DE3013550A1 - Ansteuersystem fuer einen kommutatorlosen gleichstrommotor - Google Patents
Ansteuersystem fuer einen kommutatorlosen gleichstrommotorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Ansteuerungssystem für einen
kommutatorlosen Gleichstrommotor mit einem permanent-magnetischen
Rotor und polyphasen Statorphasenwicklungen.
Mit einem erfindungsgemäßen Ansteuerungssystem für einen
kommutatorlosen Gleichstrommotor wird die Drehung des permanent·»magnetischen Rotors vom Stillstand aus eingeleitet
durch eine Anlegung einer Versorgungsspannung, und die polyphasen Statorphasenwicklungen des Motors werden individuell
der Reihe nach durch die angelegte Versorgungsspannungsquelle erregt in Abhängigkeit von den phasenversetzten Wechselspann
ungswellenformen, die in den Statorphasenwicklungen durch das magnetische Feld induziert werden, welches durch
die Drehung des permanent-magnetischen Rotors erzeugt wird.
Es ergibt sich damit durch die Erfindung ein Ansteuerungssystem
für einen kommutatorlosen Gleichstrommotor, bei dem die Phasenwicklungen der Reihe nach in Abhängigkeit von
Spannungen erregt werden, die in den Phasenwicklungen induziert werden, und bei dem die in einer gegebenen Phasenwicklung
induzierte Spannung zum Beaufschlagen dieser Phasenwicklung verwendet wird,wenn die in der betreffenden Phasenwicklung
induzierte Spannung einen vorbestimmten Wert erreicht; insbesondere geschieht die Erregung in Abhängigkeit
von den ins Negative gehenden Abschnitten der induzierten Spannung.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise
näher erläutert; in der Zeichnung zeigt:
Fig. 1 ein Schaltbild eines Ansteuerungssystems für einen kommutatorlosen Gleichstrommotor, entsprechend der
Erfindung, und
Fig. 2 eine Reihe von Zeitschaubildern von Spannungen an verschiedenen Punkten der Schaltung nach Fig. 1.
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Bei der in Fig. 1 gezeigten Schaltung ist das in der ganzen Schaltung gemeinsame Erdpotential 5 jeweils mit dem Schaltzeichen
DIN 40712, laufende Nr. 33, bezeichnet.
As Spannungsquelle für das erfindungsgemäße System kann eine herkömmliche Speicherbatterie 3 oder jede andere, mit
den Strom- und Spannungsanforderungen der Anwendung verträgliche Gleichspannungsquelle Verwendung finden. Um die Fig. 1
einfacher zu halten/ sind besondere Verbindungen von der
Batterie 3 mit verschiedenen Punkten des Systems, die Betriebsspannung
erfordern, weggelassen worden. Es ist jedoch dabei zu verstehen, daß alle Punkte des Schaltbildes, die
durch ein +-Zeichen in einem Kreis gekennzeichnet sind, mit der positiven Ausgangsklemme der Batterie 3 oder"einer
anderen jeweils verwendeten Gleichstromquelle verbunden sind.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltung werden vier Betriebsverstärkerschaltungen
verwendet. Bei der tatsächlichen Ausführung finden·Betriebsverstärkerschaltungen Verwendung,
wie sie von der Firma National Semiconductor Corporation unter der Bezeichnung LM 3900 vertrieben werden; es handelt
sich um Norton -Verstärkerschaltungen. Diese Operations- oder
Betriebsverstärkerschaltungen sind handelsüblich und bilden selbst keinen Teil der Erfindung; die verwendeten Norton-Verstärkerschaltungen
25, 40, 50, 60 sind in Fig. 1 durch das übliche Symbol dieser Schaltungen dargestellt. Dabei
sind die Norton-Verstärkerschaltungen nur als Beispiel für
eine Verstärkerschaltung verwendet, die für das erfindungsgemäße An steuerung s sy s tem brauchbar ist, und andere Verstärkerschaltungen
mit gleichartigen elektrischen Eigenschaften können stattdessen verwendet werden. Während sonst
bekannte Operationsverstärkerschaltungen auf der Differenzierung von Eingangsspannungen beruhen, arbeiten die Norton-Verstärkerschaltungen
mit der Differenzierung von Eingangsströmen. Deswegen werden großwertige externe Eingangswiderstände
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benutzt, um anliegende Eingangsspannungen in Eingangsströme zu wandeln. Die Betriebsweise eines Norton-Verstärkers
beruht auf dem Prinzip, daß dann, wenn der in die Plus-(+)-Eingangsklemme fließende Strom eine größere
Stromstärke besitzt, als der in die Minus(-)-Eingangsklemme" fließende, das Ausgangssignal der Schaltung auf
einen Wert ansteigt, der im wesentlichen gleich der Versorgungsspannung ist, und daß dann, wenn der in die Minus-(-)Eingangsklemme
fließende Strom eine größere Stromstärke besitzt, als der in die Plus(+)-Eingangsklemme fließende
Strom, das Ausgangssignal der Schaltung im wesentlichen auf Erdpotential abfällt. In Fig. 1 ist ein kommutatorloser
Gleichstrommotor 6 mit einem polyphasen Stator 7 gezeigt, wobei letzterer drei Statorphasenwicklungen A, B, und C
besitzt, und mit einem permanent-magnetischen Rotor 8,.
der in der gezeigten Weise in Durchmesserrichtung mit Nord- und Südmagnetpolen magnetisiert ist. Der in Fig. 1
dargestellte Motor wird als Zweipol-Permanentmagnetrotor-Motor mit einem Dreiphasenstator bezeichnet, wobei ein
Wicklungsende jeder der drei Statorphasenwicklungen mit einem gemeinsamen Verbindungspunkt N verbunden ist. Der
permanent-magnetische Rotor 8 wird in magnetischer Kopplungsbeziehung mit den Statorphasenwicklungen A, B und C gedreht,
wobei die Drehung des Rotors 8 durch das magnetische Feld des Rotors Wechselspannungs-Wellenformen in den Statorphasenwicklungen
A, B und C induziert, die jeweils gegeneinander phasenversetzt sind, und zwar wird das Ausmaß
der Phasenversetzung bestimmt durch die Anzahl der Statorphasen. Bei einem Dreiphasenstator, wie er in Fig. 1 dargestellt
ist, sind die induzierten Wechselspannungs-Wellenformen gegeneinander um jeweils 120 elektrische Grade
versetzt.
Die Versorgungsspannungsquelle, d.h. also die Batterie 3, kann mit Hilfe eines einpoligen Ein-Aus-Schalters 10 mit dem
Ansteuerungssystem verbunden oder von ihm getrennt werden;
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der Schalter 10 besitzt einen beweglichen Kontakt 11 und einen stationären Kontakt 12; es kann aber auch stattdessen
ein anderes elektrischen Schaltgerät Verwendung finden. Wie später näher erklärt wird, können die Statorphasenwicklungen
A, B.und C individuell durch eine damit verbundene Versorgungsspannungsquelle,
beispielsweise die Batterie 3,über jeweilige einzelne Statorphasenbeaufschlagungsschaltungen erregt werden,
wobei diese Schaltungen jeweils so ausgelegt sind, daß sie an eine externe Versorgungsspannungsquelle angelegt
werden können. Die Beaufschlagungsschaltung für die Statorphasenwicklung A enthält die Leitung 9, den beweglichen
Kontakt 11 und den stationären Kontakt 12 des Schalters 10,
die Leitung 13, den Knotenpunkt N, die Statorphasenwicklung A,
die Leitung 14, die Strom-führenden Elemente eines Darlington-Paares 15 aus zwei NPN-Transistoren und den Bezugspunkt oder
das Brdpotential 5. Die Beaufschlagungsschaltung für die Statorphasenwicklung B enthält die Leitung 9,den beweglichen
Kontakt 11 und den stationären Kontakt 12 des Schalters 10, die Leitung 13, den Knotenpunkt N, die Statorphasenwicklung
B, die Leitung 16, die Strom-führenden Elemente des Darlington-Paares
17 und den Bezugspunkt oder das Erdpotential 5. Die Beaufschlagungsschaltung für die Statorphasenwicklung C
enthält die Leitung 9, den beweglichen Kontakt 11 und den
stationären Kontakt 12 des Schalters 10, die Leitung 13,
den Knotenpunkt N, die Statorphasenwicklung C, die Leitung 18, die Strom-führenden Elemente des Darlington-Paares 19
und den Bezugs- oder Erdpunkt 5. Diese Beaufschlagungsschaltungen sind so ausgelegt, daß sie über die Leitung 9 und
den Schalter 10 sowie über den Bezugs- oder Erdpunkt 5 an eine äußere Versorgungsspannung anlegbar sind.
