DE3046971C2

DE3046971C2 - Ansteuerschaltung für einen bürstenlosen Gleichstrommotor

Info

Publication number: DE3046971C2
Application number: DE3046971A
Authority: DE
Inventors: Kastuji Tokorozawa Saitama Mizumoto
Original assignee: Pioneer Electronic Corp
Current assignee: Pioneer Corp
Priority date: 1979-12-15
Filing date: 1980-12-12
Publication date: 1983-10-13
Also published as: GB2065393B; DE3046971A1; US4338551A; GB2065393A

Description

Die Erfindung betrifft eine Ansteuerschaltung für einen bürstenlosen Gleichstrommotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE-AS 16 38 538 ist bereits eine Ansteuerschaltung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Hauptanspruchs bekannt. Bei einer derartigen Ansteuerschaltung bewirkt jegliche Änderung der Widerstandswerte der in den Transistorstrompfaden enthaltenen Widerstände eine entsprechende Schwankung des Stromes, der durch die Transistoren fließt. Jegliche Versorgungsspannungsänderung führt gleichfalls zu einer Änderung des Stromes durch die Transistoren, was wiederum zu einer Schwankung des Drehmomentes und der Drehgeschwindigkeit des Motors führt.

Aus der DE-OS 28 02 263 ist ein koüektorloser Gleichstrommotor mit 90° gegeneinander versetzten Ankerwicklungen bekannt. Die Ankerwicklungen werden aus jeweiligen Verstärkereinrichtungen mit Wechselströmen gespeist, wobei die Verstärkereinrichtungen aus je z'vei je emitterseitig und basisseitig miteinander verbundenen komplementären Transistoren bestehen.

Aus der Zeitschrift »Funk-Technik«, 1975, Heft 1.0, Seite 281 bis 284 sind Stromspiegeleinrichtungen bekannt.

Aus der DE-OS 26 01 981 ist es bekannt, kollektorlose Gleichstrommotoren mit um 90° gegeneinander versetzten Wicklungen stellungsabhängig von zwei magnetisch empfindlichen Elementen zu speisen, deren Erreger-Steueranschlüsse in Reihe geschaltet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ansteuerschaltung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs so weiterzubilden, daß Drehmoment- und Drehgeschwindigkeitsschwankungen des Gleichstrommotors einerseits bei Schwankungen der Widerstandswerte der Schaltung und andererseits bei Schwankungen der Versorgungsspannung verhindert werden.

Diese Aufgabe wird bei einer Ansteuerschaltung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1 gelöst.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das Schaltbild einer Antriebsschaltung für einen bürstenlosen Motor;

Fig. 2A bis 2D die Signale, die in der in Fig. 1 gezeigten Schaltung auftreten.

Im folgenden wird ein bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der F i g. 1 und 2 beschrieben. In Fig. 1 ist das schematische Schaltbild eines bürstenlosen Gleichstrommotors und einer zugehörigen Ansteuerschaltung dargestellt. E^;n Rotor 1 eines bürstenlosen Gleichstrommotors ist so magnetisiert, daß eine geeignete Anzahl von Nord- und Südpolen abwechselnd entlang des Umfanges des Rotors 1 angeordnet ist. Hall-Elemente H\ und H₂ sind an ortsfesten Stellen neben dem Rotor 1 in Drehrichtung des Rotors 1 so angeordnet, daß sich das an den Hall-Elementen liegende magnetische Feld entsprechend der Drehung des Rotors 1 ändert. Motorwicklungen L\ und L₂ werden durch die Ansteuerschaltung erregt, um an den Rotor 1 eine Drehkraft zu legen. Die Höhe der anliegenden Drehkraft hängt von der Winkelstellung des Rotors 1 ab.

