DE2804561A1

DE2804561A1 - Zweipulsiger kollektorloser gleichstrommotor

Info

Publication number: DE2804561A1
Application number: DE19782804561
Authority: DE
Inventors: Rolf Dipl Ing Dr Ing Mueller
Original assignee: Papst Motoren GmbH and Co KG
Current assignee: Papst Licensing GmbH and Co KG
Priority date: 1978-02-03
Filing date: 1978-02-03
Publication date: 1979-08-09
Also published as: US4230976A; DE2804561C2

Description

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- 4 - STUTTGART. Df-:r; 2. 2. 1978

AKrF. _P61 . 12D96

Zweipulsiger kollektorloser Gleichstrommotor (Zusatz zu P 24 19 432<>9-32)

Die Erfindung betrifft einen zweipulsigen kollektorlosen Gleichstrommotor mit einer im Betrieb ein elektromagnetisches rfechselfeld erzeugenden ein- oder zweisträngigen Statorwicklung und einem permanent-magnetischen Rotor, bei welchem Motor von der Rotorstellung gesteuerte Halbleitersteuermittel, insbesondere galvanomagnetische Steuermittel, vorgesehen sind, welche über kapazitive Koppelglieder mit nachfolgenden, zur Steuerung der Ströme in der Statorwicklung dienenden Kommutiermitteln gekoppelt sind, wobei die Lade- und Entladezeitkonstanten der kapazitiven Koppelglieder verschieden groß gewählt sind, um jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgenden Stromimpulsen eine Stromlücke zu erzeugen, insbesondere nach Patentanmeldung P 24 19 432„9-32_o

Zur Definition des Begriffs zweipulsiger kollektorloser Gleichstrommotor wird hingewiesen auf den Aufsatz von Dr. Rolf Müller "Zweipulsige kollektorlose Gleichstrommotoren¹¹ in aar-digest für angewandte Antriebstechnik, Heft 1-2, 1977» Bei der Erfindung kann es sich um ein- oder zweisträngige Motoren handeln, vgl. dort Bild 2 und 3.

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Aus der zugehörigen Hauptanmeldung (LuS 2419432)*^{g g}^ ^° ' kennt man Motoren dieser Art, welche für viele Antriebsaufgaben große Vorteile haben, u.a. die Erzeugung einer Stromlücke zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Stromimpulsen, dadurch eine Verringerung der elektrischen Belastung der Endstufentransistoren, eine Verringerung der Punkstörungen, eine Verringerung der magnetostriktiven Geräusche, sowie die Blockiersicherheit des Motors, d.h. die automatische Reduzierung des vom Motor aufgenommenen Stromes auf ungefährliche Werte, wenn der Rotor durch äußere Einflüsse an einer Drehung gehindert wird.

Die Schaltungen nach der Hauptanmeldung arbeiten mit guten Schaltkomponenten und bei nicht zu hohen Betriebstemperaturen äußerst zufriedenstellend. Es hat sich jedoch gezeigt, daß besonders die galvanomagnetischen Sensoren (Hallgeneratoren, Magnetdioden oder dergleichen), die man gewöhnlich zur Steuerung der Motorströme verwendet, fertigungsbedingt große Streuungen aufweisen und in vielen Fällen die vom Hersteller angegebenen Spezifikationen nicht einhalten. Hallgeneratoren schlechter Qualität, also Hallgeneratoren, die nur eine relativ niedere Ausgangsspannung liefern, führen aber besonders dann zu Schwierigkeiten, wenn ein Motor bei relativ hohen Temperaturen betrieben wird, wie das bei allen Lüftern der Fall ist, die in elektronischen Geräten zur Gerätekühlung eingesetzt werden. Dies gilt in besonderem Maße für Lüfter,

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mit Gleichstromantrieb, da hier die Anwendung in fahrzeugen typisch ist und bekanntlich in Kraftfahrzeugen im Sommer Innentemperaturen bis zu 90 Celsius nichts ungewöhnliches sind_o

Eine wichtige Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, unabhängig von der Qualität der verwendeten Halbleitersteuermittel einen zufriedenstellenden Betrieb bei hohen wie bei niedrigen Außentemperaturen sicherzustellen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die im Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen. Am Ausgang der quasilinearen Verstärkungsmittel erhält man Signale, die im wesentlichen ein

