DE3203829A1

DE3203829A1 - Antriebsschaltung fuer kollektorlose gleichstrommotoren

Info

Publication number: DE3203829A1
Application number: DE19823203829
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. Lipp (FH), 7119 Dörzbach; Wilhelm 7187 Schrozberg Reinhardt; F.O. Ulrich Dipl.-Ing. Rüdele (FH), 7119 Weißbach
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: 1983-08-11
Also published as: DE3203829C2; US4473782A

Description

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ebm Elektrobau Mulfingen GmbH & Co., 7119 Mulfingen

Antriebsschaltung für kollektorlose Gleichstrommotoren

Die Erfindung betrifft eine Antriebsschaltung für kollektorlose Gleichstrommotoren, wie sie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegeben ist.

Eine Antriebsschaltung dieser Art 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 Koppelkondensatoren 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 Transistor des

Differenzverstärkers zugeordnete Koppelkondensator 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 seiner Emitter/Kollektorstrecke . den Transistoren des Differenzverstärkers zusammen mit einer in Serie liegenden Schutzdiode parallelgeS'Chalteter weiterer Transistor, 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 Verstärkerbetrieb, und es kann daher während der Kondensatoraufladung zu einem überschreiten der für die beteiligten Transistoren maximal zulässigen Verlustleistung und damit zur thermischen Zerstörung dieser Transistoren kommen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Antriebsschaltung der eingangs erwähnten Art so zu gestalten, daß sie einen wirksamen Blockierschutz nicht nur für die Statorwicklungen, sondern auch für alle mit diesen verbundenen Transistoren gewährleistet.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Antriebsschaltung, vie sie im Patentanspruch T gekennzeichnet ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen; von besonderer Bedeutung ist dabei, daß zum Schutz des eventuell am Lüfter arbeitenden Personals ein Anlauf erst nach erfolgter Abschaltung und Wiedereinschaltung des Gleichstrommotors nach Aufhebung der Rotorblockierung durch die Anbindung der Basis des Blockierschutz-Transistors an die Speisegleichspannung über ein RC-Glied mit passender Dimensionierung möglich ist.

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 Blockierschutztransistor 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 erf in dungs gemäß ausgebildete Antriebsschaltung für einen zweisträngigen kollektorlosen Gleichstrommotor zeigt.

Der in der Zeichnung angenommene Gleichstrommotor besitzt zwei Statorwicklungen L- und L₂, die jeweils über die Emitter /Kollektor-Strecke eines ersten bzw. eines zweiten■Speisetransistors T₁ bzw. T₃ an den einen pol + u einer Speisegleichspannungsquelle und über einen gemeinsamen Blockierschutz-Transistor T₄ an deren anderen Pol (-) angeschlossen sind. Dabei liegt der Blockierschutz-Transistor T₄ mit seiner Emitter/Kollektor-Strekke in Serie zu den Statorwicklungen L-j und L zwischen deren gemeinsamem Punkt und dem pol (-) der Speisegleichspannungsquelle.

-JiT-

Zur Erfassung der Rotorstellung des Gleichstrommotors ist ein vorzugsweise als Hall-IC ausgebildetes Halbleiter-Steuerelement H₁ vorgesehen, das an einem Ausgang 1 von der Rotorstellung abhängige Stellungssignale abgibt. Diese Stellungssignale werden der Basis des Speisetransistors T₁ über einen Widerstand R₂ und der Basis des Speisetransistors T «,über einen weiteren Widerstand R₃ sowie den Basis/Kollektor-Übergang eines als Inverter arbeitenden Transistors T_ und einen an dessen Kollektor angeschlossenen Widerstand R₁- zugeführt. Ein Widerstand R₁ verbindet den gemeinsamen Punkt der Widerstände R₀ und R, mit dem Pol + u der Speisegleichspannungsquelle, während ein Widerstand R₄ zwischen dem Kollektor des Transistors T₂ und dem Pol (-) der Speisegleichspannungsquelle liegt.

Der gemeinsame Punkt jeder Statorwicklung L₁ bzw. L₂ mit ihrem zugeordneten Speisetransistor T₁ bzw. Τ- ist jeweils über eine eigene Diode D bzw. D₂ und einen an deren gemeinsamen Anodenanschluß angeschlossenen Widerstand Rg mit der Basis des Blockierschutz-Transistors T₄ verbunden. An diese ist weiter der Kollektor eines dem selbsttätigen Wiederanlaufen des Motors dienenden Anlauf-Transistors T₅ angeschlossen, der mit seinem Emitter an dem Pol (-) der Speisegleichspannungsquelle liegt und an seiner Basis mit dem Pol + U₃ der Speisegleichspannungsquelle über ein RC-Glied aus einem Widerstand R₇ und einem in Serie damit liegenden Kondensator C₁ verbunden ist.

Für die Beschreibung der Arbeitsweise der dargestellten Schaltung sei vom Betriebszustand des Gleichstrommotors ausgegangen, in dem der Blockierschutz-Transistor T₄ sich in leitendem Zustand befindet. In diesem Betriebszustand gibt das Halbleiter-Steuerelement H₁ an seinem Ausgang 1 Stellungssignale ab, die auf das Magnetfeld des umlaufenden Rotors des Gleichstrommotors zurückgehen und über die Widerstände R₁ und R₂ an die Basis des Speisetransistors T₁ bzw. an die des Inverter-Transistors T₂ gelangen.

Ist nun der Ausgangstransistor des magnetfeldempfindlichen Steuerelementes H₁ durchgesteuert, so liegt dessen Ausgang 1 an Masse. Dadurch werden die Transistoren T₁ und T leitend, über die Transistoren T₁ und T₄ fließt dann ein Strom J₁ durch die Statorwicklung L₁, während die Inverterfunktion des Transistors T₂ ein Durchschalten des Transistors T„ verhindert und somit die Statorwicklung L₂ nicht vom strom durchflossen wird.

