DE3218740A1

DE3218740A1 - Control circuit for a DC motor without a commutator

Info

Publication number: DE3218740A1
Application number: DE3218740A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl.-Ing. Lipp (FH), 7119 Hohebach; Wilhelm 7187 Schrezberg Reinhardt; Friedrich Otto Ulrich Dipl.-Ing.(FH) 7119 Weißbach Rüdele
Original assignee: Elektrobau Mulfingen and Co EBM GmbH
Current assignee: Elektrobau Mulfingen and Co EBM GmbH
Priority date: 1982-05-18
Filing date: 1982-05-18
Publication date: 1983-11-24
Also published as: DE3218740C2

Abstract

In a control circuit for supplying the stator winding strands (W1 to W4) of a DC motor without a commutator, a BCD logic chip (IC1) is provided according to the invention for determining the drive times for the stator winding strands, in order to reduce the circuit cost (circuit complexity) while maintaining simple adaptability to different winding strand numbers, which BCD logic chip (IC1) is connected on the input side to rotation position detectors (H1, H2) for detecting the rotor position, and is connected on the output side via transistors (T1 to T4, T6 to T9) to the stator winding strands. A further transistor (T5) ensures that the DC motor starts smoothly. <IMAGE>

Description

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ebm Blektrobau MuIfingen GmbH & Co., 7119 MuIfingenebm Blektrobau MuIfingen GmbH & Co., 7119 MuIfingen

Steuerschaltung für einen kollektorlosen GleichstrommotorControl circuit for a brushless DC motor

Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung für einen kollektorlosen Gleichstrommotor, wie sie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegeben ist.The invention relates to a control circuit for a brushless direct current motor as described in the preamble of claim 1 is specified.

Die Versorgung der Statorwicklungen von kollektorlosen Gleichstrommotoren mit Speisestrom erfolgt im allgemeinen mit Hilfe von Steuerschaltungen, die ihre Eingangssignale aus Drehstellungsdedektoren beziehen, die ihrerseits auf das Magnetfeld des Rotormagneten ansprechen.The supply of the stator windings from brushless DC motors with supply current is generally done with the help of control circuits that their input signals refer to rotational position detectors, which in turn respond to the magnetic field of the rotor magnet.

So ist in der DE-PS 29 OO 547 ein Steuersignalgeber für die Kommutierungseinrichtung eines kollektor loser, ^lektronikmotors erwähnt, der mit zwei um 90 elektrisch und magnetisch gegeneinander versetzt angeordneten Hallgeneratoren als Drehstellungsdedektoren arbeitet. Die rotorstellungsabhängigen Hallsignale aus den Hallgeneratoren werden mit Hilfe einer Auswerteschaltung verarbeitet, die aus den Hallsignalen Steuersignale fürFor example, DE-PS 29 00 547 describes a control signal generator for the commutation device of a collector-less electronic motor mentioned, the one with two Hall generators arranged electrically and magnetically offset from one another by 90 works as rotary position detectors. The rotor position-dependent Hall signals from the Hall generators are processed with the help of an evaluation circuit. the control signals from the Hall signals for

die Schaltelemente in der Kommutierungseinrichtung ableitet. Dabei bildet eine Verknüpfungsschaltung aus den sinusförmigen Ausgangssignalen der Hallgene.v üoren zwei digitale Ansteuersignale, die einer i-aus-4-Logikschaltung zugeführt werden, die wiederum an ihrem Ausgang die Steuersignale für die Schaltelemente der Kommutierungseinrichtung liefert.derives the switching elements in the commutation device. A logic circuit forms the sinusoidal output signals of the Hallgene.v üoren two digital control signals, which are fed to an i-out-of-4 logic circuit, which in turn are at their output the control signals for the switching elements of the commutation device supplies.

Aus der DE-AS 29 OO 541 ist weiter ein Steuersignalgeber für die Kommutierungseinrichtung eines elektronisch kommutierten Gleichstrommotors bekannt, der allgemein η und mindestens zwei gegeneinander versetzte Drehstellungsdedektoren aufweist. Dabei beträgt die gegenseitige Versetzung der Drehstellungsdadektoren 180 /n el., und die Drehstellungsdedektoren geben von der Rotorstellung abhangige und sich stetig verändernde elektrische Ausgangssignale ab. Dieser Steuersignalgeber ist einem Gleichstrommotor zugeordnet, dessen Ständerwicklung durch zusätzliche, einen 4n-pulsigen Betrieb ermöglichende Einzelwicklungen ergänzt ist. Zur Gewinnung der Steuersignale für die zusätzlichen Sinzelwicklungen enthält eine Verknüpfungsschaltung η als Komparatoren . oder Hystereseschalter beschaltete operationsverstärker. Die weiteren Ansteuerzeitpunkte werden aus den Schnittpunkten der Ausgangssignale der Drehstellungsdedektoren abgeleitet.DE-AS 29 OO 541 also discloses a control signal transmitter for the commutation device of an electronic one commutated DC motor known, the general η and at least two mutually offset rotational position detectors having. The mutual offset of the rotary position dadectors is 180 / n el., and the rotary position detectors give continuously changing electrical ones that are dependent on the rotor position Output signals. This control signal transmitter is assigned to a DC motor, its stator winding is supplemented by additional individual windings that enable 4n-pulse operation. For extraction the control signals for the additional individual windings contains a logic circuit η as comparators. or hysteresis switch connected operational amplifiers. The further activation times are derived from the intersection points derived from the output signals of the rotary position detectors.

