DE2937866B2 - Kollektorloser Gleichstrommotor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen kollektorlosen Gleichstrommotor mit einem permanentmagnetischen Rotor, der auf seinem Umfang abwechselnd entgegengesetzte Pole aufweist, und mit einer Ständerwicklung, in deren einzelnen Wicklungen bei sich drehendem Rotor Spannungen induziert werden, deren Phasenlagen zyklisch jeweils um 90°el. gegeneinander versetzt sind, sowie mit zwei um 90° el. gegeneinander versetzten galvanomagnetischen Wandlern zur Gewinnung rotorstellungsabhängiger, jeweils über eine elektrische Halbdrehung des Rotors (180° el.) andauernder Steuersignale, in Abhängigkeit von deren Vorzeichen jeweils mit einer Wicklung in Reihe geschaltete Halbleiterschalter, vorzugsweise Schalttransistoren, für eine elektrische Halbdrehung des Rotors (180°el.) einschaltbar sind, und mit strombeeinflussenden Steuergliedern, die jeweils zwei Wicklungen eines Stranges, die 180° el. gegeneinander versetzt sind, zugeordnet sind.

Ein solcher kollektorloser Gleichstrommotor ist aus der DE-OS 23 63 632 bekannt. Hierbei führt gemäß Fig. 1 jede einzelne Wicklung eines zweisträngigen Gleichstrommotors mit um 90° gegeneinander versetzten Strängen jeweils für einen Drehwinkelbereich des Rotors von 180°el. Strom. Jede der Wicklungen ist durch einen jeweils in Serie angeordneten Halbleiterschalter in Form eines Schalttransistors bestrombar. Jeder der Schalttransistoren wird durch einen Vortransistor angesteuert. Den Basisanschlüssen von jeweils zwei als Differenzverstärker dienenden Vortransistoren, die den jeweils um 180° el. gegeneinander versetzt angeordneten Wicklungen eines Stranges zugeordnet sind, sind als Steuersignale die Ausgangssignale jeweils eines als Hallgenerator ausgeführten galvanomagnetischen Wandlers zugeführt. Wie aus Fig.3 dieser Druckschrift ersichtlich ist, werden durch das Zusammenspiel der Vortransistoren mit den Schalttransistoren jeweils um 90° el. gegeneinander versetzte 180° el. lange,

^r>" rechteckige Stromblöcke in den einzelnen Wicklungen des Gleichstrommotors erzeugt. Damit zeigt das Drehmoment über den Drehwinkel einen Verlauf, der sich als Überlagerung einer Sinusfunktion sowie einer Kosinusfunktion darstellen läßt. Damit ist eine gewisse Welligkeit des Drehmomentes unvermeidbar. Zusätzliche Drehmomentschwankungen, die aufgrund der unterschiedlichen Stromverstärkungskoeffizienten, der Transistoren auftreten können, werden durch zwei strombeeinflussende Steuerglieder beseitigt, so daß die Amplitude der rechteckigen Stromblöcke vergleichmäßigt wird. Als strombeeinflussende Steuerglieder sind hierbei zwei zusätzliche Transistoren eingesetzt, deren Steuerstrecke jeweils in Serie mit der Steuerstrecke von zwei solchen Vortransistoren geschaltet sind, die jeweils zwei um 180" el. gegeneinander versetzten Wicklungen eines Stranges zugeordnet sind. Zur Steuerung dieser zusätzlichen Transistoren sind deren Basisanschlüsse an den Abgriff eines Spannungsteilers angeschlossen, der

mit der Speisespannungsquelle verbunden ist. Damit wird ein Stromsollwert vorgegeben. Der Stromistwert wird an einem Widerstand abgegriffen, der einerseits mit den beiden 180° el. gegeneinander versetzten Wicklungen eines Stranges, andererseits mit einem Pol der Speisungsspannungsquelle verbunden ist. Die abgegriffene Spannung liegt jeweils am Emitteranschluß der zusätzlichen Transistoren. Wegen der Rechteckform der bei diesem bekannten Gleichstrommotor verwendeten Stromblöcke ist eine nahezu verschwindende Drehmomentwelligkeit picht erreichbar.

