DE2463006C2

DE2463006C2 - Zweipulsiger kollektorloser Gleichstrommotor

Info

Publication number: DE2463006C2
Application number: DE19742463006
Authority: DE
Inventors: Benno Ing.(grad.) 7742 St Georgen Doemen
Original assignee: Papst Motoren & Co Kg 7742 St Georgen GmbH; Papst Motoren GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Priority date: 1973-05-23
Filing date: 1974-04-23
Publication date: 1984-08-16

Description

dadurch gekennzeichnet,

f) daß der Rotorstellungsdetektor als im Magnetfeldbereich des Rotors (11) angeordneter galvanomagnetischer Sensor (32) ausgebildet ist,

fl) daß dieser galvanomagnetische Sensor (32) entgegen der Drehrichtung (16) aus der neutralen Zone, also der Winkelzone zwischen zwei benachbarten Statorpolen (19, 20) versetzt ist, und/oder

f2) daß die Rotor-Pollücken an ihren mit diesem galvanomagnetischen Sensor (32) in Wechselwirkung tretenden Abschnitten (14', 15') relativ zu den elektromotorisch wirksamen Pollücken (14, 15) jeweils in Drehrichtung (16) versetzt sind.

2. Motor nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Versetzung so ausgebildet ist, daß die Bestromung der Statorwicklung (25, 26) jeweils zu einem Zeitpunkt unterbrochen wird, in dem die durch die trapezförmig magnetisierten (B\) Rotorpole in der Statorwicklung (25, 26) induzierte, etwa trapezförmige Spannung sich noch im Bereich eines hohen Spannungswertes befindet.

3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotorpollücken an ihren mit dem galvanomagnetischen Sensor (32) in Wechselwirkung tretenden Abschnitte (14', 15') verbreitert sind.

4. Verwendung eines Motors nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche für den An

trieb eines Lüfters.

5. Verwendung eines Motors nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche für den Antrieb eines Axiallüfters, vorzugsweise eines Axiallüfters mit kurzer axialer Baulänge.

ίο Die Erfindung betrifft einen zweipulsigen kolle^.torlosen Gleichstrommotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solcher Motor ist vorgeschlagen worden im zugehörigen Hauptpatent 23 46 380, auf dessen gesamten Inhalt zur Vermeidung von Längen ausdrücklich Bezug genommen wird. Der Hallgenerator, der bei dem in Hauptpatent beschriebenen Motor als Rotorstellungsdetektor dient, ist dort in der neutralen Zone, und zwar in einer Nut des Stators, angeordnet Es hat sich gezeigt, daß bei diesem Motor die Leistung mit zunehmender Drehzahl abnimmt, unerwünschte Geräusche auftreten, und die Belastung der die Statorströme steuernden Leistungstransistoren zunimmt

Deshalb ist es eine Aufgabe der Erfindung, den Motor nach dem Hauptpatent insbesondere für den Betrieb bei höheren Drehzahlen zu optimieren.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung gelöst durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale. Man erreicht so zweierlei: Zum einen wird der Strom in derjenigen Statorwicklung, welche entsprechend der augenblicklichen Stellung des Rotors eingeschaltet werden soll, relativ früh eingeschaltet und der Wicklungsstrom hat — trotz der durch das Statorpaket verursachten hohen induktivität der einzuschaltenden Statorwicklung — genügend Zeit, um auch bei höheren Drehzahlen auf den gewünschten Wert anzusteigen. Außerdem erfolgt durch die Erfindung auch das Abschalten dieser Wicklung zu einem günstigen Zeitpunkt, vorzugsweise — gemäß dem Anspruch 2 — dann, wenn die in dieser Wicklung vom Rotormagneten induzierte Spannung, die sogenannte Gegen-jjFMK, noch im Bereich eines hohen Spannungswertes ist. — Ein solcher Motor eignet sich besonders gut für den Antrieb von Lüftern, da diese mit relativ hohen Drehzahlen (2500 min-¹ und mehr) lauf en und deshalb für die Kommutierung jeweils nur kurze Zeit zur Verfügung steht

