DE3203691C2

DE3203691C2 - Antriebsschaltung für kollektorlose Gleichstrommotoren

Info

Publication number: DE3203691C2
Application number: DE3203691A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing.(F.H.) 7119 Hohebach Lipp; Wilhelm 7187 Schrozberg Reinhardt; Friedrich O. U. Dipl.-Ing.(F.H.) 7119 Weissbach Ruedele
Original assignee: Elektrobau Mulfingen and Co EBM GmbH
Current assignee: Elektrobau Mulfingen and Co EBM GmbH
Priority date: 1982-02-04
Filing date: 1982-02-04
Publication date: 1984-08-09
Also published as: DE3203691A1

Abstract

Bei einer Antriebsschaltung für kollektorlose Gleichstrommotoren mit einem zylinderähnlichen Luftspalt zwischen einem permanentmagnetischen Innen- oder Außenrotor und einem Stator, dessen Wicklungen an eine Speisegleichspannungsquelle in Serie mit je einem Speisetransistor angeschlossen sind, in dem der Stromfluß von Stellungssignalen aus einem die Rotorstellung erfassenden Halbleiter-Steuer element, insbesondere einem Hall-IC, und vom Schaltzustand eines auf ein Blockieren des Rotors ansprechenden und als Blockierschutz für die Statorwicklungen dienenden Halbleiterschalters abhängt, ist zur Vermeidung einer thermischen Überlastung der Statorwicklungen und der in der Schaltung enthaltenen Halbleiterelemente der als Blockierschutz vorgesehene Halbleiter ein Transistor, der zum einen mit der Basis von den Basisstrom für die Speisetransistoren liefernden Steuertransistoren und zum anderen mit einem Ende der Statorwicklungen verbunden ist und bei Ausfall der Induktionsspannungen von den Statorwicklungen in gesperrten Zustand übergeht und dadurch unter Sperrung der Steuertransistoren den Basisstrom für die Speisetransistoren unterbricht und so diese ebenfalls sperrt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsschaltung für kollektorlose Gleichstrommotoren mit einem zylinderähnlichen Luftspalt zwischen einem permanentmagnetischen Innen- oder Außenrotor und einem Stator, dessen Wicklungen an eine Speisegleichspannungsquelle in Serie mit je einem Speisetransistor angeschlossen sind, in dem der Stromfluß von Stellungssignalen aus einem die Rotorstellung erfassenden Halbleiter-Steuerelement und vom Schaltzustand eines auf ein Blockieren des Rotors ansprechenden und als Blockierschulz für die Statorwicklungen dienenden, aus mindestens einem Transistor bestehenden Halbleiterschalter abhängt.

Eine derartige Antriebsschaltung ist in der DE-AS 24 19 432 beschrieben. Bei dieser bekannten Schaltung sind die Speisetransistoren für die Statorwicklungen mit dem Halbleiter-Steuerelement für die Erfassung der Rotorstellung jeweils über einen von zwei einen Differenzverstärker bildenden Transistoren verbunden und jeder dieser Transistoren enthält in seinem Basiszweig einen Koppelkondensator mit einem zugeordneten Lade- und Entladekreis. Diese Koppelkondcnsatorcn sind so bemessen, daß sie bei laufendem Motor das von ihnen übertragene Stellungssignal aus dem Halbleiter-Steuerelement nicht differenzieren. Bei einem Blockieren des Rotors wird der dem jeweils leitenden Transisior des Differenzvcrstiirkers zugeordnete Koppelkon-Weiterhin ist aus der DE-OS 27 38 246 ein Blockierverfahren bekannt, wobei der Biockiertransisior von einer drehzahlabhängigen Ist-Wertspannung beaufschlagt wird, bei deren Ausfall er gesperrt ist und damit auch die Speisestromzufuhr zum Motor sperrt. Weiterhin ist aus dieser Druckschrift ein RC-Zeitglied bekannt, das den Blockiertransistor beim Einschalten des Motors freigibt. Die aus der DE-OS 27 38 246 bekannte Schaltung dient zur Regelung der Drehzahl eines Elektromotors, und zwar mit Hilfe eines Tachogenerators, der eine drehzahlabhängige Spannung erzeugt.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsschaitung der gattungsgemäßen Art derart zu gestalten, daß sie einen wirksamen Blokkierschutz nicht nur für die Statorwicklungen sondern auch für alle mit diesen verbundenen Transistoren gewährleistet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Halbleiterschalter aus einem ersten Transistor und einem pro Statorwicklung vorgesehenen zweiten Transistor besteht, wobei die Basis des ersten Transistors mit dem einen Pol der Speisegleichspannung verbunden ist und sein Emitter über Dioden mit einem Ende der Statorwicklungen verbunden ist, sowie sein Kollektor mit der Basis des zweiten Transistors verbunden ist und dessen Koilektor-Emitterstrecke zwischen dem aus einem HALL-IC bestehenden Halbleiter-Steuerelement und der Basis der Speisetransistoren geschaltet ist und daß der Kollektor des ersten Transistors an ,den gemeinsamen Punkt eines Widerstandes und eines Kondensators angeschlossen ist, die in Reihe zwischen den Polen der Speisegleichspannungsquelle geschaltet sind.

