichstrommotors benötigt.

Es wurde bereits ein Antriebsstroinkreis für einen bürstenlosen Gleichstrommotor mit mehreren Schalttransistoren vorgeschlagen. Bei einem derartigen bekannten Antriebsstroinkreis für einen bürstenlosen Gleichstrommotor wird der Drehzustand bzw. die Drehphase des Rotors des Motors von einem Fühler wie einem magnetosensitiven Elemente einem fotosensitiven Element oder dergleichen ermittelt, die Schalttransistoren werden mit dem Ausgangssignal des Fühlers aufeinanderfolgend geschaltet und damit wird mehreren Motorwicklungen aufeinanderfolgend ein Strom zugeführt, um den Rotor zu drehen.

Bei einem solchen bekannten Antriebsstroinkreis für einen bürstenlosen Gleichstrommotor ist es ziemlich schwierig, den Fühler anzuordnen, der die Drehphase des Rotors er-

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mittelt, wenn er an dem bürstenlosen Gleichstrommotor befestigt wird. Außerdem wird der Drehzustand des Rotors durch die Lageeinstellung des an dem Motor angebrachten Fühlers erheblich beeinflußt. .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Antriebsstromkreis für einen bürstenlosen Gleichstrommotor ohne Fühler zu schaffen, der die Drehlage des Rotors des Motors ermittelt und in geeigneter Weise ohne irgendeine Einstellung gebildet werden kann.

Durch die Erfindung wird ein bürstenloser Gleichstrommotor mit mehreren festen Wicklungen und einem Rotor aus einem Magneten geschaffen, der durch aufeinanderfolgende Erregung der festen Wicklungen angetrieben wird und bei dem Signale, die in den festen Wicklungen infolge der Drehung des Rotors induziert werden, als Lagesignale des Rotors ermittelt werden und bei dem wenigstens eine der festen Wicklungen, die dem Lagesignal entspricht, mit einem Antriebsstrom gespeist wird.

Gemäß der Erfindung wird somit ein bürstenloser Gleichstrommotor geschaffen, der einen Rotor aus einem Magneten und mehrere feste Wicklungen, eine Spannungsquelle, Schälter, die zwischen die Spanriungsquelle und die festen Wicklungen geschaltet ist, um den festen Wicklungen aufeinanderfolgend Antriebsströme zuzuführen, eine erste Einrichtung zur Ermittlung von Signalen, die in den festen Wicklungen infolge der Drehung des Rotors induziert werden, als Lagesignale, und eine zweite Einrichtung aufweist, um die Schalter in Abhängigkeit von den Lagesignalen zu steuern und die Antriebsströme wenigstens einer der festen Wicklungen zuzuführen, die dem Lagesignal entspricht.

Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Antriebsstromkreises für einen bürstenlosen Gleichstrommotor wird nachstehend anhand der Figuren 1 bis 5 beispielsweise erläutert. Es zeigt:

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Figur 1 ein Schaltbild einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebsstromkreises für einen bürstenlosen Gleichstrommotor,

Figur 2 und 3 Signaldiagramme, die zur Erläuterung der Arbeitsweise des in Fig. 1 gezeigten Kreises verwendet werden,

Figur 4 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, und

Figur 5A, 5B und 5C . Signaldiagramme, die zur Erläuterung der Arbeitsweise des in Fig. 4 gezeigten Kreises verwendet werden.

Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Antriebsstromlcreises eines bürstenlosen Gleichstrommotors. In Fig. 1 bezeichnet 1 eine Gleichspannungsquelle und 2a, 2b und 2c feste Wicklungen eines Motors 2. Bei dem aezeigten Beispiel sind drei feste Wicklungen 2a, 2b und 2c verwendet, es kann jedoch jede Anzahl fester Wicklungen verwendet werden. Die Wicklungen 2a, 2b und 2c sind in gleichem Winkelabstand bezüglich der Mitte des Motors 2 angeordnet. In der Figur bezeichnen 3a, 4a, 3b, 4b und 3c, 4c Schalttransistoren und 5a, 5b und 5c Steuertransistoren für diese. Wenn die Steuertransistoren 5a, 5b und 5c aufeinanderfolgend in Abhängigkeit von der Drehlage des Rotors 6 des Motors 2 geöffnet (oder gesperrt) werden, werden" die Wicklungen 2a, 2b und 2c aufeinanderfolgend mit Strömen der Gleichspannungsquelle 1 über die Schalttransistoren 3a, 4a, 3b, 4b bzw. 3c, 4c gespeist, um den Rotor 6 zu drehen, was ähnlich wie bei dem bekannten Motor ist.