Aus der DE-AS 21 46 893 ist es bei einem vierpulsigen kollektorlosen Gleichstrommotor bekannt, die beiden um 90° gegeneinander versetzten Hallgeneratoren, die dort als Rotorstellungsdetektoren dienen, auf einem gemeinsamen Trägerleil anzuordnen. Dieses Trägerteil kann um 90° verdreht werden, um so die Drehrichtung des Motors umzukehren. Bei einem solchen Motor mit seiner kurzen Stromflußdauer von 90° hat eine Verdrehung der Hallgeneratoren um kleine Winkel keinen wesentlichen Einfluß auf den Lauf des Motors.

Ferner ist es aus der DE-OS 19 58 785 bekannt, am Rotor eines kollektorlosen Gleichstrommotors ein besonderes Steuermagnetteil vorzusehen, das z. B. bei einem dreipulsigen Motor eine Länge von 120° hat, also Einschaltimpulse von 120° Länge erzeugt, während es bei einem vierpulsigen Motor eine Länge von 90° haben müßte und dann Impulse von 90° Länge erzeugen würde. Zweck ist die Erzeugung eines klar definierten Steuersignals mit steilem Anstieg und steilem Abfall. Diese Maßnahme kann bei allen Motoren günstig sein, löst aber für sich allein die vorstehend genannte Aufgabe nicht.
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiteirbildun-

gen der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen, sowie aus den Unteransprüchen. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines als Außenläufermotor ausgebildeten kollektorlosen Gleichstrommotors, welcher als zweipulsiger Motor mit zwei Antriebswicklungen und einer von einem einzigen Hallgenerator gesteuerten Steuerschaltung ausgebildet ist,

F i g. 2 eine Abwicklung der wesentlichen Teile des magnetischen Kreises des Motors nach F i g. 1,

Fig.3 eine Darstellung der Induktionsverläufe des Rotors gemäß Fig.2,

F i g. 4 eine abgewickelte Draufsicht auf die Innenseite des Rotors nach Fig.2, welche insbesondere den Verlauf der Pollücken und die erfindungsgemäße Versetzung des Drehstellungsdetektors 32 zeigt,

Fig.5 ein Schaubild, welches einen typischen Momentenverlauf bei dem Motor nach F i g. 1 und 2 zeigt, und

F i g. S ein Schaltbild einer bevorzugten Schaltungsanordnung zur Verwendung mit einem Mo'rsr nach der Erfindung.

F i g. 1 zeigt einen Außenläufermotor mit einem äußeren, als Magnetring ausgebildeten zweipoligen Rotor 11, dessen radiale Magnetisierung B_x im Motorteil etwa den Verlauf gemäß Fig.3 hat. Dieser Verlauf ist gekennzeichnet durch eine praktisch konstante Induktion im Bereich der Pole und durch relativ schmale (10—20^c eL) Pollücken 14 und 15. Eine solche Magnetisierung wird gewöhnlich als trapezförmig bezeichnet und ist im Hauptpatent ausführlich beschrieben.

Der Rotor 11 weist ein Umfangsteil 12 aus Weicheisen auf, das z. B. in der bekannten Weise als Topf ausgebildet sein kann, mit dessen Boden dann die Welle des Motors verbunden wird. In den Topf 12 wird dann der eigentliche Magnet 13 eingelegt, der z. B. aus einem gebogenem Stück Gummimagnet bestehen kann, also einem Magnet, der aus einem Gummi- oder Kunststoffgemisch mit eingelagerten Magnetpartikeln besteht.

In den Fig. 1 und 2 sind die Stellen mit praktisch konstanter Induktion für den Nordpol durch Schraffierung und für den Südpol punktiert angedeutet

F i g. 1 zeigt den Rotor 11 in einer seiner beiden stabilen Ruhestellungen, die er bei stromlosem Zustand der Antriebswicklungen des Motors einnehmen kann. Diese Ruhestellungen sind durch die Form des Luftspaltes und die Form der Magnetisierung B\ (F i g. 3) bestimmt, im Betrieb läuft der Rotor 11 in Richtung des Pfeiles 16 um.