Das Ansteuersystem für den kommutatorlosen Gleichstrommotor gemäß der Erfindung besteht aus einer Startschaltung, die
in dem gestrichelt gezeichneten Bereich 20 enthalten ist und nur dann aktiv wird, wenn der permanent-magnetische
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Rotor 8 keine oder fast keine Drehgeschwindigkeit besitzt, um eine Drehung des Rotors 8 vom Stillstand aus einzuleiten,
wodurch die phasenversetzten Spannungswellenformen zunächst in den Statorphasenwicklungen A, B und C induziert werden,
sowie drei miteinander identische Kommutationsschaltungen, die jeweils in den gestrichelt umschlossenen Bereichen 21,
22 und 23 enthalten sind. Wie später im Einzelnen näher beschrieben wird, sind die Kommutationsschaltungen 21, 22
und 23 jeweils mit den phasenversetzen Spannungswellenformen befaßt, die in den Statorphasenwicklungen A, B und C induziert
werden, um die Drehung des Rotors 8 dadurch aufrechtzuerhalten, daß nacheinander die jeweiligen bereits beschriebenen individuellen
Erregungs- oder Beaufschlagungsschaltungen für die Statorphasenwicklungen hergestellt und daraufhin wieder unterbrochen
werden. Jeweils eine der Kommutationsschaltungen 21,
22 und 23 entspricht einer jeweiligen Statorphasenwicklung A, B bzw. C und bewirkt jeweils die Herstellung der Beaufschlagungs-
oder Erregungsschaltung für die jeweilige Statorphasenwicklung, der sie zugeordnet ist, in Abhängigkeit von
dem jeweiligen, in der Statorphasenwicklung induzierten, ins Negative gehenden Abschnitt der Spannungswellenform, und
die Unterbrechung dieser Beaufschlagungs-oder Erregungsschaltung
· in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Potentialwert während des ins Positive gehenden
Abschnittes der in einer anderen Statorphasenwicklung induzierten Spannungswellenform; dadurch werden nach einer
Einleitung der Drehung des Rotors 8.vom Stillstand durch die Startschaltung 20 die Statorphasenwicklungen A, B und
C nacheinander erregt und daraufhin wieder entregt in Abhängigkeit von den phasenversetzten Wechselspannungswellehformen,
die in diesen Statorphasenwicklungen A, B und. C induziert werden, um ein sich drehendes Magnetfeld zu
erzeugen, das die Drehung des Rotors 8 aufrechterhält.
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Die Startschaltung 20 besteht aus einer Schaltungskombination mit einer Norton-Verstärkerschaltung 25, Eingangswiderständen
26 und 27 und einer Regelschaltung, die die Parallelverbindung aus dem Widerstand 24 und der Reihenschaltung aus
Kondensator 28 und Widerstand 29 enthält, so daß ein herkömmlicher monostabiler Multivibrator gebildet wird. Wie
auf dem Fachgebiet dieser Schaltungen bekannt, arbeitet ein monostabiler Multivibrator normalerweise in einem stabilen
Zustand, er kann jedoch in einen alternativen Zustand während einer vorbestimmten Zeitlänge getriggert werden, die durch
eine zugeordnete zeitbestimmende Schaltung festgelegt ist, und kehrt nach Ablauf dieser vorbestimmten Zeit in den
ursprünglichen stabilen Zustand zurück. Da die Minus(-)-Eingangsklemme
des Norton-Verstärkers 25 mit der positiven Ausgangsklemme der Versorgungsspannungsquelle über den
Eingangswiderstand 26 verbunden ist, liegt das Ausgangssignal des Norton-Verstärkers 25 an dem Verbindungspunkt
30 im wesentlichen auf Erdpotential, während die monostabile Multivibratorschaltung sich im normalen stabilen Zustand
befindet. Nach der erstmaligen Beaufschlagung mit Versorgungsspannung durch Schließen der elektrischen Verbindung
über den beweglichen Kontakt 11 des Schalters 10 mit dem stationären Kontakt 12 dieses Schalters werden alle
Kondensatoren der Schaltung entladen und infolgedessen wird eine willkürlich festgelegte Phasenwicklung A, B oder C
im allgemeinen erregt und ein in der Startschaltung 20 enthaltener
NPN-Transistor 32 befindet sich im nicht leitenden Zustand. In diesem Zustand des NPN-Transistors 32 lädt sich
der Kondensator 33 über den Ladewiderstand 34 durch die Versorgungsspannungsquelle
auf. Wenn der Kondensator 33 bis zu einer Ladespannung aufgeladen hat, die so groß ist, daß mehr
Strom über den Eingangswiderstand 27 der Plus (+)-Eingangsklemme des Norton-Verstärkers 25 zugeführt wird, als er
von der Versorgungsspannungsquelle über seine Minus(-)-Eingangsklemme
über den Eingangswiderstand 26 erhält, wird
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die monostabile Multivibratorschaltung in den alternativen
Zustand getriggert, in dem das Ausgangssignal an der Verbindungsstelle 30 auf einen Spannungswert ansteigt, der
annähernd gleich dem der Versorgungsspannung ist (er ist
in diesem Falle zweimal die Abfallspannung an einer Diode geringer als der Versorgungsspannungswert). Während der
monostabile Multivibrator sich im alternativen Zustand befindet, gibt die an der Verbindungsstelle 30 vorhandene
Ausgangsgleichspannung in Form eines Signalimpulses einen Basis-Emitter-Treiberstrom an den NPN-Transistor 32 über
den Widerstand 36 ab. Dieser Treiberstrom triggert den NPN-Transistor 32 so, daß seine Kollektor-Emitter-Strecke
leitend wird und den Kondensator 33 entlädt. Zusätzlich wird der an der Verbindungsstelle 30 vorhandene Ausgangssignalimpuls
des monostabilen Multivibrators an den Plus-(+)-Eingang des Norton-Verstärkers 40 der Kommutierungsschaltung
21 angelegt und führt diesem Eingang über die Diode 37, den Widerstand 38 und die Leitung 39 Strom zu;
gleichzeitig wird Strom über die Diode 41 ,den Widerstand 42 und die Leitung 43 dem Minus(-)-Eingang des Norton-Verstärkers
50 der Kommutierungsschaltung 22 zugeführt und der Kondensator 44 erhält über den Ladewiderstand 45 Ladestrom
und gleichzeitig wird Strom über die Diode 46, den Widerstand 47 und die Leitung 48 dem Minus(-)-Eingang des Norton-·
Verstärkers 60 der Kommutierungsschaltung 23 zugeführt. Der Stromfluß durch die Diode 37, den Widerstand 38 und
die Leitung 39 in die Plus(+)-Eingangsklemme des Norton-Verstärkers
40 erzwingt die Umschaltung oder Triggerung dieses Bauelementes in den Zustand, in dem das Ausgangssignal
an der Verbindung 51 sich auf einem Wert befindet, der im wesentlichen der Versorgungsspannung gleicht, und
der Stromfluß durch die Diode 41, den Widerstand 42 und die Leitung 43 in den Minus C-)-Eingang des Norton-Verstärkers
50 erzwingt die Umschaltung oder Triggerung dieses Bauelementes in den Zustand, in dem sein Ausgangssignal an
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der Verbindungsstelle 52 im wesentlichen auf Erdpotential liegt, während der Stromfluß durch die Diode 46/ den Widerstand
47 und die Leitung 48 in den Minus(-)-Eingang des Norton-Verstärkers 60 die Triggerung dieses Bauelementes
in den Zustand erzwingt/ in dem sein Ausgangssignal an der Verbindungsstelle 53 im wesentlichen Erdpotential ist.
