DE2727534A1

DE2727534A1 - Control circuit for electronically commutated DC motor - has two input differential amplifier in mirror connection to detector voltage outputs of Mall generators

Info

Publication number: DE2727534A1
Application number: DE19772727534
Authority: DE
Inventors: Robert Soerensen
Original assignee: Papst Motoren GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Priority date: 1977-06-18
Filing date: 1977-06-18
Publication date: 1979-01-04

Abstract

The control circuit has at least one Hall generator detecting the instantaneous motor rotor position. Each semiconductor control element has a preamplifier in the form of a differential amplifier with two outputs. These are mirror-like connected to the detector voltage outputs of the Hall generators. Each detector voltage output of one generator leads to one amplifier plus input, and to the other amplifier minus input. The motor torque is controllable by fixed, or variable, supply voltage for the Hall generators. Preferably the motor direction of rotation is changed by changing the polarity of the supply voltage. In this manner the motor speed may be controlled up to its stop.

Description

Steuerschaltung Control circuit

für einen elektronisch kommutierten Gleichstrommotor Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung für einen elektronisch kommutierten Gleichstrommotor mit wenigstens einem Hallgenerator.for an electronically commutated DC motor The invention relates to a control circuit for an electronically commutated direct current motor with at least one Hall generator.

Bei einem solchen Motor wird die momentane Winkelstellung des vorzugsweise permanentmagnetischen Rotors von wenigstens einem um den Rotor angebrachten Hall generator detektiert, der abhängig von der Rotorstellungsdetektierung die Halbleitersteuerorgane aktiviert, die in Serie mit je einer Statorwicklung des Motors für abwechselnde Stromzuführung zu diesen Statorwicklungen sorgen, indem der Hallgenerator zwei Detektor- Spannungsausgänge hat, die über Vorverstärker mit den Steuerelektroden der Halbleitersteuerorgane verbunden sind, die wiederum zu zwei Statorwicklungen gehören und weiter Speisestromklemmen für die Zuführung von Vorstrom zum Hallelement haben.In such a motor, the current angular position is preferred permanent magnetic rotor of at least one Hall attached to the rotor generator detects the semiconductor control organs depending on the rotor position detection activated in series with one stator winding of the motor for alternating Provide power supply to these stator windings in that the Hall generator has two detector Has voltage outputs that are connected to the control electrodes of the semiconductor control elements via preamplifiers are connected, which in turn belong to two stator windings and further supply current terminals for the supply of bias current to the Hall element.

Elektronisch kommutierte Gleichstrommotoren, die ohne mechanische Kollektoren, also ohne Bürsten, arbeiten, zeichnen sich dadurch aus, daß sie fast keine Wartung fordern, daß sie im wesentliehen geräuschlos bei verhältnismäßig niedriger Betriebsspannung arbeiten und dass sie eine sehr lange Lebensdauer haben. Solche Motoren haben in den letzten Jahren große Verbreitung als Antriebsmotoren in Bandgeräten, Plattenspielern, EDV-Anlagen, elektronischen Registriergeräten u.a. gewonnen.Electronically commutated DC motors that do not require mechanical Collectors, i.e. without brushes, work, are characterized by the fact that they almost require no maintenance, they are essentially noiseless at relatively low levels Working voltage and that they have a very long service life. Such In recent years, motors have become widely used as drive motors in tape devices, Record players, EDP systems, electronic recording devices, etc.

In solchen Motoren geschieht die Kommutierung durch Detektierung der Augenblickwinkelstellung eines permanentmagnetischen, z.B.In such motors, the commutation is done by detecting the Instantaneous angular position of a permanent magnetic, e.g.

zweipoligen Rotors mittels magnetfeld-empfindlicher Halbleiterorgane, wie z.B. Hallgeneratoren, die um den Rotor mit einer gegenseitigen Winkelverschiebung von z.B. 90°el. angebracht sind, und jeder Hallgenerator steuert selbst die Stromzuführung zu zwei um 18 0 verschobenen Statorwicklungshälften, die jede an einem Ende in Serie mit der Stromstrecke eines Halbleiter-Steuerorgans verbunden sind, wie z.B. einem üblichen bipolaren Transistor, während sämtliche Statorwicklungshälften (oder -Teile) am entgegengesetzten Ende zu einem gemeinsamen Verbindungspunkt sternpunktartig geführt sind.two-pole rotor by means of semiconductor elements sensitive to magnetic fields, such as Hall generators that move around the rotor with a mutual angular displacement of e.g. 90 ° el. are attached, and each Hall generator controls the power supply itself to two stator winding halves shifted by 18 0, each in series at one end are connected to the current path of a semiconductor control element, such as a usual bipolar transistor while all stator winding halves (or parts) at the opposite end to a common connection point like a star point are led.