Der Stator 18 des Motors 10 ist als Doppel-T-Anker mit einem oberen Pol 19 und einem unteren Pol 20 ausgebildet, welche zwischen sich zwei Nuten 23 und 24 einschließen, in denen zwei in Reihe geschaltete Wicklungshälften 25 und 26 einer einsträngigen Wicklung angeordnet sind, deren Mittelanzapfung an einen Pluspol 27 geführt ist, und deren freie Enden mit 28 bzw. 29 bezeichnet sind· Ein als Rotorstellungsdetektor dienender Hallgenerator3? ist an der öffnung der Nut 24 oder einer elektrisch <iqui^valenten Stelle angeordnet.

Der Luftspal» 33 über dem Pol 19 und der Luftspalt 34 über dem Pol ^O s'hd gemäß der Lehre des Patents 23 46 380, auf desse^ Inhalt zur Vermeidung von Längen ausdrücklich ßtf^ug genommen wird, jeweils in besonderer Weise ausgebildet.

Fig.2 zeigt eine Abwicklung des oberen Luftspalts 33, welcher punktsymmetrisch zum unleren Luftspalt 3< verläuft. In Fig.2 ist >?.ben der Rotor 11 und unten der Stator 18 dargestellt, und zwar über einen Polbogen von etwa 180° el. Ausgehend von der Nut 23 nimmt der Luftspalt 33 über einem ersten Winkel ä(z. B. 10 bis 50° el.) monoton bis zu einer Stelle 36 zu, an welcher der Maximalwert di des Luftspalts 33 erreicht wird. Von da an nimmt der tatsächliche Luftspalt 33 über einem zweiten Winkelbereich ß(z. B. 80 bis 170° el.) monoton ab bis etwa zur öffnung der Nut 24, wo der Minimalwert d\ des tatsächlichen Luftspalts 33 erreicht wird Von hier aus nimmt der an den Luftspalt 33 anschließende Luftspalt 34 wieder monoton bis zur nächsten Stelle 36 hin zu.

Da die Öffnungen der Nuten 23 und 24 zum Einbringen der Wicklung 25, 26 und ihrer Isolation eine bestimmte Größe haben müssen, bewirken sie, daß der magnetisch wirksame Luftspalt im Bereich dieser Nutöffnungen wesentlich größer ist und etwa den Verlauf hat, wie er in F i g. 2a mit 38 für die Nut 23 und mit 39 für die Nut 24 bezeichnet ist, d. h. der magnetisch wirksame Luftspalt hat sein Minimum d> etwa an den beiden Stellen 42 und 43, weiche jeweils um ei^n Winkel y(z. B. 10 bis 40° el.) vor der zugeordneten Nü'öffnung liegen. Die beiden Winkel λ und / ergeben also zusammen einen Winkel J, innerhalb dessen der magnetisch wirksame Luftspalt in Drehrichtung gesehen zunimmt Dieser wirksame Luftspalt ist für die Form des Reluktanzmoments maßgebend. Zweckmäßig legt man diesen Winkel if so, daß der Hallgenerator 32 etwa in seiner Mitte oder um π mal 180° el. gegenüber dieser Mitte versetzt angeordnet ist, wobei π = 1,2... eta Die F i g. 1 und 2 zeigen den Rotor 11 in seiner stabilen Ruhestellung, in der seine beiden Pole jeweils Gebieten kleinen Luftspalts gegenüberliegen und die Lage der Pollücken 14,15 etwa mit den Stellen 36 größten Luftspalts übereinstimmt, da in diesen Lagen der magnetische Widerstand des Luftspalts insgesamt am geringsten ist

Verdreht man den Rotor IS um den Winkel^in Drehrichtung 16 aus dieser stabilen Ruhelage, so muß man hierzu dem Rotor 11 von außen Energif. zufuhren, da sich der magnetische Widerstand im Luftspalt vergrößert, oder anders gesagt, der Rotor 11 wird durch ein Pcluktanzmoment gebremst. Im Betrieb wird diese Energie durch den Strom in der Wicklung 25 oder 26 zugeführt.

