DE2556809A1

DE2556809A1 - Steuerkreis fuer einen reluktanzmotor mit sich aendernder magnetischer leitfaehigkeit

Info

Publication number: DE2556809A1
Application number: DE19752556809
Authority: DE
Inventors: Jun Philip Piatkowski
Original assignee: Ford Werke GmbH
Current assignee: Ford Werke GmbH
Priority date: 1974-12-19
Filing date: 1975-12-17
Publication date: 1976-06-24
Also published as: CA1056009A; US3980933A; GB1474508A; DE2556809C2

Description

Patentanwälte ο ς ς c ο η Q

Dipl.-Ing. W.Beyer Z ODDO U 3

Dipl.-Wirtsch.-Ing. B.Jochem

Frankflirt am MaXn. . Stmifenatrasse 36

In Sachen:

Fora-Werke
Aktiengesellschaft
Ottoplatz 2
5ooo Köln /Rhein

Steuerkreis für einen Reluktanzmotor mit sich ändernder magnetischer Leitfähigkeit.

Die Erfindung betrifft einen Steuerkreis für einen Reluktanzmotor, dessen ihre magnetische Leitfähigkeit während der Läuferdrehung ändernde Wicklung über eine Halbleiter-Schalteinrichtung mit einer Gleichspannungsquelle verbindbar ist.

Reluktanzmotoren mit sich während der Läuferdrehung ändernder magnetischer Leitfähigkeit ihrer Wicklung sind bekannt und in verschiedenen Ausführungsformen beschrieben (US-PSen 3 7oo 943, 3 7oo 944, 3 714 533 und 3 4o1 288). Diese bürstenlosen Motoren verwenden eine Erregerwicklung und einen magnetischen Kreis zur Erzeugung eines mechanischen Drehmoments, das im wesentlichen proportional dem Quadrat der Amperewindungszahl der Wicklung und der zeitlichen Änderung der magnetischen Leitfähigkeit (als Reziprokwert der Reluktanz) ist, die ihrerseits eine Funktion der Läuferdrehung ist. Typischer" weise trägt bei diesen Motoren der Ständer die Motorwicklung, und der Läufer weist ferromagnetische Elemente auf, die im Umfangsabstand zueinander angeordnet sind. Ein Drehen des Läufers ist Verhältnis zum Ständer verursacht eine Änderung der Reluktanz und demzufolge der magnetischen Leitfähig*

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keit des die Motorwicklung durchsetzenden magnetischen Kreises. Außerdem bewirkt die Läuferdrehung natürlich auch eine Änderung der Selbstinduktivität der Motorwicklung, wobei die Selbstinduktivität in unmittelbarer Beziehung zur magnetischen Leitfähigkeit des magnetischen Kreises steht.

Das von einem derartigen Reluktanzmotor erzeugte Drehmoment ist proportional dem Produkt des Quadrates der Amperewindungszahl in der Wicklung und der Änderungssteilheit der magnetischen Leitfähigkeit als Funktion der Läuferdrehung. Vorstehende Darlegungen lassen erkennen, daß ein positives Drehmoment nur entwickelt werden kann, wenn die Amperewindungen während eines Zeitintervalls aufrechterhalten werden, in welchem die magnetische Leitfähigkeit mit der Läuferdrehung zunimmt. Umgekehrt wird ein negatives Drehmoment entwickelt, wenn die Amperewindungen während eines Intervalls aufrechterhalten werden, in welchem die magnetische Leitfähigkeit mit der Motordrehung abnimmt. Um eine fortgesetzte Drehung des Reluktanzmotors sicherzustellen, ist es deshalb nötig, die Amperewindungen der Motorwicklung nur während der Intervalle zunehmender magnetischer Leitfähigkeit zuzuführen und die Amperewindungen während der Intervalle abnehmender magnetischer Leitfähigkeit zu vermindern oder zu eliminieren.

Aus den vorstehenden Darlegungen folgt, daß die Wicklung eines Reluktanzmotors von einer Energiequelle aus gespeist werden muß, die sich mit der Zeit ändert. Ferner müssen die zeitlichen Änderungen der Spannungsquelle mit der mechanischen Drehung des Motorläufers derart synchronisiert werden, daß der Wicklungsstrom nur während der Zeitintervalle fließt, in denen die magnetische Leitfähigkeit mit der Läuferdrehung zunimmt, und während derjenigen Zeitintervalle unterbrochen wird, in denen die magnetische Leitfähigkeit mit der Läuferdrehung abnimmt. Wenn eine zeitlich unveränderliche elektrische Energiequelle wie eine Gleichspannungsquell· verwendet wird,

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ist demzufolge eine Steuereinrichtung erforderlich, um die synchronisierten Schwankungen der Amperewindungszahl in der Motorwicklung zu erzeugen.