Dies wäre erst dann erreichbar, wenn die Ströme in den einzelnen Wicklungen selbst einen sinusförmigen Verlauf aufwiesen, da erst dann bei der mathematischen Darstellung des Drehmomentverlaufs über den Drehwinkel die Summe der Quadrate einer Sinus- sowie einer Kosinusfunktion auftritt, die sich in allen Zeitpunkten zu einem konstanten Wert ergänzen.

Dies wird bei einem aus der Druckschrift »Elektrische Ausrüstung«, 1972, Nr. 1, Seiten 21 bis 23, insbesondere Bild 1, bekannten kollektorlosen Gleichstrommotor angestrebt. Bei dieser sogenannten 180°-Schaltung führt jede einzelne Wicklung eines zweisträngigen Motors mit um 90° gegeneinander versetzten Strängen jeweils für einen Drehwinkelbereich von 180° des Rotors elektrischen Strom. Jede der Wicklungen ist durch einen jeweils in Serie angeordneten Transistor bestrombar. Die Ansteuerung jeweils eines Transistorpaares, das um 180° versetzten Wicklungen zugeordnet ist, erfolgt durch Steuersignale, die einem als galvanomagnetischer Wandler eingesetzten Hallgenerator entnommen sind. Die beiden benötigten Hallgeneratoren sind um 90° gegeneinander versetzt. Da die Ausgangssignale der Hallgeneratoren in Abhängigkeit vom Drehwinkel des Rotors Sinusform aufweisen, werden die einzelnen Transistoren im analogen Bereich betrieben, und die in den einzelnen Wicklungen demzufolge entstehenden Ströme sollten damit annähernd Sinushalbwellenform aufweisen. Diese 180°-Schaltung erfordert lediglich ein Minimum an elektronischen Bauelementen und sollte — rein theoretisch — eine verschwindende Drehmomentwelligkeit aufweisen. Aufgrund der mathematischen Betrachtung für das Drehmoment Dergibt sich:

-Iw_n · sin²gs

· cos²g>

Hierbei sind mit I_n und /„+2 die Ströme in zwei räumlich aufeinanderfolgenden Wicklungen bezeichnet, während φ den Drehwinkel des Rotors darstellt. Im Idealfall sind die Ströme I_n und /„+2 gleich und es treten auch nur Quadrate der kompletten trigonometrischen Funktionen auf, so daß die Konstanz des Drehmoments unabhängig vom Drehwinkel klar ersichtlich ist. In der Praxis war dies jedoch nicht erreichbar, da die Transistoren des elektronischen Kommutators unterschiedliche Schwellwerte und Stromverstärkungen aufweisen und auch die Hallgeneratoren in Empfindlichkeit und Nullspannung schwanken. Bei realisierten Anwendungsfällen der 180°-Schaltung wurden daher Drehmomentwelligkeiten bis zu 50% beobachtet.

Ferner ist aus der DE-AS 24 14 336 ein kollektorloser Gleichstrommotor mit einer Ständerwicklung bekannt, die aus drei um 120" gegeneinander versetzten Wicklungen besteht, wobei jede Wicklung über einen Leistungstransistor mit einer sinusteilhalbwellenförmigen Spannung versorgt wird. Jeder Leistungstransistor wird durch einen Steuertransistor ausgesteuert, der seinerseits in Abhängigkeit jeweils eines Hallgenerators aufgesteuert wird. Dieser Gleichstrommotor ist mit einer eigenen, aufwendigen Einrichtung zur Erfassung von durch die Wellenform der Ströme in den Wicklungen verursachten Drehmomentschwankungen sowie einer Drehzahlregelung ausgestattet. Darüber hineus ist ein Differenzverstärker vorgesehen, dessen einem Eingang ein der Drehzahlabweichung proportionales Steuersignal und dessen zweiten Eingang eine der Drehmomentschwankung entsprechende Korrekturspannung zugeführt ist, wobei die Ströme in den Wicklungen in Abhängigkeit vom Ausgangssignal des Differenzverstärkers verändert werden. Dieser Gleichstrommotor erfordert eine aufwendige Elektronik.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kollektorlosen Gleichstrommotor der eingangs genannter» Art so auszugestalten, daß mit geringem gerätetechnischen Aufwand eine verbesserte Drehmomentkonstanz erreicht wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die strombeeinflussenden Steuerglieder als steuerbare Stromgeneratoren mit einem Steuereingang ausgebildet sind, deren Ausgangsstrom dem am Steuereingang anstehenden Signal proportional ist, daß jeweils ein Stromgenerator zur Speisung von zwei Wicklungen, die um 180° gegeneinander versetzt sind, vorgesehen ist und daß dem Steuereingang der Betrag des momentanen Steuersignals des zugehörigen galvanomagnetischen Wandlers zugeführt ist.

