DE3011307A1 - Ansteuerschaltung fuer einen buerstenlosen gleichstrommotor - Google Patents
Ansteuerschaltung fuer einen buerstenlosen gleichstrommotorInfo
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Description
TEH MEER - MÜLLER - S TE INJM El S TE R SOny Corp . — S80P14
BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft eine Ansteuerschaltung für einen in beiden Drehrichtungen laufenden bürstenlosen Gleichstrommotor
der im Oberbegriff von Patentanspruch 1 genannten Art.
Bei bekannten Ansteuerschaltungen für den genannten Zweck
ist wegen der Ventilwirkung der Schaltelemente bei Dreh-· richtungsumkehr eine Umkehr der Stromflußrichtung unmöglich;
statt dessen wird die Phase um 180° gedreht. Damit gilt folgendes: Wenn in der Normaldrehrichtung der Strom durch
die Wicklungen gegenüber den N-Feldmagneten in einer Richtung fließt, dann fließt der gleiche Strom in der Gegendrehrichtung
auch durch jene Wicklungen, welche den S-FeIdmagneten
gegenüberliegen.
Als Drehwinkelsensor an dem bürstenlosen Gleichstrommotor
können entweder ein Hall-Element zur Phasendrehung des Positionsmeldesignals um 180°, eine Art Lichtschranke in
Verbindung mit am Rotorumfang befestigten Blendenabschnitten oder je ein fest am Stator angebrachter Lichtsender und
Lichtempfänger in Verbindung mit über bestimmte Rotorumfangsabschnitte
verteilten reflektierenden und nichtreflektierenden Abschnitten verwendet werden.
Alle diese bekannten Drehwinkelsensoren für bürstenlose
Gleichstrommotoren bringen es mit sich, daß die Phasenverschiebung um 180° nur unter größeren Schwierigkeiten und
mit erheblichem Aufwand möglich ist.
Gewöhnlich wird für einen zweiphasigen bürstenlosen
Wechselfeld-Gleichstrommotor eine Torschaltung zur Auswahl entweder des Drehwinkelmeldesignals des Lichtsensors oder
des in der Phase gedrehten Signals benötigt, um das Drehwinkelsignal einem Inverter zuzuführen. Die Torschaltung
wird durch ein Steuersignal so beeinflußt, daß entweder das Dreh-
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winkelmeldesignal oder eine um 180° in der Phase gedrehte
Variante dieses Signals ausgewählt wird. Eine solche Ansteuerschaltung ist sehr kompliziert.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfachere und wirksamere Ansteuerschaltung der eingangs genannten
Art aufzuzeigen.
Die erfindungsgemäße Lösung der gestellten Aufgabe ist
kurz gefaßt im Patentanspruch 1 angegeben.
Vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind
in Unteransprüchen aufgeführt.
Nachstehend wird ein die Merkmale der Erfindung aufweisendes Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf eine
Zeichnung, die auch den Stand der Technik enthält, näher erläutert. Darin zeigen:
Fig. 1 eine Querschnittsdarstellung eines herkömmlichen
zweiphasigen bürstenlosen Gleichstrommotors, der im Zusammenhang mit der Erfindung verwendbar ist;
Fig. 2 und 3 graphische Darstellungen zum Drehmomentverlauf der A-Phasenwicklungen bzw. A- und B-Phasenwicklungen
des Motors von Fig. 1;
Fig. 4A und 4B eine graphische Darstellung von Stromumschaltsignalen
für die A- und B-Phasenwicklungen,
Fig. 5 und 6 schematische Schaltbilder einer herkömmlichen Ansteuerschaltung für Drehrichtungsumkehr;
Fig. 7A und 7B je eine erfindungsgemäße Ansteuerschaltung
für die Normaldrehrichtung und die Gegendrehrichtung;
Fig. 8 ein schematisches Schaltbild eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen An-
35 steuerschaltung;
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Fig. 9 ein Schaltbild der in einen integrierten Hybrid-Schaltkreis
einbezogenen Steuerschaltung von Fig. 8 und
Fig. 10, 11 und 12 je eine Abwandlung der Ansteuerschaltung
von Fig. 8.
Nachstehend werden zunächst in Verbindung mit Fig. 1 bis Fig. 6 verschiedene Probleme erläutert, mit denen der
Stand der Technik behaftet ist. Bürstenlose Wechselphasenmotoren, wie sie im Zusammenhang mit der Erfindung verwendet
werden, haben im allgemeinen in gewissen Drehwinkelbereichen ein Null-Drehmoment; sie brauchen deshalb eine
Anlauf-Hilfseinrichtung.
