DE2517420A1

DE2517420A1 - Brushless DC motor with inductive commutation for open-end spinning - has rotor which is fitted with conducting ring or cage and which has auxiliary stator winding

Info

Publication number: DE2517420A1
Application number: DE19752517420
Authority: DE
Inventors: Gerd Ruff
Original assignee: Teldix GmbH
Current assignee: Rockwell Collins Deutschland GmbH
Priority date: 1975-04-19
Filing date: 1975-04-19
Publication date: 1976-10-28

Abstract

The brushless dc motor, with inductive commutation and for open-end spinning equipment, has a permanently magnetic rotor and polyphase stator windings. The rotor (1) has a conducting ring or cage, and the stator polyphase auxiliary windings to generate the rotating field that starts the rotor moving in a given direction as in a cage motor. The auxiliary windings are located in the housing (25) and extend around the circumference through an angle of 90 deg. The auxiliary windings are situated in slots in the stator laminae which are in turn enclosed by the housing and constructed in segments.

Description

Bürstenloser Gleichstrommotor mit induktiver Kommutierung Die Erfindung bezieht sich auf einen bürstenlosen Gleichstrommotor mit induktiver Kommutierung, enthaltend einen mit Permanentmagneten versehenen Rotor und eine mehrphasige Statorwicklung insbesondere zum Antrieb einer Spinnturbine für das Offen-End-Spinnverfahren. Brushless DC motor with inductive commutation The invention refers to a brushless DC motor with inductive commutation, containing a rotor provided with permanent magnets and a polyphase stator winding in particular to drive a spinning turbine for the open-end spinning process.

Problemstellung Bei derartigen Motoren werden die durch den sich drehenden, permanentmagnetischen Rotor in Wicklungen induzierten Spannungen verwendet, um die Kommutierung der durch die Statorwicklungen fließenden Ströme zu bewirken.Problem With such motors, the rotating, permanent magnetic rotor used in windings induced voltages To cause commutation of the currents flowing through the stator windings.

Bei stillstehendem Rotor kann jedoch die Kommutierung nicht erfolgen, so daß zum Anlaufen des Rotors weitere Mittel vorgesehen werden müssen. So ist aus der deutschen Patentschrift 1 293 -32b bekannt geworden die Statorwicklungsstränge mit Steuerstufen zu einer geschlossenen Kette miteinander zu verbinden und in jeder steuerstufe zwei RC-Glieder unterschiedlicher Bemessung vorzusehen. Damit soll erreicht werden, daß nach dem Einschalten des Motors zunächst ein Wicklungestrang von Strom durchflossen wird und kurz darauf entsprechend der Zeitverzögerung, welche durch das eine RC-Glied bestimmbar ist, ein weiterer Wicklungsstrang von Strom durchflossen wird, um den Rotor in eine vorgegebene Drehrichtung zum Anlaufen zu bringen. Hierbei erweist sich die Dimensionierung der genannten RC-Glieder und der übrigen Bauteile insbesondere für Motoren mit hohen Drehzahlen als recht aufwendig, denn es sind Kompromisse einzugehen um einerseits einen sicheren Anlauf und andererseits einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen.When the rotor is at a standstill, however, commutation cannot take place. so that further means must be provided for starting the rotor. So it's over the German patent 1 293 -32b made known the stator winding phases with control stages to connect to a closed chain and in each control stage two RC elements with different ratings are to be provided. In order to target can be achieved that after switching on the motor first a winding strand is traversed by current and shortly thereafter according to the time delay, which through which an RC element can be determined, a further winding phase is traversed by current to start the rotor in a predetermined direction of rotation. Here The dimensions of the mentioned RC elements and the other components prove to be especially for engines with high speeds as quite expensive, because there are To make compromises to ensure a safe start on the one hand and one on the other to achieve high efficiency.

Weiterhin sind bei der Herstellung aufgrund der unvermeidlichen Bauteiltoleranzen Abgleich- und Justiermaßnahmen erfoderlich, welche für Serien in großen Stückzahlen zusätzliche Kosten erfordern. Es ist weiterhin gemäß der deutschen Patentanmeldung P 24 23 718.1 ein bürstenloser Gleichstrommotor vorgeschlagen worden, enthaltend eine Schaltvorrichtung, mittels welcher der Rotor zunächst in eine definierte Ruhelage gebracht wird. Über die Schaltvorrichtung wird beispielsweise ein Wicklungsstrang für eine vorwählbare Zeitdauer von Strom durchflossen, und anschließend die weiteren Wicklungsstränge, so daß der Rotor dann in einer bestimmten Drehrichtung anlaufen kann. Dieser im Hinblick auf den Schaltungs- und Fertigungsaufwand recht einfache Motor benötigt jedoch eine gewisse Beruhigungszeit von beispielsweise 1,5 sec., bis der Rotor seine Ruhestellung eingenommen hat. i?ür Anwendungen, bei welchen der Anlauf in sehr kurzer Zeit erfolgen muß, genannt seien hier Spinnturbine in Offen-End-Spinnmaschinen, ist dies jedoch unerwünscht.Furthermore, due to the inevitable component tolerances during manufacture Compensation and adjustment measures required, which are necessary for series in large numbers require additional costs. It is still according to the German patent application P 24 23 718.1 a brushless DC motor has been proposed containing a switching device, by means of which the rotor is initially in a defined rest position is brought. A winding phase, for example, is connected via the switching device current flows through it for a preselectable period of time, and then the others Winding strands, so that the rotor then start up in a certain direction of rotation can. This is quite simple in terms of circuit and manufacturing effort However, the motor needs a certain settling time of, for example, 1.5 sec., until the rotor has taken its rest position. i? for applications where the start-up must take place in a very short time, the spinning turbine in Open-end spinning machines, however, this is undesirable.