Bei dem aus der DE-OS 23 63 632 bekannten kollektorlosen Gleichstrommotor schließt bereits die Rechteckform der Stromblöcke in den Wicklungen eine sehr hohe Konstanz des Drehmomentes aus. Bei dem aus der eingangs erwähnten Druckschrift »Elektrische Ausrüstung«, 1972, Nr. 1, Seiten 21 bis 23 bekannten kollektorlosen Gleichstrommotor haben die Transistoren eine Doppelfunktion: Einerseits übernehmen sie die Einschaltung der Ströme für die einzelnen Wicklungen, andererseits steuern sie in Abhängigkeit von den von den Hallgeneratoren gelieferten Steuersignalen über einen Drehwinkel von 180° den Strom derart, daß er annähernd sinushalbwellenförmig ist. Das prinzipiell überlegene Konzept, die Ströme in den Wicklungen sinushalbwellenförmig zu steuern, das bislang aufgrund der Abweichungen in den Eigenschaften der eingesetzten Bauelemente nur unvollkommen realisiert werden konnte, wird bei der Erfindung beibehalten, jedoch wird die schaltungstechnische Realisierung verbessert. Die bekannte Doppelfunktion der Transistoren wird aufgegeben. Während die in Serie zu den einzelnen Wicklungen angeordneten Halbleiterschalter lediglich Schaltfunktion für den Strom in den Wicklungen aufweisen, wobei sie exakt in Abhängigkeit vom Vorzeichen der Steuersignale, das heißt bei einem sehr exakt feststellbaren Vorzeichenwechsel derselben, einschaltbar sind, erfolgt die Formgebung der Ströme als Sinushalbwellen in den einzelnen Wicklungen durch die steuerbaren Stromgeneratoren, deren Strom proportional zum Betrag des Momentanwertes des Steuersignals des zugehörigen galvanomagnetischen Wandlers gesteuert ist. Dabei wird für jeweils zwei um 180° el. versetzte Wicklungen nur ein Stromgenerator benötigt. Dies ist deswegen möglich, da die beiden um 180° el. versetzten Wicklungen immer nur alternierend, das heißt nie gleichzeitig zu bestromen sind. Solche steuerbaren Stromgeneratoren sind sehr exakt steuerbar. Damit sind auch die durch die Stromgeneratoren gesteuerten Ströme in ihrer Form exakt sinushalbwel-

lenförmig, so daß in sehr guter Näherung die aus der eingangs erwähnten mathematischen Betrachtung hervorgehende Formel erfüllt ist und eine sehr geringe Drehmomentwelligkeit erreicht wird. Darüber hinaus sind steuerbare Stromgeneratoren schaltungstechnisch einfach und kostengünstig realisierbar. Bei praktischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurde lediglich noch eine Drehmomentwelligkeit von 5% ermittelt.

