DE2604638B2 - Steuerschaltung für einen kollektorlosen Gleichstr ommotor - Google Patents

Description

Γ) Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerschaltung für einen kollektorlosen Gleichstrommotor gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Eine solche Steuerschaltung ist aus der deutschen Patentschrift 12 24 824 bekannt. Dort ist eine Ansteueren schaltung für 4 oder 6 usw. Phasen beschrieben, bei der die Amplituden der in zwei benachbarten Wicklungen induzierten Spannungen verglichen werden und bei der bei Gleichheit ein bistabiles Glied, das die Ansteuerung der nächstfolgenden Phase bewirkt, eingeschaltet,

■υ dagegen ein vorher eingeschaltetes bistabiles Glied zur Speisung der vorher wirksamen Phase rückgesetzt wird. Weiterhin ist aus der DD-PS 97 108 eine Steuerschaltung bekannt, bei der die augenblicklich induzierte Spannung mit einer allen Phasen gemeinsamen Gegenspannung verglichen wird.

Es ist bekannt, daß bei diesen bekannten Ansteuerschaltungen gesonderte Anlaufschaltungen oder Anwerfvorrichtungen benötigt werden, da die erwähnten Ansteuerschaltungen erst ab einer bestimmten Drehzahl sicher die Kommutierung übernehmen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuerschaltung für einen kollektorlosen Gleichstrommotor der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der schon ab einer sehr geringen Drehzahl die Eigenkommutierung anwendbar ist und welche Störungen infolge Schaltens der Motorströme auf die Motorkommutierung vermeidet.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst.

bS Dieser Lösung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß das Vorzeichenbild die momentane Stellung des Rotorfeldes, die bistabilen Stufen dagegen diejenige des Statorfeldes darstellen.

Bei der Erfindung wird somit ähnlich wie bei der eingangs beschriebenen Ansteuerschaltung für vier oder sechs usw. Phasen ein Impuls erzeugt, wenn zwei durch die Induktion erzeugte Spannungen ein bestimmtes Verhältnis zueinander bilden und dieser Impuls wird zur Umschaltung eines von mehrereii bistabilen Gliedern zwecks Motoransteuerung benutzt. Erfindungsgemäß wird jedoch zu jedem Zeitpunkt der Erzeugung dieses Impulses geprüft, ob die Vorzeichen der in den drei Wicklungen induzierten Spannungen einem Sollzustand entsprechen. Hierdurch können die im Anlauf bei kleinen Drehzahlen durch Schalten der Motorströme fälschlich erzeugten Fortschaltimpulse erkannt werden und es kann eine Korrektur erfolgen derart, daß die Motoransteuerung und/oder das Fortschalten der bistabilen Stufen vorübergehend ausgesetzt wird. Durch diese Überwachung mit Korrekturmöglichkeit wird es möglich, die Ansteuerschaltung schon bei sehr kleinen Drehzahlen einzusetzen, bei denen ja solche Verfälschungen am wahrscheinlichsten sind. Auch die zusätzliche Angabe, Abtastimpulse zu Zeitpunkten zu erzeugen, bei denen die drei induzierten Spannungen möglich groß sind, bringt eine Verbesserung in der gleichen Richtung, da zu diesen Zeitpunkten die Vorzeichen auch schon bei kleiner Amplitude der induzierten Spannungen trotz der durch den Wicklungsstrom bedingten Spannungsabfälle erkennbar sind. Bei Nutzung der Ständerwicklungen auch zur Gewinnung der Induktionsspannungen wrkt sich vorteilhaft aus, daß die mit der Vergleichsspannung jeweils zu vergleichende Spannung von einer unbelasteten Ständerwicklung ableitbar ist.

Anhand der Ausführungsbeispiele der Zeichnung soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigt

F i g. 1 — ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung mit Ringzähler

F i g. 2 — ein Zeitdiagramm mit den drei induzierten Spannungen

F i g. 3 — eine Verknüpfungstabelle

F i g. 4 — eine mögliche Schaltung zur Bildung des Schaltimpulses und der Ableitung des Vorzeichens

F i g. 5 — eine Alternative zu F i g. 4

F i g. 6 — ein Blockschaltbild eines anderen Ausführungsbeispiels mit drei miteinander nicht verschalteten bistabilen Stufen.