Nach Verdrehung um den Winkel β erreicht der Rotor 11 eine Lage, in der seine Pollückeii 14 und 15 sozusagen auf den Stellen 42,43 kleinsten Luftspalts reiten. In dieser Lage ist der magnetische Widerstand des Luftspalts insgesamt am größten, d. h. hier ist die größte magnetische Energie im Motor gespeichert, und der Rotor 11 hat in dieser instabilen oder labilen Lage das Bestreben, sich in der einen oder anderen Richtung so weit zu drehen, bis er wieder eine der beiden möglichen stabilen Lagen erreicht hat. Wird der Rotor 11 z. B. in Richtung des Pfeiles 16 weitergedreht, so gibt er auch ohne Zufuhr elektrischen Stromes ein antreibendes Drehmoment ab, das bei geeigneter gleichmäßiger Ausbildung der Zunahme des äquivalenten Luftspalts eine praktisch konstante Amplitude hat.

Man erkennt i.iso, daß ein bremsendes Reluktanzmoment etwa im Winkelbereich β vorhanden ist, in welchem die Pollücken 14, 15 über Gebiete abnehmenden wirksamen Luftspalts hinweglaufen, untf- daß ein antreibendes Rcluktanzmoment etwa im Winkelbereich d vorhanden ist, in welchem die Pollücken 14, 15 über Gebiete zunehmctdcn wirksamen Luftspalts hinweglaufen.

F i g. 5 zeigt schematisch diesen Verlauf des dort mit

40 bezeichneten Reluktanzmoments M„i über einer Rotorumdrehung, also über 360° el. Mit 41 ist die in F i g. 1 und 2 dargestellte stabile Rotorstellung bezeichnet, mit 41' die dazu symmetrische stabile Rotorstellung. Zwischen diesen beiden Stellungen liegt eine labile Rotorstellung 42, der eine dazu symmetrische labile Stellung 42' entspricht. An den Stellen 41,41' und 42,42' hat das Reluktanzmoment 40 jeweils den Wert Null. Man erkennt ferner den Verlauf des mit 43 und 43' bezeichneten bremsenden Reluktanzmoments zwischen den Punkten 41 und 42 und 4Γ und 42', dessen Länge im wesentlichen durch den Winkel/?bestimmt ist, und den daran jeweils anschließenden Bereich 44 bzw. 44' des antreibenden Reluktanzmoments, dessen Länge im wesentlichen durch den Winkel ti bestimmt ist. F i g. 4 zeigt ferner den Verlauf des mit 45 bzw. 45' bezeichneten elektromagnetischen Antriebsmoments M_ci,das ersichtlich während des antreibenden Reluktanzmoments 44 bzw.44' den Wert Null haben kann.

Da der Strom in den rviotorwickiungen 25, 26 beim vorliegenden Motor vom Magnetfeld des Rotors 11 über den Hallgenerator 32 gesteuert wird, wählt man für die Magnetisierung des Rotormagneten 13 zweckmäßig die Form, wie sie in F i g. 3 mit Bi bezeichnet und in Fig.4 im unteren Teil schematisch angedeutet ist, d. h. derjenige Teil des Magneten 13, der den Hallgenerator 32 steuert, erhält Pollücken 14' bzw. 15', welche breiter sind als die übrigen Pollücken 14 und 15. Auf den Hallgenerator 32, der zweckmäßig etwas entgegen der Drehrichtung 16 aus der neutralen Zone versetzt wird (Fig.2 zeigt die Anordnung in der neutralen Zone, F i g. 4 eine solche Versetzung), wirkt also jeweils ein relativ großer Rotorabschnitt, in dem die Induktion nicht viel größer als Null ist. — Statt einer Versetzung des Hallgenerators 32 aus der neutralen Zone können naturgemäß auch die Pollücken 14' und 15' unsymmetrisch relativ zu den Pollücken 14 und 15 angeordnet .„.,.-,<„. .„;i,.„„j Aa* u„iu„„„..„. -χι ...;„ u«.: c: „ \