Aufgabe und Lösung Der Erfindung liegt-daher die Aufgabe zugrunde die genannten Nachteile zu vermeiden und einen im Aufwand einfachen, kostengünstigen Gleichstrommotor zu schaffen, welcher sicher und schnell in eine vorgegebene Drehrichtung anläuft. Diese Aufgabe wird gemäß des ersten Patentanspruches dadurch gelöst, da der Rotor einen elektrisch leitenden Ring oder Käfi rnfv;c-Jt, und daß auf dem Stator eine mehrphasige Hilfswicklung vorgesehen ist zur Erzeugung eines trelMeldes, um den liotor nach Art eines Kurzschlußläufermotors in eine vorgegebene Drehriclltung zum anlaufen zu bringen.OBJECT AND SOLUTION The invention is therefore based on the object to avoid the disadvantages mentioned and a simple, inexpensive one in terms of effort To create a direct current motor, which can be rotated safely and quickly in a given direction of rotation starts up. This object is achieved according to the first claim in that the rotor an electrically conductive ring or Käfi rnfv; c-Jt, and that on the stator a multi-phase Auxiliary winding is provided for generating a trelMeldes to turn the liotor into a specified Turning direction to start up.

Vorteile und lreiterbildungen Der erfindungsgemäße Motor zeichnet sich aus durch einen einfachen Aufbau und läuft mit Sicherheit in der vorgegebenen Drehrichtung an. Aufgrund der konsequenten Trennung zwischen Hilfsmotor bzw. Hilfswicklung für den Anlauf einerseits und Kornmutierungselektronik für den normalen Betrieb >andererseits, können die genannten Bauteile jeweils für sich dimensioniert und hergestellt werden, ohne daß dabei Kompromisse in der einen oder anderen Richtung eingegangen werden müssen. So kann die Kommutierungselektronik in bekannt: Weise ausgebildet werden und auch der Hilfsmotor als schleifringloser Induktionsmotor aufgebaut werden, wobei in vorteilhafter Weise mechanische Verschleißteile vermieden werden. Der I-Iilfsmotor enthält bevorzugt einen mit dem Rotor direkt verbundenen, d.h., einen mit diesem integrierten Kurzschlußläufer und zwar vorzugsweise einen Ring oder eine Scheibe aus elektrisch leitendem Material. Ist der Rotor als Spinnturbine für eine Spinnmaschine nach dem Offen-End-Spinnverfahren und als eine im wesentlichen zylindrische Hülse vorzugsweise aus Aluminium ausgebildet, so ist der besagte Rotor ohne weiteres als der Kurzschlußläufer zu verwenden. Dabei wird lediglich auf dem Stator oder auf dem umgebenden Gehäuse die Hilfswicklung angeordnet, welche sich bevorzugt nur über einen kleinen Winkelbereich von etwa 900 erstreckt. Vorzugsweise wird die Hilfswicklung derart hergestellt, daß sie in ein Blechpaket aus segmentartigen Polblechen eingelegt und in einer Ausnehmung des Gehäuses angeordnet wird. Die genannte Ausnehmung des Gehäuses erstreckt sich ebenfalls über einen kleinen Winkelbereich, wobei weiterhin eine kleine Vertiefung vorgesehen ist, um die Hilfswicklung und Polbleche festzulegen.Advantages and rider formations The engine according to the invention is characterized is characterized by a simple structure and runs with certainty in the specified Direction of rotation. Due to the consistent separation between the auxiliary motor and auxiliary winding for start-up on the one hand and grain mutation electronics for normal operation > On the other hand, the named components can each be dimensioned and without compromising in one direction or the other must be received. So the commutation electronics can be known: way are designed and the auxiliary motor as a slip ringless induction motor be built up, avoiding mechanical wear parts in an advantageous manner will. The auxiliary motor preferably contains a directly connected to the rotor, i.e., a squirrel cage integrated with this, and preferably one Ring or disk made of electrically conductive material. Is the rotor as a spinning turbine for an open-end spinning machine and as an essentially cylindrical sleeve, preferably made of aluminum, is said rotor readily to use as the squirrel cage. Only the Stator or the auxiliary winding arranged on the surrounding housing, which is preferably only extends over a small angular range of approximately 900. Preferably the auxiliary winding is made in such a way that it is in a laminated core of segment-like Pole sheets are inserted and arranged in a recess of the housing. The said The recess of the housing also extends over a small angular range, a small recess is also provided around the auxiliary winding and Define pole plates.

