Beschreibung
Steueranordnung, Verfahren zum Betreiben eines elektronisch kommutierten Motors und Waschvorrichtung
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf dynamoelektrische Maschinen und Haushaltsgeräte und betrifft insbesondere
eine Steueranordnung für einen elektronisch kommutierten Motor (d.h. einen sogenannten Elektronikmotor
oder einen Motor mit elektronischem Kommutator), ein Verfahren zum Betreiben eines elektronisch kommutierten
Motors und eine Waschvorrichtung.
Herkömmliche bürstenkommutierte Gleichstrommotoren haben zwar zahlreiche vorteilhafte Eigenschaften wie Einfachheit
des Änderns der Betriebsdrehzahlen und der Drehrichtung, sie haben jedoch auch Nachteile wie Bürstenverschleiß,
elektrisches Rauschen oder HochfrequenzStörung, verursacht durch Funkenbildung zwischen den Bürsten
und dem in Segmente geteilten Kommutator oder Kollektor, die die Verwendbarkeit von solchen bürstenkommutierten
Gleichstrommotoren auf einigen Gebieten, wie beispielsweise dem Gebiet der Haushaltsgeräte, begrenzen
können. Elektronisch kommutierte Motoren, wie beispielsweise bürstenlose Gleichstrommotoren und Permanentmagnetmotoren
mit elektronischer Kommutierung, sind entwikkelt
worden und es wird allgemein angenommen, daß sie die vorerwähnten vorteilhaften Eigenschaften der bürstenkommutierten
Gleichstrommotoren haben, ohne viele von deren Nachteilen aufzuweisen, und außerdem weitere wichtige
Vorteile haben. Solche elektronisch kommutierten Motoren sind in den US-Patentschriften 4 005 347,
4 169 990 und 4 162 435 beschrieben. Diese elektronisch kommutierten Motoren können vorteilhaft auf vielen verschiedenen
Gebieten oder für viele Motorverwendungszwecke eingesetzt werden, zu denen Haushaltsgeräte zählen, wie
beispielsweise automatische Waschmaschinen.
Automatische Waschmaschinen mit elektronisch kommutierten Motoren haben beträchtliche Vorteile gegenüber herkömmlichen
Waschmaschinen, bei denen verschiedene Arten von Transmissionen und Vorrichtungen zum Umwandeln der
Drehbewegung in eine Hin- und Herbewegung benutzt werden, um die Maschine wahlweise in ihrer Rühr- oder Waschbetriebsart
und in ihrer Schleuderbetriebsart mit hoher Drehzahl zu betreiben, und es ist davon auszugehen, daß
solche älteren Waschmaschinen in der Fertigung teuer und/oder kompliziert sind, mehr Energie verbrauchen und mehr Wartung
benötigen. Waschmaschinen mit elektronisch kommutierten Motoren erfordern an mechanischen Einrichtungen
lediglich eine bloße Drehzahluntersetzungseinrichtung zum Hervorrufen der Hin- und Herbewegung des Rührflügels
oder der Waschtrommel, und in einigen Fällen kann die Schleudertrommel direkt durch einen solchen Motor angetrieben
werden. Bekannte Steueranordnungen weisen zwar zweifelsohne viele ausgeprägte vorteilhafte Merkmale auf,
es ist jedoch davon auszugehen, daß die Steueranordnungen für elektronisch komrautierte Motoren allgemein und für
Motoren, wie sie in Waschmaschinen benutzt werden, noch verbesserungsbedürftig sind. Bei einigen der bekannten
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Steueranordnungen wird die Position des Läufers (oder Rotors) des elektronisch kommutierten Motors durch Abfühlen
der Gegen-EMK einer der Wicklungsstufen auf dem Ständer (oder Stator) desselben mit Bezug auf eine Nullleiterspannung
des Motors abgefühlt. Bei einigen bekannten elektronisch kommutierten Motoren ist jedoch ein
Nulleiter nicht ohne weiteres verfügbar, weshalb angenommen wird, daß eine Steueranordnung für diese Motoren
erwünscht ist. Einige der bekannten Steueranordnungen enthalten auch Vorkehrungen zum Starten eines elektronisch
kommutierten Motors durch Versorgen von dessen Rotor mit einem Drehfeld mittels einer Spannungsverschiebung
am Eingang einer solchen Steueranordnung. Diese Verschiebung erfolgt durch ein analoges Eingangssignal,
und es wird angenommen, daß dadurch in den bekannten Steueranordnungen ein Verschiebungsfehler verursacht
wird. Einige bekannte Steueranordnungen haben außerdem einen Integrator zum Bestimmen der Winkelposition des
Läufers der bekannten elektronisch kommutierten Motoren, wobei der Integrator durch eine Analogschaltung nach jeder
Kommutierung dieser Motoren rückgesetzt wird. Das Rücksetzen des Integrators unter Verwendung von Analogsignalen
erfordert die Verwendung von Komponenten, die sich nicht ohne weiteres für das Einführen der Technik
der integrierten Schaltungen in die gesamte Steueranordnung eignen. Die oben erwähnten bekannten Steueranordnungen
haben außerdem keinen elektronischen Leistungs- * schalter und keine Spannungsregelmöglichkeit, was aber
erwünschte Eigenschaften einer Steueranordnung sind.