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und 2 in der neutralen Zone bleibt, wodurch sich dieselbe Wirkung ergibt Diese Anordnung hat auch den Vorteil, daß man für beide Drehrichtungen dieselbe Hallgeneratorlage verwenden kann, während man den Rotormagneten je nach Drehrichtung verschieden magnetisieren muß.

Wenn die Induktion am Hallgenerator 32 angenähert gleich Null ist, haben beide Ausgänge 50 und 51 des Hallgenerators 32 etwa dasselbe Potential, und die aus dieser Signalkombination entnehmbare Information kann zum Reduzieren des Stroms in beiden Wicklungen 25 und 26 ausgenutzt werden, also zum Erzeugen einer Stromlücke.

Zum Steuern des Stroms in den Wicklungen 25 und 26 abhängig von der Lage der Pole des Rotors 11 dient der Hallgenerator 32, dessen einer Steueranschluß über einen Widerstand 52 mit dem Pluspol 27 verbunden ist, während sein anderer Steueranschluß über einen Widerstand 49 mit einer Minusleitung 53 einer Gleichspannungsquelle (z. B. 24 V) verbunden ist Die beiden Ausgänge 50 und 51 des Hallgenerators 32 sind mit den Basen zweier pnp-Transistoren 54 und 55 verbunden, deren Kollektoren über Widerstände 56 bzw. 57 mit Minus verbunden sind, während ihre Emitter über einen Knotenpunkt 58 und einen gemeinsamen Widerstand 59 mit der Plusleitung 27 in Verbindung stehen. Die Transistoren 54 und 55 sind also als Differenzverstärker 60 geschaltet An den Kollektor dss Transistors 54 ist die Basis eines npn-Transistors 63 angeschlossen, dessen Emitter mit Minus und dessen Kollektor mit dem Wicklungsanschluß 29 verbunden ist. In gleicher Weise ist an den Kollektor des Transistors 55 die Basis eines npn-Transistors 64 angeschlossen, dessen Emitter mit Minus und dessen Kollektor mit dem Wicklungsanschluß 28 verbunden ist.

Der bisher beschriebene Teil der Schaltung nach F i g. 1 arbeitet wie folgt:

Beim Vorbeilaufen des Südpols des Rotors 11 (wie in F i g. 1 und 2 dargestellt) am Hallgenerator 32 werden

ίο die Transistoren 55 und 64 und damit die Motorwicklung 25 eingeschaltet In gleicher Weise werden beim Vorbcilaufen des Nordpols am Hallgenerator 32 die Transistoren 54 und 63 und damit die Wicklung 26 eingeschaltet Auf diese Weise wird durch die beiden Wick-

ii lungen 25 und 26 das in F i g. 5 dargestellte elektromagnetische Antriebsmoment 45, 45' erzeugt, das infolge der in weiten Bereichen praktisch konstanten Induktion ßi (F ig. 3) des Rotormagnets 13 und des in diesen Bereichen ebenfalls praktisch konstanten Motorstroms in einem relativ großen Winkeibereich praktisch konstant ist. In diesem Winkelbereich ist auch die in den beiden Motorwicklungen 25 und 26 induzierte Gegen-EMK praktisch konstant, d. h. daß in diesem Winkelbereich der Wirkungsgrad des Motors sehr gut ist, weil das Verhältnis von Gegen- EMK zu angelegter Gleichspannung (zwischen 27 und 53) hoch ist. Im Interesse eines hohen Wirkungsgrades sollte deshalb nur in solchen Winkeibereichen mit hoher Induktion B\, also mit hoher Gegen- EMK, et.»e Spannung an die Wicklungen gelegt werden.