Das von jedem Hallgenerator abgegebene Spannungssignal, d.h. der Spannungsunterschied zwischen den beiden Detektorspannungsausgängen, z.B. eines Hallgenerators, wird zu jedem Zeitpunkt proportional dem Steuerstrom durch den Hallgenerator und der magnetischen Induktion im Luftspalt des Motors sein. Durch stetigen Steuerstrom werden Polarität und Grösse der Detektorspannung ein Ausdruck der momentanen Winkelstellung der Rotorpole im Verhältnis zu den beiden Hallgeneratoren und dadurch im Verhältnis zu den Statorwicklungen sein.The voltage signal emitted by each Hall generator, i.e. the voltage difference between the two detector voltage outputs, e.g. of a Hall generator at any time proportional to the control current through the Hall generator and the magnetic induction in the air gap of the motor. With constant control current polarity and magnitude of the detector voltage are an expression of the current angular position of the rotor poles in relation to the two Hall generators and therefore in relation be to the stator windings.

Indem die beiden Detektorspannungsausgänge jedes Hallgenerators über geeignete Vorverstärker mit den Steuerelektroden der beiden Halbleitersteuerorgane und den Statorwicklungen verbunden sind, wird zu jedem Zeitpunkt nur einer dieser beiden Statorwicklungen Strom zugeführt, während die zweite stromlos ist. Bei einem zweipoligen Rotor mit vier Statorwicklungen und zwei um 900 gegenseitig versetzt im Luftspalt angeordneten Hallgeneratoen wird den Statorwicklungen mit einer gegenseitigen Phasenverschiebung von 900 Strom zugeführt.By having the two detector voltage outputs of each Hall generator over suitable preamplifier with the control electrodes of the two semiconductor control organs and the stator windings are connected, only one of these becomes at any one time power is supplied to both stator windings, while the second is de-energized. At a two-pole rotor with four stator windings and two offset by 900 Hall generators arranged in the air gap is connected to the stator windings with a mutual Phase shift of 900 current supplied.

In Motoren der erwähnten Art ist die Umlaufsrichtung des Motors immer durch die bei der Steuerung der beiden Hallgeneratoren festgelegte Kommutierungsreihenfolge für die Statorwicklungen gegeben, da das Halbleitersteuerorgan jeder Statorwicklung mit einem bestimmten Detektorspannungsausgang der Hallgeneratoren verbunden ist.In motors of the type mentioned, the direction of rotation of the motor is always by the commutation sequence specified when controlling the two Hall generators given for the stator windings, as the semiconductor control element of each stator winding is connected to a specific detector voltage output of the Hall generators.

Um eine Drehrichtungsänderung bei einem von Hallgeneratoren gesteuerten, kollektorlosen Gleichstrommotor vornehmen zu können, ist in der deutschen Offenlegungsschrift 2 o30 663 eine Schaltungsanordnung vorgeschlagen. mittels derer die Stromrichtung in den Statorwicklungen umgepolt wird, d.h. daß mit unveränderter Anordnung der Halbleitersteuerorgane an die Hallgeneratoren eine Drehrichtungsänderung durch die Veränderung der Kommutierungsreihenfolge erreicht wird.To change the direction of rotation in a Hall generator controlled, To be able to make a brushless DC motor is in the German Offenlegungsschrift 2 o30 663 proposed a circuit arrangement. by means of which the current direction polarity is reversed in the stator windings, i.e. with the arrangement of the Semiconductor control organs to the Hall generators change the direction of rotation by the Change in the commutation sequence is achieved.

Eine solche Schaltungsanordnung wird jedoch im wesentlichen die Konstruktion des Motors komplizieren und verteuern, insbesondere verschlechtern, da ein rein mechanisches Schaltelement in einen Motor eingeführt wird, dessen Vorteil darin liegt, daß man eben die übliche mechanische Kommutierung entbehren kann.Such a circuit arrangement, however, is essentially the design Complicate the engine and make it more expensive, in particular worsen it as a purely mechanical switching element is introduced into a motor, its advantage therein is that you can do without the usual mechanical commutation.

In der US-Patentschrift 3 831 o72 ist ein anderer Vorschlag zur Drehrichtungsänderung gezeigt. Dieser besteht im wesentlichen aus einer Brückenschaltung, wobei die vier Elemente der Brückenschaltung Transistoren sind, die als Umschaltvorrichtung verwendet werden. An der einen Diagonalen der Brückenschaltung liegt eine feste Speisespannung und die Punkte der zweiten Diagonale verändern die an den beiden Hällgeneratoren eines Motors anliegende Spannung. Durch die Aufsteuerung von zwei diametral sich gegenüberliegenden Transistoren, während die zwei anderen gesperrt sind, werden die Hal lgeneratoren mit Spannung versorgt.In US Pat. No. 3,831,072 there is another proposal for changing the direction of rotation shown. This essentially consists of a bridge circuit, with the four Elements of the bridge circuit are transistors that are used as switching devices will. There is a fixed supply voltage on one diagonal of the bridge circuit and the points on the second diagonal change those on the two Hall generators voltage applied to a motor. By controlling two diametrically opposed to each other opposite transistors while the other two are blocked the Hal lgenerators supplied with voltage.