Bild der Ausgangssignale der Halbleitersteuermittel darstellen und die praktisch nur Wechselspannungskomponenten und keine Gleichspannungskomponente (im Sinne der Fourieranalyse) aufweist. Durch die kapazitiven Koppelglieder in Verbindung mit ihren unsymmetrisch aufgebauten Lade- und Entladekreisen erreicht man dann, daß der Strom durch die Kommutiermittel, die durch ein solches Ausgangssignal angesteuert werden, neben den gewünschten Wechselspannungskomponenten auch eine beträchtliche Grleichspannungskomponente enthält, d.h. daß dieses Ausgangssignal in der gewünschten Weise nicht—linear verarbeitet werden kann. Voraussetzung für eine nichtlineare Verarbeitung eines Signals ist nämlich immer, daß dieses Signal genügend groß ist. (Ein kleines Signal wird auch von einem an sich nichtlinearen Glied im wesentlichen linear verarbeitet werden, was ja z.B. die Grundlage der Differentialrechnung

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Weitere einzelheiten und vorteilhalfte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten, in keiner vveise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispiel, sowie aus den Unteransprüchen. Es zeigt

Figur 1 die Schaltung eines Ausführungsbeispiels eines zweipulsigen, zweisträngigen kollektorlosen Gleichstrommotors nach der Erfindung, und

Figur 2 Schaubilder zur Erläuterung der Wirkungsweise von Figur 1.

Der bei Fig. 1 verwendete Motor kann genauso aussehen und aufgebaut sein wie der Motor nach den Figuren 1-5 der zugehörigen Hauptanmeldung ( DOS 2419432), auf deren gesamten Inhalt zur Vermeidung von Längen ausdrücklich Bezug genommen wird. Wie man ohne weiteres erkennt, entspricht Fig. 2 A der vorliegenden Anmeldung Fig« 3 der DOS 2419432, d.h. die Magnetisierung B. des Motorteils des Rotors R ist trapezförmig mit steilen Flanken., d.h. schmalen Lücken zwischen den einzelnen Polen, und die Magnetisierung Btj ■,-, des den Hallgenerator 1 steuernden Teiles des Rotors R ist etwa trapezförmig mit weniger steilen Flanken, die sich z.B. jeweils über etwa 30 ° el«, erstrecken. Man erreicht dadurch, daß der Motorstrom bereits dann abgeschaltet wird, wenn in den beiden Motorwicklungen 2 und 3 durch

noch
den Rotor R/die volle Gegen-EMK induziert wird. Dies

verringert Spannun^&pHien und föeräueche, wie es in der

DOS 2419432 ausführlich beschrieben ist.

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Die Ausgangs spannung des Hallgeneratorf; 1, die in der Form praktisch der Magnetisierung B_Hal, (Fig. 2 A) entspricht, wird von einem als Differentialverstärker DA ausgebildeten quasilinearen Verstärker etwa linear verstärkt. Die beiden Ausgänge dieses Verstärkers DA sind mit Y und Y¹ bezeichnet.

Der Verstärker DA ist durch gestrichelte Linien hervorgehoben, während der Pfad der Motorströme durch verstärkte Linien hervorgehoben ist, um das Verständnis der Schaltung und ihres kunstvoll verschachtelten Aufbaues zu erleichtern.

Unter den vorteilhaften Eigenschaften der Schaltung nach Figur sind zu vermerken:

Wenn für die Endstufentransistoren spannungsfeste Transistoren verwendet werden, eignet sich diese Schaltung für eine Betriebsspannung bis zu 60 Volt.

Der Motor läuft auch bei hohen Betriebstemperaturen sicher an, auch bei Verwendung von weniger guten Hallgeneratoren, d.h. von Hallgeneratoren mit niedriger Ausgangsspannung. Der Anlaufstrom wird begrenzt und trotzdem läuft der Motor schnell hoch.

Es werden ausreichend große Stromlücken erzeugt. Der Motor ist blockiersicher.

Unsymmetrien des Hallgenerators 1 beeinflussen den Motorlauf nicht. (Diese Unsymmetrien bewirken, daß ein Hallgenerator auch dann eine gewisse Auegangsspannung liefert, wenn kein Magnetfeld auf ihn wirkt).