Dabei ergibt sich der weitere Vorteil, daß beim Abschalten des Stromes durch die Motorwicklungen dann, wenn an diesen einen hohe Gegen-EMK vorhanden ist, nur eine kleine Spannungsspitze auftritt, und zwar hauptsächlich deshalb, weil dann die Differenz zwischen ange-

r> legter Spannung und Gegen-EMK klein ist und demzufolge der Motorstrom kleiner ist als in einem Winkelbereich, bei dem die Gegen-EMK abnimmt und demzufolge der MotorstroR) angestiegen ist und deshalb schwieriger abzuschalten ist.

Aus diesen Überlegungen folgt, daß der Strom durch beide Motorwicklungen dann unterbrochen sein sollte, wenn die Gegen-EMK nicht ihren vollen Wert hat, da man hierdurch einen besseren Wirkungsgrad und kleinere Abschaltspitzen, also weniger Funkstörungen erhält, und außerdem die Transistoren optimal genutzt werden, man also kleine Bauelemente verwenden kann, die auch in einen kleinen Motor noch leicht eingebaut werden können. Dies ist besonders wichtig bei Axiallüftern, da hierbei sehr kurze axiale Baulängen, z. B. nur 38 mm. vorgeschrieben werden, und man daher gezwungen ist, den im Motor verfügbaren Raum optimal auszunutzen. Ferner wird durch diese Maßnahme auch der Geräuschpegel eines solchen Motors verringert. — Es ergibt sich also hieraus die Forderung, die Ströme in beiden Motorwicklungen während bestimmter Winkelbereiche mindestens nahezu zu Null zu machen.

F i g. 1 zeigt hierzu schematisch zwei Möglichkeiten, und zwar sind zum Unterdrücken der Ströme in beiden Wicklungen 25 und 26 dann, wenn beide Ausgänge des Hallgenerators 32 etwa dasselbe Potential haben, diese Ausgänge mit zwei Eingängen eines UND-Gliedes 65 verbunden, das so ausgebildet ist, daß es nur dann ein Ausgangssignal abgibt wenn seine beiden Eingänge etwa dasselbe Potential haben.

Dieses UND-Glied 65 steuert entweder, wie dargestellt, einen pnp-Transistor 66, dessen Emätter-Kollektor-Strecke zwischen dem Knotenpunkt 58 und der Minusleitung 53 geschaltet ist oder es steuert einen Transi-

stör 67. dessen Emitter-Kollektor-Strecke zwischen den Knotenpunkt 58 und den Widerstand 59 eingeschaltet ist. Eine dritte Möglichkeil, wie sie im folgenden in Fig.6 erläutert wird, ist die, daß der Drehstellungsdetektor 32 direkt beide Transistoren 54 und 55 sperrt, wenn die genannte spezifische Signalkombination an seinem Ausgang vorliegt.

F i g. 6 zeigt eine bevorzugte, nach dem derzeitigen Erkeiwitnissiand optimale Schaltung, welche blockiersicher ist, die gewünschte Stromlücke erzeugt, und dazuhin durch ihre hohe Empfindlichkeit auch eine hohe Betriebstemperatur des Motors, auch beim Einbau in diesen, ermöglicht. Ferner hat diese Stellung einen sehr einfachen Aufbau. Hierbei werden zur wechselspannungsmäßigen Ankopplung der Transistoren 54 und 55 an den Hallgenerator 32 Elektrolyt-Kondensatoren 77 und 78 mit z. B. jeweils etwa 10 μΡ verwendet. Die Transistoren 54 und 55 liegen in einem Parallelzweig zum Hallgenerator 32, so daß der Strom durch den Hallgenerator 32 verringert wird, wenn einer der Transistoren 54 oder 55 leitet; dies dient als Strombegrenzung für diese Transistoren durch negative Rückkopplung, da bei Verringerung des in den Hallgenerator fließenden Stromes auch dessen Ausgangssignal entsprechend abnimmt.