Sämtliche bisher bekannten Steuereinrichtungen zur Erfüllung dieser Funktion weisen Steuerkreise auf, bei denen das Einsetzen des Intervalls zunehmender magnetischer Leitfähigkeit durch einen äußeren Stellungsfühler für den Motorläufer ermittelt und ausgelöst wird (vgl. üS-PSen 3 673 476 und .3 4o1 288). Derartige Stellungsfühler sind auch zur Verwendung in Verbindung mit anders ausgebildeten Motoren bekannt (US-PSen 3 321 685 und 3 466 519). Derartige äußere Stellungsfühler sind jedoch nicht nur verhältnismäßig aufwendig und benötigen nicht nur zusätzlichen Platz, sondern müssen außerdem sehr genau eingestellt sein, um im richtigen Zeitpunkt anzusprechen und damit das positive Motordrehmoment auszulösen.

Aufgabe der Erfindung ist es, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden und einen Steuerkreis der eingangs genannten Art zu schaffen, der ohne einen äußeren Fühler für die Lauferste llung auskommt.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch an die Motorwicklung angeschlossene Schaltungsmittel, durch welche die in der Motorwicklung während der Läuferdrehung und dem Sperrzustand der Halbleiter-Schalteinrichtung induzierte elektromotorische Kraft abtastbar ist und die Halbleiter-Schalteinrichtung durchschaltbar ist, wenn die abgetastete elektromotorische Kraft einen vorbestimmten Wert erreicht.

Heitere Merkmale zur vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ergeben sich au« den Unteransprüchen,

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Die Erfindung wird nachstehend an Hand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:

Flg. 1 das Schaltbild eines erfindungsgemäßen Steuer· kreises für einen Reluktanzmotor mit sich ändernder magnetischer Leitfähigkeit und

Fig. 2 ein Diagramm mit vier über der Zeit aufgetragenen Wellenformen, die in der späteren Beschreibung mit 2(a), 2(b), 2(c) und 2(d) bezeichnet werden.

In Fig. 1 ist mit 1o die Induktivität der Wicklung eines Reluktanzmotors bezeichnet, die außerdem einen Inneren ohmschen Widerstand 12 aufweist. Die Klemmen 14 und 16 der Motorwicklung sind an einen Steuerkreis angeschlossen, der in seiner Gesamtheit mit 18 bezeichnet ist. Der Steuerkreis steuert die Zufuhr von elektrischer Energie zur Motorwicklung 1o aus einer Gleichspannungsquelle 2o, die eine herkömmliche 12-Volt-Fahrzeugbatterie sein kann. Die positive. Anschlußleitung 22 der Gleichspannungsquelle stellt über einen Schalter 24 die Verbindung zu einer positiven Versorgungsleitung 26 des Steuerkreises 18 her. Die negative Anschlußleitung 28 der Gleichspannungsquelle 2o liegt bei 3o an Masse und bildet die negative Versorgungsleitung für den Steuerkreis 18 und die Motorwicklung 1o.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Steuerkreis sind zwei identische Transistoren 32 und 34 mit ihren Emitter-Kollektor-Pfaden parallel zueinander geschaltet und liegen in Reihe mit der Motorwicklung 1o, um den Stromfluß von der positiven Versorgungsleitung 18 über die Motorwicklung 1o zur Masseleitung 28 zu steuern. Parallel zu den Emitter-Kollektor-Pfaden der Transistoren 32, 34 und damit ebenso in Reihe zur Motorwicklung 1o ist ein Widerstand 36 geschaltet. Durch

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den Widerstand 36 und die Motorwicklung fließt ständig ein Vonnagnetisierungsstrom zur Masseleitung 28 solange der Schalter 24 geschlossen ist. Der Innenwiderstand 12 der Motorwicklung 1o kann beispielsweise 0,5 Ohm betragen, so daß bei Verwendung einer 12-Volt-Batterie als Gleichspannungsquelle 2o ein Strom von angenähert 0,5 Ampere durch die Motorwicklung 1o fließt. Wenn die Emitter-Kollektor-Pfade der Transistoren 32 und 34 durchgeschaltet sind, wird natürlich der Widerstand 36 geshunted, und der Stromfluß durch die Motorwicklung 1o ist beträchtlich größer und hat eine Größe, die von der Impedanz der Motorwicklung Io bestimmt ist.