Es ist vorteilhaft, wenn als galvanomagnetische Wandler Hallgeneratoren eingesetzt sind. Hallgeneratoren weisen eine hohe Funktionssicherheit auf und sind im Handel kostengünstig verfügbar.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß jedes der Steuersignale einem Grenzwertmelder mit dem Schweiiwert Null und mit zwei antivalenlen Ausgängen zugeführt ist und daß die an den antivalenten Ausgängen anstehenden Signale der Grenzwertmelder den Steueranschlüssen der zugehörigen Halbleiterschalter zugeführt sind. Durch die Grenzwertmelder ist es möglich, mit hoher Präzision den Vorzeichenwechsel der von dem galvanomagnetischen Wandlern abgeleiteten Steuersignale zu bestimmen, wobei wegen der Antivalenz der Ausgänge eine exakte Ein- und Ausschaltung der Wicklungen erreichbar

Zur Betragsbildung kann jedes der beiden Steuersignale der galvanomagnetischen Wandler einem schwellwertfreien Gleichrichter zugeführt sein. Schwellwertfreie Gleichrichter sind ohne großen Aufwand realisierbar, so daß durch sie — da die Steuersignale der galvanomagnetischen Wandler sinusförmig sind — Sinushalbwellen in sehr exakter Form erzeugbar sind, Durch diese exakt vorgebbaren Sinushalbwelien ist eine exakte Steuerung der eingesetzten steuerbaren Stromgeneratoren erreichbar.

Eine vorteilhafte Ausführungsform besteht darin, daß als steuerbarer Stromgenerator jeweils ein im analogen Bereich betriebener Transistor dient, dessen Basisanschluß den Steuereingang bildet und dessen Schaltstrekke über einen Widerstand einerseits mit dem nicht unmittelbar mit den Wicklungen verbundenen Pol der Gleichspannungsquelle, andererseits mit dem Verbindungspunkt der den um 180° el. gegeneinander versetzten Wicklungen abgewandten Anschlüsse der Schaltstrecken der Halbleiterschalter verbunden ist. Ein derartig angeordneter Transistor stellt eine kostengünstige Form eines steuerbaren Stromgenerators dar.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels in den F i g. 1 bis 3 näher erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 eine schematisierte räumliche Darstellung des kollektorlosen Gleichstrommotors,

F i g. 2 ein Blockschaltbild des kollektorlosen Gleichstrommotors und

Fig.3 die bei Betrieb des Gleichstrommotors auftretenden Ströme und Spannungen in Abhängigkeit von dem die Stellung des Rotors beschreibenden Winkel φ.

In F i g. 1 ist als permanentmagnetischer Rotor ein diametral magnetisierter zylindrischer Dauermagnet mit hoher magnetischer Koerzitivfeldstärke und Induktion eingesetzt und mit dem Bezugszeichen 1 belegt. Die Ständerwicklung besteht aus vier jeweils um 90° versetzten Wicklungen Wl bis W4,die feststehend auf einem — hier nicht dargestellten — Wicklungsträger im Luftspalt angeordnet sind. Die Wicklungen Wl und W2 sind um 180°eL gegeneinander versetzt Dies gilt

analog für die Ständerwicklungen W3 und IV4. Jedes dieser Wicklungspaare IVl, 1V2 und IV3, W 4 stellt einen Strang mit einer magnetischen Achse dar und kann als bifilare Wicklung hergestellt sein, wodurch eine hohe Symmetrie erreichbar ist. Die Wicklungen Wi bis WA sind einseitig zn einem Sternpunkt zusammengefaßt, der mit der positiven Betriebsspannung + Ub der Gleichspannungsquelle gespeist ist. Der dem Sternpunki abgewandte Anschluß der Wicklungen Wl bis W4 ist jeweils mit dem einen Anschluß der Schaltstrekke der als Halbleiterschalter eingesetzten Schalttransistoren Tl bis 7"4 verbunden. Die Transistoren Tl bis T4 dienen der Einschaltung der von den hier nicht dargestellten steuerbaren Stromgeneratoren gelieferten Ströme lw\ bis Iw*.