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Die bekannten Steuersignalgeber bringen zum einen einen erheblichen schaltungsmäßigen Auf vand mit sich, und sie machen es außerdem erforderlich, für mehrsträngige Motoren jeweils eine speziell auf die jeweilige Strangzahl abgestimmte Komrautierungseinrichtung vorzusehen. Eine derartig unterschiedliche Ausbildung der Kommutierungseinrichtungen verlangt jedoch in der Fertigung ebenfalls eine unterschiedliche Behandlung der Motoren mit unterschiedlicher Stranganzahl, da schon infolge der jeweils anderen Schaltplatinen stets eine Umstellung der entsprechenden Bestückungsautomaten notwendig ist.The known control signal generators bring on the one hand considerable circuit-related expense with itself, and they also make it necessary for multi-strand engines Provide a communication device specially tailored to the number of lines in each case. However, such a different design of the commutation devices is required in production also a different treatment of the engines with different numbers of strings, as there is always a change as a result of the other circuit boards the corresponding placement machine is necessary.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Steuerschaltung der eingangs erwähnten Art zu schaffen, die es gestattet, für zwei- bis sechs-strängige Motoren die gleiche Kommutierungseinrichtung zu verwenden, wobei außerdem die mit Hilfe eines höher-pulsigen Betriebes verbesserten Gleichlaufeigen schäften von elektronisch kommutierten Gleichstrommotoren mit einem Minimalaufwand an Drehstellungsdedektoren erreicht werden sollen.The invention is therefore based on the object of creating a control circuit of the type mentioned at the outset, which allows for two- to six-string engines to use the same commutation device, in addition to which the electronic synchronism properties improved with the aid of higher-pulse operation commutated DC motors with a minimum of effort to be achieved on rotary position detectors.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch eine Ausbildung einer Steuerschaltung für einen kollektor losen Gleichstrommotor, wie sie im Patentanspruch 1 angegeben ist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchan.The object set is achieved according to the invention by a design of a control circuit for a Collectorless DC motor, as described in the claim 1 is specified. Advantageous embodiments of the invention emerge from the subclaims.

Die erfindungsgemäß ausgebildete Steuerschaltung eignet sich für kollektorlose Gleichstrommotoren und insbesondere für Außenläufermotoren, die eine Statorwicklung mit N Strängen und als Rotormagneten einen zweipolig radialmagnetisierten Permanentmagneten aufweisen. Dabei liegt die Zahl N der Stränge der Statorwicklung zwischen zwei und sechs, und der Permanentmagnet, der eine sinusförmige oder trapezförmige Magnetisierung aufweisen kann, ist bevorzugt innerhalb eines Rotortopfes befestigt. Für die Motorsteuerung sind Drehstellungsdedektoren vorgesehen, die etwa in der neutralen Zone zwischen zwei Schenkeln der Statorwicklung mit einem gegenseitigen Drehwinkelabstand von 360 /N befestigt sind und rotorstellungsabhängige Signale abgeben, die der Steuerschaltung zugeführt werden, die daraus Steuersignale für die Einschaltung der entsprechenden Wicklungsstränge gewinnt.The control circuit designed according to the invention is suitable Suitable for brushless DC motors and especially for external rotor motors that have a stator winding with N strands and a two-pole rotor magnet Have radially magnetized permanent magnets. The number N of strands of the stator winding is located here between two and six, and the permanent magnet, which has a sinusoidal or trapezoidal magnetization may have, is preferably attached within a rotor pot. Rotary position detectors are used for motor control provided, approximately in the neutral zone between two legs of the stator winding with a mutual rotation angle distance of 360 / N are attached and emit rotor position-dependent signals that are fed to the control circuit, the from this gains control signals for switching on the corresponding winding phases.

Die einzelnen Stränge der Statorwicklung werden über Leistungstransistoren geschaltet, und diese Leistungstransistoren erhalten gemäß der Erfindung ihre Ansteuersignale von einem handelsüblichen und preisgünstigen Logikbaustein, - der in Transistor-LogikThe individual strands of the stator winding are over Switched power transistors, and according to the invention, these power transistors receive their control signals from a commercially available and inexpensive one Logic module - the one in transistor logic

aufgebaut ist und entsprechend kurz als TTL-Baustein bezeichnet werden kann. Die Verwendung dieses Bausteins macht es möglich, mit einem Minimum an Schaltungselektro-is structured and can be referred to as a TTL module for short. The use of this building block makes it possible to use a minimum of circuit electronics