Außerdem ist aus der US-Patentanmeldung No. 894 487 der gleichen Anmelderin ein bürstenloser Gleichstrommotor bekannt,
dessen Drehmoment in keinem Drehwinkelbereich auf Null zurückgeht, weil dieser Motor eine Einrichtung besitzt,
welche die Intensität des Magnetflusses, welcher die Wicklungen im Bereich der Polaritätsumkehr des
Magnetflusses durchsetzt, abschwächt. Ferner sind bei diesem Motor die beiden Strompfadabschnitte der Wicklung,
durch die der Strom in einer ersten Richtung und in einer zweiten entgegengesetzten Richtung fließt, voneinander
um einen elektrischen Winkel getrennt, der kleiner als 180° ist. In Fig. 1 ist ein Beispiel für einen zuvor beschriebenen
vierpoligen bürstenlosen Wechselphasen-Gleichstrommotor dargestellt. Am Innenumfang eines auf
einer Motorwelle 7 befestigten Rotorjoches 1 sind vier Permanentmagnete 2a, 2b, 3a, 3b befestigt, von denen
jeweils ein Magnetpaar 2a und 2b mit entgegengesetzter Polarität einen elektrischen Winkel von 360°, und das
andere Magnetpaar 3a und 3b einen anderen elektrischen Winkel von 360° einnimmt. Ein innerhalb des RotorJoches
befindlicher Statorkern 4 trägt auf seiner Umfangsober-
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fläche A-Phasenwicklungen 5A1, 5A„ sowie B-Phasenwicklungen
5B1 und 5B2- Die A-Phasenwicklungen 5A1 und
5A2 sind durch einen elektrischen Winkel von 360° voneinander
getrennt, miteinander in Serie geschaltet und liegen elektrisch in der gleichen Phase. In ähnlicher
Weise sind die B-Phasenwicklungen 5B.. und 5B_ elektrisch
gleichphasig und miteinander in Serie verbunden. Die Magnete 2a, 2b, 3a, 3b nehmen jeweils einen Zentralwinkelbereich
von 140° in bezug auf den elektrischen Winkel ein. Als Beispiel ist eine Grenze zwischen dem
N-Polmagneten 3b und dem S-Polmagneten 2a als Drehwinkel-Position
0° definiert. In elektrischen Winkelbereichen von 140° bis 220° liegen sich Luftspalte 6a und 6b
gegenüber. Die ersten bzw. zweiten Strompfadabschnitte V und U der A- und B-Phasenwicklungen 5... sind gegenseitig
um einen elektrischen Winkel von 100° getrennt.
In Fig. 2 ist das durch die A-Phasenwicklungen 5A. und
5A2 erzeugte Drehmoment graphisch dargestellt, ein den
ersten Strompfadabschnitt V der A-Phasenwicklungen durchsetzender Magnetfluß ist durch eine Kurve a dargestellt.
Bei den Luftspalten 6a und 6b wird er auf ein Minimum reduziert. Das Drehmoment gemäß Kurve a entsteht, während
ein gleichmäßiger Strom durch die A-Phasenwicklungen 5A- und 5A2 fließt. Außerdem fließt durch den zweiten Strompfadabschnitt
U der A-Phasenwicklungen ein Strom mit gegenüber dem Stromfluß durch den ersten Abschnitt V
entgegengesetzter Flußrichtung fort. Beide sind gegenseitig um 100° phasenverschoben. Folglich entsteht durch den
zweiten Strompfadabschnitt U ein als unterbrochene Kurve b dargestelltes Drehmoment. Auf diese Weise wird von den
beiden Strompfadabschnitten V und U der A-Phasenwicklungen ein als Kurve A dargestelltes zusammengesetztes Drehmoment
erzeugt, welches sich in einer Richtung über einen
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elektrischen Winkel von mehr als 180° erstreckt.
Die A- und B-Phasenwicklungen erzeugen je ein positives Drehmoment über einen elektrischen Winkel von mehr als
180°, wie in Fig. 2 dargestellt. Wenn Schaltglieder zur Ansteuerung der A-Phasenwicklungen 5A../ 5A- und B-Phasenwicklungen
5B1, 5B2 in Abhängigkeit von in Fig. 4A
und 4B dargestellten Umschaltsignalen abwechselnd ein- und ausgeschaltet werden, dann gibt der bürstenlose Motor
das in Fig. 3 dargestellte durchgehende Drehmoment ab.
Bei diesem bürstenlosen Motor wird der Magnetflußverlauf durch die Luftspalte 6a und 6b teilweise verzerrt. Wenn
daher der durch die Feldmagnete erzeugte Magnetfluß durch einen Hall-Detektor abgetastet wird, können die jeweils
um 180° elektrisch versetzten Stromumschaltsignale von Fig. 4A und 4B nicht durch ein Hall-Element geformt werden.
Aus diesem Grund sind bei dem Motor in Fig. 1 zur Ausbildung der StromumschaItsignale Blenden 8 und 9 am Rotorjoch
1 befestigt, die jeweils einen Winkel von 180° überstreichen und außerdem um 180° zueinander versetzt liegen.