Die Einschaltung der Schaittransistoren Tl bis T4 erfolgt in Abhängigkeit vom Vorzeichen der von den als galvanomagnetische Wandler eingesetzten Hallgeneratoren Wl und H 2, die die Stellung des Rotors zu den Wicklungen unmittelbar erfassen. Die Hallgeneratoren Hi und H2 liegen, räumlich um 90° gegeneinander versetzt, im Luftspalt des Gleichstrommotors und werden vom Rotorfluß durchsetzt. Die von ihnen gelieferten Steuersignale sind dem Produkt aus Steuerstrom und Induktion proportional. Bei konstantem Steuerstrom gibt die Höhe und Polarität der als Steuersignale dienenden Hallspannungen die Stellung des Rotors wieder, unabhängig von der Drehgeschwindigkeit. Im vorliegenden Fall ist der Hallgenerator H1 in axialer Verlängerung der Wicklungsachse der Wicklung W\, der Hallgenerator f/2 in axialer Verlängerung der Wicklungsachse der Wicklung W 4 angeordnet.

Anstelle der Schaittransistoren Tt bis T4 können auch Thyristoren eingesetzt werden. Allerdings ist dann durch bekannte Löschschaltungen dafür zu sorgen, daß die Thyristoren zeitgerecht gelöscht werden.

In dem in F i g. 2 dargestellten Schaltbild liegt die positive Speisespannung + Ub an der Leitung 2. Die Wicklungen Wi, W2, W3 und WA sind an die Leitung 2 angeschlossen und somit zu einem Sternpunkt zusammengefaßt. In Reihenschaltung zu den Wicklungen Wi bis WA ist jeweils ein Schalttransistor Tl bis T4 angeordnet. Hierbei sind die Kollektoranschlüsse der Transistoren Tl bis T4 an den der Leitung 2 abgewandten Anschluß der Wicklungen Wi bis WA angeschlossen. Die Emitteranschlüsse der jeweils um 180° gegeneinander versetzten Wicklungen zugeordneten Schaittransistoren, also der Transistor Tl und T2 sowie der Transistoren T3 und T4 sind jeweils in einem Verbindungspunkt Vl bzw. V2 zusammengeführt. Zwischen jedem der Verbindungspunkte Vl und V2 sowie dem Bezugspotential 0 bzw. der negativen Speisespannung — Ua ist ein steuerbarer Stromgenera- tor Ei bzw. E 2 eingefügt. Jeder der steuerbaren Stromgeneratoren E 1 und £2 bewirkt einen eingeprägten Strom, der alternierend in den Wicklungen Wl und W2 bzw. W3 und WA fließt Diese eingeprägten Ströme sind mit den Bezugszeichen Im bis Iwt bezeichnet Der durch die Stromgeneratoren E1 und E₂ fließende eingeprägte Strom ist nicht konstant sondern entspricht in seiner Form dem Signalverlauf des an den Steuereingängen Cl bzw. C2 der steuerbaren Stromgeneratoren El bzw. E2 anstehenden Signals. Zur rotorstellungsabhängigen Schaltung und Steuerung der in den Wicklungen Wl bis W4 fließenden Ströme fw\ bis /im sind die beiden Hallgeneratoren HX und HI als galvanomagnetische Wandler eingesetzt Die einen

Steuerstromanschlüsse der Hallgeneratoren Hi und H 2 sind über variable Widerstände R 1 und R 2 mit der Leitung 2 verbunden. Diese Widerstände R 1 und R 2 dienen der Erzeugung eines eingeprägten Steuerstromes. Die anderen Steuerstromanschlüsse der Hallgeneratoren Hi und H 2 sind in einem Verbindungspunkt V3 zusammengeführt und über einen weiteren Widerstand R 3 mit dem Bezugspotential 0 bzw. der negativen Speisespannung — Ub verbunden. Durch den gemeinsamen Widerstand R 3 wird ein festes Bezugspotential für die anderen Steuerstromanschlüsse der Hallgeneratoren H1 und H 2 geschaffen. Um sicherzustellen, daß der Steuerstrom in beiden Hallgeneratoren Hi und H 2 immer gleich ist, können die Hallgeneratoren H i und H 2 auch in Serie geschaltet sein.