Bei gesperrten Transistoren 32 und 34 und sich drehendem Motorläufer hat die Klemme 14 der Motorwicklung eine sich zeitlich ändernde Spannung mit einer Gleichspannungskomponente. Wenn der durch die Wicklung 1o fließende Vormagnetisierungsstrom 0,5 Ampere beträgt, hat die Klemme 14 eine Gleichspannungskomponente von etwa 25o irV, der als Ergebnis der in der Motorwicklung 1o während der Drehung des Läufers mit dem durch die Wicklung 1o fließenden Vormagnetisierungsstrom eine Wechselstrom-Wellenform in der Millivolt-Größenordnung überlagert ist. Fig. 2(b) zeigt diese induzierte wechselnde elektromotorische Kraft, die dem Bezugsniveau von etwa 25o mV über Massepotential überlagert ist.

Ls verdient Beachtung, daß die Transistoren 32 und 34 einseitig gerichteten Strom durch die Motorwicklung 1o zuführen und deshalb der magnetische Kreis des mit dieser Wicklung versehenen Reluktanzmotors einen Restmagnetismus aufweist, wenn die Transistoren sperren. Dies ist auch dann der Fall, wenn kein Widerstand 36 zur Versorgung mit einem Vormagnetisierungsstrom vorhanden ist. Somit würde also auch, wenn der Vormagnetieierungsetroin fehlt, ein· elektro-

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motorische Kraft in der Wicklung 1o erzeugt, während der Motorläufer bei nichtleitenden Transistoren 32 und 34 dreht. Das Vorhandensein des Vormagnetisierungswiderstandes 36 führt jedoch zu einer Erhöhung der in der Motorwicklung induzierten elektromotorischen Kraft, wenn die Transistoren nichtleitend sind.

Der erfindungsgemäße Steuerkreis greift die induzierten Millivolt an der Motorwicklungsklemme 14 ab, wenn die Ausgangspfade der Transistoren 32 und 34 nichtleitend sind, und schafft eine Stellungsfühlerinformation in bezug auf den Läufer des Reluktanzmotors, so daß die Ausgangspfade der Transistoren 32 und 34 leitend gemacht werden können, um die Motorwicklung 1o während der Intervalle zunehmender magnetischer Leitfähigkeit im magnetischen Kreis des Reluktanzmotors an die positive Versorgungsleitung 26 anzuschließen. Die Wellenform 2(a) veranschaulicht die zeitliche Änderung des magnetischen Widerstandes eines typischen Reluktanzmotors mit veränderlicher magnetischer Leitfähigkeit. Der magnetische Widerstand L und demgemäß die magnetische Leitfähigkeit verändern sich zyklisch, wenn der Läufer des Reluktanzmotors dreht. Zwischen den Zeiten t- und t- nimmt die magnetische Leitfähigkeit des magnetischen Kreises im Motor zu. Es ist erwünscht, während dieses Intervalls die Emitter-Kollektor-Ausgangspfade der Transistoren 32 und 34 durchzuschalten, um dadurch der Motorwicklung die zur Erzeugung von antriebsmomenterforderlichen Amperewindungen zuzuführen. Während des Zeitintervalls zwischen den Zeiten t₂ und t. nimmt die magnetische Leitfähigkeit des magnetischen Kreises im Motor ab, und während dieses Zeitintervalls ist es erwüracht, einen Stromfluß durch die Motorwicklung Io zu verhindern, indem die Transistoren 32 und 34 gesperrt werden.

Es läßt sich bemerken, daß in der We Ilen for» 2(b) die Be-

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zugsspannung (Niveau der Gleichspannungskomponente) an der Klemme 14 der Motorwicklung in positiver Durchgangsrichtung von der überlagerten Wechselspannungswelle im Zeitpunkt tgekreuzt wird, der dem Beginn des Intervalls zunehmender magnetischer Leitfähigkeit im magnetischen Kreis des Reluktanzmotors entspricht. Der Steuerkreis 18 stellt dieses Kreuzen der Bezugsspannung fest und macht den Ausgangspfad der Transistoren 32 und 34 für eine vorbestimmte Zeitdauer leitend.