Durch Ansteuerung der Transistoren im entgegengesetzten Sinn kehrt sich auch die an den Hallgeneratoren anliegende Spannung in ihrer Richtung um. Durch die Sperrung aller Transistoren ist es möglich, die Spannungen an den Hall generatoren zu entfernen.By driving the transistors in the opposite sense it reverses the direction of the voltage applied to the Hall generators also changes. By By blocking all transistors, it is possible to reduce the voltages to the Hall generators to remove.

Um die Transistoren der Brückenschaltung zu steuern, sind zwei äußere Steuerspannungen erforderlich, und man hat somit ein System, daS in drei Schaltstellungen sein kann.To control the transistors of the bridge circuit, two are external Control voltages are required, and you have a system that has three switch positions can be.

Entsprechend der Ansteuerung wird der Motor sein Moment in Drehrichtung und gegebener Größe entwickeln, wobei dies von der festen Spannung an den Hallgeneratoren bestimmt ist. Beim Wechsel der Ansteuerung wird der Motor ein Moment in entgegengesetzter Richtung, aber in gleicher Größe entwickeln, während im dritten Betriebszustand, d.h. bei Sperrung aller Transistoren der Brücke, der Motor kein Moment entwickeln wird.According to the control, the motor becomes its torque in the direction of rotation and develop given size, this from the fixed voltage on the Hall generators is determined. When changing the control, the motor becomes a torque in the opposite direction Direction, but develop in the same size, while in the third operating state, i.e. if all the transistors in the bridge are blocked, the motor will not develop any torque will.

Die beschriebene Schaltungsanordnung hat den Vorteil, daß mit rein elektronischen Mitteln der Wechsel der Drehrichtung erreicht wird wobei für die Brückenschaltung nur Kleinleistungstransistoren notwendig sind. Wegen der zwei erforderlichen Steuersignale für den Drehrichtungswechsel ist diese Schaltungsanordnung aber immer noch recht kompliziert. Außerdem gibt die Schaltung keine Möglichkeit für eine stetige Variation des erzeugten Drehmoments des Motors für jede Drehrichtung, was eine notwendige Anwendungsvoraussetzung für viele Servo-Systeme ist.The circuit arrangement described has the advantage that with pure electronic means of changing the direction of rotation is achieved for which Bridge circuit only small power transistors are necessary. Because of the two required However, this circuit arrangement is always control signals for changing the direction of rotation still quite complicated. In addition, the circuit does not give any possibility for a constant variation of the torque generated by the motor for each direction of rotation, which is a necessary application requirement for many servo systems.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Motor mit elektronischer Kommutierung in wesentlich einfacherer Weise die Drehrichtung zu ändern sowie eine Möglichkeit für eine stetige Variation des erzeugten Drehmomentes des Motors zu haben und daß beide Eigenschaften mit ein-und derselben Steuerspannung erreicht werden.The invention is based on the object in a motor with electronic Commutation in a much easier way to change the direction of rotation and a Possibility for a constant variation of the torque generated by the motor and that both properties are achieved with one and the same control voltage will.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Erfindung dadurch, daß der Vorverstärker für jedes Halbleitersteuerorgan aus einem Differenzverstärker mit zwei Eingängen besteht, die mit je einem Detektorspannungsausgang der Hallgeneratoren wechselweise in der Art verbunden sind, daß jeder Detektorspannungsausgang zum Pluseingang des einen und zum Minuseingang des anderen Differenzverstärkers führt und daß die Speisespannung für die Hallgeneratoren aus einer festen Referenzspannung bzw. einer veränderlichen Gleichspannung gewonnen wird, wobei die Variation der veränderlichen Gleichspannung nach plus und minus über die feste Referenzspannung hinaus möglich ist.This object is achieved according to the invention in that the preamplifier for each semiconductor control element consists of a differential amplifier with two inputs, each with a detector voltage output of the Hall generators are alternately connected in such a way that each detector voltage output is connected to the plus input of the one and leads to the negative input of the other differential amplifier and that the Supply voltage for the Hall generators from a fixed reference voltage or a variable DC voltage is obtained, with the variation of the variable DC voltage to plus and minus possible beyond the fixed reference voltage is.