Beim Blockieren des Motors werden die kapazitiven Koppelglieder 158, 159 nur auf relativ niedrige Spannungen aufgeladen, so daß hierfür Elektrolyt-Kondensatoren verwendet

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werden können und trotzdem die Leckströrae dieser Kondensatoren die Darlington-Endstufentransistoren in keinem Fall leitend machen 3c önnen, d.h. trotz der Verwendung von Elektrolyt-Kondensatoren ist auch bei hohen Temperaturen der Schutz des Motors vor Überhitzung beim Blockieren gewährleistet. Dies ist natürlich besonders wichtig dann, wenn die Betriebsspannung des Motors relativ hoch ist·,

Der Differentialverstärker DA hat zwei pnp-Transistören 140, 141, deren Basen mit je einem Ausgang des Hallgenerators 1 verbunden sind. Die Emitter der Transistoren 140, 141 sind über je einen Widerstand 142, 143 miteinander und über einen gemeinsamen Widerstand 144 mit der Plusleitung P verbunden. Die relativ kleinen Widerstände 142, 143 dienen zur Gegenkopplung, um eine weitgehend lineare Verstärkung durch den Differentialverstärker DA zu erreichen. Der Kollektor von 140 ist mit dem Ausgang Y und - über einen Widerstand 145 - mit einem Knotenpunkt 146 verbunden, der über eine Silicium-Schutzdiode 147 mit der Minusleitung N verbunden isto Die Schutzdiode dien* dazu, den Motor beim Anschluß mit verkehrter Polarität zu schützen (sogenannter Polaritätsschutz). Im Betrieb tritt an ihr eine Spannung von etwa 0,8 Volt auf, die dazu verwendet wird, die Endstufentransistoren sicher zu sperren, wie das in der DOS 2 419 432 ausführlich beschrieben ist.

Der Kollektor des Transistors 141 ist mit dem Ausgang Y¹ und - über einen Widerstand 147 - ebenfalls mit dem Knotenpunkt verbunden.

Die beiden Endstufen der Schaltung nach Figur 1 sind jeweils sogenannte Darlington-Schaltungen und zwar links zwei npn-

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transistoren 150, 151 in Darlingtonschaltung und rechts zwei npn-'i'ransistoren 1 52, 153, ebenfalls in Darlingtonschaltung» Die Transistoren 151 und 153 liegen in den Stromkreisen der Motorwicklungen 2 bzw. 3, die jeweils zwischen dem Kollektor des zugeordneten Transistors und der Leitung P geschaltet sind. Die Emitter der Transistoren 151 und 153 sind mit einem Knotenpunkt 154 verbunden, und dieser ist über einen niederohmigen Widerstand 155 mit dem Knotenpunkt 146 verbunden. Durch den Widerstand 155 wird zum einen erreicht, daß immer nur einer der beiden Transistoren 151 oder 153 leitend sein kann, was besonders für den Anlauf bei hohen Betriebstemperaturen wichtig ist, und zum anderen wirkt dieser Widerstand 155 als Gegenkopplung und begrenzt dadurch den Anlaufstrom, wie das im folgenden noch ausführlich erläutert wird.

Wie dargestellt, sind miteinander verbunden die Kollektoren von 150 und 151 sowie von 152 und 153, ferner der Emitter von 150 mit der Basis von 151 und der Emitter von 152 mit der Basis von 153.

Die Basis des Transistors 151 ist über einen Widerstand 156 und die Basis des Transistors 153 über einen Widerstand 157 mit der Leitung N verbunden. Zwischen der Basis des Transistors 150 und dem Ausgang Y liegt ein Kondensator 158, und zwischen der Basis des Transistors 152 und dem Ausgang Y¹ ein Kondensator 159·

Mit der Basis des Transistors ist die Kathode einer Diode 162, mit der Basis des Transistors 152 die Kathode einer Diode 163 verbunden; die Anoden dieser Dioden sind miteinander und — über einen Widerstand I64 - mit dem Knotenpunkt 154 verbunden.