Weiter lädt der Ladestromfluß durch den Widerstand 45 an den Kondensator 44 diesen auf einen Potentialwert auf/ der
im wesentlichen zweimal den Spannungsabfall an einer Diode niedriger ist als die Versorgungsspannung/ wobei die Verbindungsstelle
zwischen dem Kondensator 44 und dem Widerstand 45 annähernd einen Dioden-Spannungsabfall über Erdpotential
legt. Das an der Verbindungsstelle 51 der Kommutierungsschaltung 21 vorhandene Signal mit positiv polarisierter
Spannung ergibt einen Basisemitter-Treiberstrom durch den Widerstand 54 zum Darlington-Paar 15, zu dem ein
Emitterwiderstand 56 gehört, um dieses Darlington-Paar in den Leitfähigkeitszustand zu treiben. Wenn das aus NPN-Transistoren
bestehende Darlington-Paar 15 leitfähig ist, wird der bereits beschriebene Erregungskreis für die Phasenwidklung
A geschlossen; er führt/ wie bereits beschrieben, von der positiven Ausgangsklemme der Batterie 3 über die
Leitung 9, die geschlossenen Kontakte 11 und 12 des Schalters
10/ den Knotenpunkt N, die Phasenwicklung A, die Leitung 14 und die Strom-führenden Elemente des aus NPN-Transistören
bestehenden Darlington-Paares 15 zum Bezugs- oder Erdpunkt 5 (und damit zurück zur negativen Ausgangsklemme der Batterie 3)
Da an den Verbindungsstellen 52 und 53 im wesentlichen Erdpotential vorhanden ist, sind die individuellen Erregungsschaltungen für die Phasenwicklungen B und C zu diesem
Zeitpunkt nicht geschlossen und damit sind diese Phasenwicklungen nicht beaufschlagt. Während der monostabile
Multivibrator der Startschaltung 20 sich im alternativen Zustand befindet, wird der Rotor 8 mit den magnetischen
Feldlinien ausgerichtet, die durch die beaufschlagte Statorphasenwicklung
A erzeugt werden. Damit ist die Zeitlänge,
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in der der monostabile Multivibrator der Startschaltung 20 im alternativen Zustand bleibt, durch die Zeitlänge bestimmt,
die notwendig ist, um den Rotor 8 mit dem durch die Statorphasenwicklung A erzeugten Magnetfeld auszurichten. Bei der
tatsächlichen Ausführung liegt dieser Zeitabschnitt in der Größenordnung von 0,3 s. Bei Beendigung dieses Zeitabschnittes,
der durch die RC-Zeitkonstante des Kondensators 28 und des Widerstandes 29 in der Regelungsschaltung, d.h. im Rückkoppelkreis
des Norton-Verstärkers 2 5 bestimmt wird, kehrt der monostabile Multivibrator spontan in seinen stabilen
Betriebszustand zurück, in dem das Ausgangssignal an der Verbindungsstelle 30 im wesentlichen auf Erdpotential liegt.
Zu diesem Zeitpunkt entlädt sich der zeitbestimmende Kondensator 28 durch die Diode 55 und stellt damit die Startschaltung
20 zurück. Da sich der Spannungsabfall am Kondensator 44 nicht augenblicklich ändern kann, wenn das
an der Verbindungsstelle 30 vorhandene Signal im wesentlichen auf Erdpotential zurückgeht, wird die Spannung an der Verbindung
zwischen dem Kondensator 44 und dem Widerstand 45 in dem gleichen Maße negativ, wie es der Spannungsreduktion
an der Verbindungsstelle 30 entspricht. Wenn beispielsweise eine Gleichspannungsversorgung 12 V vorhanden ist, liegt
die Spannung an der Verbindungsstelle 30 in der Größenordnung von 11V und das Potential an der Verbindungsstelle
zwischen dem Kondensator 44 und dem Widerstand 45 liegt in der Größenordnung von 0,5 V, während sich der monostabile
Multivibrator der Startschaltung 20 im alternativen Zustand befindet. Wenn der monostabile Multivibrator zum stabilen
Zustand zurückkehrt, fällt das Potential an der Verbindungsstelle 30 von 11V auf annähernd 0,5 V ab und das Potential
der Verbindungsstelle zwischen dem Kondensator 44 und dem Widerstand 45 wird annähernd -10,5 V. Infolgedessen wird
von dem Minus(-)-Eingang des Norton-Verstärkers 50 der
Koitimutierüngs schaltung 22 über die Leitung 53 und dem Widerstand 55 ein Strom in den Kondensator 44 gezogen, um diesen
zu entladen. Die Dauer dieses Signalimpulses wird durch
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die RC-Zeitkonstante des Widerstandes 55 und des Kondensators
44 bestimmt und wirkt auf den Minus (■-) -Eingang des Norton-Verstärkers
50 zurück. Infolge dieses Stromflusses aus dem Minus (-)-Eingang des Norton-Verstärkers 50 schaltet dieser
abrupt auf den Zustand um, in dem sein Ausgangssignal an
der Verbindungsstelle 52 in der Größenordnung der Versorgungsspannung liegt. Dieses Signal mit positiver Spannungspolarität
an der Verbindungsstelle 52 ergibt einen Basisemitter-Treiberstrom über den Widerstand 57 für das
aus NPN-Transistoren bestehende Darlington-Paar 17, das einen Emitterwiderstand 58 enthält/ um dieses Darlington-Paar
leitfähig zu triggern. Damit wird der Erregungskreis für die Statorphasenwicklung B geschlossen, der, wie bereits
angeführt, von der positiven Ausgangsklemme der Batterie 3 über die Leitung 9, die geschlossenen Kontakte 11 und 12
des Schalters 10, die Knotenstelle N, die Statorphasenwicklung
B, die Leitung 16 und die Strom-führenden Elemente
des aus NPN-Transistoren bestehenden Darlington-Paares 17 zum Bezugs- oder Erdspannungspunkt 5 (und damit zur negativen
Ausgangsklemme der Batterie 3) führt. Nach der Erregung der Statorphasenwicklung B wird das sich ergebende Magnetfeld
der erregten Statorphasenwicklungen A und B nach links in Darstellung nach Fig. 1 verschoben gegenüber der Richtung
des durch die erregte Statorphasenwicklung A erzeugten Magnetfeldes. Diese Verschiebung des Stator-Magnetfeldes
bewirkt eine Drehung des Rotors 8 im Gegenuhrzeigersinn (nach Fig. 1) mit einer Geschwindigkeit, die größer als
die minimale Kommutierungsgeschwindigkeit ist. Damit bewirkt die Schaltung 20 die Einleitung einer Drehung des
Rotors 8 vom Stillstand zu einer Geschwindigkeit, die größer als die minimale Kommutierungsgeschwindigkeit ist. Zum
Starten des Rotors 8 in Uhrzeigerrichtung muß die Erregung der Statorphasenwicklung C statt der Statorphasenwicklung B
erzwungen werden, nachdem der Rotor 8 mit dem Magnetfeld ausgerichtet ist, das durch die erregte Statorphasenwicklung
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A erzeugt, wird. Das kann dadurch bewirkt werden, daß die
Reihenschaltung aus Kondensator 44 und Widerstand 4 5 mit der Minus (-)-Eingangsklemme des Norton-Verstärkers 60 der
Komitiutierungs schaltung 2 3 verbunden wird. Wie im Laufe der Beschreibung deutlich wird/ ergibt das erfindungsgemäße
Ansteuersystem eine Aufrechterhaltung der Drehung des Rotors 8 nach Einleitung vom Stillstand.