Indem die Steuerschaltung nach der Erfindung in einfacher Weise die Möglichkeit gibt, die Drehrichtung von der Richtung der an den Hallgeneratoren anliegenden Spannung abzuleiten und deren Größe zu steuern, wird durch die gegebene Ankupplung der Steuerelektrode jedes Halbleitersteuerorgan an beide Detektorspannungsausgänge über einen Differenzverstärker erreicht, daß der Motor bei der gewählten Richtung und Größe der Spannung am Hallgenerator ein Monent entsprechend der Größe der Spannung in Drehrichtung entwickeln wird, proportional der Größe der anliegenden Spannung. Durch Richtungswechsel der Spannung wird der Motor ein Moment in entgegengesetzter Richtung proportional der Größe der Spannung entwickeln.By the control circuit according to the invention in a simple manner There is a possibility to change the direction of rotation from the direction of the Hall generators Deriving voltage and controlling its magnitude is controlled by the given coupling the control electrode of each semiconductor control element to both detector voltage outputs A differential amplifier ensures that the motor is in the selected direction and the size of the voltage at the Hall generator a moment corresponding to the size of the voltage will develop in the direction of rotation, proportional to the size of the applied voltage. By changing the direction of the voltage, the motor becomes a torque in opposite directions Develop direction proportional to the magnitude of the tension.

Für einen Motor der üblichen Bauart mit einem zweipoligen Rotor1 vier Statorwicklungen und mit zwei 900 versetzt angeordneten Hallgeneratoren muß die Richtung der Spannung an beiden Hallgeneratoren (Jleichzeitig gewendet werden.For a motor of the usual type with a two-pole rotor1 four Stator windings and with two 900 staggered Hall generators must be the Direction of voltage at both Hall generators (can be reversed at the same time.

Im Folgenden wird die Erfindung unter Verwendung einer schematischen Zeichnung erklärt: Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel und zwar die eine Hälfte einer Steuerschaltung nach der Erfindung, Figur 2 zeigt ein vereinfachtes, äquivalentes Schema für einen Hall generator, Figur 3 zeigt eine rein schematische Darstellung eines Motors zur Erklärung der Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Steuerkreisschaltung.In the following, the invention is illustrated using a schematic Drawing explained: Figure 1 shows an embodiment, namely one half a control circuit according to the invention, Figure 2 shows a simplified, equivalent Scheme for a Hall generator, Figure 3 shows a purely schematic representation a motor to explain the operation of the control circuit according to the invention.

Figur 1 zeigt schematisch die eine Hälfte eines Steuerkreises für einen elektronisch kommutierten Gleichstrommotor von bekannter Anordnung für einen in Figur 1 nicht gezeigten zweipoligen, permanentmagnetischen Rotor und vier Statorwicklungen, die an einem Ende sternartig verbunden und an dem einen Pol einer Gleichstromquelle VB angeschlossen sind, während im Luftspalt um den Rotor zwei Hallgeneratoren mit einer gegenseitigen Winkelverschiebung von 900 angebracht sind.Figure 1 shows schematically one half of a control circuit for an electronically commutated DC motor of a known arrangement for a In Figure 1 not shown two-pole, permanent magnetic rotor and four stator windings, which are star-connected at one end and a direct current source at one pole VB are connected, while two Hall generators are in the air gap around the rotor a mutual angular displacement of 900 are attached.

In Figur 1 sind nur der eine Hallgenerator 1 und die zwei zugehörigen Statorwicklungen 2 und 3 gezeigt, die jede mit der Kollektor-Emitterstrecke eines npn-Transistors 4 bzw. 5 in Serie geschaltet ist, dessen Emitter über einen Widerstand 6 bzw. 7 an den anderen Pol der Gleichstromquelle angeschlossen ist. In Figure 1, only one Hall generator 1 and the two associated Stator windings 2 and 3 are shown, each with the collector-emitter path of a npn transistor 4 or 5 is connected in series, the emitter of which via a resistor 6 or 7 is connected to the other pole of the direct current source.

Der Hallgenerator 1 hat zwei Speisestromklemmen 8 und 9, die nach der Erfindung an einer festen Referenzspannung Vref oder gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung an einer veränderlichen Gleichstromquelle mit einem Variationsgebiet über und unter diesem Referenzspannungswert Vref angeschlossen sind. Im Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist die Speisestromklemme 9 an den verschiebbaren Abgriff eines Spannungsteilerwiderstandes lo angeschlossen, woran eine aufgeprägte Spannung von 2 Yref liegt. Es wird hierdurch in einfacher Weise möglich, die Richtung des über die Speisestromklemmen 8 und 9 zugeführten Vorspannungsstroms (im Folgenden Steuerstrom genannt) auf den Hallgenerator 1 umzukehren. The Hall generator 1 has two supply current terminals 8 and 9, which according to of the invention at a fixed reference voltage Vref or according to an advantageous one Development of the invention on a variable direct current source with a Variation area connected above and below this reference voltage value Vref are. In the embodiment of Figure 1, the supply current terminal 9 is on the displaceable Tapping of a voltage divider resistor lo connected to which an impressed Voltage of 2 yref. This makes it possible in a simple manner the Direction of the bias current supplied via the supply current terminals 8 and 9 (hereinafter referred to as control current) to reverse the Hall generator 1.