Die Wellenform 2(c) zeigt den tatsächlichen Spannungsverlauf an. den Klemmen 14 und 16 der Motorwicklung 1o. Wohl- ' verstanden ist die Millivolt-Spannungsform 2(b) der Spannungsform 2(c) überlagert. Der Abschnitt der Wellenform 2(c) zwischen den Zeitpunkten t- und t„ hat eine Größe gleich der Spannung der Gleichspannungsquelle 2o abzüglich des Spannungsabfalls an den Emitter-Kollektor-Ausgangspfaden der Transistoren 32 und 34. Im Zeitpunkt t„, wenn die Transistoren 32 und 34 ausgeschaltet werden, tritt eine scharfe negative Ausgleichsspannung, gefolgt von einer kleinen abklingenden Spannungsschwingung an der Motorwicklung 1o auf. In dem Intervall zwischen den Zeitpunkten t_Q und t₁ und den entsprechenden Intervallen zwischen den Zeitpunkten t_ und t, ist das einzige Spannungssignal an den Klemmen 14 und 16 der Motorwicklung das induzierte Millivoltsignal der elektromotorischen Kraft gemäß Wellenform 2(b). Dieses Signal erlaubt die Feststellung der positiven Nulldurchgänge in den Zeitpunkten t« und t. in denen das induzierte Wechselspannungssignal das Millivolt-Bezugsspannungsniveau kreuzt.

Die Basen oder Steuerelektroden 38 und 4o der Transistoren 32 bzw. 34 steuern die Leitfähigkeit ihrer Emitter-Kollektor-Ausgangspfade. Die Basis 38 des Transistors 32 ist über einen Widerstand 42 an eine Verbindungsstelle 44 heran-

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geführt. In ähnlicher Weise ist die Basis 4o des Transistors 34 über einen Widerstand 46 an die Verbindungsstelle 44 herangeführt. Die Widerstände 42 und 46 sind bestrebt, die Emitter-Basisströme der Transistoren 32 und 34 zueinander abzugleichen. Die Basis-Kollektor-Verbindungen der Transistoren 32 und 34 werden gegen negative Überspannungen an der Motorklemme 14 durch eine Schaltung geschützt, welche aus an die Basen 38 und 4o der Transistoren 32 und 34 angeschlossenen Widerständen 48 und 5o besteht. Die gemeinsame Verbindungsstelle der Widerstände 48 und 5o ist an die Kathode einer Zenerdiode 52 angeschlossen, deren Anode an die zwischen den Kollektoren der Transistoren 32 und 34 und der Motorwicklung 14 gebildete Verbindungsstelle herangeführt ist.

Die Verbindungsstelle 44 ist mit dem Emitter eines Transistors 54 verbunden, dessen Kollektor über einen Strombegrenzungswiderstand 56 an die Masseleitung 28 angeschlossen ist. Der Transistor 54 bewirkt eine Stromverstärkung, und wenn sein Emitter-Kollektor-Ausgangspfad leitend ist, sind die Emitter-Kollektor-Ausgangspfade der Transistoren 32 und 34 ebenfalls leitend.

Die Durchschaltung des Transistors 54 wird durch den noch nicht beschriebenen Teil des Steuerkreises 8o hin gesteuert. Dieser Steuerkreis weist ein Potentiometer 58 auf, dessen Widerstand zwischen den Spannungsversorgungsleitungen 26 und 28 angeschlossen ist. Der bewegliche Abgriff 6o des Potentiometers ist über einen Widerstand 52 an den negativen Eingang 64 eines Vergleichers 66 angeschlossen. Zwischen dem negativen Eingang 64 und der Masseleitung 28 liegt ein-Widerstand 68. Das Potentiometer 58 und die Widerstände 62 und 68 bilden Spannungsteiler, welche eine Millivoltspannung am negativen Eingang 64 hervorrufen, die im wesentlichen gleich dem Millivolt-Bezugsniveauf der Kellen-

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form 2(b) ist. Mit anderen Worten, die Spannungsteiler rufen eine Spannung an der negativen Eingangsklemme 64 des Vergleichers 66 hervor, welche die Gleichspannungskomponente der Vormagnetisierungs-Stromwellenform 2(b) an der Klemme 14 der Motorwicklung ausbalancieren.

Der Vergleicher 66 ebenso wie die anderen Vergleicher in der Schaltung haben einen inneren Ausgangstransistor, der sperrt, wenn der positive Eingang zum Vergleicher stärker positiv ist als der negative Eingang, und der durchgeschaltet wird, wenn der positive Eingang stärker negativ als der negative Eingang ist. Der Ausgangstransistor des Vergleichers 66 und der anderen Vergleicher ist über einen Hochziehwiderstand an die positive Versorgungsleitung 26 angeschlossen. Auf diese Weise ist die Ausgangsleitung 7o vom Vergleicher 66 an eine Verbindungsstelle 72 eines Spannungsteilers gelegt, der aus einem an die Versorgungsleitung 26 und die Verbindungsstellung 72 angeschalteten Widerstand 74 und einem zwischen der Verbindungsstelle 72 und der negativen Versorgungsleitung 48 geschalteten Potentiometer 76 besteht. Dieser Spannungsteiler wirkt als Hochziehschaltung für den Ausgang des Vergleichers 66 und schafft ein Bezugspotential an der Verbindungsstelle 72, wenn der innere Ausgangstransistor im Vergleicher 66 nichtleitend ist. Ein Rückkopplungswiderstand 78 ist zwischen den Ausgang 7o des Vergleichers 66 und dessen positiven Eingang 8o geschaltet. Das Potentiometer 66 hat einen beweglichen Abgriff 77, an dem eine Spannung auftritt, die niedriger als die Spannung an der Verbindungsstelle 72 ist.