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nik auszukommen, so dafl sich der erforderliche Bauteileaufwand erheblich verringert. Die Anzahl der Statorwicklungsstränge hat Einfluß lediglich auf die Anzahl der erforderlichen Drehstellungsdedektoren, wobei für Motore mit bis zu vier Statorwicklungssträngen zwei Drehstellungsdedektoren vorzasehen sind, während für Motore mit fünf und sechs Statorwicklungssträngen drei Drehstellungsdedektoren erforderlich sind. Diese Drehstellungsdedektoren sind je nach der Anzahl N der Stator wicklungsstrange des jeweiligen Motors mit einem gegenseitigen Winkelabstand von 360 /N am Umfang des Stators angebracht. Dabei können sie entweder in Nutmitte jeweils zwischpn zwei verschiedene Polschenkel eintauchen, oder sie können je nach der Drehrichtung des jeweiligen Motors um einen Winkel X versetzt in Ausschnitten in der Endscheibe des Motors angeordnet sein. Der Rotormagnet ist zweipolig ausgeführt und bei zwei-, vier- oder sechs-poligen Motoren in einen Nordpolbereich und einen Südpolbereich unterteilt, die sich J jeder über einen Drehwinkelbereich von je 180° erstrecknik, so the required component expenditure considerably reduced. The number of stator winding phases only influences the number the required rotational position detectors, whereby for Motors with up to four stator winding phases are provided with two rotary position detectors, while for Motors with five and six stator windings three Rotation detectors are required. These rotary position detectors are the stator depending on the number N. winding strand of the respective motor with a mutual angular distance of 360 / N attached to the circumference of the stator. They can either be in the middle of the groove each dip between two different pole legs, or they can depending on the direction of rotation of the respective motor arranged offset by an angle X in cutouts in the end disk of the motor be. The rotor magnet is designed with two poles and, in the case of two, four or six-pole motors, in a north pole area and subdivided a south pole region, which J each extends over a rotational angle range of 180 ° each

':] Bei drei- oder fünf-poligen Motoren ist der in Form':] With three- or five-pole motors that is in good shape

.-I eines Magnetbandes ausgebildete Rotormagnet in einen.-I of a magnetic tape formed rotor magnet into a

\ Arbeitsteil und einen Steuerteil unterteilt, mit dessen \ Working part and a control part, with its

j Hilfe über die Drehstellungsdedektoren die Einschaltj Help via the rotary position detectors the switch-on

signale für die Statorwicklungsstränge am Logikbaustein erhalten werden können.signals for the stator winding strands can be obtained on the logic module.

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321374Ü321374Ü

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In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels veranschaulicht; dabei zeigen:In the drawing, the invention is based on an exemplary embodiment illustrates; show:

Fig. 1 ein Gesamtschaltbild für eine gemäß der Erfindung ausgebildete Steuerschaltung und ihre elektrische Verbindung mit der Statorwicklung und den Drehstellungsdfedektoren an dem betreffenden Motor,Fig. 1 is an overall circuit diagram for a control circuit designed according to the invention and its electrical connection with the stator winding and the rotary position detectors on the relevant motor,

Fig. 2 an verschiedenen Stellen der Schaltung von Fig. auftretende Spannungssignale,FIG. 2 at various points in the circuit of FIG. occurring voltage signals,

Fig. 3 einen senkrechten Schnitt durch den mittels der Schaltung von Fig. 1 zu steuernden Gleichstrommotor und3 shows a vertical section through the direct current motor to be controlled by means of the circuit of FIG and

Fig. 4 die Funktionstabelle für den Zusammenhang zwischen den binären Signalen an den Eingängen und den Ausgängen des Logikbausteins in der Schaltung von Fig. 1.4 shows the function table for the relationship between the binary signals at the inputs and the outputs of the logic module in the circuit of FIG. 1.

Der mit der Steuerschaltung von Fig. 1 zu betreibende Gleichstrommotor besitzt eine Statorwicklung mit vier Strängen WI bis W4, für deren Einschaltung als Drehfelddedektoren zwei Hallgeneratoren H1 und H2 vorgesehen sind, die um einen Drehwinkel von 90° gegeneinander versetzt am Umfang des Stators angeordnet sind. Diese Hallgeneratoren H1 und H2, die als Hall-IC's ausgeführt sind, liefern an ihrem jeweiligen Ausgang 1 bzw. 2 digitale Signale, die einem/Logikbaustein IC1 als Singangssignale zugeführt werden. Die daraus durch ent-The one to be operated with the control circuit of FIG The DC motor has a stator winding with four strands WI to W4, for their activation as rotary field detectors two Hall generators H1 and H2 are provided which are arranged offset from one another by an angle of rotation of 90 ° on the circumference of the stator. These Hall generators H1 and H2, which are designed as Hall ICs are, supply 1 or 2 digital signals at their respective output, which a / logic module IC1 as input signals are fed. The resulting

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sprechende Verarbeitung im Logikbaustein IC1 gewonnenen Signale werden über eine Treiberstufe Trst.1 vier Leistungstransistoren T1 bis T4 zugeführt, die jeweils mit ihrer Basis an die Treiberstufe Trst.1 angeschlossen sind und mit ihrer Emitter/Kollektor-Strecke im Stromversorgungskreis für jeweils einen der vier Statorwicklungsstränge V/1 bis W4 liegen. Die Signale aus dem Logikbaustein IC1 bestimmen also über die jeweilige Basisspannung für die Leistungstransistoren T1 bis T4, deren leitenden Zustand und damit die Anschaltung der Statorwicklungsstränge Wi bis V4 an die Stromversorgung.Talking processing gained in logic module IC1 Signals are transmitted to four power transistors via a driver stage Trst.1 T1 to T4 are supplied, each of which has its base connected to the driver stage Trst.1 are and with their emitter / collector path in the power supply circuit for one of the four stator winding phases V / 1 to W4 lie. The signals from the logic module IC1 thus determine the respective Base voltage for the power transistors T1 to T4, their conductive state and thus the connection of the Stator winding strands Wi to V4 to the power supply.