Bei laufendem Motor unterbrechen die Blenden 8 und 9 abwechselnd eine Lichtstrecke zwischen einem Lichtsender
und einem Lichtempfänger.
Bei der in Fig. 5 dargestellten herkömmlichen Ansteuerschaltung
für Drehrichtungsumkehr des zuvor beschriebenen bürstenlosen Wechselphasen-Motor gibt eine in Serie mit einem Widerstand
R-] an einer Versorgungs spannung V liegende Leuchtdiode 10 Licht ab, welches in den freien Zwischenräumen
zwischen den Blenden 8 und 9 von einem Phototransistor T-] aufgenommen und über eine nachgeschaltete Emitterfolgerschaltung,
bestehend aus einem Transistor T2 und einem
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Widerstand R3, in das in Fig. 4A dargestellte Umschaltsignal
A umgesetzt wird. Bei diesem Signal wechseln sich hochliegende und tiefliegende Intervalle nach je 180°
Drehwinkel ab. Dieses Umschaltsignal A geht an ein NAND-Glied G-) und ein Umkehrglied 13 . An einem Eingang 11
liegt ein Steuersignal K an, welches in der normalen Laufrichtung des Motors hoch, in der Gegendrehrichtung
jedoch tief liegt. Dieses Steuersignal K geht zu einem Eingang eines NAND-Gliedes G3 und über ein Umkehrglied
zu dem anderen Eingang des NAND-Gliedes G-] .
Folglich geht bei in Normaldrehriehtung umlaufendem Motor
das Umschaltsignal A über das Umkehrglied I3 und das NAND-Glied G3 zu einem NAND-Glied G2, und da der Ausgang
des NAND-Gliedes G-] zu diesem Zeitpunkt den Wert "1" hat,
gelangt das Umschaltsignal A über das NAND-Glied G2 und
einen Schalttransistor T4 zu den B-Phasenwicklungen 5B^
und 5B„. Der Schalttransistor T. wird nach dem Umschaltsignal
B von Fig. 4B ein- und ausgeschaltet. Ferner geht der Ausgang des NAND-Gliedes G2 über ein Umkehrglied I2
zu einem Schalttransistor T3 für die A-Phasenwicklungen 5A| und 5A2, der Schalttransistor T3 wird also gegenphasig
zum Transistor T4 ein- und ausgeschaltet. Auf diese Weise fließen abwechselnd Steuerströme durch die
A-Phasenwicklungen 5A1, 5 A- bzw. die B-Phasenwicklungen
5B , 5B , die den Motor in Normalrichtung rotieren lassen.
In der entgegengesetzten Motorlaufrichtung geht das Emitterfolgersignal von Fig. 4A über die NAND-Glieder
G-] und G2 zum Schalttransistor T4 , während der Ausgang
von NAND-Glied G3 in Fig. 5 über das Umkehrglied I3 zum
Schalttransistor T3 geht. Jetzt werden die Transistoren
T3 und T4 mit zur Normaldrehung umgekehrter Phasenlage
ein- und ausgeschaltet.
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Fig. 6 zeigt Einzelheiten der Schaltung von Fig. 5. Danach besteht das Umkehrglied I1 von Fig. 5 aus einem Transistor
T„ und einem Widerstand R2, das NAND-Glied G1 von
Fig. 5 aus einem Transistor T5 sowie Widerständen R10 und
R11, das Umkehrglied I, von Fig. 5 aus einem Transistor Tg
Sowie Widerständen R1 ? und R1-D/ das NAND-Glied G-, aus
einem Transistor T7 sowie Widerständen R14 und R1C' ^as
NAND-Glied G0 aus Dioden D1, D„ sowie einem Widerstand R1 c,
Z Λ λ Ιο
und schließlich das umkehrglied I0 von Fig. 5 aus einem
Transistor TD und einem Widerstand Rc. Die Basis des
ο b
Schalttransistors T. wird über einen Spannungsteiler R^
und R7 versorgt.
Die so ausgebildete herkömmliche Zweirichtungs-Ansteuer-11J
schaltung für den bürstenlosen Gleichstrommtor in Verbindung
mit der blendengesteuerten Lichtschranke ist kompliziert und aufwendig.
In Fig. 7A und 7B ist eine erfindungsgemäße Ansteuerschaltung
für die Normal- bzw. Gegendrehrichtung des Motors, und in Fig. 8 eine erfindungsgemäße Ansteuer
schaltung dargestellt.