Die Basiselektrode jedes npn-Transistors 4 bzw. 5 ist an den Ausgang eines zugehörigen Differenzverstärkers 11 bzw. The base electrode of each npn transistor 4 or 5 is connected to the output an associated differential amplifier 11 or

12 angeschlossen, welche jeweils einen Plus-und einen Minuseingang haben, von denen der Pluseingang für den Differenzverstärker 11 und der Minuseingang für den Differenzverstärker 12 über die Widerstände 13 bzw. 14 an den einen Detektorspannungsausgang 15 des Hallgenerators 1 angeschlossen sind, während der andere Detektorspannungsausgang 16 über die Widerstände 17 und 18 an den Minuseingang für den Differenzverstärker 11 und an den Pluseingang für den Differenzverstärker 12 angeschlossen ist. Der Minuseingang jedes Differenzverstärkers ist außerdem über einen Vorspannungswiderstand 19 bzw. 20 mit den Emittern des npn-Transistors 4 bzw. 5 verbunden, dessen Basis an den Ausgang des betreffenden Differenzverstärkers jeweils angeschlossen ist. 12 connected, each with a plus and a minus input have, of which the plus input for the differential amplifier 11 and the minus input for the differential amplifier 12 via the resistors 13 and 14 to the one detector voltage output 15 of the Hall generator 1 are connected, while the other detector voltage output 16 via the resistors 17 and 18 to the negative input for the differential amplifier 11 and is connected to the plus input for the differential amplifier 12. Of the The negative input of each differential amplifier is also via a bias resistor 19 and 20 are connected to the emitters of the npn transistor 4 and 5, the base of which is connected to the output of the respective differential amplifier.

Da jeder der Transistoren 4 bzw. 5 den Strom zu der jeweils angeschlossenen Statorwicklung 2 bzw. 3 bei einer positiven Basisspannung durchläßt, geht ohne weiteres daraus hervor, daß der Transistor 4 aktiviert (aufgesteuert) wird, wenn das Signal am Detektorspannungsausgang 15 im Verhältnis zu dem Signal am Detektorspannungsausgang 16 positiv ist, während der Transistor 5 aktiviert wird, wenn das Signal auf dem Detektorspannungsausgang 16 im Verhältnis zum Signal auf dem Detektorspannungsausgang 15 positiv ist. Since each of the transistors 4 and 5 supply the current to the respectively connected Stator winding 2 or 3 passes through at a positive base voltage, goes without further ado from the fact that the transistor 4 is activated (turned on) when the signal at the detector voltage output 15 in relation to the signal at the detector voltage output 16 is positive, while transistor 5 is activated when the signal is on the Detector voltage output 16 in relation to the signal on the detector voltage output 15 is positive.

Figur 2 zeigt das Ersatzschaltbild des Hallgenerators 1 vorliegender Anordnung in vereinfachter Form mit vier magnetfeldempfindlichen Widerständen R1-R4, die in je einem Zweig einer Brückenschaltung liegen, deren Diagonalpunkte die Speisestromklemmen 8 und 9 des Hallgenerators und die Detektorspannungsausgänge 15 und 16 bilden.FIG. 2 shows the equivalent circuit diagram of the Hall generator 1 in the present case Arrangement in a simplified form with four magnetic field sensitive resistors R1-R4, which are each in a branch of a bridge circuit, the diagonal points of which are the supply current terminals 8 and 9 of the Hall generator and the detector voltage outputs 15 and 16 form.