Der Halbleiterschalter besteht demnach aus der Zusammenschaltung von zwei Transistoren pro Stator-

55 wicklung. .er·

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in Anspruch 2 enthalten.

Hierbei ist darauf hinzuweisen, aaß es an sich bekannt ist. siehe DE-AS 24 40 533, aus den Erregerwicklungen bö in den speisestromlosen Pausen über Dioden die induzierte EMK als Drehzahl-Istwert auszukoppeln.

Von besonderer Bedeutung für die Erfindung ist, daß zum Schutz des eventuell am Lüfter arbeitenden Personals ein Wiederanlauf des Gleichstrommotors nach Auf_b5 hcbung der Rctorblockicrung erst nach erfolgter Abschaltung und Wiedereinschaltung der Betriebsspannung möglich ist. indem die Steucrtransistoren jeweils mit ihrer Basis an den gemeinsamen Punkt eines Wider-

Standes und eines Kondensators angeschlossen sind, die in Serie zueinander zwischen den Polen der Speisegleichspannungsquelle liegen. Das so entstehende RC-GHed häk den Basisstrom für die Steuenransistoren nach dem Wiederanschalten der Speisegleichspannung so lange aufrecht bis er von dem durch die Induktionsspannungen an den Statorwicklungen wieder in leitenden Zustand übergeführten Blockierschutz-Transistor übernommen werden kann.

Außerdem ist von besonderer Bedeutung, daß bei Einschaltung der Betriebsspannung ein sicherer Anlauf auch dann gewährleistet ist, wenn der Spannungsanstieg der Betriebsspannung langsam erfolgt Weiterhin ist noch hervorzuheben, daß bei Blockierung des Motors eine schlagartige Abschaltung der Wicklungen erfolgt, so daß als Folge der wesentlich geringeren Verlustleistung kleinere und preisgünstigere Leistungstransistoren verwendet werden können.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist noch darin zu sehen, daß auch bei einem Durchbruch der Kollektor-Emitterstrecken der Speisetransistoren der Blockierschutziransistor den Schutz der Wicklungen -übernimmt. Für die weitere Erläuterung der Erfindung und ihrer Vorteile wird nunmehr auf die Zeichnung Bezug genommen, deren einzige Figur eine erfindungsgemäß ausgebildete Antriebsschaltung für einen zweipoligen kollektorlosen Gleichstrommotor zeigt.

Der in der Zeichnung angenommene Gleichstrommotor besitzt zwei Statorwicklungen L\ und L₂, die jeweils über die Emitter/Kollektcr-Strecke eines ersten bzw. eines zweiten Speisetransistors Tj bzw. T5 an den einen Pol + U₅ einer Speisegleichspannungsquelle und mit ihrem anderen Ende unmittelbar an den negativen Pol (—) dieser Speisegleichspannungsquelle angeschlossen sind. An ihrer Basis sind die Speisetransistoren Tj und T₅ über je einen Widerstand Ä» bzw. Rs mit dem Emitter je eines Steuertransistors T₁ bzw. T* verbunden, von denen der eine (Ti) mit seinem Kollektor unmittelbar und der andere (T₄) über den Basis/Kollektor-Übergang eines als Invert.r arbeitenden Transistors Tj mit dem Ausgang eines die Rotorstellung des Gleichstrommotors erfassenden und vorzugsweise als HALL-fC ausgebildeten Halbleiter-Steuerelements H\ verbunden ist. Dieses Halbleiter-Steuerelement H\ liegt seinerseits mit einem Eingang am negativen Pol (—) der Speisegleichspannungsqudle und mit einem zweiteil Eingang über einen Widerstand R₂ an deren positivem Pol +£/,. mit dem auch sein Ausgang über<;inen Widerstand R> verbunden ist.