Eine derart gefertigte und in den Motor integrierte Hilfswicklung erfordert auch bei großen Stückzahlen keinen großen Aufwand und stellt im Vergleich zu elektrischen Anlaufschaltungen eine wirtschaftliche Alternative dar. Dies erweist sich vor allem bei Verwendung eines aus Aluminium oder einen sonstigen leitfähigen Material hergestellten Rotor von besonderer Bedeutung, da der Rotor so wie er ist als Kurzschlußläufer verwendbar ist. außer der genannten Hilfswicklung sind lediglich noch bekannte Schaltvorrichtungen erforderlich, um zum Anlaufen des Rotors die Hilfswicklung und anschließend die Kommutierungselektronik einzuschalten. Hierfür wird bevorzugt eine an sich bekannte Zeitschaltung mit einem RC-Glied vorgesehen zur Betätigung eines Relais. Falls zur Speisung der Hilfswicklung Wechselspannung zur Verfügung steht, so werden die Phäsen der Hilfswicklung bei mehrphasigei Wechselspannung direkt angeschlossen oder bei einphasiger Wechselspannung wird in bekannter Weise ein Kondensator einer Phase der Hilfswicklung vorgeschaltet. Die Drehrichtung des Motors wird in einfacher Weise mittels eines Umschalters vorgegeben, mit welche die eine Umschaltung der Phasen der Hilfswicklung erfolgen kann. Falls keine Wechselspannung zur Verfügung steht wird in zweckmäßiger Weise ein Generator oder ein Oszillator vorgesehen, mit welchem ein oder mehrere Transistoren ansteuerbar sind, welche mit einer Gleichspannungsquelle und mit der IIilfswicklung verbunden sind.An auxiliary winding manufactured in this way and integrated into the motor does not require a lot of effort even with large quantities and makes a comparison an economical alternative to electrical start-up circuits. This proves themselves especially when using one made of aluminum or another conductive material Manufactured rotor is of particular importance, since the rotor as it is as a squirrel cage rotor is usable. apart from the mentioned auxiliary winding, there are only known switching devices required to start the rotor, the auxiliary winding and then the Switch on the commutation electronics. For this purpose, a known one is preferred Timing circuit with an RC element provided for actuating a relay. If for If the auxiliary winding is supplied with AC voltage, the phases are connected directly to the auxiliary winding in the case of polyphase alternating voltage or with single-phase alternating voltage becomes a capacitor of one phase in a known manner upstream of the auxiliary winding. The direction of rotation of the motor is easy predetermined by means of a switch, with which the one switching of the phases the auxiliary winding can be done. If no AC voltage is available a generator or an oscillator is expediently provided with which one or more transistors can be controlled, which with a DC voltage source and are connected to the auxiliary winding.

Bevorzugt werden hierbei die gleichen Leistungstransistoren verwendet, die zum Ansteuern der Statorwicklung vorgesehen sind, wobei mittels schaltern wahlweise die Statorwicklung bzw. die Hilfswicklung mit der Gleichspannungsquelle verbindbar sind.The same power transistors are preferably used here, which are provided for controlling the stator winding, with optional switches the stator winding or the auxiliary winding can be connected to the DC voltage source are.

Ausführungsbeispiele Die Erfindung wird n;c1lfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.EXEMPLARY EMBODIMENTS The invention is described in the following on the basis of the in the drawing illustrated embodiments explained in more detail.

Es zeigen: Fig. 1 - Einen Längsschnitt durch eine Spinnturbine mit einem Rotor aus Aluminium und einer im Gehäuse angeordneten Hilfswicklung Fig. 2 - ein Polblech für die Hilfswicklung Fig. 3 - ein Winkelschema der Hilfswicklung Fig. 4 - einen "rinzit)iellen Schaltplan mit zweiphasiger Hilfswicklung und Kommutierungselektronik Fig. 5 - einen ähnlichen Schaltplan wie Fig. 4 mit einem Sinus- oder Rechteckgenerator zur Speisung der Hilfswicklung Fig. 6 - eine weitere Schaltungsvariante, wobei über Leistungstransistoren wahlweise die Hilfswickltuj oder die Statorwicklung gespeist wird.1 shows a longitudinal section through a spinning turbine a rotor made of aluminum and an auxiliary winding arranged in the housing FIG. 2 - a pole plate for the auxiliary winding Fig. 3 - an angular diagram of the Auxiliary winding Fig. 4 - a basic circuit diagram with two-phase auxiliary winding and commutation electronics FIG. 5 - a circuit diagram similar to FIG. 4 with a Sine or square wave generator for feeding the auxiliary winding Fig. 6 - another Circuit variant, with the auxiliary winding optionally via power transistors or the stator winding is fed.

In Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch ein bevorzugte Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Maschine schematisch dargestellt mit einen etwa topfförmigen Rotor 1, welcher mit einer trichterähnlichen Spinnturbine 2 direkt verbunden ist. In einem Innenraum 3 de genannten Turbine werden nach dem bekannnten Offen-End-Spinnverfahren die zu verspinnenden Einzelfasern zugeführt und der gesponnene Faden wird durch einen Abzugskanal (nicht dargestellt) kontinuierlich abgezogen. Der Rotor 1 ist bezüglich eines Stators 5 um die Achse drehbar gelagert. Der Stator weist einen in den Rotor hineinragenden, zylindrischen Dorn 6 auf, welcher von einen ringförmigen Statorkörper 7 umgeben ist. Der Statorkörper besteht aus einem keramischen Werkstoff und weist auf einer Außenfläche eine mehrphasige elektrische Wicklung @ des bürstenlosen Gleichstrommotors uf. Die genannte Wicklung ist in nicht dargestellten, parallel zur Achse 4 verlaufenden fluten des Statorkörpers 7 eingelegt. Jede Wicklungsphase besteht aus vorgefertigten Formspulen, welche über den Umfang gleichmäßig verteilt angeordnet sind. Zwecks Vermeidung von Verlusten, bedingt durch Wirbelströme oder Ausgleichsströme, sind die Wicklungen bevorzugt aus Hochfrequenzlitze hergestellt. Der aus elel:trisch leitfähigem Material (z.B. Aluminimum) gefertigte Rotor enthalt auf der Innenfläche einen Ring 13 für den magnetischen Rückschluß von radial magnetisierten Permanentmagneten 14, welche in Umfangsrichtung .bwechelnde Polarität aufweisen. Die Anzahl der Magnete 14 und der genannten Formspulen der Wicklung sind in bekannter Weise aufeinander abgestimmt. Der Rotor 1 ist um die Achse 4 drehbar mittels eines Zapfenlagers gelagert, enthaltend einen Zapfen 16 sowie eine*Gleitlagerbuchse 17. Die Lagerbuchse 17 ist innerhalb einer Bohrung 1J des Dornes 9 elastisch beispielsweise mit Gurgmiringen 19 angeordnet, so da der Rotor und die Turbine um die Hauptträgheitsachse drehen können. Zur axialen Festlegung der Spinnturbine ist am vorderen Ende des Dornes 9 ein axial magnetisierter Permunentmagnetring vorgesehen mit welchem über einen Weicheisenring 23 der Rotor bzw. das Zapfenende 20 am Boden 21 der Sackbohrung angedrückt wird. DersRotor 1 wird nach außen hin von einem etwa zylindrischen Gehäuse 25 umgeben. In einer Ausnehmung 26 des Gehäuses ist eine Hilfswicklung 27 ingeordnet. Hierbei sind, wie in Fig. 2 dargestellt ist, segmentartige Polbleche 28 vorgesehen, welche Nuten 29 zur Aufnahme der wicklung 27 aufweisen und sich etwa über einen Winckelbereich von 90° erstrecken. Die Hilfswicklung enthält gemäß des Wicklungschemas von Fig. 3 zwei räumlich versetzt Phasen 31 und 32. Werden c-n die Eingangsklammern 33, 34 der Hilfswicklung elektrische Spannungen mit zumindest näherrungsweise 90° elektrische Phasenverschiebung angelegt, so wird der elektrisch leitfähige Rotor 1 entsprechend einem Kurzschlußläufermotor in einer vorgegebenen Drehrichtung zum Anlaufen gebracht. Damit ist mit einem äußerst geringen Aufwand eine Anlaufvorrichtung für den Rotor geschaffen, welche sich außerdem durch eine hohe Funktionssicherheit auszeichnet. Zur Festlegung der Hilfswicklung 27 in dem Gehäuse 25 weist die Ausnehmung 26 in der Mitte eine Vertiefung 36 auf, deren Krummungsradius dem der Rückflächen 30 von den Polblechen 28 entspreche. Weiterhin erstrecken sich die Polbleche 28 sowie Ausnehmung 26 bzw. Vertiefung in Umfangsrichtung über einen gleich großen Winkelbereich von etwa 90°, so daß die Polbleche exakt in die Vertiefung hineinpassen. Die Herstellung erfolgt in der Weise, daß zunächst di Polbleche mittels Nieten durch die Bohrungen 37 zu einem Paket zusammengefaßt', dann die Wicklung in die Nuten 29 eingelegt und anschließend das Blechpaket samt Wicklung in die Ausnehmung 25 bzw. Vertiefung eingelegt werden.In Fig. 1 is a longitudinal section through a preferred embodiment the machine according to the invention shown schematically with an approximately pot-shaped Rotor 1, which is directly connected to a funnel-like spinning turbine 2. In an interior 3 de named turbine are according to the known open-end spinning process the individual fibers to be spun are fed in and the spun thread is passed through a drainage duct (not shown) is continuously withdrawn. The rotor 1 is mounted rotatably about the axis with respect to a stator 5. The stator has a into the rotor protruding, cylindrical mandrel 6, which of an annular Stator body 7 is surrounded. The stator body consists of a ceramic material and has on an outer surface a multiphase electrical winding @ of the brushless DC motor uf. The winding mentioned is parallel in FIG to the axis 4 running floods of the stator body 7 inserted. Every winding phase consists of prefabricated preformed coils, which are evenly distributed over the circumference are arranged. To avoid losses caused by eddy currents or Equalizing currents, the windings are preferably made of high-frequency stranded wire. The rotor made of electrically conductive material (e.g. aluminum) contains on the inner surface a ring 13 for the magnetic return path of radially magnetized Permanent magnets 14, which have alternating polarity in the circumferential direction. The number of magnets 14 and the aforementioned preformed coils of the winding are known Way coordinated. The rotor 1 is around the axis 4 rotatable mounted by means of a journal bearing, containing a journal 16 and a plain bearing bush 17. The bearing bush 17 is elastic within a bore 1J of the mandrel 9, for example arranged with Gurgmiringen 19, so that the rotor and the turbine around the main axis of inertia can turn. To axially fix the spinning turbine is at the front end of the Mandrel 9 an axially magnetized permanent magnet ring provided with which over a soft iron ring 23 of the rotor or the pin end 20 at the bottom 21 of the blind hole is pressed. The rotor 1 is surrounded by an approximately cylindrical housing towards the outside 25 surrounded. An auxiliary winding 27 is arranged in a recess 26 of the housing. Here, as shown in Fig. 2, segment-like pole sheets 28 are provided, which grooves 29 for receiving the winding 27 and about a Extend the angular area of 90 °. The auxiliary winding contains according to the winding scheme 3 two spatially offset phases 31 and 32. If c-n become the input brackets 33, 34 of the auxiliary winding electrical voltages with at least approximately 90 ° electrical phase shift is applied, so the electrically conductive rotor 1 corresponding to a squirrel cage motor in a predetermined direction of rotation for Brought to run. This makes a start-up device with extremely little effort created for the rotor, which is also characterized by a high level of functional reliability excels. To fix the auxiliary winding 27 in the housing 25, the recess 26 in the middle has a recess 36, the radius of curvature of which is that of the rear surfaces 30 of the pole plates 28 correspond. The pole plates 28 also extend and recess 26 or depression in the circumferential direction over an equally large Angle range of about 90 ° so that the pole sheets fit exactly into the recess. The production takes place in such a way that first the pole plates by means of rivets the bores 37 combined into a package ', then the winding in the grooves 29 is inserted and then the laminated core including the winding into the recess 25 or recess can be inserted.