An die Verbindungsstelle 72 ist ferner der positive Eingang 82 eines Vergleichers 84 angeschlossen. Der negative Eingang 86 dieses Vergleichers 84 ist mit dem positiven Eingang eines weiteren Vergleichers 88 verbunden. Der negative Eingang des Vergleichers 84 und der positive Eingang des

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- 1ο -·

Vergleichers 88 sind über eine Leitung 9o mit der Anode einer Abblockdiode 92 verbunden, deren Kathode an die Verbindungsstelle 72 angeschlossen ist. Die Anode der Diode ist an die Verbindungsstelle 94 eines RC-Kreises angeschlossen, der aus einem in Reihe mit einem Festwiderstand 96 geschalteten veränderlichen Widerstand 96 und einem Zeitgabe-Kondensator 1oo besteht. Die Reihenschaltung der Elemente 96, 98 und 1oo liegt zwischen den Versorgungsspannungsie itungen 26 und 28. Der Ausgang 1o2 des Vergleichers 88 ist über einen Strombegrenzungswiderstand 1o4 an die Basis oder Steuerelektrode 1o6 des Transistors 54 herangeführt. Auf diese Weise steuert das Signal an der Ausgangsleitung 1o2 des Vergleichers 88 die Leitfähigkeit des Transistors 54, der seinerseits die Transistoren 32 und 34 gemäß obiger Beschreibung steuert. Ein Hochziehwiderstand 1o8 für den Vergleicher 88 ist zwischen die Versor- ' gungsspannungsleitung 26 und die Basis des Transistors 54 geschaltet.

Die Ausgangsleitung 11o des Vergleichers 84 ist über einen Hochziehwiderstand 112 an die positive Versorgungsleitung 26 und die Basis oder Steuerelektrode eines Stromverstärkungstransistors 114 angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 114 ist mit der Versorgungsspannungsleitung 26 verbunden, und sein Emitter liegt über einen Strombegrenzungswiderstand 116 an der Masseleitung 28. Der Emitter des Transistors 114 ist ebenso über eine Reihenschaltung, bestehend aus einem Widerstand 118 und einer Abblockdiode 12o mit der positiven Eingangsleitung 8o des Vergleichere 66 verbunden. Die Abblockdiode 12o ist derart innerhalb der Schaltung polarisiert, daß, wenn der Transistor 114 in seinem Kollektor-Emitter-Ausgangspfad leitend ist, sein Emitterpotential, das dann im wesentlichen gleich dem Potential an der positiven Versorgungsleitung 26 1st, dem positiven Eingang des Vergleichers 66 zugeführt wird.

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Lin Kondensator 122, der einen Geräuschfilter schafft, ist mit einer Klemme an die zwischen dem Widerstand 118 und der Anode der Abblockdiode 12o gebildeten Verbindungsstelle und mit seiner anderen Klemme an die Masseleitung angeschlossen.

Der Abgriff 77 des Potentiometers 76 ist mit dem negativen Eingang des Vergleichers 88 verbunden, um an diesem Vergleichereingang ein Bezugspotential zu schaffen. Dieses Potential liegt niedriger als das Potential an der Verbindungsstelle 72. Ferner ist die Klemme 14 der Motorwicklung über einen Strombegrenzungswiderstand 124 mit dem positiven Eingang 8o des Vergleichers 66 verbunden. Auf diese Weise wird die in der Motorwicklung 1o während der Drehung des Motors induzierte elektromotorische Kraft für den Vormagnetisierungsstrom der positiven Eingangsklemme des Vergleichers 66 zugeführt.