Bei der Erfindung werden Signale, die in den festen Wicklungen 2a, 2b und 2c entsprechend der Drehung des Rotors 6 induziert werden, erfaßt und dann als Signale verwendet, die die Drehlagen des Motors 6 angeben. Die erfaßten Signale werden zur Steuerung eines der Steuertransistoren 5a, 5b und 5c verwendet, um den festen Wicklungen 2a, 2b

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und 2c aufeinanderfolgend einen Antriebsstrom zuzuführen, um ein Drehmagnetfeld zu erzeugen.

Hierzu sind bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform drei logische Kreise 7a, 7b und 7c vorgesehen, die mit einer Gleichspannungsguelle 8 verbunden sind. Bei der gezeigten Ausführungsform ist der logische Kreis 7a derart ausgebildet, daß die Kollektor-Emitter-Strecke eines Transistors 9a über einen Widerstand 12a mit der Spannungsquelle 8 verbunden ist; ein Kreis aus einem Widerstand 13a, einer Diode 10a und der Basis-Emitter-Strecke des Transistors 9a ist mit der Spannungsquelle 8 verbunden; der Verbindungspunkt Pa zwischen der Diode 10a und dem Widerstand 13a ist über eine Diode lla mit dem Verbindungspunkt Qa zwischen dem Transistor 4a und der Wicklung 2a verbunden und der Kollektor des Transistors 9a ist über einen Widerstand mit der Basis des Transistors verbunden, der zu der Wicklung 2b oder 2c und nicht zu der Wicklung 2a gehört, zu der der logische Kreis 7a gehört, bzw. mit der Basis des Transistors 5c bei der gezeigten Ausführungsform. Die anderen logischen Kreise 7b und 7c sind in gleicher Weise ausgebildet, so daß ihr Aufbau nicht beschrieben wird, die Schaltelemente sind jedoch mit den gleichen Bezugsziffern zusammen mit Buchstaben b und c anstelle von a gezeigt.

Fig. 2 zeigt den Verlauf von Signalen bzw. Spannungssignalen, die in den jeweiligen festen Wicklungen 2a, 2b und 2c des Motors 2 induziert werden, wenn der Motor 2 extern gedreht wird. In Fig. 2 sind Va, Vb und Vc Spannungssignale, die in den Wicklungen 2a, 2b bzw. 2c induziert werden. Wie sich aus dem Verlauf der Spannungen in Fig. 2 ergibt, wird während eines Zeitintervalls A die Diode lla geöffnet, innerhalb eines Zeitintervalls B die Diode 11b geöffnet und innerhalb eines Zeitintervalls C die Diode lic geöffnet. Somit wird bei der Ausführunasform der Fig. 1 die Spannung Va als ein Lagesignal des

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Rotors 6 erfaßt, um der Wicklung 2c einen Antriebsstrom zuzuführen, die Spannung Vb wird als zweites Lagesignal des Rotors 6 erfaßt, um der Wicklung 2a einen Antriebsstrom zuzuführen, und in gleicher Weise wird die Spannung Vc erfaßt, um der Wicklung 2b einen Antriebsstrom zuzuführen. Dabei werden die Intervalle für die jeweiligen Antriebsströme derart gewählt, so daß eine überlagerung der Antriebsströme bezüglich der Wicklungen 2a, 2b und 2c verhindert wird, wie Fig. 2 zeigt. In Fig„ 2 stellen Ä¹ , B" und C¹ Zeitintervalle dar, innerhalb derer die Antriebsströme zugeführt werden. Hierzu ist der Kollektor des Transistors 9c über einen Widerstand 15a mit der Basis des Transistors 9a verbunden, der Kollektor des Transistors 9a über einen Widerstand 15b mit der Basis des Transistors 9b und der Kollektor des Transistors 9b über einen Widerstand 15c mit der Basis des Transistors 9c, wie Fig. 1 zeigt.