In F i g. I werden die drei Motorwicklungen (oder gesonderte Hilfswicklungen) an den Klemmen 1 bis 3 angeschaltet. Die Spannungen werden den Schaltsignalgebern 4 bis 6 zugeführt, die an ihrem Ausgang Tjeweils den Abtastimpuis und am Ausgang VZ log. 1 abgeben, wenn die induzierte Spannung positiv ist und log. 0, wenn die induzierte Spannung negativ ist. Die T-Ausgänge sind mittels des NAN D-Gatters 7 zusammengefaßt. Am Ausgang entsteht jeweils ein Schaltimpuls, wenn das Signal an einem der T-Ausgänge auf log. 0 geht, was kurzzeitig zustandekommt, wenn die verglichenen Werte einander gleich sind. Eine mögliche Schaltung der Schaltsignalgeber 4 bis 6 ist in F i g. 4 dargestellt. Dort wird bei Γ die induzierte Spannung zugeführt, deren Spitzenwert im Speicher 41 gespeichert wird. Zur Unterdrückung von kurzen Störimpulsen dient das Filter 40. Die gefilterte induzierte Spannung wird auch dem Verstärker 42 mit dem Verstärkungsfaktor α > 1 zugeführt. Da — wie sich aus F i g. 2 z. B. für den Verlauf der Spannung A, die an der Klemme Γ anliegen soll, ergibt — die Referenzspannung Uncfder positive Spitzenwert der Spannung A ist, erhält man am Ausgang des Addiergliedes 43 dann den

Wert 0, wenn der Augenblickswert negativ und außerdem so groß ist, daß tr mit tx vervielfacht dem Betrag nach gleich der Spitzenspannung Ur^'isi. Der am Ausgang des Komparators 44, der logische Pegel abgibt, hierbei entstehende Spannungssprung wird mittels des Differenzierers 45 in einen negativ gehenden kurzen Impuls umgewandelt- Der Wert λ ist hier derart gewählt, daß der Zeitpunkt der Abgabe dieses Impulses bei /ι (F i g. 2) liegt Entsprechend liefert das Sensierglied 5 aufgrund des Verlaufs B an seinem Ausgang T zum Zeitpunkt f2 und das Sensierglied 6 aufgrund des Verlaufs Can seinem Ausgang Γ zum Zeitpunkt h einen Impuls; alle Ausgangsinipulse zusammen erzeugen am Ausgang des NAND-Gatters 7 die Schaltimpulse, die über das ODER-Gatter 8 und die normalerweise durchlässige Sperrschaltung zum Eingang eines Ringzählers 10 gelangen und diesen jeweils weiterschalten. Die drei Ausgänge dieses Ringzählers sind über den logischen Schalter 14 mit den Leistungsschaltern der Ständerwicklungen verbunden, so daß durch die Weiterschaltung jeweils eine andere Ständerwicklung (Phase) an Spannung gelegt wird. Diese Umschaltung ist in F i g. 2 durch die angedeuteten Zeitspannen (PH 1 EIN = Phase 1 eingeschaltet usw.) angedeutet.

Der Ringzähler 10 ist infolge von internen Rückführungen selbstkorrigierend, so, daß er auch nach Störungen stets wieder den umlaufenden Inhalt log. 1/0/0 annimmt.

In F i g. 4 ist auch die Erzeugung des das Vorzeichen anzeigenden Signals angedeutet, indem die Klemme Γ über die Schaltung 46 (die nur positive Spannungen durchläßt) mit dem Ausgang VZ verbunden ist. Ein Signal log. 1 am Ausgang VZ entsteht also nur, wenn und solange der Augenblickswert der einzelnen induzierten Spannung positiv ist.

Die erzeugte;) Schaltimpulse am Ausgang des NAND-Gatters 7 werden auch dem Speicher 11 zugeführt, an dessen Eingänge die KZ-Ausgänge der Schaltsignalgeber 4 bis 6 angeschaltet sind.

Sie bewirken dort die Einspeicherung entsprechend den Ausgangssignalen der Ausgänge VZ zu den Zeitpunkten fi, h, h usw. Die möglichen Kombinationen der Vorzeichen zu diesen Zeitpunkten fi bis U lassen sich aus F i g. 2 ablesen, in der die Verläufe mit A, B und C bezeichnet sind. Diese Vorzeichenverteilung geht nochmals in der linken Tabelle der F i g. 3 hervor. Zu den drei verschiedenen Zeitpunkten wird somit jeweils ein anderer Speicher in der Speicherschaltung 11 auf log. 1 gesetzt.