Geht man bei Betrachtung der Wirkungsweise der Steuerschaltung von Fig. 1 von einem laufenden Motor aus, so ist ein dessen Sanftanlauf bewirkender Transistor T5 als durchgesteuert zu betrachten, und die Hallgeneratoren H1 und HC werden durch das Magnetfeld des als innerhalb des Rotortopfes befestigtes zweipolig magnetisiertes Magnetband ausgebildeten Rotormagneten als Drehstellungsdedektoren durchgeschaltet. Die dabei jeweils einzuschaltenden Wicklungsstränge W1 bis W4 und die entstehenden Ausgangssignale sind in Fig. 2 bei a bis c dargestellt. Werden z.B. Hallgeneratoren HI und H2 verwendet, die vom Südpol des Rotormagneten beeinflußt werden, so wird nach Fig. 3 der Hallgenerator H1 durchgesteuert, sobald der Südpol des Rotormagneten dessen Stellung erreicht hat. Dieser gibt deshalb an seinemIf one assumes a running engine when considering the mode of operation of the control circuit of FIG. 1, a transistor T5 causing its soft start is to be regarded as turned on, as are the Hall generators H1 and HC are magnetized in two poles by the magnetic field of the as fixed inside the rotor pot Magnetic tape designed rotor magnets as Rotation position detectors switched through. The winding phases W1 to W4 and the resulting output signals are shown in Fig. 2 at a to c. If e.g. Hall generators HI and H2 used, which are influenced by the south pole of the rotor magnet, the Hall generator H1 is controlled according to Fig. 3, as soon as the south pole of the rotor magnet has reached its position. This is why he gives his

Ill I · · * I 'Ill I · * I '

ι » ι ι :ι »ι ι:

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Ausgang 1 das digitale Ausgangssignal "O" ab. Zu diesem Zeitpunkt steht dem Hallgenerator H2 der Nordpol des Rotormagneten gegenüber. Der Hallgenerator H2 -wird durch den Nordpol nicht beeinflußt und gibt deshalb an seinem Ausgang 2 das logische Signal "1 " ab. Die beiden Ausgangssignale der Hallgeneratoren H1 und H2 dienen als Eingangssignale für den Logikbaustein ICl, dessen Ausgangssignale in Abhängigkeit von seinen Singangssignalen in Fig. 4 dargestellt sind. Der Logikbaustein ICl gibt an seinen Ausgängen digitale Signale ab, die am Ausgang 3 den Wert "O" und an den restlichen Ausgängen den Wert "1" annehmen. Die dem Logikbaustein HC1 nachgeschaltete Treiberstufe Trst.1 wird mit diesen Ausgangssignalen angesteuert. Durch das logische Signal "0" am Ausgang 3, das etwa einer Spannung U, von 0 V entspricht, wird in der Treiberstufe Trst.1 ein über ^jOutput 1 outputs the digital output signal "O". To this The north pole of the rotor magnet is opposite the Hall generator H2. The Hall generator H2 -will is not influenced by the North Pole and therefore emits the logic signal "1" at its output 2. the Both output signals of the Hall generators H1 and H2 serve as input signals for the logic module ICl, its output signals depending on its singing signals are shown in FIG. The logic module ICl gives digital signals at its outputs which assume the value "O" at output 3 and the value "1" at the remaining outputs. The logic module HC1 downstream driver stage Trst.1 is controlled with these output signals. By the logical signal "0" at output 3, which corresponds approximately to a voltage U of 0 V, is a via ^ j in driver stage Trst.1

einen Widerstand R1 5 angeschlossenen Transistor T8 ;ij nicht durchgesteuert.Dadurch liegt an dessen Kollektor/ ^a resistor R1 5 connected transistor T8; ij not through-controlled. This is due to its collector / ^

Emitter-Strecke die volle Betriebsspannung U« an, und der .! zugehörige Leistungstransistor T1 , dessen Basis über ^:/lEmitter path the full operating voltage U «, and the.! associated power transistor T1, the base of which has ^: / l

einen widerstand R6 angeschlossen ist, kann durchschalten. Dieser Leistungstransistor T1 verbindet den Statorwicklungsstrang Wi mit der VersoiJungsspannung, und der Rotor kann sich weiterdrehen. Durch das gleichzeitig ' auftretende logische Signal "1" an den Ausgängen 1,2 ja resistor R6 is connected, can switch through. This power transistor T1 connects the stator winding phase Wi to the supply voltage, and the rotor can continue to turn. The logical signal "1" occurring at the same time at the outputs 1,2 j

und 4, das einer Spannung U1 , U2 und U4 von etwa 5 V entspricht, werden in der Treiberstufe Trst.1 überand 4, that of a voltage U1, U2 and U4 of about 5V are in the driver stage Trst.1 via

Widerstände R13, R14 und R16 Transistoren T6, T7 und T9 leitend, die über Basisvorwiderstände R4, R5 und R7 die Basis der Leistungstransistoren T2, T3 und T4 an Masse legen. Dies hat zur Folge, daß diese Leistungstransistoren T2, T3 und T4 nicht durchschalten und somit die Wicklungsstränge W2, W3 und W4 nicht vom Strom durchflossen werden können. Resistors R13, R14 and R16, transistors T6, T7 and T9 conductive, the base of the power transistors T2, T3 and T4 to ground via base resistors R4, R5 and R7 place. This has the consequence that these power transistors T2, T3 and T4 do not switch through and thus the Windings W2, W3 and W4 cannot have current flowing through them.