Aus der bisherigen Beschreibung geht hervor, daß die Startschaltung
20 einen monostabilen Multivibrator enthält, der einen ersten elektrischen Ausgangssignalimpuls von
vorbestimmter Länge erzeugt, die durch die RC-Zeitkonstante
des Zeitgeberkondensators 28 und des Widerstandes bestimmt wird, und zwar nach Beaufschlagung mit der Versorgungsspannung,
und einen Kondensator 44 und einen Widerstand 45 enthält, die einen zweiten elektrischen Ausgangssignalimpuls
entgegengesetzter Polarität mit einer durch die RC-Zeitkonstante des Kondensators 44 und des Widerstandes
45 bestimmten Zeitlänge nach Beendigung des ersten Ausgangssignalimpulses erzeugen.In einer später zu beschreibenden
Weise wird die Startschaltung 20 bei aufrechterhaltener Drehung des Rotors 8 durch das erfindungsgemäße
Ansteuersystem gesperrt.
Während der Rotor 8 sich dreht, induziert das Magnetfeld dieses sich drehenden Rotors 8 Wechselspannungs-Wellenzüge
in den Statorphasenwicklungen A, B und C, die gegeneinander um 120° phasenversetzt sind, und die über die Gleichspannungswerte
der Versorgungsspannungsquelle überlagert werden, wie es in den Kurvenzügen der Darstellung 2A in Fig. 2
dargestellt ist; dabei ist die Versorgungsspannung mit B bezeichnet. Die Amplitude und Frequenz der induzierten
Potentialwellenformen sind direkt proportional zur Umdrehungsgeschwindigkeit des Rotors 8. Wie nachfolgend erklärt wird, sind
die aus NPN-Transistoren bestehenden Darlington-Paare 15, 17 und 19 nur in einem Teil der Zeit leitend und in einem
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weiteren Teil des Zeitablaufes nicht leitend. Beim nicht
leitenden Zustand des Darlington-Paares 15 ist der Potentialwert an der Verbindungsstelle 63 im· wesentlichen gleich der
Summe der Wechselspannungswellenformen, die in der Statorphasenwicklung
A durch das Magnetfeld des Rotors 8 induziert werden, und dem Potentialwert der Versorgungsspann ungsquelle,
während bei leitfähigem Darlington-Paar 15 der Potentialwert ein der Verbindungsstelle 63 im wesentlichen auf Erde
liegt, wie es in Fig. 2B dargestellt ist. Bei nicht leitfähigem
aus NPN-Transistoren bestehenden Darlington-Paar ist der Potentialwert an der Verbindungsstelle 64 im wesentlichen
gleich der Summe der Wechselspannungswellenform, die in der Statorphasenwicklung B durch das Magnetfeld des
Rotors 8 induziert wird, und dem Potentialwert der Versorgungsspannungsquelle,
während bei leitfähigem aus NPN-Transistoren
bestehenden Darlington-Paar 17 der Potentialwert an der Verbindungsstelle 64 im wesentlichen auf Erde liegt,
wie es die Kurve in Fig. 2C zeigt. Bei nicht leitfähigem aus NPN-Transistoren bestehenden Darlington-Paar 19 ist
der Potentialwert an der Verbindungsstelle 65 im wesentlichen gleich der Summe der Wechselspannungswellenform/ die in
der Statorphasenwicklung C durch das Magnetfeld des Rotors induziert wird und dem Potentialwert der Versorgungsspannungsquelle,
während bei . leitendem aus NPN-Transistoren bestehenden Darlington-Paar 19 der Potentialwert an der
Verbindungsstelle 65 im wesentlichen bei Erdpotential liegt, wie es die Kurve in Fig. 2D zeigt.
Die Kommutierung,d.h. der Übergang vom leitfähigen in den
gesperrten Zustand .und umgekehrt/ der aus NPN-Transistoren -bestehenden Darlington-Paare 15, 17 und 19/ wird dadurch
erreicht, daß der Potentialwert der Statorphasenwicklungen A, B und C erfaßt wird. Diese Kommutierung wird durch die
Kommutationsschaltungen 21/ 22 und 23 bewirkt, welche die
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in den Statorphasenwicklungen A, B und C durch das rotierende
Magnetfeld des Eotors 8 induzierten Spannungswellenformen
erfassen. Der an der Verbindungsstelle 6 3 auftretende Potentialwert der Statorphasenwicklung A wird über den
Widerstand 67, die Diode 68, den Kondensator 69 und die Diode 70 gefiltert. Der an der Verbindungsstelle 64 erscheinende
Potentialwert der Statorphasenwicklung B wird durch den Widerstand 71, die Diode 72, den Kondensator 73
und die Diode 74 gefiltert. Der an der Verbindungsstelle 65 erscheinende Potentialwert der Statorphasenwicklung C
wird durch den Widerstand 75, die Diode 76, den Kondensator 77 und die Diode 78 gefiltert. Zusätzlich haben die Dioden
70, 74 und 78 die Funktion, das Potential an den jeweils zugeordneten Verbindungsstellen 81, 82 und 83 davor zu
bewahren, auf einen Wert anzusteigen, der mehr als eine Dioden-Abfallspannung über dem Wert der Versorgungsspannung
liegt. Die Kombination aus Widerstand 67, Diode 63 und Kondensator 69 wirkt als eine Spannungsspitzen-Verfolgerschaltung,
durch die die Ladung des Kondensators 69 der Änderung des Spannungswertes an der Verbindungsstelle 63
folgt und ebenso wirkt die Kombination aus Widerstand 71, Diode 72 und Kondensator 73 als ein Spannungsspitzenfolgekreis,
durch den die Ladung des Kondensators 73 der Änderung des Spannungswertes an der Verbindungsstelle 64 folgt und
das gleiche gilt für die Kombination aus Widerstand 75, Diode 76 und Kondensator 77, die als ein Spannungsspitzenfolgekreis
wirken, durch den die Ladung des Kondensators 77 der Änderung des Spannungswertes an der Verbindungsstelle
65 folgt.
In jeder Kurvendarstellung in Fig. 2 ist, wie bereits in bezug auf Fig. 2A erwähnt, der Versorgungsspannungswert
mit B bezeichnet. Man sieht so, daß zum Zeitpunkt TQ die
Drehung des Rotors 8 im Gegenuhrzeigersinn mit einer größeren Geschwindigkeit eingeleitet wird, als es der minimalen
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Kommutierungsgeschwindigkeit entspricht; dies wurde bereits
mit bezug auf die Startschaltung 20 erklärt. Der Spannungswert an den beiden Verbindungsstellen 63 und 64 ist dabei
im wesentlichen gleich Erd- oder Bezugsspannung, wie die Kurven 2B und 2C zeigen, und zwar deshalb, weil beide, aus
NPN-Transistoren bestehende Darlington-Paare 15 und 17 im leitfähigen Zustand sind, während der Spannungswert an der
Verbindungsstelle 65 im wesentlichen gleich dem Wert der Versorgungsspannung ist, da das Darlington-Paar 19 in diesem
Zeitpunkt gesperrt ist (siehe Kurve 2D).
Während sich der Rotor 8 in der Zeit zwischen den Zeitpunkten T0 und T1 weiterdreht, verbleibt das Signal an den beiden
Verbindungsstellen 63 und 64 im wesentlichen auf Erdpotential (Kurven 2B und 2C) und die Wechselspannungs-Wellenform, die
in der Phasenwicklung C durch das Magnetfeld des sich drehenden Rotors 8 induziert wird, steigt in positiver
Richtung von dem Versorgungsspannungswert an an, wie es
Fig. 2D zeigt. Diese anwachsende Spannung an der Verbindungsstelle 65 lädt den Kondensator 86 der Kommutierungsschaltung
21 über die Leitung 84 und dem Widerstand 85 auf. Wenn zum Zeitpunkt T- der Kondensator 86 bis zu einem Gleichspannungswert aufgeladen ist, der ausreicht, um mehr Strom über den
Eingangswiderstand 87 in die Minus(-)-Eingangsklemme des
Norton-Verstärkers 40 einzuspeisen, als in die Plus (·+) -Eingangsklemme dieses Verstärkers über den Eingangswiderstand
88 von der positiven Ausgangsklemme der Spannungsversorgungsquelle
einfließt, wird der Norton-Verstärker 40 abrupt in den Zustand umgeschaltet, in dem sein Ausgangssignal an der
Verbindungsstelle 51 im wesentlichen auf Erd- oder Bezugspotential liegt. Dieses Erd- oder Bezugspotential an der
Verbindungsstelle 51 triggert das aus NPN-Transistoren bestehenden Darlington-Paar 15 in den;nicht leitenden Zustand,
•so daß der beschriebene Erregungskreis für die Statorphasenwicklung A unterbrochen wird. Diese Unterbrechung des Erregungs-
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kreises bewirkt, daß die in Phasenwicklung A durch das Magnetfeld des sich drehenden Rotors 8 induzierte Wechselspannungswellenform
sich über die Versorgungsgleichspannung : überlagert und so an der Verbindungsstelle 6 3 auftritt,
wie es die Kurve 2B zeigt.