Wie eingangs erwähnt, wird das Drehmoment bei dem benutzten zweiphasigen bürstenlosen Motor an keiner Stelle Null. Die
Drehmoment-Kurven für Normal- und Gegendrehrichtung sind nicht unterschiedlich, und die in Fig. 3 dargestellten
DrehmomentLücken treten in der Gegendrehrichtung in regelmäßigen Winkelabständen auf. Wenn im Zusammenhang
mit der Erfindung ein solcher bürstenloser Gleichstrommotor verwendet wird, dann wird vorzugsweise die Rückwärts-Ansteuerschaltung
als Bremsschaltung benutzt, welche den Motor in der Normaldrehrichtung schnell zum
stehen bringt.
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In Fig. 7A gelangt das Umschaltsignal A für die Normaldrehrichtung
vom Kollektor des Transistors T~ über einen Widerstand R. zu einem NPN-Transistor T1„, der die A-Phasenwicklungen
5A1 und 5A~ entsprechend dem Umschaltsignal
A ein- und ausschaltet. Das gegenphasige Umschaltsignal B geht vom Kollektor des Transistors T1Q über
Widerstände Rg und R7 zu dem Schalttransistor T. für die
B-Phasenwicklungen 5B1 und 5B2- So werden die Transistoren
T4 und T3 gegenphasig abwechselnd ein- und ausgeschaltet.
Folglich erhalten die A- und B-Phasenwicklungen ihre Steuerströme abwechselnd mit einem 180°-Versatz, der Motor
rotiert in Normairichtung.
In der Ansteuerschaltung für die Gegendrehrichtung in
Fig. 7B gelangt das Umschaltsignal A vom Kollektor des Transistors T2 über einen Widerstand R. zu einem PNP-Transistor
T ... Im Gegensatz zu Fig. 7A schaltet hier der
Schalttransistor T3 die A-Phasenwicklungen 5A1 und 5A in
Abhängigkeit von dem Umschaltsignal B am Kollektor des Transistors T11 abwechselnd ein und aus. Andererseits gelangt
das Umschaltsignal A vom Emitter des Transistors T11
über die Widerstände Rc und R-, zum Schalttransistor T..
Folglich schalten die Transistoren T_ und T. mit entgegengesetzter
Phase zu Fig. 7A ein und aus, der Motor läuft rückwärts.
Durch Verwendung je eines PNP-Transistors und eines NPN-Transistors
in den zuvor beschriebenen Schaltungen für Normal- und Gegendrehrichtung können zwei annähernd
gleiche Grundschaltungen verwendet werden. Die Ansteuerschaltung in Fig. 8 kann durch eine Kombination
der Schaltungen von Fig. 7A und 7B verwirklicht werden.
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In Fig. 8 fließt der Betriebsstrom der Ansteuerschaltung von der Stromquelle +V durch die Leuchtdiode 10 hindurch,
er wird reduziert. Das Umschalteignal A vom Kollektor des
Transistors T2 geht über den Widerstand R4 zur Basis des
NPN-Transistors T1n und ferner über einen Widerstand R7
zur Basis des Transistors T1-. Beide Transistoren T1n und
T11 sind parallel geschaltet. Eine Verbindungsleitung 12
zwischen dem Kollektor des Transistors T1n und dem Emitter
des Transistors T1„ ist über den Widerstand Rc mit der
11 ο
Basis des Schalttransistors T4 für die B-Phasenwicklungen
verbunden. In ähnlicher Weise ist eine den Emitter des Transistors T1n mit dem Kollektor des Transistors T11 verbindende
Leitung 13 mit der Basis des Schalttransistors T^ für die A-Phasenwicklungen verbunden. Folglich arbeiten
die Transistoren T1n und T11 als Phasendrehglieder in
bezug auf das Umschaltsignal und die Stromverstärker.
Das bei Normaldrehrichtung hochliegende und in Gegendrehrichtung tiefliegende Steuersignal K gelangt vom Eingang
11 über eine Diode D4 zur Basis des Transistors T10 und
ferner über einen Widerstand R-„ zur Basis des Transistors
T1-. Eine Diode D^ schützt den Transistor T11 vor Gegenspannung
an seiner Basis.
Da das hochliegende Steuersignal K bei normal drehendem Motor an der Basis von Transistor T1 liegt, ist dieser
Transistor ohne Rücksicht auf das Umschaltsignal A ständig gesperrt, nur der Transistor T1n wird nach dem Umschaltsignal
ein- und ausgeschaltet. Der Transistor T4 wird von dem entgegengesetzten Umsehaltsignal B von Transistor T1n
ein- und ausgeschaltet, während Transistor T3 durch das
Umschaltsignal A vom Emitter des Transistors T ein- und ausgeschaltet wird. Dadurch werden die A- und B-Phasenwicklungen
mit um 180° versetzter Phase erregt, der Motor 5 läuft in Normaldrehrichtung um.