An den llallspannungsanschiüssen der Hallgeneratoren Hl und H 2 sind die als Steuersignale dienenden Hallspannungen U1 und U2 abgegriffen. Die Hallspannungen Ui und U 2 sind jeweils einem Grenzwertmelder Sl und 52 zugeführt, von denen jeder zwei antivalente Ausgänge, d. h. Ausgänge mit komplementärem Signal, aufweist. Die Ausgangssignale Usi, i/si, i/s, Us2 der Grenzwertmelder Sl und S 2 stehen an den Basisanschlüssen der Schalttransistoren Π bis T4 an. Als Grenzwertmelder Sl und S 2 dienen bekannte Grenzwertmelder, die bei jedem Vorzeichenwechsel des Eingangssignals den Zustand ihrer komplementären Ausgangssignale ändern und diesen neuen Zustand beibehalten, bis ein erneuter Vorzeichenwechsel oder Nulldurchgang des Eingangssignals auftritt. Damit werden die Schalttransistoren Tl und 7"2 durch antivalente Signale durchlässig gesteuert, so daß die Transistoren Ti und T2 alternierend eingeschaltet sind. Das gleiche gilt für die Transistoren T3 und TA. Damit haben die Transistoren TX bis T4 im Gegensatz zur Funktion der aus dem Stand der Technik bekannten Transistoren nur noch reine Schaltfunktion. Die Steuerung des zeitlichen Verlaufs der Ströme /wi und Iw2 erfolgt durch den steuerbaren Stromgenerator £1, die der Ströme Iw3 und Iwa durch den Stromgenerator £2.

Die als Steuersignale dienenden Halispannungen υ 1 und U2 der beiden Hallgeneratoren Hi und H2 sind jeweils einem bekannten schwellwertfreien Gleichrichter G i bzw. G 2 zugeführt Diese schwellwertfreien Gleichrichter G 1 und G 2 stellen ausgangsseitig die Signale Ug\ und Um zur Verfügung, die aus einer Aneinanderreihung von Sinushalbwellen gleicher Polarität bestehen. Die Ausgangssignale Uc\ und Ugi stehen an den Steuereingängen der steuerbaren Stromgeneratoren El und £2 an, so daß diese Stromgeneratoren jeweils mit dem Betrag des Momentanwerts der Steuersignale Ui und U 2 gesteuert sind. Damit sind unter dem Einfluß der Stromgeneratoren E 1 und E 2 die in den einzelnen Wicklungen Wi bis W4 fließenden Ströme Im bis Im proportional zum Betrag des Sinus des Winkels zwischen dem Rotorfluß und dem Fhiß in den Wicklungen geregelt Durch die Grenzwertmelder 51 und 52 ist je nach dem Vorzeichen der Hallspannungen Ui und U2 abwechselnd die Schalttransistoren Π und Γ3 bzw. T2 und T4 durchgeschaltet.

Als einfach steuerbare Stromgeneratoren Ei und E2 dienen im Falle des in F i g. 2 dargestellten Ausführungsbeispiels die im Proportionalbereich betriebenen Tran- sistoren Γ5 und T6, deren Steuerstrecke über Widerstände R 4 bzw. I? 5 zwischen den Verbindungspunkten Vl bzw. V 2 und dem Bezugspotential 0 bzw.

der negativen Speisespannung — Ub geschaltet ist. Die Steuereingänge Ci bzw. C2 dieser steuerbaren Stromgeneratoren £1 und E2 sind mit den Basisanschlüssen der Transistoren T"5 und T6 verbunden. Als Stromgenerator £1 bzw. £2 ist jede Stromregelschaltung einsetzbar, deren Strom in proportionaler Abhängigkeit von der Amplitude eines am Steuereingang anstehenden Signals gesteuert werden kann.