Während der Rotor 8 sich zwischen den Zeitpunkt T1 und T„
weiterdreht, durchläuft die durch das Magnetfeld des sich drehenden Rotors 8 in der Phasenwicklung A induzierte
Wechselspannungs-Wellenform den Punkt B an der Verbindungsstelle 63 von negativer in positiver Polaritätsrichtung und
wächst weiter in positiver Richtung gegen den maximalen positiven Polaritätswert an, wie die Kurve 2B zeigt; das
an der Verbindungsstelle 64 anliegende Signal verbleibt im wesentlichen bei Erdpotential, da das aus NPN-Transistoren
bestehende Darlington-Paar 17 noch leitend ist, wie die Kurve 2C darstellt und das an der Verbindungsstelle 65 anliegende,
in der Phasenwicklung C durch das Magnetfeld des sich drehenden Rotors 8 induzierte Wechselspannungspotential
steigt zum maximalen positiven Polaritätswert an, durchläuft diesen Wert und nimmt in negativer Richtung ab, wobei es
den Wert B durchläuft, wie die Kurve 2D zeigt. Die Spannungswellenform an der Verbindungsstelle 65 wird durch einen
entsprechenden Ladungsverlauf des Kondensators 77 gefolgt. Wenn nun zum Zeitpunkt T- die Ladung des Kondenstors 77
so weit abgenommen hat, daß nur noch ein Gleichspannungswert
mit einer Größe vorhanden ist, die nicht mehr ausreicht, um mehr Strom über den Eingangswiderstand 97 an
die Minus(-)-Eingangsklemme des Norton-Verstärkers 60 zu liefern, als dessen Plus(+)-Eingangsklemme über den Eingangswiderstand
98 von der positiven Ausgangsklemme der Spannungserzeugungsquelle geliefert wird, wird der Norton-Verstärker
60 abrupt in den Zustand getriggert, in welchen sein Ausgangssignal an der Verbindungsstelle 53 ein positiv polarisierter
Spannungswert ist, der im wesentlichen gleich dem
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Versorgungsspannungswert ist. Dieses Spannungssignal positiver Polarität an der Verbindungsstelle 53 versorgt das
einen Emitterwiderstand 59 enthaltende-, aus NPN-Transistoren bestehende Darlington-Paar 19 mit einem Basisemitter-Treiberstrom
über den Widerstand 99, so daß dieses Darlington-Paar leitfähig getriggert wird und den bereits beschriebenen
Erregungskreis der Statorphasenwicklung C schließt; damit geht das Spannungssignal an der Verbindungsstelle 65 im
wesentlichenauf Erdpotential zurück, wie die Kurve 2D zeigt.
Während der Rotor 8 sich vom Zeitpunkt T2 bis zum Zeitpunkt
T_ weiterdreht, wächst das durch das Magnetfeld des sich drehenden Rotors 8 in der Phasenwicklung A induzierte, an
der Verbindungsstelle 63 erscheinende Wechselstrompotential weiter in positiver Richtung zum maximalen positiv polarisierten
Wert hin an, wie die Kurve 2B zeigt; das Signal an der Verbindungsstelle 64 bleibt im wesentlichen beim
Erdpotentialwert, da das aus NPN-Transistoren bestehende Darlington-Paar 17 weiterhin leitfähig ist, wie die Kurve
2C zeigtj und das Signal an der Verbindungsstelle 65 bleibt im wesentlichen bei Erdpotential, da auch das aus NPN-Transistoren
bestehende Darlington-Paar 19 leitfähig bleibt, wie die Kurve 2D zeigt. Der während des Zeitablaufes zwischen
T_ und T3 an der Verbindungsstelle 63 ansteigende Potentialwert lädt den Kondensator 91 der Kommutierungsschaltung 22
über die Leitung 89 und den Ladewiderstand 90 weiter auf. Wenn zum Zeitpunkt T3 der Kondensator 91 bis zu einem Gleichspannungswert
aufgeladen ist, der ausreicht, um mehr Strom über den Eingangswiderstand 9,2 in die Minus (-)-Eingangsklemme des Norton-Verstärkers 50 zuzuführen, als der Plus(+)-Eingangsklemme
des Verstärkers über den Eingangswiderstand 93 von der positiven Ausgangsklemme der Spannungsversorgungsquelle
zugeführt wird, wird der Norton-Verstärker 50 abrupt
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in den Zustand getriggert, In dem sein Ausgangssignal an
der Verbindungsstelle 52 im wesentlichen auf Erdpotential liegt. Bei an der Verbindungsstelle- 52- vorhandenen Signal
von im wesentlichen Erdpotential wird das aus NPN-Transistoren bestehende Darlington-Paar 17 in den Leitfähigkeitszustand
getriggert und unterbricht den beschriebenen Erregungskreis für die Statorphasenwicklung B/und der Kondensator
der Kommutierungsschaltung 21 entlädt sich über die Diode 94, die Leitung 96 und die Emitter-Kollektorstrecke des NPN-Transistors
95. Infolge der Unterbrechung des Erregungskreises für die Statorphasenwicklung B überlagert sich
die in der Phasenwicklung B durch das Magnetfeld des sich drehenden Rotors 8 induzierte Wechselspannungswellenform
über den Versorgungsgleichspannungswert und erscheint, wie durch die Kurve 2C dargestellt, an der
Verbindungsstelle 64.
Der Rotor 8 dreht sich zwischen den Zeitpunkten T3 und T.
weiter, das an der Verbindungsstelle 64 erscheinende, in der Phasenwicklung B durch das Magnetfeld des sich drehenden
Rotors 8 induzierte Wechselspannungswellenformsignal
durchläuft den Wert B von negativer
in positive Polaritätsrichtung und wächst weiter in positiver Richtung zum maximalen Wert positiver Polarität hin an,
wie die Kurve 2C zeigt, während das an der Verbindungsstelle 65 erscheinende Signal im wesentlichen bei Erdpotential
bleibt, da das Darlington-Paar 19 aus NPN-Transistoren immer noch leitfähig ist, wie es Kurve 2D zeigt und das .
in der Phasenwicklung A durch das Magnetfeld des sich drehenden Rotors 8 induzierte Wechselspannungs-Wellenformsignal
an der Verbindungsstelle 63 wächst zum maximalen Wert positiver Polarität hin an, durchläuft diesen Wert
und nimmt in negativ polarisierter Richtung ab und durchläuft dabei den Wert B in negativ gehender Richtung, wie
durch' die Kurve 2B dargestellt. Die Spannungswellenform an
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der Verbindungsstelle 63 wird durch eine entsprechende Ladungsveränderung des Kondensators 69 gefolgt. Wenn zum
Zeitpunkt T. die Ladung des Kondensators 69 so weit abgenommen hat, daß der anliegende Gleichspannungswert nicht
mehr ausreicht, mehr Strom über den Eingangswiderstand 110
der Minus (-)-Eingangsklemme des Norton-Verstärkers 40 zuzuliefern, als der Plus(+)-Eingangsklemme dieses Verstärkers
über den Eingangswiderstand 88 von der positiven Ausgangsklemme der SpannungsversorgungsguelIe zugeführt wird, wird
der Norton-Verstärker 40 abrupt in den Zustand getriggert, in dem sein an der Verbindungsstelle 51 erscheinendes Ausgangssignal
einen positiv polarisierten Potentialwert annimmt, der im wesentlichen gleich der Versorgungsspannung
ist. Dieses Spannungssignal mit positiver Polarität an der
Verbindungsstelle 51 ergibt einen Basisemitter-Treiberstrom über den Widerstand 54 für das Darlington-Paar 15 aus NPN-Transistoren
und triggert dieses Darlington-Paar in den Leitfähigkeitszustand, so daß der bereits beschriebene
Erregungskreis für die Statorphasenwxcklung A geschlossen wird; gleichzeitig geht das Spannungssignal an der Verbindungsstelle
63 auf im wesentlichen Erdspannung zurück, wie Kurve 2D zeigt.