Aus Fig. 2 unten ergibt sich, wann die einzelnen Phasen /³Wl-3 eingeschaltet werden müssen. Dies ist auch in der rechten Tabelle der F i g. 3 eingezeichnet. Man erkennt, daß in beiden Tabellen ein ähnliches Muster der gesetzten Speicher einerseits bzw. der eingeschalteten Stufen des Ringzählers 10 andererseits vorliegt, allerdings mit einer Phasenversetzung. Um in der Vergleichsschaltung 12 einen Vergleich auf Gleichheit der sich entsprechenden Ausgänge der Glieder 10 und 11 durchführen zu können, ist daher eine (zyklische) Vertauschung der Ausgänge des Gliedes 11 vorgenommen, so daß dann das Vorzeichen von B mit der Ansteuerung von Phase 1 usw. verglichen wird.

Ist die Anschaltung der Phasen synchron mit dem induzierten Feld, so stimmen die verglichenen Werte überein und es wird ein Ausgangssignal log. 1 erzeugt, da; in 13 invertiert wird, d. h., daß am Ausgang der Umkehrstufe 13 nur ein Signal entsteht, wenn keine Übereinstimmung vorliegt; dann wird mittels der

Spcrrschaltung 14 eine weitere Wicklungsansteuerung verhindert, bis wieder Synchronismus festgestellt wird. Außerdem dient das Signal am Ausgang der Umkehrstufe 13 dazu, den Ringzähler mit Hilfe des ODER-Gatters 8 anzuhalten, um hierdurch wieder Synchronismus zu erreichen.

Für den Anlauf aus dem Stillstand dient die Startlogik, die beim Einschalten des Motors eingeschaltet wird und die dann die Sperrschaltung 9 umschaltet, so, daß der Ringzähler 10 nun Taktimpulse von der Startlogik erhält. Vorzugsweise wird der Abstand zwischen den Startimpulsen immer kürzer. Erscheint ein Impuls am Ausgang des NAND-Gatters 7 und wird im folgenden Takt Synchronismus festgestellt, so wird die Startlogik rückgeschaltet und damit auch die Sperrschaltung 9 umgeschäitei.

Die Fig.5 zeigt eine Alternative zu Fig.4. Hier werden die Referenzspannung, die an der Klemme 50 zugeführt wird und z. B. durch Gleichrichtung und Mittelung der induzierten Spannungen A, B und C erzeugt werden kann, über einen Widerstand R und der Augenblickswert, z. B. die Spannung A an Klemme 1", über einen Widerstand <xR, der um den Faktor <x < 1 kleiner als R ist, zusammengeführt und über einen Komparator 51 und einen Differenzierer 52 dem Ausgang Γ zugeführt. Die Bildung des dem Vorzeichen entsprechenden Signals entspricht der Lösung der F i g. 4.

Im Ausführungsbeispiel der Fig.6 entsprechen die Bausteine 4' —7' und 1Γ—14' den Bausteinen 4—7 und 11 — 14 der Fig. 1. Anstelle des Ringzählers sind nur drei miteinander unverschaltete bistabile Schaltglieder 61—63 vorgesehen, die von den T-Ausgängen der Schaltsignalgeber 4'—6' so angesteuert werden, daß jeweils nur ein bistabiles Glied gesetzt wird, dagegen die anderen einen Restimpuls erhalten. Hier wird, wenn das Vorzeichenmuster der Speicherschaltung 11' nicht mit dem Ausgangssignalmuster der bistabilen Schaltglieder 61—63 übereinstimmt, die Sperrschaltung 14 aktiviert, bis nach erneuter Prüfung wieder Übereinstimmung festgestellt wird.