Die Ansteuerschaltung zum Antreiben des in dieser Weise aufgebauten bürstenlosen Gleichstrommotors weist ein erstes und ein zweites Transistorppar und eine Konstantstromschaltung auf. Das erste Transistorpaar umfaßt NPN-Transistoren Qi, und Q\₂ und Widerstände Ru und Rn, die jeweils mit den Emittern der Transistoren Qu und Qm verbunden sind, um dadurch die Emitter zusammenzuschalten. Das zweite Transistorpaar weist PNP-Transistoren Qi\ und Q22 sowie Widerstände /?₂i und R22 auf, die jeweils mit den Emittern der Transistoren Q₂] und Q22 verbunden sind. Die Emitter der Transistoren Q₂] und Q22 des zweiten Transistorpaares sind gleichfalls über die Widerstände /?2i und R22 zusammengeschaltet. Die Konstantstromschaltung umfaßt einen NPN-Transistor Q₃] und einen PNP-Transistor Qi2, deren Emitter miteinander verbunden sind und deren Basen durch eine Spannung V_b vorgespannt sind, die zwischen den Basen der Transistoren Qn und Q32 liegt. Steuerklemmen des ersten und des zweiten Transistorpaares, die den Basen der jeweiligen Transistoren des ersten und des zweiten Transistorpaares entsprechen, sind mit den Ausgangsklemmen der Hall-Elemente H\ und H2 verbunden. Insbesondere sind die Basen der Transistoren Qu und Qn, die die Steuerklemmen des ersten Transistorpaares bilden, mit den Ausgangsklemmen des Hall-Elementes H_x verbunden, während die Basen der Transistoren Q₂] und Q₂₂, die die Steuerklemmen des zweiten Transistorpaares bilden, mit den Ausgangsklemmen des Hall-Elementes H2 verbunden sind. Jedes Hall-Element H] und H2 weist zwei Vorspannungsklemmen auf, wobei die ersten Vorspanniingsklemmen der Hall-Elemente H] und H2 über einen Widerstand Ro miteinander verbunden sind und die zweiten Vorspannungsklemmen an einer Energiequelle mit einer Spannung +B liegen. Ein Widerstand Rn und ein als Diode geschalteter Transistor Qn sind in Reihe zwischen die positive Klemme + B der Energiequelle und den Kollektor des Transistors Qu geschaltet. In ähnlicher Weise liegt eine Reihenschaltung aus einem Widerstand Ru und einem als Diode geschalteten Transistor Q,_A zwischen der positiven Klemme und dem Kollektor des Transistors Q\2. Ein als Diode geschalteter Transistor (J₂₃ und ein Widerstand R_2i sind in Reihe zwischen den Kollektor des Transistors Q₂] und Masse geschaltet. In ähnlicher Weise liegt eine Reihenschaltung aus einem als Diode geschalteten Transistor Q₂A und einem Widerstand R₂A zwischen dem Kollektor des Transistors Q₂₂ und Masse. Von der Energiequelle + B wird ein Strom geliefert, der über die Stromwege des ersten und des zweiten Transistorpaares und über d>e Reihenschaltungen aus den Widerständen und den als Dioden geschalteten Transistoren fließt.

Der Transistor Qn bildet zusammen mit den Transistoren Qm und Qu und den Widerständen R_i5 und Rv eine erste Stromspiegelschaltung. Der Transistor QiA bildet zusammen mit den Transistoren Q_lb und £>,·■ und den Widerständen /?is und Ä_]8 eine zweite Stromspiegelschaltung. Der Transistor Q23 bildet zusammen mit den Transistoren Q₂S und Q>₇ und den Widerständen R₂₅ und R₂? eine dritte Stromspiegelschaltung. Der Transistor Q₂A bildet zusammen mit den Transistoren Q₂₆ und Q₂S und den Widerständen R₂b und R₂S eine vierte Stromspiegelschaltung. Jede Stromspiegelschaltung weist zwei Ausgangsklemmen auf. Eine Ausgangsklemme der ersten und der dritten Stromspiegelschaltung liegt an einem Punkt P], während eine Ausgangsklemme der zweiten und der vierten Stromspiegelschaltung an einem Punkt P2 liegt. Die andere Ausgangsklemme der ersten und der vierten Stromspiegelschaltung liegen an einem Punkt Pa, während die andere Ausgangsklemme der zweiten und der dritten Stromspiegelschaltung an einem Punkt P₃ liegt. Potentialänderungen an den Punkten Pi bis Pa werden über ein erstes bis viertes Emitterfolgerpaar verstärkt, die Transistoren Qa\ und Qa2- Qai und Qaa. Qa und <?·«> und Qai und Qas jeweils umfassen. Das erste und das zweite Emitterfolgerpaar erregen die Motorwicklung L\ und das dritte und vierte Emitterfolgerpaar erregen die Motorwicklung L₂.