Der Rotor 8 dreht sich zwischen den Zeitpunkten T. und T5
weiter, da& durch sein Magnetfeld in der Phasenwicklung B
induzierte, an der Verbindungsstelle 64 erscheinende Wechselspann ungs-Wellenformsignal wächst weiter in positiver Richtung
gegen den maximalen Wert positiver Polarität hin an, wie die Kurve 2C zeigt) das an der Verbindungsstelle 65
auftretende Signal verbleibt nach Darstellung in Kurve 2D im wesentlichen bei Erdpotential, da das Darlington-Paar
19 aus NPN-Transistoren weiterhin leitend ist;und das Signal an der Verbindungsstelle 63 verbleibt ebenfalls im wesentlichen
bei Erdpotential, da auch das Darlington-Paar 15 aus NPN-
030044/0686
Transistoren weiter leitfähig ist/ wie Kurve 2B zeigt. Der zwischen den Zeitpunkten T- und T1- anwachsende Spannungswert an der Verbindungsstelle 64 lädt den Kondensator 100
der Koiranutierungsschaltung 2 3 über die Leitung 101 und den
Ladewiderstand 102. Wenn zum Zeitpunkt T5 der Kondensator
100 so weit aufgeladen ist, daß die anliegende Gleichspannung ausreicht, um mehr Strom über den Eingangswiderstand
103 der Minus(-)-Eingangskleirane des Norton-Verstärkers
60 zuzuführen, als seiner Plus(+)-Eingangsklemme über den Eingangswiderstand 98 von der positiven Ausgangsklemme der
Spannungsversorgungsquelle zugeführt wird, wird der Norton-Verstärker 60 abrupt in den Zustand getriggert, in welchem
sein Ausgangssignal an der Verbindungsstelle 53 im wesentlichen
das Erdpotential aufweist. Wenn an der Verbindungsstelle 53 im wesentlichen Erdpotential herrscht,
wird das Darlington-Paar 19 aus NPN-Transistoren gesperrt, der erwähnte Erregungskreis für die Statorphasenwicklung C
wird unterbrochen und der Kondensator 91 der Kommutierungsschaltung 22 entlädt sich über die Diode 104, die Leitung
und die Emitter-Kollektorstrecke des PNP-Transistors 106.
Nach der Unterbrechung des Erregerkreises für die Statorphasenwicklung C wird das in der Phasenwicklung C durch
das Magnetfeld des sich drehenden Rotors 8 induzierte
Wechselspannungs-Wellenformsignal über das Gleichspannungsversorgungspotential überlagert und erscheint, wie die
Kurve 2D zeigt, an der Verbindungsstelle 65.
Während sich der Rotor 8 zwischen den.Zeitpunkten T5 und T,
weiterdreht, überschreitet das in der Phasenwicklung C durch das Magnetfeld des sich drehenden Rotors 8 induzierte
an der Verbindungsstelle 65 erscheinende Wechselspannungs-Wellenformsignal den Wert B in Richtung von negativer zu
positiver Polarität und wächst weiter in positiver Richtung gegen den Maximalwert mit positiver Polarität an, wie es in
Kurvec2D dargestellt ist; das an der Verbindungsstelle 63
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auftretende Signal verbleibt, da das Darlington-Paar 15
aus NPN-Transistoren weiterhin leitend bleibt, im wesentlichen auf Erdpotential, wie es. die Kurve 2D zeigt;
und das in der Phasenwicklung B durch das Magnetfeld des sich drehenden Rotors 8 induzierte, an der Verbindungsstelle
64 erscheinende Wechselspannungs-Wellenformsignal wächst zum Maximalwert positiver Polarität hin an, durchläuft
diesen und nimmt in negativer Richtung wieder ab, wobei es durch den Wert B geht, wie durch die Kurve 2C
gezeigt. Die Spannungswellenform an der Verbindungsstelle 64 wird durch eine entsprechende Ladungsveränderung des
Kondensators 73 gefolgt. Wenn zum Zeitpunkt Tg die Ladung
des Kondensators 73 so weit abgenommen hat, daß sein Gleichspannungswert nicht mehr ausreicht, um mehr Strom
über den Eingangswiderstand 121 der Minus (—)-Eingangsklemme des Norton-iVerstärkers 50 zuzuführen,als dem Plus(+)-Eingang
dieses Verstärkers über den Eingangswiderstand von der positiven Ausgangsklemme der Spannungsversorgungsquelle
zugeführt wird, wird der Norton-Verstärker 50 abrupt in den Zustand getriggert, in dem sein an der Verbindungsstelle
52 auftretendes Ausgangssignal einen Spannungswert positiver Polarität besitzt, der im wesentlichen gleich
dem Versorgungsspannungswert ist. Dieser Spannungswert
positiver Polarität an der Verbindungsstelle 52 ergibt über den Widerstand 57 einen Basisemitter-Treiberstrom
für das Darlington-Paar 17 aus NPN-Transistoren, der dieses Darlington-Paar in den Leitfähigkeitszustand triggert,
wodurch der bereits beschriebene Erregungskreis für die Statorphasenwicklung B geschlossen wird; gleichzeitig geht
das Spannungssignal an der Verbindungsstelle 64 auf im wesentlichen Erdpotential, wie die Kurve 2C zeigt.
Während der Rotor sich zwischen den Zeitpunkten T, und T-weiterdreht,
steigt das an der Verbindungsstelle 65 erscheinende, in der Phasenwicklung C durch das Magnetfeld
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des sich drehenden Rotors 8 induzierte Wechselstrom-Wellen formsignal weiter in positiver Richtung zum Maximalwert
positiver Polarität hin an, wie die- Kurve 2D zeigt; das an der Verbindungsstelle 63 auftretende Signal verbleibt
im wesentlichen bei Erdpotential, da das Darlington-Paar
15 aus NPN-Transistoren weiterhin leitfähig ist, wie
Kurve 2B zeigtj und das Signal an der Verbindungsstelle bleibt ebenfalls im wesentlichen auf Erdpotential nach
Kurve 2C, da auch das Darlington-Paar 17 aus NPN-Transistoren weiterhin leitet. Der zwischen den Zeitpunkten Tfi und T-anwachsende
Spannungswert an der Verbindungsstelle 65 lädt den Kondensator 86 der Kommutierungsschaltung 21 über die
Leitung 84 und den Widerstand 85 auf. Wenn nun zum Zeitpunkt T„ der Kondensator 86 so weit aufgeladen ist, daß
er einen Gleichspannungswert mit ausreichender Größe besitzt, um mehr Strom dem Minus(-)-Eingang des Norton-Verstärkers
40 zuzuführen, als dem Plus(+)-Eingang dieses Verstärkers über den Eingangswiderstand 88 von der positiven
Ausgangsklemme der SpannungsVersorgungsquelle zugeführt
wird, wird der Norton-Verstärker 40 abrupt in den Zustand getriggert, in dem sein an der Verbindungsstelle
51 erscheinendes Ausgangssignal im wesentlichen
auf Erdpotential'liegt. Wenn . die Verbindungsstelle 51
im wesentlichen Erdpotential aufweist, wird das Darlingtonpaar 15 aus NPN-Transistoren in den nicht leitenden Zustand
getriggert,' unterbricht den beschriebenen Erregungskreis für die Statorphasenwicklung A und der Kondensator
100 der Koiranutierungsschaltung 23 entlädt sich über die Diode 112, die Leitung 115 und die Emitter-Kollektorstrecke
des PNP-Transistors 120. Nach der Unterbrechung der Erregungsschaltung für die Statorphasenwicklung A wird das
in der Phasenwicklung A durch das Magnetfeld des sich drehenden Rotors 8 induzierte Wechselspannungs-Wellenformsignal
über das GleichspannungsVersorgungspotential überlagert und erscheint, wie in Kurve 2B dargestellt, an der
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Verbindungsstelle 63.