Anschließend werden die genannten Teile mittels eines Gießharzes oder Klebemittels mit dem Gehäuse verbunden.Then the parts mentioned are by means of a casting resin or Adhesive bonded to the housing.

In Fig. 4 ist ein prinzipieller Schaltplan für den erfindungsgemäßen bürstenlosen Gleichstrommotor mit einer Ansteuereinrichtung für die Hilfswicklung dargestellt.-Hierbei eest die Hilfswicklung wiederum zwei Phasen 31, 32welche über einen Schalter 35 an eine Wechselspannung gelegt werden können. Die Phase 32 ist mit einem Kondensator 37 in Reihe geschaltet, um in bekannter Weise in den Phasen zeitlich verschobene Spannungen wirksam werden zu lassen und somit in der Hilfswicklung ein Drehfeld zu erzeugen, welches den als Kurzschlußläufer ausgebildeten Rotor in einer vorwählbaren Drehrichtung zum Anlaufen bringt.In Fig. 4 is a basic circuit diagram for the inventive brushless direct current motor with a control device for the auxiliary winding Here, the auxiliary winding again has two phases 31, 32 which over a switch 35 can be connected to an alternating voltage. The phase 32 is with a capacitor 37 connected in series to in a known manner in the phases Time-shifted voltages to take effect and thus in the auxiliary winding to generate a rotating field, which is designed as a squirrel cage rotor in a preselectable direction of rotation starts up.

Es sei darauf hingewiesen, daß an den Aufbau oder Phasenlage der genannten Spannungen keine besonderen Anforderungen gestellt werden müssen, da es lediglich darauf ankommt, ein ausreichend großes Anlaufmoment für den Rotor zu erzeugen. Die Drehrichtung läßt sich mittels des Schalters 3d in einfacher Weise vorgeben. Es ist weiterhin eine Zeitschaltung 40 vorgesehen, enthaltend ein RC-Glied 41, 42 sowie zwei Transistoren 44, 45. Im Kollektor-Emitterkreis des Transistors 45 liegt eine Spule 46 eines Relais, mit welchem die Schalter 35, 36 betätigbar sind. Die genannte Zeitschaltung 40 ist über einen Schalter 46 mit einer Gleichspannungsquelle t verbindbar. Über den genannten Schalter 36 ist eine Kommutierungselektronik 50 ebenfalls mit der Gleichspannungsquelle t.verbindbar.It should be noted that the structure or phase position of the mentioned Tensions do not have to be made special requirements, as there is only it is important to generate a sufficiently large starting torque for the rotor. the The direction of rotation can be preset in a simple manner by means of the switch 3d. It a timing circuit 40 is also provided, containing an RC element 41, 42 and two transistors 44, 45. In the collector-emitter circuit of the transistor 45 there is one Coil 46 of a relay with which the switches 35, 36 can be actuated. The said Timing circuit 40 can be connected to a DC voltage source t via a switch 46. Commutation electronics 50 are also provided via said switch 36 the DC voltage source t.

Mittels der Kommutierungselektronik werden die Phasen 51, 52, 53 der Statorwicklung des bürstenlosen Gleichstrommotors angesteuert. Hierbei sind auf dem Stator zusammen mit der o.a. Wicklung noch eine Steuerwicklung mit den Phasen 54, 55, 56 angeordnet, in welchen bei Drehung des permanentmagnetischen Rotors Spannungen induziert werden.The phases 51, 52, 53 of the Stator winding of the brushless DC motor activated. Here are on the stator together with the above winding a control winding with the phases 54, 55, 56 arranged, in which voltages upon rotation of the permanent magnetic rotor be induced.