Als Schalttransistoren Ti bis Γ4 bzw. im analogen Bereich betriebene Transistoren T5 und T6 sind im Ausführungsbeispiel npn-Transistoren eingesetzt. Es ist klar, daß statt dessen auch pnp-Transistoren einsetzbar sind, wofür lediglich Anschlüsse der Schalt- bzw. Steuerstrecke sowie die steuernden Signalpegel umgekehrt werden müssen.

Die einen Steuerstromanschlüssc der Hallgencratoren Hi und H 2 sind im Ausführungsbeispiel über die Widerstände R 1 bzw. Λ 2 an die positive Speisespannung + Ub gelegt. Diese Steuerstromanschlüsse können — wie aus dem Stand der Technik bekannt ist — auch durch eine eigene Regelschaltung gespeist sein.

In Fi g. 3 sind in den untereinanderliegenden Zeilen a bis / die in dem in Fig.2 dargestellten Schaltbild auftretenden Spannungen und Ströme wiedergegeben. In den Zeilen a und b sind die Differenzen der Hallspannungen Ui bzw. U 2 der Hallspannungsgeneratoren Hi bzw. H 2 aufgetragen. Es ist ersichtlich, daß für jeweils eine elektrische Halbdrehung des Rotors, also jeweils nach 180° el., ein Polaritätswechsel des Hallspannungssignals auftritt. Darüber hinaus eilt das Hallspannungssignal U 2 des Hallgenerators H 2 gegenüber dem Hallspannungssignal U1 um 90° in der Phase vor. Dies ist durch die räumliche Versetzung der beiden Hallgeneratoren Hi und H 2 relativ zueinander bedingt.

In den Zeilen cbis /sind die Ausgangssignale ί/si. Us\. Usi, Us2 der Grenzwertmelder Sl und S 2 dargestellt. Es ist klar ersichtlich, daß die den um 180° relativ zueinander versetzten Wicklungen Wl und W 2 zugeordneten Signale Us\ und T7s\ _antivalent sind. Dasselbe gilt Jur die Signale L/52 und ZTn- Durch diese Signale Usi, Us\, Usi, Usi mit hoher Flankensteilheit wird eine zeitlich exakt mit dem Nulldurchgang der zugehörigen Hallspannungen Cl und U 2 synchronisierte Ein- und Ausschaltung der Schalttransistoren Π bis T4 sichergestellt Damit sind die beim Stand der Technik auftretenden, durch unterschiedliche Schwellwerte der eingesetzten Transistoren und unterschiedliche Empfindlichkeiten der Hallgeneratoren hervorgerufenen Schwierigkeiten zuverlässig beseitigt

In den Zeilen g und h sind die Ausgangssignale Uc\ und Ugi der schwellwertfreien Gleichrichter G1 und G 2 dargestellt Aufgrund der schwellwertfreien Gleichrichtung stehen damit einwandfreie sinushalbwellenförmige Signale zur Steuerung der steuerbaren Stromgeneratoren £1 und £2 zur Verfügung. Ein Einfluß unterschiedlicher Schwellwerte der Transistoren und unterschiedlicher Empfindlichkeiten der Hallgeneratoren — wie beim Stand der Technik — scheidet somit aus. Diese Signale Ug\ und Uc? dienen zur exakten Vorgabe sinushalbwellenförmiger Ströme durch die steuerbaren Stromgeneratoren Ei und £2, wobei die vorgegebenen Ströme durch das einwandfrei gesteuerte Schaltverhalten der Schalttransistoren Ti bis T4 sukzessiv auf die Wicklungen Wi bis W4 des kollektorlosen Gleichstrommotors verteilt werden. Diese exakte zeitliche Verteilung von bezüglich ihrer Form einwandfreien Stromhalbwellen auf die Wick-

lungsstränge IVl bis W4 begründet die eklatante Reduktion der Drehmomentwelligkeit des erfindungsgemäßen kollektorlosen Gleichstrommotors im Vergleich zu dem aus dem Stand der Technik bekannten. Bei dem erfindungsgemäßen kollektorlosen Gleichstrommotor haben unterschiedliche Schwellwerte der eingesetzten Transistoren und Unterschiede in ihrer Stromverstärkung nahezu keinen Einfluß mehr auf