An ihrem mit dem Kollektor des jeweils zugehörigen Speisttransistors Tj bzw. Ts verbundenen Ende ist jede der Statorwicklungen L\ und L₂ außerdem über je eine Diode D\ bzw. D₂ mit dem Emitter eines Blockierschutz-Transistors Tf, verbunden, der an seiner Basis über einen Widerstand Rg an den negativen Pol (—) der Speisegleichspannungsquelle angeschlossen ist. Der Kollektor dieses Blockierschutztransistors T₆ ist an den gemeinsamen Punkt eines Widerstandes R\ und eines Kondensators Q angeschlossen, die in dieser Reihenfolge ein RC-Glied zwischen dem positiven Pol + u„ der Speisegleichspannungsquelle und deren negativem Pol (—) bilden.

An den gemeinsamen Punkt des Widerstandes R\ und des Kondensators C\ sind außerdem über je einen Widerstand Rf, bzw. Rj die Steuenransistoren Ti und Ti, jeweils mit ihrer Basis angeschlossen. Der Inverter-Transistor T2 ist an seinem Emitter mit dem positiver Pol +u, der Speisegbichspannungsquelle unmittelbar und an seinem Kollektor über einen Widerstand /?» mit dem negativen Pol (—) der Speisegleichspannungsquelle verbunden, während seine Basis an den Ausgang des Halbleiter-Steuerelements H\ angeschlossen ist
Im normalen Betrieb des Gleichstrommotors sind die Steuertransistoren Ti und T₄ ständig in leitendem Zustand. Die Stellungssignale von dem auf das Magnetfeld des Rotors ansprechenden Halbleiter-Steuerelement H\ schalten die Speisetransistoren Tj und Ts über die zugehörigen Steuertransistoren Ti bzw. T₄ abwechselnd durch, so daß die entsprechenden Statorwicklungen L\ bzw. L₄ Strom führen. Die an den Statorwicklungen L\ und L₂ entstehenden Induktionsspannungen werden über die Dioden D\ bzw. D₂ ausgetastet und steuern den Schaltzustand des Blockierschutz-Transistors Tb. Im normalen Betriebszustand des Gleichstrommotors sind diese Induktionsspannungen negativer als das Nullpotential vom negativen Pol (—) der Speisegleichspannungsquelle, so daß in diesem Betriebszustand des Motors der Blockierschutz-Transistor Tt, leitet und über die Widerstände R_b und Ri negatives Potential an die Basis der Steuertransistoren T\ und T₄ ^fangen läßt Bei ungestörtem Betrieb des Gleichstrommotors sind diese Steuenransistoren Ti und T₄ daher ständig in leitendem Zustand, und die Stromversorgung des Gleichstrommotors an seinen Statorwicklungen L\ und Li ist gewährleistet h« einzelnen geschieht dies in folgender Weise. 1st der Ausgangstransistor des magnetfeldempfindlichen Steuerelementes H_x durchgesteuert so liegt dessen Ausgang an Masse. Dadurch werden die Transistoren T3

und Ti leitend. Über den Transistor Tj fließt dann Strom durch die Statorwicklung L\, während die Inverterfunktion des Transistors T₂ ein Durchschalten des Transistors Ti verhindert und somit die Statorwicklung Li nicht vom Strom durchflossen wird. Ist der Ausgangstransistor des magnetfeldempfindlichen Steuerelementes H\ gesperrt, dann liegt an dessen Ausgang die volle Betriebsspannung, und die Transistoren Tj und Ti gehen dadurch im Schaltbetrieb in den gespe^rrten Zustand über. Als Folge hiervon wird der Stromkreis für die Statorwicklung L\ unterbrechen. Durch die Sperrung d:s Transistors T2 kann der Transistor T5 durchschalten und somit die Statorwicklung L₂ mit Strom speisen.