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Vom Knotenpunkt 154 führt auch ein Widerstand 165 zum Hallgenerator 1, .zu dem ein niederohmiger Widerstand 166 parallel geschaltet ist, und von der Leitung P führt ein Widerstand 167 zum Hallgenerator 1. Die Widerstände 167, 166, 165 bilden einen Spannungteiler, der dem Hallgenerator 1 eine Betriebsspannung zuführt, die von der Temperatur ziemlich unabhängig ist. Dies ist deshalb wichtig, weil Innenwiderstand und Ausgangsspannung eines Hallgenerators mit steigender Temperatur stark abnehmen. Durch den Widerstand 166 wird zwar das Ausgangssignal des Hallgenerators 1 reduziert, da ja der Strom aus dem Widerstand 167 nur teilweise in den Hallgenerator 1 fließt, aber dieses Ausgangssignal ist wesentlich weniger temperaturabhängig, was gerade bei Motoren für Lüfter sehr wichtig ist, da diese bei stark wechselnder Umgebungstemperatur sicher arbeiten müssen. Außerdem kann durch geeignete Wahl des Widerstands 166 in der Fertigung erreicht werden, daß unabhängig von der Qualität der Hallgeneratoren (die wie erläutert in weiten Grenzen schwankt) das Ausgangssignal den für das sichere Funktionieren der Schaltung erforderlichen Wert hat. Der Widerstand 166 wird also zweckmässig in Abhängigkeit von der Qualität des Hallgenerators 1 gewählt.

Für die Schaltung nach Figur 1 ergeben sich - bei einer Betriebsspannung von ca. 20 bis 30 Volt - folgende bevorzugte Werte, wobei jeweils k = kOhm bedeutet:

Hallgenerator 1 Siemens SBV 566

Widerstände 165, 167 0,47 k

Widerstand 144 6,2 k

Widerstände 142, 143 0,1 k

Widerstand 166 18»..27 0hm

Widerstand 164 22 k

* S09832/OH1 _>/12

Widerstand 155 5 Ohm

Widerstände 145, 147 5k

Widerstände 156, 157 0,75 k

Kondensatoren 158, 159 4,7 jiF Tantal

Transistoren 140, 141 BC 307

Transistoren 150, 152 BC 547

Transistoren 151, 153 Bl) 235

Die beschriebene Schaltung arbeitet wie folgt; Beim Anlauf sind zunächst beide Kondensatoren 158 und 159 ungeladen. Da der Rotor R eine magnetische Vorzugsstellung hat, befindet sich dem Hallgenerator 1 beim Start entweder ein Nordoder Südpol des Rotors R gegenüber. Es sei angenommen, daß deshalb der rechte Ausgang des Transistors 1 negativer ist als der linke Ausgang, so daß der Transistor 141 leitet und der Transistor 140 sperrt. Infolgedessen erhält der Kondensator 159 einen Ladestrom über die Widerstände 144, 143, den Transistor 141, die Emitter-Basis-Strecken der Transistoren 152 und 153, den widerstand 155 und die Diode 147, und dieser Kondensator 159 wird mit der dargestellten Polarität aufgeladen. Dadurch werden die Transistoren 152 und 153 leitend, die Wicklung erhält Strom, und der Rotor R beginnt, eich in der gewünschten Richtung zu drehen«, Dabei kommt der Hallgenerator 1 in den Einflußbereich eines entgegengesetzten Rotorpols, d.h. es wird jetzt sein linker Ausgang negativer als sein rechter Ausgang, so daß der Transistor 141 sperrt und der Transistor leitend wird. Dadurch sperren die Transistoren 152 und 153, während nun der Kondensator 158 in analoger Weise geladen wird, die Transistoren 150 und 151 leitend werden und die

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Wicklung 2 Strom erhält. Gleichzeitig entlädt sich der Kondensator 159 über einen relativ hochohmigen Entladekreis, nämlich die Widerstände 147, 155, 164 und die (zuvor gesperrte) Diode 163, d.h. Ladung und Entladung erfolgen über nichtlineare Widerstände, nämlich verschiedene Dioden-Strecken in Reihe mit ohmschen Widerständen. Der Entladekreis hat beim Ausführungsbeispiel einen Widerstand von ca_o 27 kOhm, der mit abnehmender Spannung am Kondensator 159 noch zunimmt, da sich dabei die Leitfähigkeit der Diode 163 in bekannter Weise vermindert. Man benötigt also für die Ladung eine relativ kurze, für die Entladung dagegen eine relativ lange Zeit.