Zum Verständnis der Wirkungsweise des Steuerkreises 18 sei angenommen, daß der Reluktanzmotor mit maximaler Drehzahl arbeitet. Die Wellenformen in den Fig. 2 veranschaulichen Bedingungen, wie sie bei maximaler Motordrehzahl vorhanden sind. Im Zeitpunkt t_Q fließt ein Vormagnetisierungsstrom durch den Widerstand 36 und die Motorwicklung 1o. Die vom Vormagnetisierungsstrom induzierte elektromotorische Kraft in der Motorwicklung wird an der Klemme 14 abgetastet und über den Widerstand 124 an den positiven Eingang 8o des Vergleichers 66 herangeführt. Diese induzierte elektromotorische Kraft ist auf ihrem negativen Scheitelwert in bezug auf die in Fig. 2(b) angegebene Bezugsspannung. In diesem Zeitpunkt ist der positive Eingang des Vergleichers 66 stärker negativ als das dem negativen Eingang zugeführte .' Potential, das die Gleichspannungskomponente des Bezugsspannungsniveaus der in der Motorwicklung induzierten elektromotorischen Kraft balanciert. Demzufolge befindet

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sich die Ausgangsleitung 7o des Vergleichers 66 auf einem sehr niedrigen Spannungsniveau, welches der Sättigungsspannung des inneren Ausgangstransistors im Vergleicher 66 entspricht. Als ein Ergebnis dieses Zustandes im Ausgang des Vergleichers 66 wird der Kondensator 1o über den von der Diode 92 der Ausgangsleitung 7o, dem Vergleicher 66 und dem inneren Transistor im Vergleicher 66 gebildeten Pfad auf Massepotential entladen sein. Die Wellenform 2(d) veranschaulicht die Ausgangsspannung OV an der Leitung 7o des Vergleichers 66. Diese Ausgangsspannung liegt zwischen den Zeitpunkten t_Q und t- sehr nahe an Massepotential.

Wenn der Motor in seiner Drehung fortfährt, steigt das induzierte elektromotorische Kraftsignal an der Motorwicklungsklemme 14 von seinem negativen Scheitelwert an und kreuzt das zur Wellenform 2(b) angegebene Bezugsspannungsniveau im Zeitpunkt t... An diesem Bezugsniveau-Kreuzungspunkt wird der positive Eingang 8o des Vergleichers 66 stärker positiv als sein negativer Eingang, und der innere Ausgangstransistor im Vergleicher 66 wird nichtleitend. Als Ergebnis nimmt die Ausgangleitung 7o des Vergleichers 66 das Spannungsniveau an, das an der Verbindungsstelle 72 durch den von den in Reihe liegenden Widerständen 74 und 76 gebildeten Spannungsteiler bestimmt ist. Dieses Spannungsniveau wird am Ausgang des Vergleichers 66 für das Zeitintervall zwischen den Zeitpunkten t- und t^ aufrechterhalten. Der Rückkopplungswiderstand 78 steigert die Schaltwirkung des Vergleichers 66.

Im Zeitpunkt t_1r wenn der Vergleicher 66 schaltet und das Ansteigen der Spannung an der Verbindungsstelle 72 verursacht, wird der zuvor entladene Kondensator loo als Kurzschluß gegenüber Massepotential, so daß die Verbindungsstelle 94 auf Massepotential kommt. Auf diese Weise wird die Abblockdiode 92 umgekehrt vorgespannt, und das Massepotential an der Verbindungsstelle 94 wird über die

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Leitung 9o dem negativen Eingang 86 des Vergleichers 84 aufgegeben. Da sich der positive Eingang 82 des Vergleichers 84 auf dem erhöhten Potential an der Verbindungsstelle 72 befindet, ist der innere Ausgangstransistor des Vergleichers 84 nichtleitend, so daß die Basis 11o des Transistors 114 auch das Potential der Spannungsversorgungsleitung 26 über den Hochziehwiderstand 112 hochgezogen wird. Dies schafft den Basis-Emitter-Antriebsstrom für den Transistor 114 und schaltet diesen durch. Der Emitter des Transistors 114 steigt seinerseits auf das Potential an der Versorgungsleitung 26, und diese wird über den Widerstand 118 und die Diode 12o an den positiven Eingang 8o des Vergleichers 66 angeschlossen, den sie im Zustand hoher Ausgangsspannung verriegelt.

Zwischen den Zeitpunkten t.. und t₂ wird der Kondensator 1oo von der Versorgungsspannungsleitung 26 über die in Reihe liegenden Zeitgabewiderstände 96 und 98 aufgeladen. Wenn der Kondensator 11o zwischen den Zeitpunkten t,- und t~ lädt, befindet sich der Ausgang des Vergleichers 88 auf niedrigem Potential (nahezu Massepotential) und der Transistor 54 ist nichtleitend und hält die parallel geschalteten Transistoren 32 und 34 eingeschaltet, wodurch Motorstrom durch die Wicklung 1o des Reluktanzmotors fließt. In diesem Zeitpunkt ist die Spannung an der Motorwicklung auf dem in dem Wellenverlauf 2(c) zwischen den Zeitpunkten t- und t₂ eingezeichneten positiven maximalen Spannungsniveau.