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In der Gegendrehrichtung gelangt das tiefliegende Steuersignal K vom Eingang 11 über die eingeschaltete Diode D
zum Transistor T1n, und dieser wird gesperrt. Jetzt wird
der Transistor T11 nach dem Umschaltsignal A ein- und
ausgeschaltet. Im Gegensatz zur Normaldrehrichtung wird der Schalttransistor T. nach dem Umschaltsignal A vom
Emitter des Transistors T11 ein- und ausgeschaltet, und
der andere Schalttransistor T3 wird nach dem am Kollektor
des Transistors T11 gewonnenen Umschaltsignal B ein- und
ausgeschaltet. Jetzt werden die A-Phasenwicklungen 5Aw
5A„ und die B-Phasenwicklungen 5B1, 5B^ abwechselnd, mit
180°-phasenversetzt und entgegengesetzt zur Normaldrehrichtung
aktiviert, der Motor läuft in Gegendrehrichtung.
Das tiefliegende Steuersignal gelangt für einen bestimmten Zeitraum an den Eingang 11, um die Normaldrehrichtung
des Motors abzubremsen, wenn die Schaltung der Fig. 8 auf Gegendrehrichtung geschaltet wird. Außerdem
erhalten die A- und B-Phasenwicklungen eine Servosteuerspannung V zur Regulierung der Motordrehzahl.
In Fig. 9 ist die Motoransteuerschaltung von Fig. 8 als integrierter Hybrid-Schaltkreis ausgebildet, d.h. annähernd
alle Schaltungselemente von Fig. 8 mit Ausnahme der Leuchtdiode 10 und der Phototransistoren T. und T„
sind zu einem integrierten Schaltkreis, kurz IC 14 genannt,
zusammengefaßt. In Fig. 9 dient eine Diode D_ als Schwellschalter,
welcher den Transistor T. für die B-Phasenwicklungen beispielsweise in der Normaldrehrichtung vollständig
sperrt und den Transistor T-. für die A-Phasenwicklungen
einschaltet. Bei durchgeschalteten Transistoren T10 und T3 sind die Potentiale auf Leitung 12 und an
der Basis von Transistor T_ annähernd gleich. Dagegen wird das Potential auf Leitung 12 durch den Widerstand R7
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und die Diode D_ abgesenkt und dadurch der Transistor T,
vollständig gesperrt. Eine Diode D_ kann auch durch den Widerstand Rß wie bei der Schaltung in Fig. 8 ersetzt
werden.
5
5
Wenn Transistor T. und T3 durchgeschaltet sind, dann ist
das Potential auf Leitung 12 = (V„„, . . + V_.„) , worin
uJi v s at) aiii
Vr , . die Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung von
Transistor T._ und V die Basis-Emitterspannung von
I U BJi
Transistor T., ist. Diese beiden genannten Spannungen
könnten aufgrund von Transistortoleranzen oder Spannungsschwankungen zu groß werden, so daß das Potential auf
Leitung 12 größer wird als ein geregelter Wert. Wenn die Transistoren T10 und T3 durchgeschaltet sind, dann
schaltet Diode D7 ein, um Transistor T. einzuschalten.
Transistor T. ist dann immer eingeschaltet, es kann keine Stromumschaltoperation stattfinden, der Motor bleibt
stehen.
Zur Vermeidung dieses Fehlers liegt eine Verbindungsdiode D, zwischen der Leitung 12 und dem Kollektor des Transistors
T3, welche bei durchgeschalteten Transistoren T10
und T, eine erhöhte Spannung auf Leitung 12 an den Kollektor von T,, d.h. an Massepotential ableitet. Damit
wird auch unter ungünstigen Bedingungen die abwechselnde Ein- und Ausschaltung der Transistoren T_ und T. sichergestellt.
Zur Flankenberuhigung der Basisströme (Stromumschalt—
signale) der Transistoren T-. und T4 dienen Kondensatoren
C. und C-. Dadurch werden Hochfrequenz-Komponenten an
den Wicklungen weitgehend reduziert und mechanische sowie elektrische Geräusche bzw. Störungen am Motor weitgehend
unterdrückt. Diese Kondensatoren C1 und C7 können entweder
die Kollektoren oder die Basen der Transistoren T3
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und T. mit Masse verbinden. Der letztgenannte Fall ist in Fig. 9 dargestellt; die Kapazitäten können kleiner sein.
Bei der in Fig. 10 dargestellten Abwandlung einer Ansteuerschaltung
für zwei Drehrichtungen geht - im Gegensatz zu Fig. 8 - das Steuersignal K vom Eingang 11 über den Widerstand R-. zu den
Phototransistoren T1 und T~, und ferner über eine Diode
D0 zur Basis des PNP-Transistors P- -. In der Normaldrehrichtung
liegt das Steuersignal K hoch, der Transistor T.^ ist gesperrt. Das Umschaltsignal vom Kollektor des Transistors
T wird durch Widerstände R„o und R21 geteilt und
der Basis des Transistors T1n zugeführt. Der Transistor
T_. wird nach dem Ümschaltsignal A am Emitter von Transistor
T10, und der andere Transistor T. nach dem Ümschaltsignal
B vom Kollektor des Transistors T10 abwechselnd
ein- und ausgeschaltet.