Die Kondensatoren 158 und 159 werden nun, also wenn der Rotor R sich dreht (z.B. mit 3000 U/min. )^ dauernd abwechselnd geladen und anschließend entladene Sie behalten hierbei eine mittlere Ladung Q, vergl. Pig. 2 C. Die Ladung der Kondensatoren steigt jeweils relativ rasch an, wenn der zugehörige Transistor 140 oder 141 leitend ist, und sie nimmt danach langsam wieder ab, wenn der zugehörige Transistor gesperrt ist. Da die Spannung an den Kondensatoren 158, 159 der Ladung Q jeweils direkt proportional ist (es gilt Q * C₀U), steigt und fällt so die Spannung an diesen Kondensatoren, da ständig Energie in sie hineingepumpt und danach wieder entladen wird. Der rasche Spannungsanstieg beim Hineinpumpen von Energie und der darauffolgende langsame Spannungsabfall beim Entladen haben zur Folge, daß, wie in Figur 2 D dargestellt, die Transistoren 140 bzw. 141 nur dann leitend sind, wenn der zugehörige Ausgang des Hallgenerators 1 eine vorgegebene Potentialdifferenz zum anderen Ausgang aufweist, d_oh., wie in Figur 2 D dargestellt, fließen in den Wicklungen 2₉ 3 die Stromimpulse 1-p, -t,

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nur während etwa 120 160° el., und zwischen zwei aufeinanderfolgenden Stromimpulsen liegt jeweils eine Strompause 160. v/äre die Lade- und die Entladezeit gleich groß, so müßte sich der betreffende Kondensator ersichtlich immer stärker aufladen; da aber die mittlere Ladung Q einem Gleichgewichtszustand zustrebt, müssen Lade- und Entladezeit verschieden groß sein.

.»'esentlich für die beschriebene Arbeitsweise ist, daß der Mfferentialverstärker DA die Spannung des Hallgenerators 1 etwa linear verstärkt, d.h. daß, wie in Figur 2 B dargestellt, die Ausgangs spannung u,. «χ. des Differentialverstärkers im wesentlichen ein Bild von B_H&11 (Figur 2 A) darstellt und Flanken F von relativ niedriger Steigung aufweist, deren Anstieg sich über einen Winkelbereich von etwa 10...35° el. erstreckt, ebenso der Abfall, vgl. Fig. 2 B₀ Da wie erläutert im steady-state-Zustand, also wenn der Motor z.B. mit 3000 U/min, umläuft, Ladung und Entladung jeweils gleich groß sein müssen, bedeutet dies, daß je nach Größe des Widerstandes 164 die Ladezeit, also die Zeit, während der die Transistoren 152, 153 leiten, kürzer gemacht werden kann als die Entladezeito Da der Widerstand 164 beiden Entladekreisen gemeinsam ist, kann mit seiner Hilfe die Stromlücke etwa symmetrisch gemacht werden, Wird dieser Widerstand vergrößert, so werden auch alle Stromlücken vergrößert« La Lade- und Entladezeit zusammen 360° el. entsprechen, kann man so die Dauer eines Stromimpulses kleiner machen als 180° el., z.B. 12O0..I6O elo Dies ist aus den angegebenen Gründen wichtig für den Wirkungsgrad des Motors, für die

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Belastung der Leistungstransistoren, für einen geräuscharmen Lauf des Motors, und auch für das Vermeiden von Funkstörungen.

Wichtig für die gute Punktion ist, daß die etwa trapezförmige Spannung an den Ausgängen Y und Y¹ Planken mit relativ niedriger Steilheit hat, was durch die annähernd lineare Verstärkung des Differentialverstärkers DA erreicht wird. In dieser Hinsicht sind die Gegenkopplungswiderstände 142, 143 von Vorteil.