Wenn der Kondensator loo fortfährt sich aufzuladen, erreicht die Spannung an der Verbindungsstelle 94 das Bezugsniveau, das durch den an den negativen Eingang des Vergleichers 88 angeschlossenen Potentiometerabgriff 77 geschaffen wird. Wenn die Spannung an der Verbindungsstelle 94 diese Potentiometer-Bezugsspannung um einige Millivolt überschreitet,

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wird der positive Eingang des Vergleichers 88, der mit der Spannung an der Verbindungsstelle 94 über die Leitung 9o versorgt wird, stärker positiv als das Potential an seinem negativen Eingang, und der innere Ausgangstransistor des Vergleichers 88 wird nichtleitend. Dies tritt im Zeitpunkt tj auf. Die Spannung an der Basis 1o6 des Transistors 54 wird auf das Potential der Versorgungsspannungsleitung hochgezogen, und der Transistor 54 wird nichtleitend und macht auch die Ausgangspfade der Transistoren 32 und 34 nichtleitend. Somit wird der Stroir.fluß durch die Motorwicklung 1o mit Ausnahme des sie durchfließenden Vormagnetisierungsstroms abgeschaltet, was zur Erzeugung der in der Wellenform 2(c) eingezeichneten negativen Spannungsspitze führt.

Der Kondensator 1oo fährt fort sich aufzuladen, bis die Spannung an der Verbindungsstelle 94 die Spannung an der Verbindungsstelle 72 übersteigt, was im Zeitpunkt t_ der Fall ist. In diesem Zeitpunkt veranlaßt die Spannung an der Verbindungsstelle 94, den negativen Eingang 86 des Vergleichers 84 stärker positiv als die Spannung an der Verbindungsstelle 72 zu werden, die seinem positiven Eingang 82 zugeführt wird, und demgemäß tritt am Ausgang des Vergleichers 84 ein niedriges Potential auf, welches .' den Transistor 114 sperrt. Mit dem Transistor 114 in nichtleitendem Zustand ist das einzige Spannungssignal, das dem positiven Eingang 8o des Vergleichers 66 zugeführt wird, dasjenige, das über die Motorwicklungsklemme 14 und den Widerstand 144 zugeführt wird, d.h. das Signal der induzierten elektromotorischen Kraft. Im Zeitpunkt t~ ist das induzierte EMK-Signal an seinem negativen Scheitelpunkt angelangt, was dazu führt, daß der Ausgang des Ver gleichers 66 auf sein niedriges Sättigungspotential absinkt. Dies wiederum schafft einen Entladepfad für den

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Kondensator 1oo über den inneren Ausgangstransistor des Vergleichers 66.

In Verbindung mit der vorstehenden Erläuterung verdient Beachtung, daß das Ausgangssignal des Vergleichers 84 im wesentlichen der Wellenform 2(d) folgt, jedoch ein verschiedenes maximales Spannungsniveau besitzt. Auch ist das Ausgangssignal des Vergleichers 88 das elektrische Komplement zur Motorspannungs-Wellenform 2(c) mit der Ausnahme, daß die darin eingezeichneten Ausgleichsströme am Ausgang des Vergleichers 88 nicht vorhanden sind. Darüber hinaus verdient Beachtung, daß die Wellenformen in Fig. 2 eine Frequenz aufweisen, die direkt proportional der Drehzahl des gesteuerten Motors ist. Das Intervall zwischen den Zeitpunkten t₁ und t~ für die Wellenform 2(c) ist konstant und keine Funktion der Motordrehzahl, weil dieses Zeitintervall durch den Zeitgeberkreis bestimmt ist, der aus den Widerständen 96, 98 und dem Kondensator 1oo besteht. Bei niedrigeren Motordrehzahlen ist das Intervall zunehmender magnetischer Leitfähigkeit im magnetischen Kreis des Reluktanzmotors viel länger als die von dem Zeitgeberkreis bestimmte Zeitdauer. Deshalb fließt bei niedrigen Drehzahlen der maximale Motorstrom nur während eines Teils des Intervalls zunehmender magnetischer Leitfähigkeit. Wenn die Motordrehzahl zunimmt, fließt der maximale Motorstrom während eines zunehmend größeren Abschnitts des Zeitintervalls zunehmender magnetischer Leitfähigkeit, bis das gesamte Intervall überspannt wird, wodurch die maximale Grenzdrehzahl des Motors und seines Steuerkreises bestimmt ist. Der Motorwicklung 1o während irgendeines Teils des Intervalls abnehmender magnetischer Leitfähigkeit zugeführter Strom führt zum Bremsen des Motors und damit zur Festlegung seiner oberen Drehzahlgrenze. Natürlich kann die maximale Motordrehzahl durch Veränderung der Zeitkonstanten des RC-Kreises mit den