Wenn bei einer Ansteuerschaltung mit dem eben beschriebenen Aufbau einer der Magnetpole des Rotors R\ dem Hall-Element H\ gegenüberliegt, wird eine Spannung zwischen den Ausgangsklemmen des Hall-Elementes H\ erzeugt. Wenn beispielsweise der durch den Transistor Q₁₂ fließende Strom zunimmt, während der durch den Transistor Qu fließende Strom abnimmt, und der Transistor Q21 durchgeschaltet ist und der Transistor Q22 sperrt, dann nimmt das Potential am Punkt P₁ ab, während das Potential am Punkt P₂ zunimmt, so daß ein Strom vom Transistor Q^ zum Transistor Qa₂ fließt. Wenn der entgegengesetzte Magnetpol dem Hall-Element H\ gegenüberliegt, fließt der Strom in die umgekehrte Richtung. Dasselbe trifft auch für das Hall-Element H₂ zu, so daß dann, wenn die Magnetpole des Rotors 1 dem Hall-Element W₂ gegenüberliegen, ein Erregerstrom in der Motorwicklung L₂ in abwechselnden Richtungen fließt, während sich der Rotor dreht.

Die F i g. 2A bis 2D zeigen in Wellenformendiagrammen die Änderungen der Ausgangsspannungen der Hall-Elemente H] und H₂ und die Änderungen des Erregerstromes, der in den Motorwicklungen L\ und L₂ fließt.

Aus dem Obigen ist ersichtlich, daß bei der erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung für einen bürstenlosen Motor zwei Transistorpaare in Reihen geschaltet sind und von einer einzigen Konstanlstromquelle mit Strom versorgt werden. Schwankungen oder Instabilitäten, die von Änderungen in der Versorgungsspannung hervorgerufen werden, werden daher im wesentlichen vermieden. Darüber hinaus werden die Stromänderung in den Transistorpaaren wahrgenommen und über die Stromspiegelschaltungen verstärkt. Dadurch wird der dynamische Bereich der Schaltung sehr groß. Obwohl sich die Spannung +B der Energiequelle bezüglich der Spannung Vi, ändern kann, die von der Konstantstromquelle geliefert wird, bleibt die Gesamtstärke des Stromes, der durch die Transistor-