Beim Anlauf tritt ein relativ hoher Motorstrom auf, da vom Rotor R noch keine Gegen-EMK in den Wicklungen 2, 3 induziert wird. Bei einem Lüfter, der im Dauerbetrieb z.B. etwa 0,1 A benötigt, kann dieser Stromstoß etwa 0,6 A. groß sein. Zu seiner Begrenzung dient der niederohmige Widerstand 155» an dem bei 0,6 A z.B. eine Spannung von etwa 3 Volt abfällto Dadurch verringert sich der Strom zum Hallgeneratori entsprechend, d.h. dessen Ausgangssignal nimmt ab, und der Motorstrom wird begrenzt. Durch die Gegenkopplung erreicht man, daß die Stromversorgungen für niedrigere Leistungen ausgelegt werden können, bzw. daß bei einem Fahrzeug die Batterie weniger stark belastet wird₀ Ersichtlich beeinflußt diese Gegenkopplung den Differentialverstärker DA nicht direkt, da dieser Transistoren anderer Polarität verwendet und daher mit seinem gemeinsamen Emitter-Widerstand 144 an die Leitung P ange schloss eil ist, während der gemeinsame Emitter^Widerstand 155 der Leistungstransistoren zur Leitung N führt«. Durch den gemeinsamen Widerstand 155 wird ferner erreicht, daß auch bei hohen Temperaturen der Motor

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sicher startet, da immer nur eine Wicklung, also entweder die Wicklung 3 oder die V/icklung 2, Strom erhalten kann.

Dadurch, daß die Ableitwiderstände 156 und 157 direkt an die Leitung N angeschlossen sind, können diese größer gewählt werden, was für die Verstärkung günstig ist. Man könnte sie jedoch gegebenenfalls auch an den Knotenpunkt 146 anschließen.

Beim Blockieren des Motors, z.B. dadurch, daß der Rotor R von außen angehalten wird, wird derjenige Kondensator 158 oder 159 geladen, dessen Transistor 140 oder 141 leitend ist. Ist z.B. im Augenblick des Blockierens der rechte Ausgang des Hallgenerators 2 negativer als der linke Ausgang und deshalb der Transistor 141 leitend, so fließt über die Widerstände 144» 143, den Transistor 141, die Emitter-Basis-Strecken der Transistoren 152 und 153, den Widerstand 155 und die Diode 147 ein Ladestrom zum Kondensator 159ο Hat dieser Kondensator eine iiadespannung von ca. 8 V erreicht, so hört der Ladestrom auf zu fließen und die zugehörigen Leistungstransistoren 152,153 werden stromlos. Genau dasselbe gilt für den analogen Fall, daß d8r Transistor HO leitend und der Transistor Hl gesperrt ist. In diesem Fall wird dann der Kondensator 158 aufgeladen. In beiden Fällen wird nach der Aufladung des betreffenden Kondensators, d.h. nach etwa 1 Sekunde, die Motorwicklung 2,3 stromlos und es fließt nur noch ein kleiner Strom durch den Hallgenerator 1 und den Differentialverstärker DA.

Die Kondensatoren 158, 159 müssen so groß sein, daß sie die Ausgangssignale des Differentialverstärkers DA nicht differenzieren und haben deshalb typisch eine Größe von einigen Gewöhnlich ν er wendel Wan hierfür Elektrolyt-Konden-

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satoren. Solche Kondensatoren haben bei größeren Ladespannungen Leckströme, die störend sein können, denn die hohe Stromverstärkung der Darlington-rindntufen könnte selbst bei relativ niedrigen Leckströmen dazu führen, daß diese Bndstufen stromleitend werden und daß sich dieser Prozeß dann durch die Erwärmung der Transistoren (Stromwärme) kumulativ verstärkt. Die Widerstände 145 und 147 sind aus diesem Grunde so groß gewählt, daß an dem betreffenden Widerstand 145 oder 147 im stromleitenden Zweig des Differentialverstärkers DA ein Spannungsabfall von etwa 10 V entsteht. Auf diese V/eise gelingt es, auch bei relativ hohen Betriebsspannungen, z.B. 60 V, die Ladespannung der Kondensatoren 158, 159 hei blockiertem Motor auf ungefährliche Werte zu beschränken, die typisch unter 10V liegen und bei denen die iieckströme noch nicht stören_o Die angegebenen Zahlenwerte der Komponenten, und insbesondere die aus ihnen herleitbaren bevorzugten Zahlenwertverhältnisse, sindiauch unter diesem Aspekt bedeutsam und Teil der differenzierten Beschreibung.