Anhand der Fig. 2 wird nun die obige Arbeitsweise für das Zeitintervall B beschrieben. Vom Beginn des Zeitintervalls B bzw. einem Zeitpunkt t an wird die Diode 11b von der Spannung Vb geöffnet und der Transistor 9b hat das Bestreben, zu schließen. Da jedoch der Anfangsteil des Zeitintervalls B sich mit dem Endteil des Zeitintervalls A überlappt und am Beginn des Zeitintervalls B die Diode 11a von der Spannung Va geöffnet wird, während der Transistor 9a noch gesperrt ist, ist der Kollektor des Transistors 9a auf hohem Potential, das auf die Basis des Transistors 9b gegeben wird, um ihn zu öffnen» Daher ist das Kollektorpotential des Transistors 9b niedrig, so daß der Transistor 5a gesperrt ist, und daher sind die Transistoren 3a und 4a beide gesperrt. Damit wird der Wicklung 2a kein Strom zugeführt. Am Ende des Zeitintervalls A bzw. zum Zeitpunkt t„ verschwinde-t die Spannung Va, so daß die Diode 11a gesperrt und der Transistor 9a geöffnet wird. Daher wird das Kollektorpotential des Transistors 9a verringert. Zu diesem Zeitpunkt wird die Spannung Vb bereits induziert» so daß der Tran-

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sistor 9b gesperrt wird. Daher wird nach dem Zeitpunkt tin dem Zeitintervall B das Kollektorpotential des Transistors 9b hoch und. damit wird der Transistor 5a geöffnet. Somit v/erden die Transistoren 3a und 4a geöffnet/ um über sie der Wicklung 2a von der Spannungsquelle 1 aus den Strom zuzuführen.

Wenn das Zeitintervall B zum Zeitpunkt t. endet (das Zeitintervall C beginnt bereits, zum Zeitpunkt t_ vor dem Zeitpunkt t₄) wird ähnlich wie vorher die Diode lic von der Spannung Vc geöffnet und der Transistor 9c wird gesperrt, so daß sein Kollektorpotential zunimmt, um den Transistor 5b zu öffnen. Die Transistoren 3b und 4b werden geöffnet, um der Wicklung 2b den Antriebsstrom zuzuführen.

Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, wird bei der Erfindung die Spannung Vb der Wicklung 2b verwendet, um der Wicklung 2a den Antriebsstrom zuzuführen, und die Spannung Vc wird verwendet, um der Wicklung 2b den Antriebsstrom zuzuführen, und die Spannung Va wird verwendet, um der Wicklung 2c den Antriebsstrom zuzuführen und den Rotor 6 des Motors 2 zu drehen.

Die Spannungen Va, Vb und Vc, die in Fig. 2 gezeigt sind, werden erhalten, wenn der Motor 2 extern angetrieben wird, die Antriebsströme werden jedoch von dem in Fig. 1 gezeigten Kreis zugeführt, so daß die Spannungen theoretisch als Stromverlauf wie in Fig. 3 gezeigt werden können. Fig. I zeigt einen Gesamtstrom Ia, der nur einer Wicklung, z.B. der Wicklung 2a, zugeführt wird.

Wenn der Magnetkreis des Motors 2 bei der praktischen Anwendung im Sättigungszustand oder nahezu im gesättigten Zustand verwendet wird, werden die Gegeninduktivitätsfaktoren klein, und damit sind die Spannungen, die über den Wicklungen außer der einen Wicklung induziert werden, die

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mit dem Antriebsstrom versorgt wird, ohne Beeinflussung sehr klein.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der die gleichen Bezugsziffern wie in Fig. 1 die gleichen Elemente bezeichnen, so daß ihre Beschreibung der Kürze halber unterbleibt.

