DE2633047C3 - Kollektorloser Gleichstrommotor mit mehreren in Stern geschalteten Phasenwicklungen - Google Patents

Description

auch von einem Drehzahl-Sollwert beaufschlagt wird. Der Ausgang des Vergleichsgliedes steuert einen Steuertransistor, der zur Ansteuerung der in Reihe von den Phasenwicklungen geschalteten steuerbaren Halbleiterelemente vorgesehen ist. Das Vergleichsglied sorgt im Betrieb für eine Konstanthaltung der eingestellten Drehzahl· — Bei diesem bekannten kollektorlosen Gleichstrommotor ist ein gewisser Schutz gegen die erwähnte Selbstinduktionsspannung durch die Kombination Zenerdiode/npn-Transistor gewährleistet Sine Zerstörung der Halbleitereiemente der Kommutierungseinrichtung durch die Selbstinduktionsspannung ist hier ohne zusätzliche Dämpfungselemente wie Kondensatoren vermieden. Sobald die Selbstinduktionsspannung auf die Größe der Zenerspannung angewachsen 1st, was sehr rasch geschieht, z. B in 1 psec, wird der npn-Transistor stromführend. Es stellt sich ein Gleichgewicht ein, bei dem an der Kollektor-Emitter-Strecke des npn-Transistors eine Spannung in Höhe der Zenerspannung anliegt Diese Spannung wird, solange das Gleichgewicht herrscht als Drehzahl-Istwert weitergeleitet, was zu einer Verfälschung des wahren Drehzahl-Istwerts führt der durch die induzierte EMK gegeben ist Das besagte Gleichgewicht bleibt verhältnismäßig lange bestehen, z. B. eine Zeitdauer von 100 psec lang, bis nämlich die Energie der gerade geschalteten Phasenwicklung über den npn-Transistor abgeleitet ist bis also die betreffende Phasenwicklung abmagnetisiert ist Je länger die Abmagnetisierung dauert desto mehr wird der wahre Drehzahl-Istwert verfälscht

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kollektorlosen Gleichstrommotor der eingangs beschriebenen Art so auszbilden daß eine Verfälschung des Drehzahl-Istwertes durch die Selbstinduktionsspannung, insbesondere bei niederen Drehzahlen, weitgehend vermieden wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst daß das mit seinem einen Anschlußpol an dem gemeinsamen Verbindungspunkt liegende spannungsabhängige Schaltelement mit seinem anderen Anschlußpol über einen Reihenwiderstand mit dem Sternpunkt der Phasenwicklungen verbunden ist, daß ein Überbrükkungs-Transistor vorgesehen ist, der zusammen mit dem Halbleiter-Schaltelement in Abhängigkeit von dem an dem gemeinsamen Anschlußpunkt des spannungsabhängigen Schaltelements und des Reihenwiderstands anstehenden Potential gesteuert ist, ciaß der Überbrükkungs-Transistor mit dem einen Anschlußpol seines Lastkreises über einen Vorwiderstand an dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Auskoppeldioden angeschlossen ist, daß die Reihenschaltung eines ohmschen Widerstandes mit einem Glättungskondensator dem Lastkreis des Überbrückungs-Transistors parallel geschaltet ist, und daß der Drehzahl-Istwert am Glättungskondensator abgegriffen ist

Bei diesem kollektorlosen Gleichstrommotor ist, um einen Kurzschluß der ausgekoppelten EMK zu vermeiden, zwischen dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Auskoppeldioden und dem Sternpunkt der Phasenwicklungen die Reihenschaltung des spannungsabhängigen Schaltelements (Zenerdiode) mit dem Reihenwiderstand angeordnet. Der Reihenwiderstand sorgt für einen stabilen Betrieb. Bei niederen Drehzahlen ist die induzierte EMK entsprechend niedrig; tritt nun infolge Abschaltens eines Halbleiterelements eine sich der EMK überlagernde Selbstinduktionsspannung auf, so ist die an dem spannungsabhängigen Schaltelement (Zenerdiode) abfallende Spannung gegenüber der eigentlichen EMK relativ groß, Sie wurde somit eigentlich zu einer Verfälschung des Drehzahl-Istwertes führen. Die an der Zenerdiode abfallende Spannung ϊ wird nun aber vorliegend durch den Überbrückungs-Transistor sehr schnell kurzgeschlossen; sie kann daher den abgegriffenen Drehzahl-Istwert nicht verfälschend beeinflussen. Im Vergleich zu der aus der DE-OS 24 40 533 bekannten Schaltung entfällt somit vorliegend

κι der z.B. ΙΟΟμςεΰ lang anhaltende Einfluß der Zenerspannung.

Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen kollektorlosen Gleichstrommotors sind in den Unteransprüchen beschrieben.

!; Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert Es zeigt

Fig. 1 das Schaltbild eines kollektorlosen Gleichstrommotors nach der Erfindung und

jo F i g. 2 ein Detail-Schaltbild eines erfindungsgemäßen kollektorlosen Gleichstrommotors mit anders gearteter Drehzahl-Istwerterfassung und Dänv.-iung der Selbstinduktionsspannung.

In F i g. 1 sind mit 1 bis 4 die Phasenwicklungen eines

2, kollektorlosen Gleichstrommotors bezeichnet Mit ihrem einen Wicklungsende sind die Phasenwicklungen 1 bis 4 in einem Sternpunkt 5 zusammengefaßt und mit ihrem anderen Wicklungsende an Kommutierungstransistoren 6 bis 9 angeschlossen. Die Steuerung der

in Kommutierungstransistoren 6 bis 9 erfolgt über eine Auswahlschaltung 10, die ihrerseitr. über in der Zeichnung nicht dargestellte, vom Läufer des Motors beeinflußte Lagemelder gesteuert wird. An die mit den Kommutierungstransistoren 6 bis 9 verbundenen

r. Wicklungsenden der Phasenwicklungen 1 bis 4 sind Auskoppeldioden 11 bis 14 mit ihrem einen Anschlußpol angeschlossen. Der andere Anschlußpol dieser Auskoppeldioden 11 bis 14 ist an einen gemeinsamen Verbindungspunkt 15 geführt.

»ι Eine Zenerdiode 16 ist mit ihrem einen AnscHußpol an den gemeinsamen Verbindungspunkt 15 angeschlossen und über einen Reihenwiderstand 17 mit dem Ste.Tipunkt 5 verbunden. Zwischen dem gemeinsamen Verbindungspunkt 15 und dem Sternpunkt 5 ist

ι, weiterhin als steuerbares Halbleiter-Schalulement ein Transistor 18 angeordnet. Der Transistor 18 wird durch einen Überbrückungstransistor 19 über einen Vorwiderstand 20 an den Verbindungspunkt 15 angeschlossen. Die Basis des Überbrückungstransistors 19 liegt an dem

.(ι gemeinsamen Anschlußpunkt 25 des Reihenwiderstandes 17 und der Zenerdiode 16. Zwischen dem Kollektor des Überbrückungs-Transistors 19 und dem Sternpunkt 5 ist ein ohmscher Widerstand 21 in Reihe zu einem Glättungskondensator 22 angeordnet. Am Glättungskondensator 22 wird der gewünschte Drehzahl-Istwert Uiu abgegriffen.

Bei dem in F i g. Ί dargestellten Detail-Schaltbild ist lediglich die Art der Steuerung des Transistors 18 abgeändert. Der Transistor 18 ist mit seiner Basis über

Mi einen ersten Basiswiderstand 23 mit dem Anschlußpunkt 25 verbunden. An diesem Anschlußpunkt 25 liegt über einen zweiten Basiswiderstand 24 auch der Überbrückungs-Transistor 19 mit seiner Basis. Im übrigen entspricht dieses Detail-Schallbild dem entspre-

h-, chenden Teil des in F i g. 1 dargestellten Schaltbildes.

Der kollektorlose Gleichstrommotor arbeitet wie folgt: Wird z. B. im Kommutierungszeitpunkt die Phasenwicklung 1 ab- und die Phasenwicklung 3

eingeschaltet, so tritt nach dem Sperren des Kommutierungstransistors 6 an der Phasenwicklung 1 eine Selbstinduktionsspannung auf. Diese Selbstinduktionsspannung kann sich über die Auskoppeldiode 11, die Zenerdiode 16 und den Reihenwiderstand 17 abbauen. Überschreitet die Selbstinduktionsspannung der Phasenwicklung 1 die Zenerspannung der Zenerdiode 16, so wird der Überbrückungs-Transistor 19 und damit auch der Transistor 18 sehr schnell durchgesteuert. Durch den Transistor 18 wird dabei verhindert, daß die Spannung zwischen dem Verbindungspunkt 15 und dem Sternpunkt 5 über den Wert der Zenerspannung der Zenerdiode 16 ansteigt (Spannungsbegrenzung). Außerdem wird die Zenerdiode 16 durch den Transistor 18 entlastet.