paare fließt, erfindungsgemäß unverändert. Das heißt, daß der Erregerstrom der Motorwicklungen unbeeinflußt bleibt, so daß die Arbeitsweise des Motors stabilisiert ist. Durch eine Änderung der Vorspannung V/_h die an den Basen der Transistoren Qn und Qi: der Konstantstromquelle liegt, ist es darüber hinaus möglich, die Stärke des Stromes zu steuern, der dem ersten und dem zweiten Transistorpaar geliefert wird. Durch eine Änderung der Amplitude der Erregerströnie, die in den Motorwicklungen L\ und L2 fließen, ist es weiterhin möglich, eine Steuerung der Drehzahl oder Drehgeschwindigkeit des Motors durchzuführen. In diesem Fall dienen die Transistoren Qu und ζ>)2 und die Energiequelle als Stromquelle zur Steuerung der Drehzahl oder Drehgeschwindigkeit des Motors.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Ansteuerschaltung mit einer Gleichspannungsquelle für einen bürstenlosen Gleichstrommotor mit einem magnetisierten Rotor, mit um 90° versetzten Ankerwicklungen, mit einem ersten und einem zweiten magnetisch empfindlichen Element, das jeweils zwei Steuerstrom- und zwei Ausgangsspannungsanschlüsse aufweist und das in Abhängigkeit vom Steuerstrom und von der Winkelstellung des _]0 Rotors an den Ausgangsspannungsanschlüssen Stellungssignale erzeugt, mit zwei aus jeweils zwei. Widerstände enthaltenden Transistorstrompfaden gleicher Ausführung bestehenden symmetrischen Gegentaktschaltungen, deren Eingangskreise je- ₎₅ weils mit den Ausgangsspannungsanschlüssen der magnetisch empfindlichen Elemente verbunden sind, wobei die Transistorstrompfade jedei· Geg-?ntaktschaltung zwischen einem Pol der Gleichspannungsquelle und einem gemeinsamen Anschlußpunkt liegen, mit mit den Transistorstrompfaden der beiden Gegentaktschaltungen gekoppelten Verstärkereinrichtungen, die Ströme durch die Ankerwicklungen treiben, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistorstrompfade (Qi₁, Q]₂) der ersten Gegentaktschaltung an dem einen Pol der Gleichspannungsquelle und die Transistorstrompfade (Q2\, Q₂₂) der zweiten Gegentaktschaltung an dem anderen Pol der Gleichspannungsquelle liegen und daß die gemeinsamen Anschlußpunkte der Transistorstrompfade über eine, einen Strom konstanthaltende Einrichtung (Qi], Q]₂) derart zusammengeschaltet sind, daß die beiden Gegentaktschaltungen in Reihe liegen, wobei die Transistoren in den Gegenlaktschaltungen zueinander komplementär sind,

daß Stromspiegeleinrichtungen (Q^ bis Q₂^, Rn bis R₂») in weiteren Strompfaden Ströme bewirken, die proportional denen in den Transistorstrompfaden sind und

daß die weiteren Strompfade mit den Steuereingängen der Verstärkereinrichtungen derart verbunden sind, daß diese Ströme wechselnder Polarität durch zwei um 90° versetzte Ankerwicklungen treiben.

2. Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Strom konstanthaltende Einrichtung aus zwei mit ihren Emittern verbundenen komplementären Transistoren (Q_}U Qi₂) besteht, zwischen deren Basen eine Spannung liegt.

3. Ansteuerschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung einstellbar ist.

4. Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steueranschlüsse der beiden magnetisch empfindlichen Elemente in Reihe geschaltet sind.

5. Ansteuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vier Stromspiegeleinrichtungen mit je zwei Ausgängen vorgesehen sind, wobei die erste (Qu, Qm, Q\t, Rn, R\% R\j) und die zweite (Qu. ie. is; /?i4.16. is) Stromspiegeleinrichtung mit ihrem Eingang jeweils am Ausgang des ersten (Q_n) bzw. zweiten (Q]₂) Transistors der ersten Gegentaktschaltung liegen, die dritte (Q_2},₂₅.₂j; #23.25.27) und vierte (Q₂A,₂b,2s; /?24.2b.2») Stromspiegeleinrichtung mit ihrem Eingang jeweils am Ausgang des ersten (Q2\) bzw. zweiten (Q₂₂) Transistors der zweiten Gegentaktschaltung liegen, daß weiter vier aus je zwei emitter- und basisseitig miteinander verbundenen, komplementären Transistoren, deren Kollektoren an den Polen der Gleichspannungsquelle liegen, bestehende Verstärkereinrichtungen vorgesehen sind, wobei die Basen der ersten (Q^, Qa₂), zweiten (Qn, Qaa). dritten (Q₄₅, Q^) und vierten (Qa₇, Qah) Verstärkereinrichtungen jeweils an einem Verbindungspunkt zwischen den miteinander verbundenen Einzelausgängen der ersten und dritten bzw. zweiten und vierten bzw. zweiten und dritten bzw. ersten und vierten Stromspiegeleinrichtung angeschlossen sind, und daß die Emitterverbindungen der ersten und zweiten Verstärkereinrichtung an die Anschlüsse der einen Ankerwicklung (L]) und die der dritten und vierten Verstärkereinrichtung an die der anderen Ankerwicklung (L₂) geführt sind.