Ist der Ausgangstransistor des magnetfeldempfindlichen Steuerelementes H₁ gesperrt, dann liegt an dessen Ausgang 1 die volle Betriebsspannung, und die Transistoren T₁ und T₂ gehen dadurch im Schaltbetrieb in den gesperrten Zustand über. Als Folge hiervon wird der Stromkreis für die Statorwicklung L₁ unterbrochen. Durch die Sperrung des Transistors T₂ kann der Transistor T₃ durchschalten und somit über den Transistor T₄ die Statorwicklung L₂ mit einem Strom J₂ speisen. *über R„ und R_n

Durch die Drehung des Rotors entsteht in jeder Statorwicklung L₁ bzw. L₂ während der Sperrzeit des ihr zugeordneten Speisetransistors T₁ bzw. T- eine Induktionsspannung, die über die Diode D₁ bzw. D ausgekoppelt wird und bewirkt, daß der Blockierschutz-Transistor T. in leitendem Zustand gehalten wird.

Wird nun der Rotor blockiert, dann wird in keiner der beiden Statorwicklungen L₁ und L-mehr eine Induktionsspannung erzeugt, und der Transistor T₄ sperrt.

Als Folge hiervon wird der durch die Stellung des magnetfeldempfindlichen Steuerelementes PL gekennzeichnete und durch die Transistoren T₁ bzw. T -gesteuerte Wicklungsstrom unterbrochen. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß bei Stillstand des Rotors keine unzulässige Erwärmung der Speisetransistoren T₁ und T₃ oder der Statorwicklungen L₁ und L_ infolge überhöhter Strombelastung eintreten kann.

Ist die Blockierung des Rotors beseitigt, kann nach kurzem Ausschalten eine Wiedereinschaltung erfolgen.

Wird die Betriebsspannung u wieder zugeschaltet, wird der Transistor T₁- über das an seiner Basis angeschlossene RC-Glied aus dem Widerstand R^und dem Kondensator C₁ sojlange leitend gehalten, bis der Kondensator C₁ aufgeladen ist. Während dieser Durchschaltung des Transistors T₅ liegt negatives Potential an der Basis des Transistors

T₄, so daß auch dieser durchsteuern kann und die durch die Stellung des magnetfeldempfindlichen Steuerelementes H. gekennzeichnete Statorwicklung I, bzw. L₂ wieder unter Strom gesetzt wird.

Der Transistor T₅ muß hierbei so lange durchgeschaltet bleiben, bis bei einer entsprechenden Drehzahl des Motors die an den Statorwicklungen L₁ bzw. L₂ entstehende Induktionsspannung ausreicht, um den Transistor T₄ leitend zu halten. Dies wird durch entsprechende Dimensionierung des Widerstandes R₇ und des Kondensators C₁ erreicht. Ist der Kondensator C₁ aufgeladen, wird der Basisstrom vom Transistor T- unterbrochen, der Transistor Τ- sperrt, und die weitere Ansteuerung des Transistors T₄ wird von der über die Dioden D₁ und D₂ ausgekoppeltenlnduktionsspannung an der jeweiligen Statorwicklung L₁ bzw. L₂ übernommen.

Wie sich aus der vorstehenden Beschreibung ohne weiteres ersehen läßt, tritt dank der erfindungsgemäßen Ausführung der Schaltung auch bei einem Blockieren des Rotors ein unzulässig hoher Stromfluß weder in den Statorwicklungen noch in irgendeinem Halbleiterelement der Schaltung auf.

Claims

Dr. HASSE - Dr. FRANKE - Dr. ULLRICH PATENTANWÄLTE IN MÖNCHEN UND HEIDELBERG 8000 München 90, 21.12.1981/R Asamstraße 8 P 4497/ebm 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 ange-. schlossen sind, in dem der Stromfluß von Stellungssignalen aus einem die Rotorstellung erfassenden Halbleiter-Steuerelement, insbesondere einem Hall-IC, und vom Schaltzustand eines auf ein Blockieren des Rotors ansprechenden und als Blockierschutz für die Statorwicklungen dienenden Halbleiterschalter abhängt,

dadurch gekennzeichnet, daß der als Blockierschutz vorgesehene Halbleiterschalter ein Transistor (T₄) ist, dessen Emitter/Kollektor-Strecke in Serie zu den Statorwicklungen (L₁ und L_) und den diesen zugeordneten Speisetransistoren (T₁ bzw. T-) liegt und dessen Basis die Induktionsspannung an den Statorwicklungen führt.

2. Schaltung nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des Blockier-

schutz-Transistors (T₄) mit dem einen Ende jeder Statorwicklung (L₁, L₂) über je eine Diode (D₁ bzw. Dp) verbunden ist.

3. Schaltung nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des Blockierschutz-Transistors (T₄) mit den Dioden (D₁ , D) über einen gemeinsamen Widerstand (R₆) verbunden ist.

4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,

dadurch gekennzeichnet, daß die Basis des Blockierschutz-Transistors (T₄) mit dem einen Pol der speisegleichspannungsqtielle über die Emitter/Kollektor-Strecke eines Anlauf-Transistors (T₁.) verbunden ist, dessen Basis über ein RC-Glied (R₁₇, C₁) an den anderen Pol der Speisegleichspannungsquelle angeschlossen i,st.

5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4,

dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Motorausführung mit zwei Statorwicklungen (L₁ und L_p) der der einen (Lp) davon zugeordnete Speisetransistor (T₃) über einen als Inverter wirkenden Transistor (T₉) mit dem Ausgang des Halbleiter-Steuerelements (H₁) verbunden ist.