Die Wirkungsweise des Hall generators beruht darauf, daß, wenn der Generator einem magnetischen Fluß ausgesetzt wird, ein von der Flußrichtung abhängiger Unterschied der Widerstandswerte der beiden Widerstände entsteht, die zwischen einem Detektorspannungsausgang und den zwei Speisestromklemmen 8 und 9 verbunden sind, und dieser Widerstands-Wertunterschied wird entgegengesetztes Vorzeichen in den beiden parallelen Brückenwegen haben, die zwischen den Speisestromklemmen 8 und 9 verlaufen, so daß, wenn z.B der Widerstand R1 bei gegebener Flußrichtung größer ist als der Widerstand R2, gleichzeitig der Widerstand R2 entsprechend kleiner als der Widerstand R4 sein wird. Für eine vorgegebene Richtung des Steuerstroms zwischen den Speisestromklemmen 8 und 9 und einer vorgegebenen Flußrichtung wird ein Spannungsunterschied zwischen den Detektorspannungsausgängen 15 und 16 entstehen.Für die oben erwähnte Flußrichtung, wo die Widerstände R1 und R4 am größten sind, wird somit der Ausgang 15 eine positive Spannung im Verhältnis zum Ausgang 16 haben. Wird die Flußrichtung umgekehrt, wobei die Widerstände R2 und R3 die größeren Werte annehmen, wird der Ausgang 16 eine positive Spannung im Verhältnis zum Ausgang 15 haben. The function of the Hall generator is based on the fact that if the generator is exposed to a magnetic flux, one of the direction of flow dependent difference of the resistance values of the two resistors arises, which between a detector voltage output and the two supply current terminals 8 and 9 are connected, and this resistance value difference becomes opposite sign in the two parallel bridge paths between the supply current terminals 8 and 9 run, so that if, for example, the resistor R1 for a given flow direction is greater than the resistor R2, at the same time the resistor R2 is correspondingly smaller than the resistor will be R4. For a given direction of the control current between the supply current terminals 8 and 9 and a predetermined flow direction a voltage difference between the detector voltage outputs 15 and 16 arise the direction of flow mentioned above, where the resistances R1 and R4 are greatest, becomes thus output 15 will have a positive voltage in relation to output 16. If the direction of flow is reversed, the resistors R2 and R3 have the larger values assume, output 16 will have a positive voltage in relation to output 15 to have.

Dadurch, daß der Hallgenerator im Luftspalt im Bereich des permanentmagnetischen Rotors angebracht ist, wird die Flußeinwirkung in der einen oder der anderen Richtung in denjenigen Winkelstellungen des Rotors am größten sein, wo einer seiner Pole dem Hall generator gegenüberliegt. Wenn bei einer bestimmten Richtung des Steuerstroms ein Nordpol auf den Hallgenerator wirkt, wird der Ausgang 15 eine positive Spannung im Verhältnis zum Ausgang 16 haben, und wenn am Hallgenerator ein Südpol vorbeigeht, wird umgekehrt der Ausgang 16 im Verhältnis zum Ausgang 15 eine positive Spannung haben.Because the Hall generator is in the air gap in the area of the permanent magnetic Rotor is attached, the flux will act in one direction or the other be greatest in those angular positions of the rotor where one of its poles opposite the Hall generator. If at a certain direction of the control current a north pole acts on the Hall generator, the output 15 is a positive voltage in relation to output 16, and if a south pole passes the hall generator, conversely, output 16 is a positive voltage in relation to output 15 to have.

Wird jetzt die Richtung des Steuerstroms durch den Hallgenerator 1 gewendet, wird das Verhältnis umgekehrt werden, so daß der Ausgang 15 eine positive Spannung im Verhältnis zum Ausgang 16 beim Passieren eines Südpol es hat und der Ausgang 16 eine positive Spannung im Verhältnis zum Ausgang 15 beim Passieren eines Nordpols.Now the direction of the control current through the Hall generator 1 reversed, the ratio will be reversed, so that the exit 15 a positive voltage in relation to output 16 when passing a south pole it has and output 16 has a positive voltage in relation to output 15 at Passing a North Pole.

Dadurch, daß eine positive Spannung am Ausgang 15 im Verhältnis zum Ausgang 16 in Figur 1 eine Aktivierung des Transistors 4 mit sich bringt, während eine positive Spannung am Ausgang 16 im Verhältnis zum Ausgang 15 eine Aktivierung des Transistors 5 ergibt, ist ersichtlich, daß eine bestimmte Flußrichtungbei einer vorgegebenen Richtung des Steuerstroms durch den Hallgenerator 1 einer Aktivierung des Transistors 4 und der dazugehörigen Statorwicklung 2 führt, während es bei entgegengesetzter Richtung des Steuerstroms zur Aktivierung (Aufsteuerung) des zweiten Transistors 5 und der dazugehörigen Statorwicklung 3 kommt. The fact that a positive voltage at the output 15 in relation to the Output 16 in Figure 1 brings an activation of the transistor 4 while a positive voltage at output 16 in relation to output 15 an activation of the transistor 5, it can be seen that a certain flow direction in a predetermined direction of the control current through the Hall generator 1 activation of the transistor 4 and the associated stator winding 2 leads, while it is opposite Direction of the control current to activate (open) the second transistor 5 and the associated stator winding 3 comes.