In der Gegendrehrichtung liegt durch das tiefliegende Steuersignal K der Kollektor des Transistors T2 niedrig,
und der Transistor T1 ist gesperrt. Je nach den Winkelpositionen
der Blenden 8 und 9 wird die Impedanz der Phototransistoren T. und T„ abwechselnd hoch und niedrig.
Da der Basisstrom des Transistors T1 . über den Widerstand
R. und die Transistoren T1, T2 fließt, wird der Transistor
T11 mit der gleichen Phase wie T2 ein- und ausgeschaltet.
Jetzt wird das Umschaltsignal A für die Umschaltung des Transistors T4 am Emitter, und das Umschaltsignal
B für die Umschaltung des Transistors T3 am
Kollektor des Transistors T11 erzeugt.
Bei einer in Fig. 11 dargestellten Abwandlung gegenüber
Fig. 8 gelangt das Steuersignal K über Dioden Dg und D1Q
jeweils an die Basis des Transistors T10 bzw. T11- Mit
hochliegendem Steuersignal K wird die Diode Dq durchge-
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schaltet und der Transistor T11 gesperrt, so daß der
Motor über den Transistor T10 in Normalrichtung läuft.
Mit sinkendem Steuersignal wird die Diode D10 eingeschaltet
und der Transistor T10 gesperrt, so daß jetzt
der Motor rückwärts über den Transistor T11 läuft.
Bei einer in Fig. 12 dargestellten weiteren Abwandlung der Ansteuerschaltung von Fig. 8 wird das
Umschaltsignal für den Schalttransistor T. vom Kollektor des anderen Schalttransistors T, abgenommen, so daß die
beiden Transistoren T. und T-. stets gegenphasig angesteuert
werden. Wenn der Transistor T., gesperrt ist, fließt
der Basisstrom durch die A-Phasenwicklungen 5A1 und 5A
sowie über den Widerstand Rg zum Transistor T., und letzterer wird eingeschaltet. Im übrigen sind die
Betriebsverhältnisse in der Normal- und der Gegendrehrichtung hier wie in der Schaltung von Fig. 8 gleich.
Im Rahmen der Erfindung sind weitere Abwandlungen möglich.
Außer auf einen zweiphasigen bürstenlosen 180°-Umschaltmotor
kann die Erfindung auch auf einen vierphasigen bürstenlosen 180°-Umschaltmotor angewendet werden. Im
letztgenannten Falle sind dann außer A- und B-Phasenwicklungen noch C- und D-Phasenwicklungen mit zugehörigen
AnsteuerSchaltungen nach Art von Fig. 8 bis Fig. 12 vorhanden.
An Stelle der zuvor beschriebenen Lichtschranken-Drehwinkelabtastung
können auch andere Elemente mit veränderlichem Magnetwiderstand, mit veränderbarer Kapazität,
Hall-Elemente oder Magnetsonden zur Erfassung des Drehwinkels verwendet werden.
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ORIGINAL INSPECTED
Claims (1)
- PAT E N TA N WA LTETER MEER - MÜLLER - STEIN MEISTEROolm Europfilochon Pnlontnmt zugolimonu Vorltotor Prof. Representatives before the European Patent Office - Mandatalres agrees pres I'O'ftce europien des brevetsDipl.-Chem. Dr. N. ter Meer Dipl.-lng. H. Steinmeister Dipl.-lng. F. E. Müller siekorwall 7Triftstrasse 4, Siekerwall 7,D-8000 MÜNCHEN 22 D-4800 BIELEFELDCase: S80P14Mü/Gdt/hm 24. März 1980SONY CORPORATION 7-35 Kitashinagawa 6-chome, Shinagawa-ku, Tokyo /JapanAnsteuerschaltung für einen bürstenlosen GleichstrommotorPriorität: 24. März 1979 - Japan - No. 34941/1979PATENTANSPRÜCHE[ 1.JAnsteuerschaltung für einen in beiden Drehrichtungen ^— laufenden bürstenlosen Gleichstrommotor, mit mindestens einem ersten und einem zweiten Schaltelement zur abwechselnden Erregung mindestens einer ersten und einer zweiten Statorwicklung des Motors, einem Sensorelement zur Abtastung eines Rotordrehwinkels an dem Motor, und mit einer dem Sensorausgang nachgeschalteten Schaltung zur Erzeugung, Formung und Zuführung eines ersten Umschaltsignals zum ersten Schaltelement und eines zweiten < Umschaltsignals zum zweiten Schaltelement, wobei das zweite Signal gegenüber dem ersten Signal phasenverschoben030047/06UORIGINAL INSPECTEDTER MEER - MÜLLER - STEINMEISTERSony Corp. - S80P14ist und in der Signalformerschaltung oder an dem ersten Schaltelement auftritt, dadurch gekennzeichnet , daß- die Signalerzeuger- und -formerschaltung (Fig. 8...12) einen NPN-Transistor (ΊΊ0) und einen PNP-Transistor (T11) in Parallelschaltung zueinander enthält, von denen selektiv der eine oder der andere das erste Umschaltsignal an das erste Schaltelement (T3) abgibt; und daß- eine an die Signalerzeugerschaltung