Die Störsicherheit der Anordnung nach Fig.6 kann noch verbessert werden durch Hinzufügen der Rückführungen 64. Diese verriegeln mittels der ODER-Gatter 65 die Verbindungen der Taktausgänge T der Schaltsignalgeber 4'—6' mit den Eingängen der bistabilen Schaltglieder 61—63 derart, daß Takte Γ nur dann wirksam werden, wenn sie das Statorfeld entsprechend dem gewünschten Drehsinn fortschalten; so ist z. B., wenn das bistabile Glied 61 !logisch 1 abgibt wegen der Inversion das mittlere Gatter 65 für einen negativ gehenden Impuls am Ausgang T des Glieds 5' durchlässig, während die beiden anderen Gatter für solche Impulse verriegelt sind. Es kann somit als nächstes bistabiles Glied nur das Glied 62 geschaltet werden.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Steuerschaltung für einen kollektorlosen Gleichstrommotor mit einem Permanentmagnetläufer und einem drei Ständerwicklungen einer beliebigen Polpaarzahl aufweisenden Ständer, bestehend aus Schaltsignalgebern zur Abgabe von Schaltimpulsen, wenn die in den Ständerwicklungen oder in zusätzlichen Hilfswicklungen von dem Permanentmagnetläufer induzierten Spannungen vorgegebene Größenverhältnisse aufweisen, und aus den Schaltsignalgebern zugeordneten bistabilen Schaltgliedern, die in Abhängigkeit von den Schaltimpulsen die jeweils zugeordnete Ständerwicklung an eine Gleichstromquelle schalten, d a durchgekennzeichnet, daß jeder Schaltsignalgeber (4—6; 4'—6') einen Komparator (44; 51) zum Vergleich der augenblicklichen induzierten Spannung mit einer der maximal induzierten Spannung entsprechenden Spannung (Uni), der jeweils an einen ersten Ausgang (T) den Schaltimpuls zu einem Zeitpunkt (t 1, 12, ti) abgibt, zu dem alle induzierten Spannungen (A, B, C) relativ groß sind, und eine mit dem zweiten Ausgang (VZ) verbundenen Schaltung (46) zur Feststellung des Vorzeichens der induzierten Spannung enthält, daß eine Speicherschaltung (11; 11') angeschlossen ist, deren Eingänge jeweils mit den zweiten Ausgängen (VZ) des Schaltsignalgebers (4-6; 4'-6') zur Speicherung der bei Abgabe eines Schaltimpulses vorhandenen Vorzeichenkombination aller induzierten Spannungen verbunden ist, daß der Speicherschaltung (11; 11') eine mit den bistabilen Schaltgliedern (Ringzähler 10; 61-63) verbundene Vergleichsschaltung (12; 12') zum Vergleich der die Vorzeichenkombination wiedergebenden Zustände der Speicherschaltung (U; H') ^{mit der} Stellungskombination der bistabilen Schaltglieder (Ringzähler 10; 61—63) nachgeschaltet ist, und daß eine Sperrschaltung (9, 14; 14') zur Sperrung der bistabilen Schaltglieder (Ringzähler 10; 61—63) und/oder den Verbindungsleitungen zwischen Gleichstromquelle und Ständerwicklung bei Abweichung des Vergleichsergebnisses der Vergleichsschaltung (12; 12') von einer vorgegebenen Relation vorgesehen ist.

2. Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltsignalgeber (4—6, 4'—6') zur Erzeugung der Schaltimpulse für jede der induzierten Spannungen aus einem Vergleichsglied (43) und einem Referenzspannungserzeuger (40, 41) bestehen, wobei der Referenzspannungserzeuger (40, 41) ein dem Scheitelwert der induzierten Spannung entsprechendes Signal erzeugt, im Vergleichsglied (43) dieses Signal mit dem Augenblickswert der induzierten Spannung verglichen wird und der Schaltimpuls erzeugt wird, wenn diese Spannungen ein vorgegebenes Verhältnis zueinander aufweisen und ihre Differenz sich gleichzeitig in vorgegebener Richtung ändert.

3. Ansteuerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Referenzspannungserzeuger ein Spitzenspannungsspeicher (41) mit vorgesetztem Filter (40) ist.

4. Ansteuerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Gewinnung einer gemeinsamen Referenzspannung Gleichrichter vorgesehen sind, welche die drei induzierten Spannungen (A, B.

C) einphasig gleichrichten und eine Schaltung vorgesehen ist, die daraus das Kurzzeitmittel der Summe bildet.

5. Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die bistabilen Schaltglieder (61—63) zu einem Ringzähler (10) verschaltet sind.

6. Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß für den Anlauf aus dem Stillstand heraus an die bistabilen Schaltglieder (61—63) eine Startlogik anschaltbar ist, die diese in einem vorgegebenen Rhythmus umschaltet und daß ein Umschalter zur Abschaltung der Startlogik und zur Einschaltung der Weiterschaltung der bistabilen Schaltglieder (Ringzähler 10, 61—63) durch die Schaltimpulse vorgesehen ist, sobald Schaltimpulse entstehen und Synchronismus zwischen den verglichenen Zuständen und Stellungen besteht.

7. Ansteuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in die Verbindungen der Schaltsignalgeber (4—6, 4'—6') zur Erzeugung der Schaltimpulse mit den bistabilen Schaltgliedern (Ringzähler 10,61 -63) Gatter (65) eingeschaltet siüvd, und daß diese mit den Ausgängen der bistabilen Schaltglieder derart verkoppelt sind, daß in der Arbeitsstellung eines bistabilen Schaltglieds nur das in die Verbindung zum nachfolgend anzusteuernden bistabilen Schaltglied liegende Gatter durchlässig ist.