Die Emitter der beiden Transistoren 54 und 55 sind mit einem Knotenpunkt 90 verbunden, der über den Widerstand 52 mit der Plusleitung 27 sowie direkt mit der Anode einer relativ gut leitenden Siliziumdiode 91 verbunden ist, deren Kathode über einen Knotenpunkt 92 mit dem einen Eingang des Hallgenerators 32 verbunden ist. Die Diode 91 kann z. B. vom Typ ITT 601 sein, der im leitenden Zustand eine Spannung von etwa 0,75 V hat

An den Knotenpunkt 92 sind ferner über einen Widerstand 97 (z. B. 3 kOhm) die Kathoden zweier relativ schlecht leitenden Siliziumdioden 93 und 94 angeschlossen. Die Anode der Diode 93 ist mit der Basis des Transistors 54, die Anode der Diode 94 mit der Basis des Transistors 55 verbunden. Für die Dioden 93 und 94 kann der Typ BA 170 verwendet werden. Ferner liegt parallel zum Hallgenerator 32 eine Siliziumdiode 98.

Wirkungsweise von Fig.6: Wenn man den Widerstand 97 zunächst außer Betracht läßt, sind parallel zur Diode 91 zwei elektrisch etwa gleichwertige Dioden 55 (Basis-Emitter-Diode des Transistors 55) und 94, die z. B. beide aus Siliziummaterial hergestellt sind, und mit gleicher Durchflußrichtung, parallel geschaltet. Im Ruhezustand teilt sich deshalb der Spannungsabfall von ca. 0,7 V an der Diode 91 auf die beiden Dioden 55 und 94 auf, so daß an jeder von ihnen etwa 035 V liegen, so daß durch diese Dioden nur ein minimaler Strom von z. B. 0,001 mA fließt Wird nun dem mit 100 bezeichneten Verbindungspunkt zwischen den Dioden 55 und 94 über den Kondensator 78 ein negativer Impuls von z. B. minus 0,2 V zugeführt, so wird der Transistor 55 leitend, d. h. es genügt bei dieser Schaltung schon eine sehr geringe Potentialänderung des Punktes 100, um den Transistor 55 (oder den Transistor 54) leitend zu machen. Durch den aus den Teilen 55 und 94 bestehenden Spannungsteiler wird also die Schwellenspannung des Transistors 55 herabgesetzt, und die Schaltung wird hierdurch sehr empfindlich.

Da parallel zum Hallgenerator 32 die Diode 98 liegt, erhält man am Hallgenerator 32 im Betrieb eine Spannung von etwa 0,7 V, und bei Bi = 0 teilt sich diese Spannung auf in zwei Teilspannungen von je 035 V, so daß man bei laufendem Motor am Kondensator 78 z. B. eine Gleichspannung von 0,7 V erhält, die im Betrieb weitgehend konstant ist. Wenn der Ausgang 51 des Hallgenerators 32 negativer wird, fließt über die Basis-Emitter-Diode des Transistors 55 ein Ladestrom in den Kondensator 78, d. h. der Transistor 55 wird leitend.

Wenn der Ausgang 51 positiver wird, sperrt der Transistor 55, und über die Diode 94, den Widerstand 97, und den Hallgcnerator 32 fließt ein Entladestrom aus dem Kondensator 78, der sich dabei im Betrieb um denselben Betrag entlädt, um den er zuvor geladen worden war.

ίο Da der Widerstand 97 (z.B. 3000 0hm) wesentlich hochohmiger ist als der Innenwiderstand des Hallgenerators 32 (z. B. 30 Ohm, dazu stark temperaturabhängig), ist die Entladezeitkonstante praktisch konstant und größer als die Ladezeitkonstante, so daß man für die Entladung eine entsprechend höhere Spannung erhält. — Der Strom, den der Transistor 54 zum Transistor 63 oder der Transistor 55 zum Transistor 64 leitet, fließt über den Widerstand 52 und wirkt gegenkoppelnd, da er den Steuerstrom des Hallgenerators 32 vermindert.