Die genannten Wicklungen sind in Stern geschaltet und die freien Enden der Phasen 54 bis 56 auf ein zu einem Ring verbundenen Widerst;xndsnetzwerk 57 bis 62 geschaltet, wobei jeweils zwei Widerstände zwischen zwei freien Enden liegen. Die anderen Verbindungspunkte zweier benachbarter Widerstände sind über weitere Widerstände 66 bis 68 jeweils auf Eingänge von drei Differenzverstärkern 75 bis 77 geführt. Außerdem sind die freien Enden der Phasen 54 bis 56 über in Sperr ichtung betriebene Dioden 69 bis 71 auf die genannten Eingänge geführt. Sie bereits ausgeführt ist die Kommutierungselektronik 50 über den Schalter 36 mit der Gleichspannungsquelle U verbindbar, wobei diese dann an einem Spannungsteiler 73, 74 liegt. Der Mittenabgriff deselben ist sowohl auf den Jternpunkt der Steuerwicklung als auch auf die zweiten Eingänge der Differenzverstärker geführt. Der Kommutierungselektronik 50 ist eine Verstärkerstufe 78 nachgeschaltet, enthaltend Leistungstransistoren 79 bis M1, über welche die Phasen 51 bis 53 der Statorwicklung ansteuerbar sind. Zusätzlich ist noch eine Brernsvorrichtung C3 vorgesehen, enthaltend Bremswiderstände 34 bis 6, welche mittels eines Relais 7 mit den Phasen der Statorwicklung verbindbar sind. Durch Betätigen eines Schalters @@ schaltet das Relais 7, wobei die Phasen 51 bis 53 von der Gleichspannungsquelle UM getrennt und die Bremswiderstände eingeschaltet werden können. Zum Schutz der Sp.lnnungsquelle UM ist außerdem eine Diode 89 vorgesehen.The windings mentioned are connected in star and the free ends of phases 54 to 56 to a resistor connected to form a ring; xnds network 57 to 62 switched, with two resistors between two free ends. The other connection points of two neighboring resistors are via others Resistors 66 to 68 each to inputs of three differential amplifiers 75 to 77 guided. In addition, the free ends of the phases are 54 to 56 led via diodes 69 to 71 operated in the blocking direction to the inputs mentioned. The commutation electronics 50 have already been carried out via the switch 36 the DC voltage source U can be connected, this then being connected to a voltage divider 73, 74 lies. The center tap of the same is at the terminal point of the control winding as well as to the second inputs of the differential amplifier. The commutation electronics 50 is followed by an amplifier stage 78 containing power transistors 79 to M1, via which the phases 51 to 53 of the stator winding can be controlled. In addition, a braking device C3 containing braking resistors is also provided 34 to 6, which can be connected to the phases of the stator winding by means of a relay 7 are. By actuating a switch @@ the relay 7 switches, whereby the phases 51 to 53 are disconnected from the DC voltage source UM and the braking resistors are switched on can be. A diode 89 is also provided to protect the voltage source UM.

Die Funktionsweise der Schaltungsanordnung gemäß Fig. 4 ist folgende: Durch Betätigung des Schalters 48 wird die Relaiswicklung 46 von Strom durchflossen und der Schalter 35 geschlossen. Damit liegen an den Phasen 31, 32 der Hilfswicklung gegeneinander um etwa 900 el verschobene Spannungen an, so daß ein Drehfeld auf den aus elektrisch leitfähigem Material hergestellten Rotor 1 wirksam wird und dieser als Kurzschlußläufer zu einem asynchronen Anlauf gezwungen wird in der Stellung des Umschalters 3d.The mode of operation of the circuit arrangement according to FIG. 4 is as follows: When the switch 48 is actuated, current flows through the relay winding 46 and the switch 35 is closed. This means that phases 31, 32 of the auxiliary winding are present against each other by about 900 el shifted voltages, so that a rotating field the rotor 1 made of electrically conductive material becomes effective and this as a squirrel cage is forced to an asynchronous start-up in the position 3d toggle switch.

Nach Ablauf einer gewissen Zeit, welche durch das RC-Glied 41, 42 bestimmt ist, wird der Tntnsistor 44 leitend, während der nachgeschaltete Transistor 45 sperrt und der Schalter 35 geöffnet wird. Während der genannten Zeit beschleunigt der permanentmagnetische Rotor 1, so daß anschließend in den Steuerwicklungen ausreichend starke Spannungen induziert werden, um über die Kommutierungselektronik die Leistungstransistoren anzusteuern. Dies sei für die Phase 51 der Statorwicklung erläutert, wobei davon ausgegangen sei, daß in den Steuerwicklungen 54 bis 56 jeweils um 1200 el versetzte Spannungen induziert werden. Mittels der benachbarten Widerstände 61, 62 wird aus den Spannungen der Phasen 54, 56 der Mittelwert gebildet, entsprechend des WiderstandsverhältnisseE Überschreitet der genannte Mittelwert das durch den Spannungsteiler 73, 74 gebildete Bezugspotential so erscheint am Ausgang des Verstärkers 77 ein positives Signal, welches den Leistungstransistor 31 und die Phase 51 durchschaltet. Wird der Mittelwert größer als die Spannung der Phase 56, so wird diese Spannung über die Diode 71 auf den Eingang des Verstärkers 77 gelegt. Unterschreitet dann die Spannung der Phase 56 das Bezugspotential, wobei der Vollständigkeit halber auch noch der Spannungsabfall an der Diode 71 zu berück sichtigen ist, so wird die Phase 51 der Statorwicklung gesperrt. Durch geeignete Dimensionierung der Widerstände kam der Einschaltzeitpunkt der Phase 51 verschoben, die Einschaltdauer kleiner oder größer als 1200 el eingestellt werden, so daß praktisch alle gewünschten Motor- und Drehzahlcharakteristiken realisierbar sind. Anstelle einer gesonderten Stetenzicklung kann selbstverständlich auch die in der St torwicklung induzierte Gegen ERST, welche dann durch ein Diodennetzwerk in bekannter Weise ausgekoppelt wird, zur Ansteuerung der Kommutierungselektronik verwendet werden.After a certain time, which is determined by the RC element 41, 42 is determined, the transistor 44 is conductive, while the downstream transistor 45 locks and the switch 35 is opened. Accelerated during the specified time the permanent magnet rotor 1, so that then sufficient in the control windings Strong voltages are induced to power the transistors via the commutation electronics head for. This will be explained for phase 51 of the stator winding, of which it was assumed that in the control windings 54 to 56 each offset by 1200 el Stresses are induced. By means of the neighboring resistors 61, 62, the mean value is formed from the voltages of phases 54, 56, accordingly of the resistance ratio E If the specified mean value exceeds the Voltage divider 73, 74 formed reference potential appears at the output of the amplifier 77 a positive signal, which switches the power transistor 31 and the phase 51 through. If the mean value becomes greater than the voltage of phase 56, this voltage becomes applied to the input of the amplifier 77 via the diode 71. Then falls below the voltage of phase 56 is the reference potential, for the sake of completeness the voltage drop across the diode 71 is also to be taken into account, so the Phase 51 of the stator winding blocked. By suitably dimensioning the resistors If the switch-on time of phase 51 came shifted, the switch-on duration was less or greater than 1200 el, so that practically all desired engine and speed characteristics are realizable. Instead of a separate continuous winding Of course, the counter induced in the st gate winding can also be FIRST, which is then decoupled in a known manner through a diode network, for control the commutation electronics.