Wichtig bei der Erfindung ist also, daß das von den Kondensatoren 158, 159 übertragene Signal genügend groß ist, so daß es durch die nichtlinearen Glieder auf der Ausgangsseite des Kondensators auch nichtlinear verarbeitet werden kann und man dort wieder die im Betrieb erforderliche Gleichspannungskomponente erhält.

Ist das vom Kondensator 158 oder 159 übertragene Signal sehr klein, so wirken die nichtlinearen Glieder für diesen kleinen Signalhub praktisch wie lineare Glieder, und ein Blockierschutz ist dann nicht mehr in allen Fällen gegeben.

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pf'oonders bei Verwendung von Hallgeneratoren mit niedriger AuKgangsspannung und bei Betrieb mit hohen Temperaturen ist deshalb ein quasilinearer Vorverstärker von großem Vorteil, um ausreichend große Signale zu erhalten, welche die eingebauten Nichtlinearitäten zur "irkung kommen lassen. Mit der angegebenen Schaltung nach Figur 1 beträgt z.B. die Ausgangssparinung des Differentialverstärkers DA etwa 5 V Spitze-Spitze, ist also voll ausreichend, um die Nichtlinearitäten zur Wirkung kommen zu lassen. Wichtig ist ferner, daß auch das Ausgangssignal an den Ausgängen Y und Y¹ einen etwa trapezförmigen Verlauf hat, so, wie das in Figur 2 B dargestellt ist, und daß die Steilheit der Flanken F des Trapezes nicht allzu groß ist und durch den Differentialverstärker nicht wesentlich vergrößert wird«, Dies wurde bereits unter Bezugnahme auf die Figuren 3 und 4 der DOS 2 419 432 erläutert«.

Durch die Erfindung erhält man also

a) die gewünschten Lücken zwischen den Stromimpulsen ig und i₂, (vergl. Figur 2 D),

b) die gewünschte Sicherheit beim Blockieren des Motors,

da hierbei die Motorwj&lung stromlos wird und nicht durchbrennen kann, und außerdem

c) werden durch die kapazitive Ankopplung über die Kondensatoren 1 58 und 159 die unvermeidbaren Asymmetrien, der Ausgangsspannung des Hallgenerators 1 unterdrückt, da nur der Wechselspannungsanteil dieser Ausgangsspannung übertragen wirdo

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Ein wesentlicher Vorteil der quasilinearen Verstärkungsmittel DA ist darin zu sehen, daß auch bei Verwendung qualitativ schlechter Hallgeneratoren eine Blockiersicherung stets gewährleistet ist und daß auch bei hohen Motortemperaturen, d.h. bei kleinen Hallspannungen, der Motor sicher anläuft.

Die Stromlücken 160 werden zweckmäßig so gelegt, daß sie annähernd symmetrisch zu den theoretischen Kommutierungszeit= punkten liegen, also den Punkten, an denen B .... in Fig. 2A jeweils den Wert Null durchläuft und deshalb die Ausgangs= spannung des Hallgenerators 1 gleich Null ist. (Hierbei ist vorausgesetzt, daß der Hallgenerator 1 in der neutralen Zone angeordnet ist.) Die Dauer der Stromlücken 160 soll bei dem in Fig. 2A dargestellten trapezförmigen Verlauf von B . etwa der Summe von Anstiegs- und Abfallzeit der in einem Strang 2 oder 3 der Motorwicklung vom Rotor R rotatorisch induzierten Spannung entsprechen. Dadurch wird also erreicht, daß die Einschaltdauer jedes der beiden Endstufentransistoren 151, unter 50 % liegt.

Bei einem trapezförmigen Verlauf von B . (wie in Fig. 2A dargestellt) wird dabei der Strom in beiden Strängen 2 und 3 während mindestens etwa 2o° el reduziert, vorzugsweise auf Null reduziert. Dieser Winkel läßt sich mit Hilfe des Wider= stands 64 einstellen.