angeschlossene Wähleinrichtung (D4, R18, 11) in Abhängigkeit von einem ihr zugeführten Steuersignal (K) entweder den einen oder den anderen der beiden Transistoren (T10; T11) durchschaltet und das erste Umschaltsignal je nach getroffener Transistorwahl in der Phase umkehrt, so daß in dem einen Zustand des Steuersignals der NPN-Transistor die Wicklungen (5A1, 5A„; 5B , 5B„) in einer vorgegebenen Phasenbeziehung ansteuert, so daß der Motor in der einen Drehrichtung läuft, jedoch in dem anderen Zustand des Steuersignals der PNP-Transistor die Wicklungen abwechselnd mit entgegengesetzter Phase ansteuert, so daß dann der Motor entgegengesetzt dreht.2. Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Ausgang des Sensorelements (T1) mit den Basen des NPN-Transistors und den PNP-Transistors (T10, T11) verbunden, der Emitter des NPN-Transistors und der Kollektor des PNP-Transistors gemeinsam an eine erste Signalleitung (13) angeschlossen, der Kollektor des NPN-Transistors und der Emitter des PNP-Transistors gemeinsam an eine zweite Signalleitung030CU7/06A4TER MEER - MÜLLER - STEINMEISTERSony Corp. - St— 3 —angeschlossen, und die Spannungsquelle (+V) über einen Widerstand (R5) an die zweite Signalleitung gelegt ist, wobei das erste Umschaltsignal (A) von der ersten Signalleitung verfügbar ist und dem ersten Schaltelement (T3) zugeführt wird.3. Ansteuerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das zweite Umschaltsignal (B) dem zweiten Schaltelement (T4) über die zweite Signalleitung (12) zugeführt wird.4. Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Wähleinrichtung eine zwischen den Basen des NPN- und des PNP-Transistors liegende Serienschaltung aus einer Diode (D4) und einem Widerstand (R18) umfaßt, und daß das Umschalt-Steuersignal (K) an einen Verknüpfungspunkt zwischen Diode und Widerstand zugeführt wird, so daß im hochliegenden Zustand des Steuersginais die Diode gesperrt ist und den PNP-Transistor sperrt, jedoch bei tiefliegendem Steuersignal die Diode durchgeschaltet ist, um den NPN-Transistor zu sperren.5. Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Sensorelement ein Lichtsensor (T1) ist, der durch Abtastung eines auf einen vorgegebenen Rotor-Umfangswinkel beschränkten Lichtpfades am Umfang des Rotors (1) die Winkelposition des Rotors ermittelt.6. Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Ausgang des Sensorelementes (T1) über vorgegebene Drehwinkelbereiche des Rotors (1) abwechselnd hoch und niedrig030047/0644Sony Corp.TER MEER - MÜLLER - STEINMEISTER-A-gesteuert wird, um dadurch den NPN-Transistor (T10) ein- und auszuschalten und den PNP-Transistor (11) aus- und einzuschalten.7. Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das zweite Schaltelement (T4) das zweite Umschaltsignal über eine an die zweite Signalleitung (12) angeschlossene und durch zwei in Serie geschaltete Widerstände (R6, R7) gebildete Spannungsteilerschaltung erhält, deren Mittelpunkt an das zweite Schaltelement angeschlossen ist.8. Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen Basis und Emitter des PNP-Transistors (T11) eine Diode (D5) als Schutz vor Gegenspannung angeschlossen ist.9. Ansteuerschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet , daß gegenüber dem Lichtsensor (T1) ein lichtaussendendes Element (10) angeschlossen ist, durch welches der Betriebsstrom für die Signalausbildungsschaltung fließt.10. Ansteuerschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dem zweiten Schaltelement (T4) das zweite Umschaltsignal über eine an die zweite Signalleitung (12) angeschlossene Spannungsteilerschaltung zugeführt wird, die aus einer Serienschaltung aus einer Diode (D7) und einem Widerstand (R7) besteht und deren Mittelpunkt an das zweite Schaltelement angeschlossen ist.11. Ansteuerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das erste und das zweite Schaltelement durch einen ersten und einen030047/0844ORlGiNAL INSPECTEDTER MEER - MÜLLER - STEINMEISTERSony Corp..mi?07— 5 —zweiten Transistor (T3, T4) gebildet werden, und daß der Kollektor des ersten Transistors durch eine Diode mit der zweiten Signalleitung (12) verbunden ist, so daß bei durchgeschaltetem erstem Transistor (T3) das Potential der zweiten Signalleitung mit dem Kollektorpotential des ersten Transistors verbunden ist.12. Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Wähleinrichtung eine Diode (D8) zum Anlegen des Rückwärtssteuersignals (K) an die Basis des PNP-Transistors (T11) und einen Widerstand (R3) zum Anlegen des Rückwärtssteuersignals an das Sensorelement (T1) umfaßt, so daß bei hochliegendem Steuersignal die Diode durchgeschaltet, der PNP-Transistor gesperrt und der NPN-Transistor (T10) abhängig von dem Ausgang des Sensorelementes ein- und ausgeschaltet wird.13. Ansteuerschaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet , daß bei tiefliegendem Steuersignal die Diode (D8) gesperrt ist, um den PNP-Transistor (T11) durchzuschalten, der Ausgang des Sensorelementes (T1) absinkt, um den NPN-Transistor (T10) zu sperren, und daß der PNP-Transistor in Abhängigkeit von dem leitenden und nicht-leitenden Zustand des Sensorelementes ein- und ausgeschaltet wird.14. Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Wähleinrichtung aus einer ersten und einer zweiten Diode (D9,D1O) zum Anlegen des Steuersignals (K) an die NPN- und PNP-Transistoren (T10, T11 * besteht, so daß bei hochliegendem Steuersignal die durchgeschaltete zweite Diode den PNP-Transistor sperrt und bei tiefliegendem Steuersignal die durchgeschaltete erste Diode den NPN-Transistor sperrt.030047/OSA4I i:W Ml'KR ■ MULI.I.H - STEINMEISTERSony Corp. - S80P1415. Ansteuerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das zweite Umschaltsignal (B) an dem Verknüpfungskpunkt zwischen dem ersten Schaltelement (T3) und der ersten Wicklung (5A., 5A~) abgreifbar ist und dem zweiten Schaltelement(T4) zugeführt wird.6 . Ansteuerschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche für einen bürstenlosen Wechselphasen-Gleichstrommotor mit einem einzigen Sensor, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Paar magnetischer Feldpole (2a, 2b, 3a,3b) und eine Einrichtung (6a, 6b) zur Reduzierung der Intensität des die Spulen in der Nähe des Magnetfluß-Polaritätsumschaltbereiches durchsetzenden Magnetflusses vorhanden sind, und daß erste Strompfadabschnitte (V) der beiden Statorwicklungen (5 ...), wo der Strom in einer ersten Richtung fließt, und zweite Strompfadabschnitte (ü) der beiden Statorwicklungen, wo der Strom entgegengesetzt fließt, um elektrische Winkel von weniger als 180° voneinander getrennt sind, so daß in keinem Drehwinkelabschnitt eine Drehmomentlücke auftreten kann.17. Ansteuerschaltung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß die ersten und zweiten Statorwicklungen jeweils in Serie geschaltete erste bzw. zweite Wicklungen (5A1, 5A~ ; 5B ,5B_) umfassen, die durch elektrische Winkel von 360° voneinander getrennt sind, und daß vier magnetische Feldpole (2a, 2b, 3a, 3b) vorhanden sind.18. Ansteuerschaltung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Rotor (1) mindestens eine sich über einen Teilumfang erstreckende Blende (8, 9) aufweist; und daß das Sensorelement durch030047/0644TER MEER - MÜLLER - STEINMEISTERSony Corp. - S80P14einen Lichtsensor (T1) und ein lichtaussendendes Element (10) gebildet ist, die sich gegenüberliegend und durch die Blende trennbar an dem Stator befestigt sind.19. Ansteuerschaltung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet , daß bei Betrieb des Motors in einer Drehrichtung das Drehrichtungs-Steuersignal (K) für einen vorgegebenen Zeitraum umgekehrt wird, um den Motor durch ein Gegendrehmoment elektromagnetisch zu bremsen.20. Ansteuerschaltung für einen bürstenlosen Gleichstrommotor mit mindestens zwei Statorwicklungen, die in Abhängigkeit von einem Drehwinkel-Meldesignal abwechselnd erregt werden, dadurch gekennzeichnet , daß in Abhängigkeit von dem Drehwinkel-Meldesignal ein NPN-Transistor (T10) und ein PNP-Transistor (T11) in der Weise ein- und ausgeschaltet werden, daß die beiden Statorwicklungen (5...) in der Normal-Drehrichtung des Motors abwechselnd in Abhängigkeit von dem Ausgang des NPN-Transistors, und in der Gegendrehrichtung in Abhängigkeit von dem Ausgang des PNP-Transistors erregt werden.030047/0644
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