Der soeben beschriebene Ereignisablauf· wiederholt sich so lange, wie die Beaufschlagung mit Versorgungsspannung über
den Schalter 10 aufrechterhalten wird. Wie in Fig. 2 zu sehen ist, werden nach dem anfänglichen Rotorstart vom
Stillstand, beginnend mit dem Zeitpunkt T„ die Statorphasenwicklung
C, die Statorphasenwicklung A und die Statorphasenwicklung B nacheinander in dieser Reihenfolge
immer wieder erregt. Diese aufeinanderfolgende Erregung der Statorphasenwicklungen erzeugt ein rotierendes Magnetfeld
, das die Drehung des Rotors aufrechterhält. Wenn der Rotor in der entgegengesetzten Richtung gedreht werden
soll, muß die Aufeinanderfolge der Erregung der Statorphasenwicklungen umgekehrt werden, indem die Verbindung
von irgend zwei der Leitungen 14, 16 bzw. 18 an den Klemmenenden der Wicklungen entgegengesetzt zum Knotenpunkt N
vertauscht wird.
Es ergibt sich aus der vorangehenden Beschreibung, daß jede Kommutierungsschaltung 21, 22 bzw. 23 jeweils einer Statorphasenwicklung
A, B bzw. C entspricht oder zugeordnet ist und daß diese Kommutierungsschaltungen von den gegeneinander
versetzten Wechselspannungswellenzügen abhängig sind, die in den Statorphasenwicklungen A, B und C induziert werden,
um die Drehung des Rotors 8 nach dem Anfangsstart vom Stillstand aus aufrechtzuerhalten, indem nacheinander
die jeweiligen individuellen Erregungsschaltungen für die Statorphasenwicklungen geschlossen und dann wieder unterbrochen
werden, so daß sich ein rotierendes Magnetfeld ergibt.
Jede Kommutierungsschaltung 21, 22 bzw. 2 3 enthält einen
Norton-Verstärker und ein Darlington-Paar aus NPN-Transistören.
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Jede solche Kombination aus Norton-Verstärker 40 und
■Darlington-Paar 15 der Kommütierungsschaltung 21, Norton-Verstärker
50 und Darlington-Paar 17 der Kommütierungsschaltung
22 und Norton-Verstärker 60 und Darlington-Paar 19 der Kommutierungsschaltung 2 3 bildet eine elektrisch
betreibbare Schaltanordnung, die jeweils in erste und zweite Betriebszustände in Abhängigkeit von der Beaufschlagung
mit elektrischen Signalen mit einem Wert geringer als oder größer als eine vorbestimmten Größe betreibbar
ist und die das Schließen und Unterbrechen des Erregungskreises für die jeweilige Statorphasenwicklung
in dem einen bzw. dem anderen der beiden Betriebszustände bewirkt. Der Schaltpunkt jeder dieser Schaltung wird
bestimmt durch den Versorgungsspannungswert und denohm1sehen
Wert der jeweiligen Eingangswiderstände 88, 93 bzw. 98,wodurch die vorbestimmte Größe bestimmt wird, die
ein angelegtes elektrisches Signal unter- bzw. überschreiten muß. Wenn das an diese Schaltungsanordnung angelegte
elektrische Signal einen geringeren als den vorbestimmten Wert besitzt, ergibt das angelegte elektrische Signal
einen geringeren Strom für den Minus(-)-Eingang des Norton-Verstärkers, als seinem Plus(+)-Eingang zugeführt
wird, und demzufolge wird die Schaltanordnung in den Betriebszustand getrieben, in dem der Erregungskreis für
die jeweils entsprechende Statorphasenwicklung hergestellt wird, und wenn das angelegte Signal den vorbestimmten
Wert übertrifft, wird durch das angelegte Signal mehr Strom.in den Minus(-)-Eingang des Norton-Verstärkers eingespeist,
als dem Plus (+)-Eingang zugeführt wird und demzufolge wird die Schaltanordnung in den Betriebszustand
getrieben, in dem der Erregungskreis für die entsprechende Statorphasenwicklung unterbrochen wird. Das in die Statorphasenwicklung
A induzierte Spannungssignal wird dem Minus(-)-Eingang
des Norton-Verstärkers 40 der entsprechenden Schalt-'
anordnung über den Widerstand 67, die Diode 68, den Kondensator
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69 und den Widerstand 110 zugeführt.Das in die Statorphasenwicklung
B induzierte Spannungssignal wird dem Minus (-)-Eingang des Norton-Verstärkers 50 der entsprechenden Schaltanordnung
über den Widerstand 71, die Diode 72, den Kondensator 73 und den Widerstand 121 zugeführt. Das in die
Statorphasenwicklung C induzierte Spannungssignal wird dem Minus(-)-Eingang des Norton-Verstärkers 60 der entsprechenden
Schaltanordnung über den Widerstand 75, die Diode 76, den Kondensator 77 und den Widerstand 97 zugeführt.
Die in die Statorphasenwicklung A induzierten Spannungswellenform wird auch noch dem Minus{-)-Eingang des
Norton-Verstärkers 50 der Schaltanordnung, die der Statorphasenwicklung
B entspricht, über die Leitung 89, den Widerstand 90, den Kondensator 91 und den Widerstand 92
zugeführt. Die in die Statorphasenwicklung B induzierte Spannungswellenform wird an den Minus(-)-Eingang des
Norton-Verstärkers 60 der der Phasenwicklung C entsprechenden Schaltanordnung über die Leitung 101, den Widerstand
102, den Kondensator 100 und den Widerstand 103 angelegt. Die in die Statorphasenwicklung C induzierte
Spannungswellenform wird an den Minus(-)-Eingang des Norton-Verstärkers
40 der Schaltanordnung, die der Statorphasenwicklung A enspricht, über die Leitung 84, den Widerstand
85, den Kondensator 86 und den Widerstand 87 zugeführt.
Die Kombination aus Widerstand 85 und Kondensator 86 der Kommutierungsschaltung 21 verzögert das Anlegen der in
die Statorphasenwicklung C induzierten Spannungswellenform an den Minus (·-)-Eingang des Norton-Verstärkers 40
der Kommutierungsschaltung 21; die Kombination aus Widerstand
90 und Kondensator 91 verzögert die Anlegung der in die Statorphasenwicklung A induzierten Spannungswellenform
an den Minus(-)-Eingang des Norton-Verstärkers 50 der
Kommutierungsschaltung 22; und die Kombination aus Widerstand 102 und Kondensator 100 verzögert die Anlegung der in die
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Statorphasenwicklung B induzierten Spannungswellenform an
den Minus(-)-Eingang des Norton-Verstärkers 60 der Kommutierungsschaltung
23. Durch Änderung der durch diese Bauelemente eingeführten Verzögerungen kann die Leitfähigkeitsdauer
jedes der Darlington-Paare 15, 17 und 19 aus
NPN-Transistoren ausgewählt werden. Infolge dieser durch die aus Widerstand und Kondensator bestehenden Kombinationen
eingeführten Verzögerung wird jede Statorphasenwicklung zu einem Zeitpunkt nach dem Erregen der nächsten Statorphasenwicklung
entregt, wie es durch diese Verzögerung bestimmt wird. Diese aus Widerstand und Kondensator bestehenden
Kombinationen werden so ausgelegt, daß die jeweiligen Kondensatoren 86, 91 und 100 durch die zugeordneten
Widerstände 85, 90 bzw. 102 mit einer Rate beladen werden, die mit der Amplitude der in die jeweiligen Statorphasenwicklung induzierten Potentialwellenformen ansteigt,
mit der sie jeweils verbunden sind. Demzufolge führen diese aus Widerstand und Kondensator bestehenden Kombinationen
eine veränderliche Verzögerung ein, die durch die Motorgeschwindigkeit so bestimmt wird, daß bei geringerer
Motorgeschwindigkeit eine größere Verzögerung und bei größerer Motorgeschwindigkeit eine geringere Verzögerung
herbeigeführt wird.