Nach einer Drehung des Rotors um einen Drehwinkel von 90° wird nun äußerem Hallgenerator H1 auch der Hallgenerator H2 durchgeschaltet, so daß nun beide an ihrem Ausgang 1 bzw. 2 die logischen Signale "0" führen. Diese Signale an den Eingängen A und B des Logikbausteins IC1 bewirken an dessen Ausgängen 2, 3 und 4 das Signal "1" und am Ausgang 1 das Signal "0". Hierdurch verbleiben die bereits leitenden Transistoren T7 und T9 :n diesem Zustand und halten damit die Leistungstransistoren T3 und T4 weiterhin in gesperrtem Zustand. Durch die Änderung des Signals am Ausgang 3 von ¹¹O" auf "1" wird nun der Transistor T8 durchgesteuert; infolge-dess_i geht der Leis tungs transistor T1 in den sperrenden Zustand über und unterbricht den Strom im Wicklungsstrang Wi. Gleichzeitig wird durch die Signaländerung am Ausgang 1 von "1" auf "0" der Transistor T6 gesperrt, so daß durch die Potentialanhebung an dessen Kollektor der LeistungstranAfter the rotor has rotated through an angle of rotation of 90 °, the external Hall generator H1 is also switched through the Hall generator H2, so that both now carry the logic signals "0" at their output 1 and 2, respectively. These signals at the inputs A and B of the logic module IC1 cause the "1" signal at its outputs 2, 3 and 4 and the "0" signal at output 1. As a result, the already conductive transistors T7 and T9 : n remain in this state and thus keep the power transistors T3 and T4 still in the blocked state. By changing the signal at output 3 from ¹¹ O "to" 1 ", transistor T8 is now turned on; as a result of this, power transistor T1 switches to the blocking state and interrupts the current in winding phase Wi at output 1 from "1" to "0" the transistor T6 is blocked, so that the power tran

sistor T2 durchschaltet und nunmehr den Statorwicklungsstrang W2 an die Spannungsq.uelle legt. Im weiterhin Verlauf der Drehung des Rotors wird nach Er:pichen der I8o°-Stellung des Rotors der Hallgenerator H1 abgeschaltet xuid zeigt an seinem Ausgang 1 den Wert "I¹', während der Hallgenerator H2 am Ausgang 2 den »C"-Wert beibehält. Dies hat zur Folge, daß die Ausgänge 3 und 4 des Logikbausteins Id ihren Wert "1 " beibehalten und damit die Leistungstransistoren TI und T4 weiterhin gesperrt bleiben. Der Ausgang 1 springt jedoch von "0" auf "1", so daß der Transistor T6 durchschaltet und damit negatives Potential an die Basis des Leistun<jstransisto> s T2 legt. Dieser geht dadurch in den sperrenden Zustand über und unterbricht damit den Strom im Wicklungsstrang W2. Eine Einschaltung des Wicklungsstranges W3 erfolgt durch die Signaländerung von "1" auf "0" am Atisgang 2 des Logikbausteins IC1 , der über den Transistor T7 den Leistungstransistor T3 durchsteuert.sistor T2 turns on and now puts the stator winding phase W2 to the voltage source. In the further course of the rotation of the rotor by Er: xuid Pichen the I8o ° position of the rotor of the Hall generator H1 off shows at its output 1 has the value "I ¹ 'while the Hall generator H2 the" C at the output 2 "value maintains . This has the consequence that the outputs 3 and 4 of the logic module Id retain their value "1" and thus the power transistors TI and T4 remain blocked. However, the output 1 jumps from "0" to "1", so that the transistor T6 switches through and thus applies a negative potential to the base of the power transistor T2. This switches to the blocking state and thus interrupts the current in phase winding W2. The winding phase W3 is switched on by the signal change from "1" to "0" at output 2 of the logic module IC1, which controls the power transistor T3 via the transistor T7.

Wird die 270°-Stellung des Rotors erreicht, nimmt der Ausgang 2 des Hallgenerators H2 den Wert "1" an und der Ausgang 1 des Hallgenerators Hl behält seinen Weit "1" bei. Die Ausgangssignale an den Ausgängen 2 und 4 des Logikbausteins IC1 ändern dabei ihre "'Werte, während an den Ausgängen 1 und 3 keino Änderung eintritt. Am Ausgang 2 des Logikbausteins ICH tritt eine SignaländerungWhen the rotor reaches the 270 ° position, output 2 of Hall generator H2 assumes the value "1" and the Output 1 of the Hall generator Hl retains its far "1" at. The output signals at outputs 2 and 4 of the logic module IC1 change their "'values while on no change occurs at outputs 1 and 3. At the exit 2 of the ICH logic module, a signal change occurs

von "O" nach »i " ein, die eine Sperrung des Transistors T3 und damit eine Abschaltung des Stromes durch den Wicklungsstrang W3 bewirkt.from "O" to "i", which is a blocking of the transistor T3 and thus a shutdown of the current through the winding phase W3 causes.