Kommt es dagegen zu einem Blockieren des Rotors, so werden die von diesem an den Statonvicklungen L\ und L₂ erzeugten Induktionsspannungen zu Null, und der Blockierschutz-Transistor T₆ geht in gesperrten Zustand über. Dadurch führen die Steuertransistoren Ti und T₄ an ihrer Basis ein Potential, das sie ebenfalls in gesperrten Zustand übergehen läßt. Dies wiederum hat zur Folge, daß auch die Speisetransistoren T₃ und Ts abschalten, und es fließt dann kein Strom mehr durch die StQtorwicklungen L\ und L₂.

Wird nach Beseitigung der Blockierungsursache die Stromversorgung für den Gleichstrommotor wieder eingeschaltet;so liefert der Aufladestron/ für den Kondensator Ci den nötigen Basisstrom für die Steuertransistoren Ti und T₄ und hält diese damit so lange in leitendem Zustand, bis dieser Zustand wieder durch den über die Induktionsspannungen von den Statorwicklungen L\ und L₂ erneut in leitenden Zustand übergeführten Blokkierschutz-Transistor T<, aufrecht erhalten werden kann. Die vorstehende Beschreibung läßt erkennen, daß bei der erfindungsgemäßen Auslegung der Antriebsschaltung in keinem Betriebszustand des Gleichstrommotors

b5 und insbesondere auch nicht bei einem Blockieren von dessen Rotor ein unzulässig hoher Stromfluß durch die Statorwicklungen oder durch eines der Halbleiterelemente der Schaltune auftreten kann, leeliche Gefahr

einer thermischen Schädigung aller dieser Bauelemente durch zu hohe Strombelastung bleibt daher mit Sicherheit vermieden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Antriebsschaltung für kollektorlose Gleichstrommotoren mit einem zylinderähnlichen Luftspalt zwischen einem permanentmagnetischen Innen- oder Außenrotor und einem Stator, dessen Wicklungen an eine Speisegleichspannungsquelle in Serie mit je einem Speisetransistor angeschlossen sind, indem der Stromfluß von Stellungssignalen aus einem die Rotorstellung erfassenden Halbleiter-Steuerelement und vom Schaltzustand eines auf ein Blockieren des Rotors ansprechenden und als Blokkierschutz für die Statorwicklungen dienenden, aus mindestens einem Transistor bestehenden Halbleiterschalter abhängt, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterschalter aus einem ersten Transistor (T₆) und einem pro Statorwicklung (U L₂) vorgesehenen zweiten Transistor T\ bzw. 7«) besteht, wobei difc Basis des ersten Transistors (T_b) mit demeinen Pol der Speisegleichspannung verbunden ist und sein Emitter über Dioden (D 1, DI) mit einem Ende der Statorwicklungen verbunden ist sowie sein Kollektor mit der Basis des zweiten Transistors (Ti bzw. T*) verbunden ist und dessen Kollektor-Emitterstrecke zwischen dem au& einem HALL-IC bestehenden Halbleiter-Steuerelement und der Basis der Speisetransistoren geschaltet ist, und daß der Kollektor des ersten Transistors (T₆) an den gemeinsamen Punkt r.'nes Widerstandes (Ri) und eines Kondensators (Q) angeschlossen ist. die in Reihe zwischen den Polen der £peisespunnungsquelle geschaltet sind.

2. Schaltung nach Anspruch 1, adurch gekennzeichnet, daß der Kollektor des Blockierschutz-Transistors (Ti) mit der Basis jedes der Steuertransistoren (Tu T₄) jeweils über einen Widerstand (R_b bzw. Ry) verbunden ist.

densator aufgeladen und bewirkt auf diese Weise ein Sperren des entsprechenden Transistors im Differenzverstärker und damit auch ein Absinken des Betriebsstromes in dem entsprechenden Speisetransistor und der damit in Serie liegenden Statorwicklung. Den Strom des Differenzverstärkers übernimmt ein mit einer Emitter/Kollektorstrecke den Transistoren des Differenzverstärkers zusammen mit einer in Serie liegenden Schutzdiode parallel geschalteter weiterer Transistor, ίο der auf diese Weise eine Blockierschutzfunktion für die Statorwicklungen übernimmt, indem er eine Absenkung von deren Betriebsstrom ermöglicht Bei dieser Schaltungsweise arbeiten die mit dem sich aufladenden Koppelkondensator verbundenen Transistoren im Veistärkerbereich und es kann daher während der Kondensatoraufladung zu einem Oberschreiten der für die beteiligten Transistoren maximal zulässigen Verlustleistung und damit zur thermischen Zerstörung dieser Transistoren kommen.