Bei der Ausführungsform der Fig. 4 sind Multivibratoren 16a, 16b und 16c für die Wicklungen 2a, 2b und 2c vorgesehen. Hierbei sind die Multivibratoren 16a, 16b und 16c für einen Ringzähler in Kaskade geschaltet. Wenn der Motor angetrieben wird, werden die Wicklungen 2a, 2b und 2c über die Multivibrätoren 16a, 16b und 16c aufeinanderfolgend entsprechend der Arbeitsweise des Ringzählers mit Strom versorgt, um dadurch den Motor 2 zu drehen. Die Multivibrätoren 16a, 16b und 16c sind aus Transistorpaaren 17a, 18a, 17b, 18b und 17c, 18c gebildet. Hierbei sind die Multivibrätoren 16a- , 16b und 16c so geschaltet, daß ein Ausgang des Multivibrators 16a zur Steuerung des Multivibrators 16c, ein Ausqang des Multivibrators 16c zur Steuerung des Multivibrators 16b und ein Ausgang des Multivibrators 16b zur Steuerung des Multivibrators 16a verwendet wird, um einen sogenannten Ringzähler zu bilden. Einer der Multivibrätoren 16a, 16b und 16c bzw. der Multivibrator 16c bei der,gezeigten Ausführungsform ist als astabiler Multivibrator ausgebildet und die anderen Multivibrätoren bzw. die Multivibrätoren 16a und 16b sind als monostabile Multivibrätoren ausgebildet. Zeitintervalle T (die der Kürze halber als Betriebszeitintervalle bezeichnet werden), innerhalb derer die Ausgangsanschlüsse der Multivibrätoren 16a, 16b und 16c bzw. der Kollektoren der Transistoren 17a, 17b und 17c ein hohes Potential haben, werden für die jeweiligen Multivibrätoren 16a, 16b und 16c im wesentlichen gleich gewählt. Dies kann dadurch erreicht werden, daß die Zeitkonstanten der Zeitkonstantenkreise im wesentlichen gleich gewählt werden, die aus Kondensatoren 19a, 19b und 19c und paarweisen Widerständen 20a, 21a, 20b, 21b und 20c, 21c für die Multivi-

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bratoren 16a, 16b und 16c bestehen. Ein Zeitintervall T¹ (das der Kürze halber als Außer-Betriebszeitperiode bezeichnet wird) außerhalb des Betriebszeitintervalls T des Multivibrators 16c wird größer als (n- I)T gewählt bzw. so gewählt, daß es die Bedingung (n - I)T < T¹ erfüllt, wobei η die Anzahl der Wicklungen 2a, 2b und 2c des Motors 2 ist. Dies kann durch Wahl der Zeitkonstante eines Zeitkonstantenkreises errreicht werden, der aus einem Kondensator 19'c und Widerständen 20'c und 21"c besteht.

Bei der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform werden die Ausgangssignale der Multivibratoren 16a, 16b und 16c den Basen der Transistoren 5a, 5b und 5c zugeführt, und die Ausgangssignale der Transistoren 9a, 9b und 9c werden den Basen der Transistoren 17a, 17b und 17c zugeführt.

Es wird nun die Arbeitsweise der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform anhand der Fig. 5A, 5B und 5C beschrieben. Wenn der Motor 2 angelassen bzw. der in Fig. 4 gezeigte Kreis zum Zeitpunkt t mit Energie versorgt wird, werden die Transistoren 17a, 17b und 17c der Multivibratoren 16a, 16b und 16c, die den Ringzähler bilden, geöffnet, um ihre Kollektorpotentiale zu Null zu machen. Nach Ablauf des oben erwähnten Zeitintervalls T¹ jedoch wird der Multivibrator 16c, da er ein astabiler Multivibrator ist, in das Betriebszeitintervall T zwischen den Zeitpunkten t₂ und t_ (Fig. 5C) gebracht. Somit erzeugt der Multivibrator 16c ein Ausgangssignal S . Demzufolge werden die Transistoren 5c, 3c und 4c geöffnet, um der Wicklung 2c zwischen den Zeitpunkten t₂ und t₃ den Antriebsstrom zuzuführen. Zum Zeitpunkt t₃ wird das Potential der Basis des Transistors 17b des Multivibrators 16b mit einem differenzierten Impuls an der Rückflanke des Signals S zu Null (bzw. negativ) gemacht, und..damit wird der Transistor;17b gesperrt. Der Multivibrator 16b wird zwischen den Zeitpunkten t₃ und t, (Fig. 5B) in das Betriebszeitintervall T gebracht, um ein Ausgangssignal S_b zu erzeugen, das der Basis des Transistors 5b zugeführt

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wird, um diesen zu öffnen. Die Transistoren 3b und 4b werden geöffnet, um der Wicklung 2b den Antriebsstrom zuzuführen. In gleicher Weise wird der Multivibrator 16a mit einem Triggerimpuls eines differenzierten Impulses zurückgekippt, der an der Rückflanke des Signals S, erhalten wird. Damit erzeugt der Multivibrator 16a zwischen den Zeitpunkten

t. und te ein Ausgangssignal S (Fig. 5A), das auf die

Q D ■ a

Basis des Transistors 5a gegeben wird, um ihn zu öffnen. Damit werden die Transistoren 3a und 4a geöffnet, um der Wicklung 2a den Antriebsstrom zuzuführen.