Weiter ist ersichtlich, daß für eine gegebene Rotorposition der Kollektor-Emitterstrom in dem aufgesteuerten Transistor (und damit der Strom in der mit dem Transistor verbundenen Statorwicklung) dem Spannungsunterschied zwischen den beiden Detektorspannungsausgängen des Hallgenerators und damit auch dem Spannungsunterschied zwischen der festen und veränderlichen Speisespannung am Hallgenerator proportional sein wird. It can also be seen that for a given rotor position the collector-emitter current in the opened transistor (and thus the current in the transistor connected stator winding) the voltage difference between the two detector voltage outputs of the Hall generator and thus also the voltage difference between the fixed and variable supply voltage at the Hall generator will be proportional.

Figur 3 Wird jetzt, wie erwähnt, ein einfacher Motor mit einem 2-poligen Rotor, vier Statorteilwicklungen und zwei gegenseitig um 9o° verschobenen Hallgeneratoren betrachtet, so wie es Figur 3 schematisch zeigt, mit dem Rotor 21, dem Nordpol N und dem Südpol S, mit den Statorwicklungen 22 bis 25, die hier als einzelne, längs des Rotorumfangs sich erstreckende Leiter mit einer gegenseitigen Versetzung von 900 dargestellt sind, sowie mit den Hallgeneratoren 26 und 27, die den Statorwicklungen 25 bzw. 22 gegenüber angebracht sind, so ist bei dieser Anordnung die Steuerschaltung so beschaffen, daß der Hallgenerator 26 die Wicklungen 22 und 23 steuert und der Hallgenerator 27 die Wicklungen 24 und 25 (die Winkelangaben sind jeweils in elektrischen Graden zu verstehen).Figure 3 Now, as mentioned, a simple motor with a 2-pole Rotor, four partial stator windings and two Hall generators mutually offset by 90 ° considered, as shown schematically in FIG. 3, with the rotor 21, the north pole N. and the south pole S, with the stator windings 22 to 25, here as a single, longitudinal of the rotor circumference extending conductors with a mutual offset of 900 are shown, as well as with the Hall generators 26 and 27, the stator windings 25 and 22 are attached opposite, so is the control circuit in this arrangement designed so that the Hall generator 26 the windings 22 and 23 controls and the Hall generator 27 the windings 24 and 25 (the angles are each to be understood in electrical degrees).

Der Steuerkreis wird so eingerichtet sein, daß der Hallgenerator 26, wenn der Nordpol N die Statorwicklung 25 passiert, Strom zur Statorwicklung 22 leitet, wodurch diese den Nordpol N des Rotors anziehen und den Südpol S abstoßen wird und der Rotor im Gegenuhrzeigersinn sich zu drehen beginnt. Wenn sich der Nordpol N hiernach der Wicklung 22 gegenüber befindet, wird der Hallgenerator 27 die Stromzuführung zur Wicklung 23 öffnen, wodurch diese den Nordpol N anziehen und den Südpol S abstoßen wird. Bei weiterer Drehung des Rotors wird sich der Südpol S der Wicklung 25 gegenüberstellen, wo der Hallgenerator 26 die Stromzuführung zur Wicklung 24 öffnen wird, und entsprechend wird der Haligenerator 27 die Stromzuführung zur Wicklung 25 öffnen, wenn sich der Südpol S während der fortgesetzten Drehung der Wicklung 22 gegenüber befindet.The control circuit will be set up so that the Hall generator 26, when the north pole N passes the stator winding 25, conducts current to the stator winding 22, whereby this will attract the north pole N of the rotor and repel the south pole S and the rotor starts to turn counterclockwise. When the North Pole is N thereafter the winding 22 is located opposite, the Hall generator 27 is the power supply open to winding 23, whereby these attract the north pole N and repel the south pole S. will. With further rotation of the rotor, the south pole S of the winding 25 will face each other, where the Hall generator 26 will open the power supply to the winding 24, and accordingly the Haligenerator 27 will open the power supply to the winding 25 when the South pole S is opposite during continued rotation of the winding 22.

Die Kommutierungsreihenfolge für die Statorwicklungsteile werden somit in dieser Situation: 22 - 23 - 24 - 25.The commutation sequence for the stator winding parts are thus in this situation: 22-23-24-25.