In Fig. 5 ist eine ähnliche JchAtungsanordnung wie in Fig. 4 dargestellt, jedoch mit einem Generator 90 zum Ansteuern der Hilfswicklung. Der Generator ist mittels des Schalters 35 mit der Gleichspannungsquelle U verbindbar und erzeugt Signale zun Ein- und Ausschalten des nachgeschalteten BeistungstransistorC 92. Er ist als bekannter HC-Generator oder Oszillator ausgebildet, wobei an die Signalform keine besonderen Anforderunger gestellt werden. Der Kollel.tor des Transistors ist mit der Spannungsquelle UM verbunden, während der Emitter mit der Phase 32 bzw. über den Kondensator 37 mit der Phase 31 der Hilfswicklung verbunden ist. Durch Betätigen des Schalters 48 wird über die Zeitschaltung 40 der Schalter 35 geschlossen und der Generator 90 eingeschaltet. Der Generator schaltet dann den Transistor 92 beispielsweise mit einer Frequenz von 50Hz und mittels der Glasen 31, 32 wird wiederum ein Drehfeld erzeugt, mit welchem der Rotor asynchron anlaufen wird. Nach Ablauf der durch die Zeitschaltung 40 vorgegebenen Zeit wird der Dclialtpr 35 geöffnet und die Ansteuerung der Statorwicklung 51 bis 53 erfolgt über die Kommutierungselektronik in der oben angegebenen Weise. Die Schaltungsanordnung gemäß Fig. 5 wird bevorzugt verwendet wenn keine getrennte Wechselspannungsquelle vorhanden ist.In Fig. 5 a similar JchAtungsanordnung as in Fig. 4 is shown, but with a generator 90 to control the auxiliary winding. The generator is connectable by means of the switch 35 to the DC voltage source U and generated Signals to switch the downstream auxiliary transistor C 92 on and off. Er is designed as a well-known HC generator or oscillator, with the signal shape no special requirements are made. The Kollel.tor of the transistor is connected to the voltage source UM, while the emitter is connected to phase 32 or is connected via the capacitor 37 to the phase 31 of the auxiliary winding. By When the switch 48 is actuated, the switch 35 is closed via the timer circuit 40 and the generator 90 switched on. The generator then switches transistor 92 for example with a frequency of 50 Hz and by means of the glasses 31, 32 is again a rotating field is generated with which the rotor will start asynchronously. After expiration the predetermined by the timer 40 Time is the Dclialtpr 35 is opened and the control of the stator winding 51 to 53 takes place via the commutation electronics in the manner indicated above. The circuit arrangement according to FIG. 5 is preferred used when no separate AC voltage source is available.

Eine weitere bevorzugte Schaltungsvariante ist in Fig. 6 dargestellt, wobei über die gleichen Leistungstransistoren z0, öl wahlweise die Phasen 31, 32 der Hilfswicklung bzw.Another preferred circuit variant is shown in Fig. 6, with the phases 31, 32 optionally via the same power transistors z0, oil the auxiliary winding or

die Phasen 51, 52 der Statorwicklung ansteuerbar sind. Es ist ein RC-Generator 93 vorgesehen mit zwei Ausgängen zur Erzeugung von Signalen gleicher Frequenz, jedoch mit einer Phasenverschiebung von etwa 900 el. Die genannten Ausgänge sind mit der Basis der Leistungstransistoren d0, 81 verbunden. Im Kollektor-Emitterkreis dieser Transistoren liegen wie beim obigen Ausführungsbeispiel die Phasen der Statorwicklung und zusätzlich die Phasen 31, 32 der Hilfswicklung. weiterhin sind über die Zeitschaltung 40 die Schalter 94 bis 96 betätigbar, zum wahlweisen Verbinden von Steuerwicklung bzw. Statorwicklung mit der Spannungsquelle UM. Bei Betätigung des Schalters 48 werden die Schalter 35, 95, 96 geschlossen, so @aß über den RC-Generator 93 die Leistungstransistoren 30, J angesteuert werden und mittels der Phasen 31, 32 ein Drehfeld erzeugt wird, welches den asynchronen Anlauf des Rotors bewirkt. Nach Ablauf der durch die Zeitschaltung 40 vorgegebenen Zeit werden die Schalter 35, 95, 96 geöffnet und die Schalter 36, 94 geschlossen, so daß die induktive Kommutierung der Ströme der Statorwicklung 51 bis 53 wie oben beschrieben erfolgen kann.the phases 51, 52 of the stator winding can be controlled. It is a RC generator 93 is provided with two outputs for generating signals of the same type Frequency, but with a phase shift of about 900 el. The outputs mentioned are connected to the base of the power transistors d0, 81. In the collector-emitter circuit As in the above exemplary embodiment, these transistors have the phases of the stator winding and additionally the phases 31, 32 of the auxiliary winding. continue to be over the timer 40 the switches 94 to 96 can be actuated for the optional connection of control windings or stator winding with the voltage source UM. When the switch 48 the switches 35, 95, 96 are closed, so @ aß via the RC generator 93 the Power transistors 30, J are controlled and by means of phases 31, 32 a Rotating field is generated, which causes the asynchronous start-up of the rotor. After expiration the time specified by the timer 40, the switches 35, 95, 96 opened and the switches 36, 94 closed, so that the inductive commutation the currents of the stator winding 51 to 53 can take place as described above.