Wie oben beschrieben wurde, werden die Multivibratoren 16a, 16b und 16c aufeinanderfolgend betrieben und entsprechend werden die Wicklungen 2a, 2b und 2c aufeinanderfolgend mit den Antriebsströmen versorgt, um den Motor 2 anzutreiben.

Wenn der Motor 2 einmal angelassen ist, werden die logischen Kreise 7a, 7b und 7c in der anhand der Fig. 1 beschriebenen Weise betrieben und die Transistoren 17a, 17b und 17c der Multivibratoren 16a, 16b und 16c werden mit den Ausgangssignalen der Transistoren 9a, 9b und 9c gesteuert, um den Motor 2 bei der normalen Geschwindigkeit anzutreiben. Die MuItivibratoren 16a, 16b und 16c wirken daher nicht als " Ringzähler.. Es kann vorgezogen werden, daß das Zeitintervall T genügend größer als ein Zeitintervall gewählt wird, innerhalb dem die Antriebsströme der Wicklungen 2a, 2b und 2c bei der normalen Drehgeschwindigkeit des Motors 2 zugeführt werdenο

Bei der Ausführungsform der Fig„ 4 bilden Kreise, die aus Kondensatoren 22a, 22b, 22c und Widerständen 23a, 23b, 23c bestehen, Verzögerungskreise für die Signale und dienen dazu, das Zeitintervall des AntriebsStroms für die Wicklung 2a in einen idealen Zustand zu bringen, wie in FIg₀ 3 durch eine gestrichelte Linie A" gezeigt ist« Außerdem sind Kondensatoren 24a„ 24b und 24c relativ großer Kapazität

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zwischen die Dioden 10a und 11a, 10b und lib, 10c und lic geschaltet, um eine Entkopplungseinrichtung zu bilden.

Bei der oben beschriebenen Erfindung ist ein Fühler zur Ermittlung der Drehlage des Rotors des bekannten bürstenlosen Gleichstrommotors, de.r bei dem zuvor beschriebenen Stand der Technik erforderlich ist, nicht notwendig, so daß der Motor der Erfindung im Aufbau sehr vereinfacht werden kann. Außerdem ist es bei der Erfindung nicht notwendig, die Befestigungsstelle des Fühlers einzustellen.

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Claims

Ansprüche

1. Antriebsstromkreis für einen bürstenlosen Gleichstrommotor mit einem Rotor aus einem Magneten und mehreren festen Wicklungen, bestehend aus einer Spannungsquelle zur Speisung der festen Wicklungen, mehreren Schaltern, die zwischen die Spannungsquelle und die festen Wicklungen geschaltet sind, um Zufuhr von Antriebsströmen der Spannungsquelle zu den festen Wicklungen aufeinanderfolgend zu steuern, und eine Einrichtung zur Steuerung der Schalter in Abhängigkeit von einem Steuersignal, -gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Ermittlung des Steuersignals, das in den festen Wicklungen infolge der Drehung des Rotors induziert wird, als Lagesignale des Rotors.

2. Antriebsstromkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Wicklungen an den einen Enden zusammen mit

.einer Bezugspotentialquelle und an den anderen Enden jeweils mit den Schaltern und auch der Steuereinrichtung verbunden sind.

3. Antriebsstromkreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung mehrere Steuerkreis aufweist, wobei ein Ausgangssignal eines der Steuerkreise einem anderen hiervor zugeführt wird, Ausgangssignale dieser Steuerkreise den Schaltern zu deren Steuerung zugeführt werden, und jeder Steuerkreis mit dem induzierten Lagesignal zusammen mit AusgangsSignalen anderer Steuerkreise gesteuert wird.

4. Antriebsstromkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anlassen ein Schwingungskreis zwischen den Schaltern und der Steuereinrichtung vorgesehen ist.

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5. Antriebsstroinkreis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwingungskreis aus mehreren Multivibratoren besteht, von denen einer selbsterregend ist.

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