Die Einschaltung des Wicklungsstranges W4 wird durch das sich von »1» auf "O" verändernde Ausgangssignal am Ausgang 4 des Logikbausteins IC1 bewirkt, das über den Transistor T9 den für diesen Statorwicklungsstrang W4 zuständigen Leistungstransistor T4 einschaltet. Auf diese Weise kommt ein kontinuierlicher Lauf des Motors zustande.The activation of the winding phase W4 is through the output signal changing from »1» to "O" at the output 4 of the logic module IC1, the transistor T9 for this stator winding strand W4 responsible power transistor T4 switches on. In this way the engine runs continuously conditions.

Die während einer Rotordrehung bei einem vierpoligen Motor am Ausgang des Logikbausteins IC1 entstehenden Signale sind in Fig. 2 bis g dargestellt. Sie entsprechen der Funktionstabelle z.B. eines SN 7442 TTL-Bausteins. Wie bereits ausgeführt, läßt sich die Steuerschaltung bei Verwendung von drei Drehstellungsdedektoren für Motoren mit bis zu sechs Statorwicklungssträngen verwenden, wobei eine Erweiterung der Steuerschaltung entsprechend der Funktionstabelle des Logikbausteins IC1 erfolgen muß.Those that occur during a rotor rotation in a four-pole motor at the output of the logic module IC1 Signals are shown in Figures 2 through g. They correspond to the function table, e.g. of an SN 7442 TTL module. As already stated, the control circuit can be made using three rotary position detectors Use for motors with up to six stator winding phases, with an extension of the control circuit must take place in accordance with the function table of the logic module IC1.

Die Abschaltung des Motors kann auf verschiedene Weise realisiert werden, und zwar einmal durch Abschaltung der Betriebsspannung und zum anderen durch Anlegen einerThe motor can be switched off in different ways, one by switching off the Operating voltage and on the other hand by applying a

♦bei d♦ at d

logischen "1" an die noch freien Eingänge C und D des 'logical "1" to the free inputs C and D of the '

Logikbausteins IC1 beim zwei- bis vierpoligen Motor ..<Logic module IC1 for two- to four-pole motors .. <

bzw. an den Eingang D bei fünf- und sechspoligen Mo- \ toren.or gates at the D input at five- and six-pole Mo \.

Erfolgt die Abschaltung durch Anlegen einer logischen
"1" an die entsprechenden Eingänge des Logikbausteins
IC1 , so hat dies zur Folge, daß die zur Steuerung der
Kommutierungsschaltung erforderlichen Ausgangssignale
Uq Uj. den Wert "1 ·' annehmen und über die Treiberstufe Trst.1 die Leistungstransistoren T1 bis T4 abschalten und somit eine Unterbrechung der Ströme in
den Wicklungssträngen W1 bis W4 herbeiführen. Nach
Aufhebung dieses Zustandes erfolgt ein unverzögerter
Wiederanlauf des Motors.If the shutdown occurs by creating a logical
"1" to the corresponding inputs of the logic module
IC1, this has the consequence that the control of the
Commutation circuit required output signals
Uq Uj. assume the value "1 · 'and switch off the power transistors T1 to T4 via the driver stage Trst.1 and thus an interruption of the currents in
bring about the winding phases W1 to W4. To
This status is canceled without delay
Restart of the motor.

Wurde die Abschaltung des Motors mittels UnterbrechungWas the shutdown of the engine by means of an interruption

der Betriebsspannung durchgeführt, so wird bei Wieder- ]the operating voltage is carried out, when

einschaltung die eingebaute Anlaufstrombegrenzung wirk- iswitch-on the built-in starting current limitation is effective i

sam. Dadurch wird erreicht, daß der Wiederanlauf als jsam. This ensures that the restart as j

"Sanft-Anlauf" erfolgt. Diese Steuerung bzw. Begrenzung \ "Soft start" takes place. This control or limitation \

I des Anlaufstromes erfolgt durch den Transistor T5, über I of the starting current takes place through the transistor T5, via

dessen Kollektor/Emitterstrecke die Kollektorströme
sämtlicher Transistoren T6 bis T9 der Treiberstufewhose collector / emitter path is the collector currents
of all transistors T6 to T9 of the driver stage

Trst.1 fließen. '.*Step 1 flow. '. *

Wird die Betriebsspannung wieder eingeschaltet, fließt ein Strom von + υ_Ώ über eine Diode D2, einen Widerstand R12 und einen Kondensator C1 nach Minus. Dies hat zur Folge, daß die Spannung am Kondensator C1 aufgrund der Reihenschaltung R12 und C1 nach einer e-Funktion ansteigt. Diese Spannung wird der Basis des Transistors T5 zugeführt und bewirkt dadurch eine Aufsteuerung der Kollektor/Emitterstrecke entsprechend dieser am Kondensator C1 anliegenden Spannung. Dies bedeutet, daß auch der Kollektorstrom des Transistors T5 etwa nach dieser e-Funktion ansteigen kann.If the operating voltage is switched on again, a current of + υ _{Ώ flows} through a diode D2, a resistor R12 and a capacitor C1 to minus. This has the consequence that the voltage across the capacitor C1 increases due to the series connection R12 and C1 according to an exponential function. This voltage is fed to the base of the transistor T5 and thereby causes the collector / emitter path to be controlled in accordance with this voltage applied to the capacitor C1. This means that the collector current of the transistor T5 can also increase according to this exponential function.