Bei kleinen Motoren ist manchmal aus praktischen Gründen die an sich bevorzugte trapezförmige Magnetisierung nicht möglich, und man muß sich dann mit einer etwa sinusförmigen Magnetisierung begnügen. In diesem Fall werden die Statorströme 12, i3 mit Vorteil während eines größeren Winkels von wenigstens ca. 60 el reduziert, vorzugsweise auf Null reduziert, was durch ent= sprechende Vergrößerung des Widerstands 164 möglich ist. Man erreicht dadurch, daß ein Motorstrom nur dann fließt, wenn die in der Statorwicklung durch den Rotor R induzierte Gegen-EMK mindestens etwa 50 % ihres Spitzenwerts aufweist (sin 30 = o,5)

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Claims

Patentansprüche

( 1 „) Zweipulsiger kollektorloser Gleichstrorrimotor mit einer

im Betrieb ein elektromagnetisches Wechselfeld erzeugenden ein- oder zweisträngigen Statorwicklung und einem permanentmagnetischen Rotor, bei welchem Motor von der Hotorstellung gesteuerte Halbleitersteuermittel, insbesondere galvanomagnetische Steuermittel, vorgesehen sind, welche über kapazitive Koppelglieder mit nachfolgenden, zur Steuerung der Ströme in der Statorwicklung dienenden Kommutiermitteln gekoppelt sind, wobei die Lade- und Entladezeitkonstanten der kapazitiven

vorzugsweisß
Koppelglieder/verschieden groß gewählt sind, um jeweils zwischen zwei aufeinanderfolgenden Stromimpulsen eine Stromlücke zu erzeugen, insbesondere nach Patentanmeldung E 24 19 432o9-32 (D 63 » DT * 163), dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangssignale der Halbieitersteuermittel (1) gleichspannungsgekoppelt Verstärkermitteln (,DA) zuführbar sind, welche diese Ausgangs signale etwa linear verstärken, und daß die kapazitiven Koppelglieder ( 158, 159) zwischen den Ausgängen dieser quasilinearen Verstärkermittel (DA) und den zugeordneten Eingängen der Kommutierinittel (150 - 153) angeordnet sind.

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2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

als lialbleitersteuermittel ein von einem Magnetfeld des h-ßt-irs (.K) gesteuerter Hallgenerator (1) vorgesehen ist, und daß als quasilineares Verstärkermittel ein Differentialverstärker ( DA ) vorgesehen ist, dessen beide Eingänge mit den Ausgängen dieses Hallgenerators ( 1 ) verbunden, vorzugsweise direkt verbunden sind.
3. i-Iotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren (, 140, 141) des Differentialverstärkers { DA) in ihrem Emitter-Kreis jeweils einen (Jegenkop-plungswiderstand ^142, 143) aufweisen.
4. Motor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Kommutiermittel (150 - 153) durchfließenden Ströme { i~_f ip) mindestens teilweise über einen gemeinsamen Widerstand ( 155) geführt sind.
5. Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Widerstand (155) gegenkoppelnd im Stromversorgungskreis (165, 167) des Hallgenerators (1) liegt, um bei einer Zunahme des Mstorstroms eine entsprechende Reduzierung des Ausgangssignals des Hallgenerators (1) zu bewirken,,
6. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Entladekreise (162, I63i 164) der kapazitiven Koppelglieder ( 158, 159) einen gemeinsamen Entlade-Widerstand ( 164 ) aufweisen.,

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7. Motor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß in den Entladekreisen der kapazitiven Kcppelglieder ( 158, 1 59 ) jeweils eine Diode ( 162, 163 ) vorgesehen ist, um den zugeordneten Entladekreis zu sperren, während das zugeordnete kapazitive Koppelglied geladen wird.
8« Motor nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die kapazitiven Koppelglieder ( 158, 159 ) als Elektrolyt-Kondensatoren ausgebildet sind, und daß die Ladekreise jeweils so bemessen sind_y daß an diesen Kondensatoren bei blockiertem Motor eine Ladespannung von nicht mehr als 10 Volt auftritt.
9. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als Halbleitersteuermittel ein Hallgenerator vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß den Stromeingängen des Hallgenerators ( 1 ) ein niederohmiger Widerstand ( 166 } parallel geschaltet isto
10. Motor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die verstärkten Signale an den Ausgängen der quasilinearen Verstärkungsmittel ( DA ) Anstiegs- und Abfallflanken (F) begrenzter Steilheit aufweisen.
11. Motor nach Anspruch 1O₉ dadurch gekennzeichnet, daß sich die Flanken (P) jeweils über einen Winkelbereich von etwa 10o.o35 ° el₀ erstrecken.
12. Verwendung eines Motors nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Antrieb eines Lüfters₀

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