Die oben erläuterten Ausführungsbeispiele betreffen bürstenlose Gleichstrommotoren mit dreiphasiger Statorwicklung und zweiphasiger Hilfswicklung. Selbstverständlich betrifft die Erfindung auch Motoren mit anderen Phasenzahlen. Wesentlich ist jedoch, daß eine Hilfswicklung sowie ein als Kurzschlußläufer ausgebildeter Rotor vorgesehen ist, um einen asynchronen Anlauf des Gleichstrommotors mit induktiver Kommutierung in einer vorgegebener Drehrichtung zu bewirken. PatentansprücheThe exemplary embodiments explained above relate to brushless direct current motors with three-phase stator winding and two-phase auxiliary winding. Of course the invention also relates to motors with different phase numbers. However, it is essential that an auxiliary winding and a rotor designed as a squirrel-cage rotor are provided is to ensure an asynchronous start-up of the DC motor with inductive commutation to effect in a predetermined direction of rotation. Claims

Claims

Patent claims brushless DC motor with inductive commutation, containing a rotor provided with permanent magnets and a polyphase stator winding in particular to drive a spinning machine for the open-end spinning process, thereby characterized in that the rotor (1) has an electrically conductive ring or cage, and that a polyphase auxiliary winding (31, 32) is provided on the stator for Generation of a rotating field to turn the rotor in the manner of a squirrel cage motor to start a given direction of rotation.

2. Brushless DC motor according to claim 1, characterized geku zeiohnet, that the auxiliary winding (31, 32) in one of the.

The rotor surrounding the housing (25) is arranged and extends in the circumferential direction Extends over a small angular range, preferably 90 °.

3. Brushless DC motor according to claim 2, characterized in that that the auxiliary winding are arranged in slots (29) of pole plates (2), which as Segments are formed, and that the auxiliary winding (31, 32) and pole plates in one Recess (26) of the housing (25) is arranged.

4. Brushless DC motor according to claim 3, characterized in that that the recess (26) has a recess (36) extending in the circumferential direction having, the radius of curvature and that of the rear surfaces (30) of the pole plates (23) correspond to each other.

5. Brushless DC motor according to one of the preceding claims, characterized in that the at least partially hollow cylindrical rotor (1) consists of an electrically conductive material is made that in the inside of the rotor radially magnetized permanent magnets (14) are arranged, which vorzweise of a ring (13) as a magnetic yoke are uneven, and that the Claims If auxiliary winding (31, 32) outside the rotor in the formation of an air gap in the Housing (25) or stator is arranged.

6. Brushless DC motor according to one of the preceding Claims, characterized in that the stator winding is on a stator body (7) is arranged, which consists of an at least approximately non-magnetizable and material causing only low eddy current losses, preferably ceramic, is made.

7. Brushless DC motor n; * cii one of the preceding Claims, characterized in that switches (35, 36) are provided which are preferably actuated by a timing circuit (40) in such a way that to start of the rotor phase-shifted voltages to the phases (31, 32) of the auxiliary winding are placed, and then switched on a commutation electronics (50) will.

Brushless DC motor according to Claim 7, characterized in that that the timing circuit has an RC element (41, 42) and a relay (49) for actuating the has said switch.

9. Brushless DC motor according to one of the preceding claims, characterized in that the auxiliary winding has at least two phases (31, 32) and that a switch (3o) is provided for interchanging the connections of the auxiliary winding and thus for assigning the direction of rotation.

10. Brushless DC motor according to one of the preceding claims, characterized in that a generator (90, 93) is provided, which is preferably designed as an RC generator or oscillator, for driving at least one transistor in such a way that the phases (31, 32 ) phase-shifted voltages of the same frequency are present.

11. The brushless DC motor of claim 10, wherein power transistors are provided for controlling the stator winding, characterized in that the said power transistors are also connected to the generator and that a switching device (35, 36 94, 95, 96 is provided, with which optionally the Generator can be switched on and the auxiliary winding with a DC voltage source Uui connectable or the commutation electronics (50) can be switched on and the Stator winding (51, 52, 53) can be connected to the DC voltage source UM.

12. Brushless DC motor according to one of the preceding claims, characterized in that the commutation electronics are connected to form a ring Resistance network (57 to 62), which by the preferably in a Control winding (54 to 56) induced voltage is fed, with between the free ends of the phases (54 to 56) each have two of said resistors and the center taps of said resistors each via a further resistor (66 to 63) are connected to an input of a differential amplifier (75 to 77), that the free ends of the phases (54 to 56) via reverse-biased diodes (69 to 71) are led to the inputs mentioned and that the outputs of the differential amplifier (75 to 77) with power transistors (79 to 81) are connected to control the Stator winding (51 to 53).

L e r s e i t e