Das Durchsteuern des Überbrückungs-Transistors 19 und des Transistors 18 hat aber auch zur Folge, daß die Reihenschaltung aus dem ohmschen Widerstand 21 und dern Glüttun^skondcns^tor 22 über die Koück'.or-Ernitter-Strecke des Überbrückungs-Transistors 19 und die Basis-Emitter-Strecke des Transistors 18 kurzgeschlossen wird. Mit anderen Worten: Der Verbindungspunkt der Widerstände 20 und 21 wird sehr schnell auf das Potential des Sternpunktes 5 gelegt. Dadurch kann, was entscheidend ist. die Selbstinduktionsspannung — sobald sie die Größe der Zenerspnnnung der Zenerdiode 16 erreicht hat — fortan den Drehzahl-Istwert U₁ am Glättungskondensator 22 nicht mehr beeinflussen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 wird dii Reihenschaltung aus dem ohmschen Widerstand 21 um dem Glällungskondensalor 22 direkt über die Kollek tor-Emitter-Strecke des Überbrückungs-Transistors 1 kurzgeschlossen. Auch hier hat ein Anstieg de Selbstinduktionsspannung über die Größe der Zener spannung hinaus keinen Einfluß mehr auf dei Drehzahl-Istwert.

Sobald die Selbstinduktionsspannung abgeklunge ist, sperren der Überbrückungs-Transistor 19 und de Transistor 18, so daß am Kollektor des Überbrückungs Transistors 19 wieder die drehzahlproportionale EMI" anliegt und als Drehzahl-Istwert U₁,, abgegriffen werdei kann.

Durch eine Spitzenwert-Gleichrichtung der ausge koppelten EMK kann die durch das kurzzeitig

wertes ausgeschaltet werden. Line Sriiizenwert-Gleieh richtung kann bei dem beschriebenen kollektorlosei Gleichstrommotor auf einfache Weise schon dadurcl erreicht werden, daß ein nicht gezeigter, gegenüber den Vorwiderstand 21 niederohmiger Widerstand zu der Glättungskondensator 22 parallel geschaltet wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnui.gen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Kollektorlos^ Gleichstrommotor mit mehreren in Stern geschalteten Phasenwicklungen, die über eine aus steuerbaren Halbleiterelementen bestehende Kommutierungseinrichtung an eine Gleichspannungsquelle schaltbar sind und von denen jede Phasenwicklung min ihrem an das steuerbare Halbleiterelement angeschlossenen Wicklungsende mit dem einen AnscMußpol einer den Drehzahl-Istwert während der stromlosen Periode aus der Phasenwicklung auskoppelnden Auskoppeldiode verbunden ist, wobei die Auskoppeldioden aller Phasenwicklungen mit ihrem anderen Anschiußpol an einem gemeinsamen Verbindungspunkt liegen, wobei zwischen dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Auskoppeldioden und dem Sternpunkt der Phasenwicklungen die Laststrecke eines steuerbaren Halbleiter-Schaltelements angeordnet ist, und wobei ein spannungsabhängiges Schaltelement bei einer Spannung, die höher ist als die in den Phasenwicklungen durch die Drehung des Läufers induzierte Spannung, das Halbleiter-Schalielernent durchsteuert, dadurch gekennzeichnet, daß das mit seinem einen Anschlußpol an dem gemeinsamen Verbindungspunkt (15) liegende spannungsabhängige Schaltelement (16) mit seinem anderen Anschlußpol über einen Reihenwiderstand (17) mit dem Sternpunkt (5) der Phasenwicklungen (1 bis 4) verbunden ist, daß ein Überbrückungs-Transistor (19) vorgesehen ist, der zusammen mit dem Halbleiter-Schaltelement (Transistor 18) in Abhängigkeit von dem an dem gemeinsamen Anschlußpunkt (25) des spannungsabhängigen Schaltelements (16) und des Reihenwiderstands (17) anstehenden Potential gesteuert ist, ciaß der Überbrückungs-Transistor (19) mit dem einen Anschiußpol seines Lastkreises über einen Vorwiderstand (20) an dem gemeinsamen Verbindungspunkt (15) der Auskoppeldioden (11 bis 14) angeschlossen ist, daß die Reihenschaltung eines ohmschen Widerstandes (21) mit einem Glättungskondensator (22) dem Lastkreis des Überbrückungs-Transistors(19) parallel geschaltet ist, und daß der Drehzahl-Istwert (Uk,) am Glättungskondensator (22) abgegriffen ist (Fig. 1 und 2).

2. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode des Halbleiter-Schaltelements (18) mit dem anderen Anschlußpol des Lastkreises des Überbrückungs-Transistors (19) verbunden ist (Fig. 1).

3. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektrode des Halbleiter-Schaltelements (18) und die Basis des Überbrückungs-Transistors (19) an dem gemeinsamen Anschlußpunkt (25) des spannungsabiiängigen Schaltelements (16) und des Reihenwiderstandes (17) angeschlossen sind, und daß der andere Anschlußpol des Lastkreises des Überbrückungs-Transistors (19) mit dem Sternpunkt (5) der Phasenwicklungen (1 bis 4) verbunden ist (F i g. 2).

4. Kollektorloser Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehzahl-Istwert (Ui,,) als gleichgerichteter Spitzenwert abgegriffen ist.

Die Erfindung bezieht sich auf einen kollektorlosen Gleichstrommotor mit mehreren in Stern geschalteten Phasenwicklungen, die über eine aus steuerbaren Halbleiterelementen bestehende Kommuüerungseinrichtung an eine Gleichspannungsquelle schaltbar sind und von denen jede Phasenwicklung mit ihrem an das steuerbare Halbleiterelement angeschlossenen Wicklungsende mit dem einen Anschlußpol einer den Drehzahl-Istwert während der stromlosen Periode aus

in der Phasenwicklung auskoppelnden Auskoppeldiode verbunden ist, wobei die Auskoppeldioden aller Phasenwicklungen mit ihrem anderen Anschlußpol an einem gemeinsamen Verbindungspunkt liegen, wobei zwischen dem gemeinsamen Verbindungspunkt der

ι ι Auskoppeldioden und dem Sternpunkt der Phasenwicklungen die Laststrecke eines steuerbaren Halbleiter-Schaltelements angeordnet ist, und wobei ein spannungsabhängiges Schaltelement bei einer Spannung, die höher ist als die in den Phasenwicklungen durch die

Ό Drehung des Läufers induzierte Spannung, dai Halbleiter-Schaltelement durchsteuert

Bei kollektorlosen Gleichstrommotoren besteht allgemein das Problem, daß beim Abschalten des Wicklungstromes an den steuerbaren Halbleiterelemen-

r. ten der Kommutierungseinrichtung eine Selbstinduktionsspannung infolge der Wicklungsinduktivität auftritt Diese Selbstinduktionsspannung kann so groß werden, daß sie die Sperrspannung der steuerbaren Halbleiterelemente überschreitet und es zu einem das

in einzelne Halbleiterelement zerstörenden Spannungsdurchbruch kommt

Bei einem aas der US-Patentschrift 35 84 280 bekannten kollektorlosen Gleichstrommotor sind zur Vermeidung einer solchen Gefahr zu den einzelnen

ν· Transistoren der Kommutierungseinrichtung Kondensatoren parallel geschaltet, durch die die Selbstinduktionsspannung gedämpft wird. Bei dem bekannten kollektorlosen Gleichstrommotor sind an die einzelnen Phasenwicklungen Auskoppeldioden angeschlossen,

w über welche die in den Phasenwicklungen induzierte· EMK als Drehzahl-Istwert ausgekoppelt wird. Die über die Dioden ausgekoppelte Spannung wird der Reihenschaltung eines ohmschen Widerstandes mit einer Zenerdiode zugeführt, wobei der ohmsche Widerstand

η mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt der Auskoppeldioden und die Zenerdiode mit dem Sternpunkt der Phasenwicklungen verbunden ist. Bei dieser Schaltung wird durch die Zenerspannung der Zenerdiode der Sollwert für die Drehzahlregelung vorgegeben. Ein mit

vi seinem Emitter an den gemeinsamen Verbindungspunkt der Zenerdiode und des ohmschen Widerstandes angeschlossener Steuertransistor wird durch die an seiner Basis anliegende ausgekoppelte Spannung entsprechend dieser Spannung auf- und zugesteuert und

•μ regelt somit die Drehzahl des Motors.

Der eingangs genannte kollektorlose Gleichstrommotor ist aus der DE-OS 24 40 533, insbesondere F i g. 4 samt zugehöriger Beschreibung in Verbindung mit Fig. 1, bekannt. Hier ist zwischen den Sternpunkt der

Wi einzelnen Phasenwicklungen und den Verbindungspunkt der Auskoppeldioden die Emitter-Kollektor-Strecke eines npn-Transistors geschaltet, der als das besagte Halbleiter-Schaltelement Verwendung findet. Zwischen den Kollektor und die Basis ist als

h') spannungsempfindliches Schaltelement eine Zenerdiode geschaltet. Die Spannung zwischen Sternpunkt und Verbindungspunkt wird als Drehzahl-Istwert verwendet. Dieser wird einem Vergleichsglied zugeführt, das