Befindet sich z.B. bei einem vierpoligen Motor der Rotor in einer Stellung, in der die Einschaltung des Wicklungsstranges W1 erforderlich ist, so wird diese durchjdie Hallgeneratoren H1 und H2 gekennzeichnete Drehwinkelstellung mittels der Ausgangsspannungen U_H1 und U_H in den Logikbaustein ICI übernommen. Dieser gibt am Ausgang 3 den Wert "0" ab, während die anderen Ausgänge den Wert "1" annehmen. Dadurch sind die Transistoren T6, T7, T9 der Treiberstufe Trst.1 durchgeschaltet, so daß wie im normalen Betrieb negatives Potential an der Basis der Leistungstransistoren T2, T3 und T4 anliegt und deshalb keine Durchsteuerung dieser Leistungstransistoren T2, T3 und T4 erfolgen kann.If, for example, the rotor of a four-pole motor is in a position in which the winding phase W1 needs to be switched on, this angle of rotation position identified by the Hall generators H1 and H2 is transferred to the ICI logic _{module by means of the output voltages U H1} and U _H. This outputs the value "0" at output 3, while the other outputs assume the value "1". As a result, the transistors T6, T7, T9 of the driver stage Trst.1 are switched through, so that, as in normal operation, there is negative potential at the base of the power transistors T2, T3 and T4 and therefore these power transistors T2, T3 and T4 cannot be switched through.

Der Transistor T8 wird durch das Signal U₃ = "O" nicht durcigeschaltet, so daß die Spannung an dessen Kollek- j tor ebenfalls nach einer e-Funktion ansteigt. Wir^i dabei die Höhe der Durchlaßspannung des Leistungstransistors T1 erreicht, beginnt dessen Basisstrom zu fließen, und er wird leitend. Über die Kollektor/ Emitterstrecke dieses Leistungstransistors T1 kommt nun der Strom im Wicklungsstrang WT zum Fließen,und der Rotor beginnt sich langsam mit vermindertem Anlaufstrom zu drehen.The transistor T8 is not switched through by the signal U ₃ = "O", so that the voltage at its collector also rises according to an exponential function. When the forward voltage of the power transistor T1 is reached, its base current begins to flow and it becomes conductive. The current in the winding phase WT now comes to flow via the collector / emitter path of this power transistor T1, and the rotor begins to rotate slowly with a reduced starting current.

.Durch die Drehung des Rotors werden durch die nunmehr sich ändernden Ausgangssignale der Hallgeneratoren H1 und H2 bzw. des Logikbausteins ICI nacheinander die nächstfolgenden Wicklungsstränge W2 bis W4 eingeschaltet. .By the rotation of the rotor, the now the changing output signals of the Hall generators H1 and H2 or the logic module ICI one after the other next following winding phases W2 to W4 switched on.

Hierbei ist der 3asisstrom, der dem jeweils einzuschaltenden Leistungstransistor Tl bis T4 zur Verfügung gestellt wird, gleich dem Kollektor/Emitter-Strom des Transistors T5.. Dieser wird mit zunehmender spannung am Kondensator C1 ständig weiter durchgesteuert. Erst wenn der Kondensator Cl so weit aufgeladen ist, daß der Transistor T5 voll leitend wird, kann der zur völligen Aufsteuerung des entsprechenden Lfistungstransistoren T1 bis T4 erforderliche Basisstrom fließen, und der un-Here is the base current that is to be switched on in each case Power transistor Tl to T4 is made available, equal to the collector / emitter current of the Transistor T5 .. This becomes with increasing voltage continuously controlled on capacitor C1. First when the capacitor Cl is charged so far that the transistor T5 is fully conductive, the can to complete Activation of the corresponding Lfistungstransistors T1 to T4 required base current flow, and the un-

gestörte Stromfluß durch den jeweiligen Wicklungsstrang . W1 bis W4 entsprechend dessen Widerstandund der Induk- idisturbed current flow through the respective winding phase. W1 to W4 according to its resistance and the inductance i

tivität kommt zustande.activity comes about.

Die Zeitdauer dieser Anlaufstrombegrenzung ist über die Zeitkonstante der Kombination aus dem Widerstand R12 und dem Kondensator C1 einstellbar und kann über mehrere Rotordrehungen wirksam sein, so daß die normalerweise entstehenden hohen Einschaltströme der Wicklungsstränge W1 bis W4 nicht auftreten.The duration of this starting current limitation is over the Time constant of the combination of resistor R12 and the capacitor C1 adjustable and can be effective over several rotor rotations, so that the normally resulting high inrush currents of the winding phases W1 to W4 do not occur.