Wird der Motor blockiert, so lädt sich derjenige Kondensator 77 oder 78 auf, dessen zugeordneter Hallgenerator- Ausgang gerade negativ ist, und da dann die Basen beider Transistoren 54 und 55 ebenso dasselbe Potential erhalten, wie wenn der magnetische Fluß B₁ im Hallgencrator 32 gleich Null oder angenähert gleich Null wäre, ist dann, nach Ablauf einer Verzögerungszeit von etwa einer Sekunde, keiner der beiden Transistoren 54 oder 55 mehr leitend, und der Strom in beiden Wicklungssträngen 25 und 26 wird vollständig unterbrochen,

so daß eine Überhitzung des Motors auch bei Blockieren sicher vermieden wird. Der Wiederanlauf ist möglich durch einen Spannungsimpuls an den Leitungen 27, 53, kurzes Ausschalten, oder durch Anwerfen des Motors von Hand, wobei schon ein sehr kleiner mechanischer Impuls genügt.

Die Verzögerung des Entladevorgangs durch den Widerstand 97 ist deshalb günstig, weil sie das Einschalten desjenigen Transistors 54 oder 55 verzögert, dessen Kondensator gerade entladen wird, da vor dem Einschalten der Entladevorgang ein gewisses Stadium erreicht haben muß. Auf diese Weise kann man in der gewünschten Weise die Größe der Stromlücke optimieren, indem man den Widerstand 97 verändert
Die Erfindung ist nicht beschränkt auf Motoren, deren Kommutierung durch Hallgeneratoren gesteuert wird, sondern eignet sich in gleicher Weise bei Kommutierung durch andere Rotorstellungsdetektoren, z. B. Magnetdioden oder dergleichen, da auch bei solchen Rotorsteliungsdetektoren eine spezifische Signalkombination dann auftritt, wenn die Stromphase erzeugt werden soll. Naturgemäß wird diese Signalkombination bei anderen Rotorsteliungsdetektoren eine andere Form haben, doch ist ihre Auswertung in analoger Weise nach den Prinzipien der vorliegenden Erfindung möglich, um die beschriebene Wirkung zu erreichen. — Für höhere Motorströme können die Transistoren 63 und 64 durch entsprechende Darlington-Transistoren ersetzt werden. Die Erfindung eignet sich naturgemäß in gleicher Weise für Innenläufermotoren.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Zweipulsiger kollektorloser Gleichstrommotor,

a) mit einem etwa zylindrischen Luftspalt (33,34), al) welcher, verursacht durch eine Veränderung des luftspaltseitigen Statorblechpaketdurchmessers, über dem Drehwinkel eine unterschiedlicheGröße hat,

b) mit einem permanentmagnetischen Innen- oder Außenrotor (11),

bl) dessen Pole eine etwa trapezförmige Magnetisierung (Bi) mit schmalen Lücken (14,15) zwischen den Polen aufweisen,

c) mit einem Rotorstellungsdetektor (32),

d) mit einer im Betrieb ein Wechselfeld und damit ein Lücken (46, 46') aufweisendes elektromagnetisches Antriebsmoment (M_e i) erzeugenden Statorwicklung (25,26), deren Bestromung vom Rotorstdlungsdetektor (32) gesteuert ist,

e) webe: ir, bestimmten DrehwinkeSbereichen durch Zusammenwirken des permanentmagnetischen Rotors (11) und des Stators (18) magnetische Energie speicherbar und dann in darauffolgenden Drehwinkelbereichen zur Überwindung der Monientenlücken (46,46') des elektromagnetischen Drehmoments (M_c\) wieder abgebbar ist,

el) wobei die letztgenannten Drehwinkelbereiche etwa mit den Winkelbereichen (d) zusammenfallen, in ■■'einen die schmalen Pollücken (14,15) des Rotors (11) jeweils ein Gebiet in Drehrichtung (16) zunehmenden magnetisch wirksamen Luftspalts durchlaufen, aach Patent 23 46 380,