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Widerständen 96, 98 und dem Kondensator 1oo verändert werden, Eine praktische Grenze für die Motordrehzahl wird jedoch durch die reaktive Impedanz der Motorwicklung 1o und den zugehörigen magnetischen Kreis bestimmt-.·

. Patentansprüche /

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Claims

- 17 Patentansprüche 2 D b h 3 U

1.] Steuerkreis für einen Reluktanzmotor, dessen ihre magnetische Leitfähigkeit während der Läuferdrehung ändernde Wicklung über eine Halbleiter-Schalteinrichtung mit einer Gleichspannungsquelle verbindbar ist, gekennzeichnet durch an die Motorwicklung (1o) angeschlossene Schaltungsmittel (18), durch welche die in der Motorwicklung während der Läuferdrehung und dem Sperrzustand der Halbleiter-Schalteinrichtung (32, 34) induzierte elektromotorische Kraft abtastbar ist und die Halbleiter-Schalteinrichtung durchschaltbar ist, wenn die abgetastete elektromotorische Kraft einen vorbestimmten Wert erreicht,

2. Steuerkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die abgetastete elektromotorische Kraft ihren Wert gegenüber einer Bezugsspannung nach oben und unten periodisch ändert und die Schaltungsmittel (18) die Halbleiter-Schalteinrichtung (32, 34) durchschalten, wenn die elektromotorische Kraft die Bezugsspannung durchkreuzt.

3. Steuerkreis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Schaltungsmittel (18) die Halbleiter-Schalteinrichtung (32, 34) nur dann durchschalten, wenn die elektromotorische Kraft die Bezugsspannung in einer Richtung durchkreuzt.

4. Steuerkreis nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Zeitgebereinrichtung (84» 96, 98, 1oo) zur Steuerung der Zeitdauer für den leitenden Zustand der Halb leiterschalteinrichtung nach dem Durchkreuzen der Bezugsspannung .

5. Steuerkreis nach Anspruch 4, dadurch ge« kennzeichnet , daß die Zeitgebereinrichtung aus einem RC-Kreis (96, 98, 1oo) und einem Vergleicher (84) be-

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steht, dessen einer Eingang (82) an einem festen Bezugspotential liegt und dessen zweiter Eingang (86) an den Kondensator (1oo) des RC-Kreises angeschlossen ist/ wobei sich das Spannungsniveau des Kondensators beim Abtasten des vorbestimmten Wertes der elektromotorischen Kraft als· Funktion der Zeit ändert und der Vergleicher (84) durch Änderung seiner Ausgangsspannung die Durchschaltung der Halbleiter-Schalteinrichtung (32, 34) beendet, wenn der Kondensator (1oo) auf ein vorbestimmtes Potential aufgeladen ist.

6. Steuerkreis nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Mittel (36) zur Erzeugung eines unabhängig von der Durchschaltung der Halbleiter-Schalteinrichtung (32, 34) fließenden Vormagnetisierungsstroms durch die Motorwicklung (1o).

7. Steuerkreis nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Mittel zur Erzeugung des Vormagnetisierungsstroms von einem parallel zur Halbleiter-Schalteinrichtung (32, 34) geschalteten ohmschen Widerstand (36) gebildet sind.

8. Steuerkreis nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch eine Vergleichereinrichtung (66), durch welche das von dem Magnetisierungsstrom in der Motorwicklung (1o) infolge der sich bei der Läuferdrehung ändernden magnetischen Leitfähigkeit erzeugte sich zyklisch änderndes Spannungssignal beim Erreichen einer bestimmten Bezugsspannung zum Umschalten der Halbleiter-Schalteinrichtung (32, 34) verwendbar ist.

9. Steuerkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichne t, daß der vorbestimmte Wert der abgetasteten elektromotorischen Kraft so bemessen ist, daß sein Auftreten zeitlich mit dem Wiederanwachsen der Induktivität der Motorwicklung (1o) zusammenfallt.

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