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Form und Einschaltzeitpunkt der Wicklungsströme Iw\ bis /w4. Auch unterschiedliche Widerstände der Wicklungen Wl bis W4 führen zu keiner Beeinträchtigung des Drehmomentverlaufes mehr, da durch die über die steuerbaren Stromgeneratoren El und £2 erzeugte Stromeinprägung Stromunterschiede in den Wicklungen ausgeregelt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Kollektorloser Gleichstrommotor mit einem permanentmagnetischen Rotor, der auf seinem Umfang abwechselnd entgegengesetzte Pole aufweist, und mit einer Ständerwicklung, in deren einzelnen Wicklungen bei sich drehendem Rotor Spannungen induziert werden, deren Phasenlagen zyklisch jeweils um 90° el. gegeneinander versetzt sind, sowie mit zwei um 90° el. gegeneinander versetzten galvanomagnetischen Wandlern zur Gewinnung rotorstellungsabhängiger, jeweils über eine elektrische Halbdrehung des Rotors (180° el.) andauernder Steuersignale, in Abhängigkeit von deren Vorzeichen jeweils mit einer Wicklung in Reihe geschaltete Halbleiterschalter, vorzugsweise Schalttransistoren, für eine elektrische Halbdrehung des Rotors (180°el.) einscha!tbar sind, und mit strombeeinflussenden Steuergliedern, die jeweils zwei Wicklungen eines Stranges, die 180° el. gegeneinander versetzt sind, zugeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die strombeeinflussenden Steuerglieder als steuerbare Stromgeneratoren (Ei; E2) mit einem Steuereingang (C 1; C2) ausgebildet sind, deren Ausgangsstrom dem am Steuereingang (Cl; C2) anstehenden Signal (Uc\; Ugi) proportional ist, daß jeweils ein Stromgenerator (Ei; E2) zur Speisung von zwei Wicklungen (Wl, W2; W3, tV4),dieum 180°el. gegeneinander versetzt sind, vorgesehen ist und daß dem Steuereingang (Cl; C2) der Betrag (U_C\; Um) des momentanen Steuersignals (Ul; U2) des zugehörigen galvanomagnetischen Wandlers (Hl; H 2) zugeführt ist.

2. Gleichstrommotor nach Patentanspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß als galvanomagnetischer Wandler (Hl, H2) Hallgeneratoren eingesetzt sind.

3. Gleichstrommotor nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet daß jedes der Steuersignale (Ul, i/2) einem Grenzwertmelder (S I, S2) mit dem Schwellwert Null und mit zwei antivalenten Ausgängen zugeführt ist und daß die an den antivalenten_ Ausgängen anstehenden Signale (Us\, Ust, Us2, Us₂) der Grenzwertmelder (Si; S2) den Steueranschlüssen der zugehörigen Halbleiterschalter (Tl, T2; T3, 7"4) zugeführt sind.

4. Gleichstrommotor nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Betragsbildung jedes der beiden Steuersignale (U 1; t/2) der galvanomagnetischen Wandler (Hl; H2) einem schwellwertfreien Gleichrichter (Gl; G2) zugeführt ist

5. Gleichstrommotor nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß als steuerbarer Stromgenerator (El; E2) jeweils ein im analogen Bereich betriebener Transistor (TS; T6) dient, dessen Basisanschluß den Steuereingang bildet und dessen Schaltstrecke über einen Widerstand (R 4, R 5) einerseits mit dem nicht unmittelbar mit den Wicklungen (Wl, W2, W2, W4) verbundenen Pol der Gleichspannungsquelle (0 bzw. — Ub), andererseits mit dem Verbindungspunkt (Vl; V2) der den um 180° el. gegeneinander versetzten Wicklungen (Wl, W2; W3, WA) abgewandten Anschlüsse der Schaltstrecken der Halbleiterschalter (T I, T2; T3, TA) verbunden ist.