Wird jetzt die Richtung der Steuerströme durch beide Hallgeneratoren 26 und 27 dadurch umgekehrt, daß die veränderliche Speisespannung am Hallgeneratb auf die entgegengesetzte Seite der festen 'Speisespannung gelegt wird> wird die Lage des Nordpols N, der Wicklung 25 gegenüber, anstelle der Aufsteuerung der Stromzuführung zur Wicklung 22 die Stromzuführung zur Wicklung 24 bringen, wodurch der Rotor 21 anfangen wird, im Uhrzeigersinn zu drehen. Der Nordpol N wird sich hiernach der Wicklung 24 gegenüberstellen (entsprechend der Südpol S der Wicklung 22 gegenüber), was jedoch jetzt im Unterschied zu vorher nicht die Stromzuführung zu der Wicklung 25 bedeutet, sondern Aktivierung der Stromzuführung zuder Wicklung 23 mit sich bringt, und so weiter, so daß die Kommutierungsreihenfolge für die Statorwicklungen nunmehr 24 - 23 - 22 - 25 wird.Now the direction of the control currents through both Hall generators 26 and 27 reversed in that the variable supply voltage at the Hallgeneratb is placed on the opposite side of the fixed 'supply voltage> the Position of the north pole N, the winding 25 opposite, instead of the control of the power supply bring the power supply to the winding 24 to the winding 22, whereby the rotor 21 will start rotating clockwise. The north pole N will then become the Face winding 24 (corresponding to the south pole S opposite winding 22), However, what is now, in contrast to before, is not the power supply to the winding 25 means, but involves activation of the power supply to the winding 23, and so on, so that the commutation order for the stator windings is now 24 - 23 - 22 - 25 will.

Mit der erfindungsgemäßen Steuerschaltung wird also ermöglicht, daß der betreffende Motor ein stetig veränderbares Moment entwickelt, dessen Größe und Richtung - proportional dem vorzeichenbehafteten Spannungsunterschied - zwischen einer veränderlichen und einer festen (Referenz)-Speisespannung am Hallgenerator ist.With the control circuit according to the invention it is thus made possible that the motor in question develops a continuously changeable moment, its size and Direction - proportional to the signed voltage difference - between a variable and a fixed (reference) supply voltage to the Hall generator is.

Die Steuerschaltung nach der Erfindung ist zwar an einem einfachen Motor mit nur einem Pol paar des Rotors und vier einzelnen Statorteilwicklungsspulen beschrieben. Jedoch läßt sich die Erfindung auch in Verbindung mit einem Motor mit einer größeren Anzahl von Rotorpolpaaren und einer größeren Anzahl von Wicklungsteilespulen im Stator, wo zwi Hallgeneratoren mit einer gegenseitigen Winkelverschiebung in der Größe des halben Winkelabstandes zwischen einem Nordpol und dem nächsten Südpol des Rotors am Stator angeordnet sind, vorteilhaft anwenden.The control circuit according to the invention is of a simple one Motor with only one pole pair of the rotor and four individual stator sub-winding coils described. However, the invention can also be used in conjunction with a motor a larger number of rotor pole pairs and a larger number of winding part coils in the stator, where two Hall generators with a mutual angular displacement in the size of half the angular distance between a north pole and the next south pole of the rotor are arranged on the stator, use advantageous.

Die Anwendung der Erfindung ist jedoch nicht auf Motoren der bisher geschilderten Bauart begrenzt, sondern ist auch bei Motoren möglich, die nur einen Hallgenerator und zwei Statorwicklungen in Verbindung mit einem exzentrischen Rotor (d.t.. einen ungleichförmigen Luftspalt) haben, dessen Funktion auf der Nutzung einer örtlichen Feldstärke-Konzentration beruht. Solche Motoren sind in den deutschen Offenlegungsschriften 22 25 442, 23 46 380 u.a. beschrieben.However, the application of the invention is not to engines of the previous described design is limited, but is also possible with engines that only have one Hall generator and two stator windings in connection with an eccentric rotor (i.e. a non-uniform air gap) whose function depends on the use a local field strength concentration is based. Such engines are in the German Offenlegungsschriften 22 25 442, 23 46 380 et al.

So läßt sich eine elegante Drehzahl reduzierung in den Stillstand wie.auch ein Umsteuern kollektorloser Gleichstrommotoren vorteilhaft realisieren.In this way, an elegant speed reduction can be brought to a standstill How to also implement a reversal of brushless DC motors in an advantageous manner.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims

Patent - Claims The control circuit for an electronically commutated DC motor with at least one Hall generator to detect the momentary The rotor position shows that the preamplifier for each semiconductor control element from a differential amplifier with two inputs exists, which are mirror images of each one with a detector voltage output of the Hall generators are connected in such a way that each detector voltage output to the plus input of the one and leads to the negative input of the other differential amplifier, and that the motor torque by means of a fixed or variable supply voltage for the Hall generator (s) is controllable.

2. Control circuit according to claim 1, characterized in that by Reversing the polarity of the supply voltage for the Hall generator (s) changes the direction of rotation of the motor reverses.

3. Control circuit according to claim 1, characterized in that with the supply voltage for the Hall generator (s) the engine speed up to Standstill is controllable.

4. Control circuit according to one of the preceding claims, characterized characterized in that the supply voltage for the Hall generator or generators from a fixed reference voltage and a variable DC voltage is obtained, wherein the variation of the variable DC voltage, preferably according to plus and minus Beyond the fixed reference voltage is possible.

5. Control circuit according to claim 4, characterized in that the variable DC voltage is twice as large as the fixed reference voltage.