Durch diese Ansteuerung wird erreicht, daß im Moment des Einschaltens die Leistungstr^sistoren T1 bis T4 nicht im Schaltbetrieb. sondern im Verstärkerbetrieb arbeiten. Aufgrund dieser Maßnahme wird ein geringfügig verzögertes Anlaufen des Motors mit begrenztem Anlaufstrom ermöglicht. This control ensures that at the moment of the When switching on, the power transistors T1 to T4 are not in switching mode. but work in amplifier mode. Because of this measure, it will be a slightly delayed The motor can start with a limited starting current.

Während der Kommutierung des Motors entstehen in der Ausschaltphase jedes einzelnen Leistungstransistors T1 bis T4 infolge schneller Schaltgeschwindigkeit einer ,During the commutation of the motor, each individual power transistor T1 occurs in the switch-off phase up to T4 due to the fast switching speed of a,

Induktivität Indukticnsspannungsspitzen, die abgebaut werden müssen, um die sich im Sperrzustand befindenden Transistoren zu schützen. Hierzu ist ein Kondensator C2 vorgesehen, der die zurückgespeiste Energie aufnimmt, speichert und während der Durchschaltphase des folgenden Transistors wieder abgibt.Inductance Inductance voltage peaks that are reduced must be in order to protect the transistors in the off state. A capacitor C2 is used for this purpose provided, which absorbs the fed back energy, stores and during the switching phase of the following Transistor emits again.

Zum Schutz des Antriebssystems gegen Verpolung sind die Dioden D1, D2 und D3 vorgesehen, die bei Falschanschluß eine Beschädigung der Schaltung ausschließen.To protect the drive system against polarity reversal, the Diodes D1, D2 and D3 are provided, which prevent damage to the circuit in the event of incorrect connection.

Eine eingebaute Zenerdiode Z1 dient dazu, die Versorgungsspannungen für die Hallgeneratoren H1 und H2 zu stabilisieren, während Widerstände R2, R3 die Kollektorwiderstände von deren Ausgangstransistoren bilden.A built-in Zener diode Z1 is used to control the supply voltages for the Hall generators H1 and H2 to stabilize, while resistors R2, R3 the collector resistors of their output transistors.

Claims

Dr HASSE - Dr. FRANK!: · Dr ULLRICHDr HATE - Dr. FRANK !: · Dr ULLRICH

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fUOO Munich 90, April 27, 1982 / r Asamstrasse 8 P 4528 / ebm

Patent a'n speak

(1.i control circuit for a brushless DC motor, especially for an external rotor motor, with an N-strand stator winding and a two-pole radially magnetized permanent magnets as rotor magnets with sinusoidal or trapezoidal magnetization, which is used for one is the magnetic one required to generate the torque Induction supplies the switch-on times and on the other hand via rotary position detectors arranged on the stator circumference with an angular rotation distance of 360 / N for the stator winding phases,

characterized in that the stator winding phases (Wi to W4) a BCD logic module (IC1) is provided whose depending on the number of strands N of the stator winding inputs (A, B) to be wired to the outputs (1, 2) of the Rotation position detectors (H1, H2) connected and whose outputs (1, 2, 3, 4) are connected to the stator winding phases (VD to W4).

2. Control circuit according to claim 1,

characterized in that the outputs (1, 2, 3, 4) of the logic module (IC 1) via a driver stage ^ Trst. 1) downstream resistors (R 4 to R 7) with the base connections of the stator winding phases (Wi to W4) controlling power transistors (T1 to T4) are connected.

3. Control circuit according to claim 2,

characterized in that the collector connections of transistors (T6 to T9) of the driver stage (Trst. 1) are connected to the emitter of a transistor (T5) which controls the soft start of the motor.

4. Control circuit according to claim 3,

characterized in that the base terminal of the transistor controlling the soft start of the motor (T5) to the connection point of a series circuit of a resistor (RI2) and a capacitor (C1) is connected.

5. Control circuit according to claim 4,

characterized in that the resistor (R12) the series circuit is connected to the cathode of a diode (D2) and the collector terminal of the The transistor (T5) controlling the soft start of the motor to the connection point between the resistor (R12) and the diode (D2) is connected.

6. Control circuit according to claim 5,

characterized in that the transistor (T5) controlling the soft start of the motor is in collector circuit is switched, its emitter voltage being the voltage rise proceeding according to an exponential function at the capacitor (C1) of the series circuit follows.

7. Control circuit according to one of claims 2 to 6,

characterized in that to reduce the induction voltage peaks, the transition of the line transistors (Tl to T4) to the blocking phase Stator winding phases (Wi to W4) arise, a capacitor (C2) is provided, the connections of which are connected to a plus or minus cable.

8. Control circuit according to claim 7,

characterized in that three diodes (D1 to D3) are provided starting from the positive lead, which are switched in the forward direction, the first diode (D.1) having a resistor (R1), the second diode (D2) with the connection point between the transistor (T5) controlling the smooth start of the motor and the resistor (R12) on its collector and the third diode (D3) with the connection point

321 87A0321 87A0

the stator winding phases (W1 to W4) and the capacitor (C2) is connected.

9. Control circuit according to one of claims 1 to 8,

characterized in that the unconnected inputs (C, D) of the logic module (IC1) for switching off the motor can be acted upon with the input signal "1" are.