Wie es im Einzelnen bereits beschrieben wurde, wird, während das Ansteuersystem nach der Erfindung die Drehung des
Rotors 8 in Abhängigkeit von den phasenverschobenen, in
die Statorphasenwicklungen A, B und C induzierten Spannungswellenformen aufrechterhält, der Norton-Verstärker 60 in
den Zustand getriggert, in dem sein Ausgangssignal an der Verbindungsstelle 53 eine positive Polarität und eine
im wesentlichen der Versorgungsspannung entsprechende Größe besitzt, während jedes negativen Halbzyklus der in die
Statorphasenwicklung 10 induzierten Spannungswellenform, und in den Zustand getriggert/ in dem sein Ausgangssignal
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im wesentlichen Erdpotential ist, während jedes positiven Halbzyklus der in die Statorphasenwicklung C induzierten
Spannungswellenform. Dieses Signal wird über die Leitung 122, den Widerstand 123 und den Koppelkondensator 124
der Basiselektrode des NPN-Transistors 32 zugeführt. Während dieses Signal eine positive Polarität besitzt,
wird dadurch dem NPN-Transistor 32 ein Basisemitter-Treiberstrom zugeführt, der die Kollektoremitterstrecke dieses
Transistors 32 leitend werden läßt, so daß sich ein Entladungsweg für den Kondensator 33 während jeder negativen Halbwelle
der in die Statorphasenwicklung C induzierten Spannungswellenform ergibt. Solange dieses Sigaal auf Erdpotential
ist, entlädt sich der Koppelkondensator 124 durch die Diode 125. Die RC-Zeitkonstante, die durch den Kondensator
33 und den Ladewiderstand 34 bestimmt wird, ist so ausgelegt, daß der Kondensator 33 sich nicht auf einen ausreichenden
Spannungswert auflädt, der ein Triggern des Norton-Verstärkers 25 zwischen aufeinanderfolgenden Halbzyklen
negativer Polarität der in die Phasenwicklung C induzierten Spannungswellenform bewirken würde. Deshalb
bleibt die Startschaltung 20 gesperrt, solange das erfindungsgemäße System die Rotordrehung in Abhängigkeit
von den in die Statorphasenwicklungen induzierten Spannungswellenformen aufrechterhält.
Es sind zum Schutz der jeweiligen Darlington-Paare aus NPN-Transistoren Zenerdioden 126, 127 und 128 vorgesehen,
um möglicherweise zerstörend wirkende. Überspannungen abzuleiten.
Damit entsteht eine Ansteuerschaltung für eine kommutatorlosen Gleichstrommotor, die eine Schaltung 20 aufweist,
die zur Einleitung der Drehung eines permanent magnetischen Rotors 8 vom Stillstand nach Anlegen einer Versorgungsspannung dient, worauf weitere Schaltkreise 21, 22 und
030044/0686
die Drehung des Rotors 8 aufrechterhalten, indem sie der
Reihe nach die Polyphasenstatorwicklungen A, B und C in Abhängigkeit von in die Statorphasenwicklungen A, B und C
durch das Magnetfeld des sich drehenden permanent-magnetischen Rotors induzierten Wechselspannungswellenformen
aufrechterhält. Der Erregungskreis für jeweils eine Phasenwicklung wird in Abhängigkeit von dem ins Negative gehenden
Abschnitt der in die betreffende Wicklung induzierten Wellenform geschlossen und der Erregungskreis wird durch
die Spannung der Wellenform in einer anderen Phasenwicklung wieder unterbrochen.
G300U/0686
Leerseite
Claims (6)
- Patentansprüche:f 1.yAnsteuersystem für einen kommutatorlosen Gleichstrommotor zur Verwendung mit einem Gleichstrommotor, der einen Stator mit einer Vielzahl von Phasenwicklungen besitzt, die individuell über jeweilige individuelle Statorphasenwicklungs-Erregungskreise erregt werden können, wobei die Erregungskreise zur elektrischen Verbindung über eine externe Versorgungsspannungsquelle ausgelegt sind, und mit einem permanent-magnetischen Rotor, der zur Drehung in magnetischer Kopplungsbeziehung mit den Statorphasenwicklungen ausgelegt ist, wodurch bei einer Rotordrehung das magnetische Feld des Rotors Wechselspannungs-Wellenformen in die Statorphasenwicklungen induziert, welche gegeneinander phasenverschoben sind,030044/0686wobei die Phasenbeziehung durch die Anzahl der Statorphasen bestimmt ist, dadurch gekennzeichnet , daß eine Einrichtung (20) zum Einleiten der Drehung des Rotors (8) vom Stillstand vorgesehen ist, wodurch die Induzierung der phasenverschobenen Spannungswellenformen .in die Statorphasenwicklungen (A, B, C) eingeleitet wird, daß eine Einrichtung (3, 88, 93, 98) zur Erzeugung eines Referenzsignals vorgesehen ist, und daß von den phasenverschobenen, in die Statorphasenwicklungen induzierten Spannungswellenformen abhängige Einrichtungen (21, 22, 2 3) vorgesehen sind, um die Drehung des Rotors durch aufeinanderfolgendes Herstellen und späteres Unterbrechen der jeweiligen Erregungskreise für die einzelnen Statorphasenwicklungen aufrechtzuerhalten, daß die Einrichtungen weitere Einrichtungen (40-15; 50-17; 60-19) aufweisen, die jeweils mit einer Statorphasenwicklung verbunden sind, um die Herstellung der Statorphasenwicklungs-Erregungsschaltung für die damit verbundene Statorphasenwicklung zu bewirken in.Abhängigkeit davon, daß jeder negativ gehende Abschnitt der in die jeweilige Statorphasenwicklung induzierten Spannungswellenform einen Wert annimmt, der eine vorbestimmte Beziehung zu dem Referenzsignal besitzt, und um die unterbrechung dieser Erregungsschaltung zu bewirken in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Spannungswert der in eine andere Statorphasenwicklung induzierten Spannungswellenform, so daß nach Einleitung der Rotordrehung vom Stillstand aufeinanderfolgend die Statorphasenwicklungen erregt und später entregt werden, in Abhängigkeit von den phasenverschobenen, in die Statorphasenwicklungen induzierten Spannungswellenformen, und daß ein sich drehendes Magnetfeld erzeugt wird, das die die Rotordrehung aufrechterhält.
- 2. Ansteuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß jede Erregungsschaltung in Abhängigkeit von einem vorbestimmten Spannungswert während eines0300U/0686ins Positive gehende Abschnittes der induzierten Spannungswellenform unterbrochen ist.
- 3. Ansteuersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung zum Bewirken der Herstellung und Unterbrechung des Erregungskreises eine Schaltanordnung (40, 50, 60) umfaßt, die in Abhängigkeit von der Anlegung von elektrischen Signalen mit einem Wert arbeitet, der eine vorbestimmte Größe unter - bzw. überschreitet.
- 4. Ansteuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der ins Positive gehende Abschnitt der Spannungswellenform an eine Verzögerungsschaltung (85, 86; 90, 91; 102, 100) angelegt wird.
- 5. Ansteuersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet , daß die Einrichtung (20) zur Einleitung der Rotordrehung eine Einrichtung (25) zur Erzeugung eines Signalimpulses von vorbestimmter Länge auf Anlegen einer Versorgungsspannung enthält, die zur Erregung einer der Phasenwicklungen betreibbar ist.
- 6. Ansteuersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (122, 123, 124, 32, 33, 34, 25) vorgesehen sind, um die Einleitungseinrichtung; für die Rotordrehung in Abhängigkeit von den phasenversetzten Spannungswellenformen zu sperren.0300U/0686
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