Bei einigen der bekannten Steueranordnungen für elektronisch kommutierte Motoren, wie sie beispielsweise in
den oben erwähnten US-Patentschriften beschrieben sind, wird ein Paar Treibertransistoren, d.h. ein sogenannter
oberer und ein sogenannter unterer Transistor für jede Wicklungsstufe von solchen Motoren benutzt. In diesen
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bekannten Steueranordnungen werden die oberen Transistoren oder die unteren Transistoren, aber nicht beide, pulsbreitenmoduliert,
um die Drehzahl des elektronisch kommutierten Motors zu steuern- Es ist jedoch davon auszugehen,
daß das eine ungleichmäßige Ausnutzung der Treibertransistoren ergibt und die Positionsabfühlung bei solchen
bekannten Steueranordnungen nachteilig beeinflußt. Es ist anzunehmen, daß das Pulsbreitenmodulieren des Treibertransistors,
der der Wicklungsstufe des elektronisch kommutierten Motors zugeordnet ist, die nach der Kommutierung
eingeschaltet bleibt, gegenüber der Wicklungsstufe, die bei der Kommutierung soeben eingeschaltet worden ist,
zu einem schnelleren übergang des Wicklungsstroms auf die Wicklungsstufe, die gerade bei der Kommutierung eingeschaltet
worden ist, und zu weniger elektrischem Rauschen in dem Gegen-EMK-Signal der dritten Wicklungsstufe
nach dem Nulldurchgang des Gegen-EMK-Signals führt. Es
wird weiter angenommen, daß dieser schnellere Übergang des Wicklungsstroms in Fällen vorteilhaft ist, in denen der
Motorstrom gesteuert wird oder in denen der Motor eine große Induktivität hat. Es wird jedoch weiter angenommen,
daß die bekannten Steueranordnungen diesen schnelleren Übergang des Wicklungsstroms nach jeder Kommutierung
nicht gestatten.
Bei der Verwendung von elektronisch kommutierten Motoren, beispielsweise in Waschmaschinen, kann es erwünscht sein,
die Drehri"chtung des Motors von Zeit zu Zeit umzukehren, beispielsweise wenn die Maschine in der Waschbetriebsart
ist, statt ein schweres und teueres Wechselgetriebe zu benutzen. Bei einigen der vorerwähnten bekannten Motorsteueranordnungen
führt jedoch der Vorgang des Umsteuerns des Motors zu einem vorübergehenden Stromstoß in den
Treibertransistoren, durch den diese unerwünschtermaßen erhitzt werden. Im übrigen ist es bei der Verwendung in
Waschmaschinen unter anderem erwünscht, den elektronisch kommutierten Motor mit zwei verschiedenen Drehzahlen zu
betreiben. Es ist jedoch davon auszugehen, daß das bei einigen bekannten Steueranordnungen zu Ungenauigkeiten
beim Abfühlen der Läuferposition führt. Beispielsweise
ist davon auszugehen, daß eine Steueranordnung, in der das Gegen-EMK-Signal integriert wird, um ein Läuferpositionssignal
zu erzielen, unterschiedliche Positionsergebnisse im Betrieb mit niedriger Drehzahl und im Betrieb
mit hoher Drehzahl für dieselbe tatsächliche Läuferposition liefern kann.
Ziel der Erfindung ist unter anderem die Schaffung einer verbesserten Steueranordnung für einen elektronisch
kommutierten Motor, eines verbesserten Verfahrens zum Betreiben eines elektronisch kommutierten Motors und einer
verbesserten Waschvorrichtung, die wenigstens einige der nachteiligen Merkmale des oben erläuterten Standes
der Technik beseitigen; die Schaffung einer verbesserten Steueranordnung, die die Fähigkeit hat, die Läuferposition
abzufühlen, wenn kein Nulleiter am Motor verfügbar ist; die Schaffung einer solchen Steueranordnung, die digital
ein Drehfeld für den Läufer zum Starten des Motors erzeugt, ohne einen Verschiebungsfehler hervorzurufen;
die Schaffung einer solchen Steueranordnung, die den Läuferpositionsabfühlintegrator nach jeder Kommutierung
digital rücksetzt; die Schaffung einer solchen Steueranordnung, die die Stromzufuhr zu den Wicklungsstufen
digital abschaltet, wenn ein vorbestimmter maximaler Stromwert überschritten wird, und die Stromzufuhr abgeschaltet
hält, bis die Anordnung manuell rückgesetzt wird; die Schaffung einer solchen Steueranordnung, die die Effektivspannung
an den Wicklungsstufen und den von diesen aufgenommenen Strom einstellt; die Schaffung einer solchen
Steueranordnung, die für eine gleichmäßige Ausnutzung der Treibertransistoren sorgt; die Schaffung einer
solchen Steueranordnung mit verbesserter Läuferpositionsabfühlung;
und die Schaffung einer solchen Steuer-
anordnung, die verbesserte Ümschalteigenschaften bei der
Drehrichtungsänderung hat; die Schaffung eines verbesserten Verfahrens zum Betreiben eines elektronisch kommutierten
Motors, welches das Abfühlen der Läuferposition umfaßt, wenn kein Nulleiter aus dem Motor verfügbar ist;
die Schaffung eines solchen verbesserten Verfahrens, welches das digitale Rücksetzen des Läuferpositionsfühlers
nach jeder Kommutierung beinhaltet; die Schaffung eines solchen verbesserten Verfahrens, welches beinhaltet, die
Stromzufuhr zu den Wicklungsstufen digital abzuschalten, wenn ein vorbestimmter maximaler Stromwert überschritten
wird, und die Stromzufuhr abgeschaltet zu halten, bis die Anordnung manuell rückgesetzt wird; und die Schaffung eines
solchen verbesserten Verfahrens, das für eine gleichmäßige Ausnutzung der Treibertransistoren sorgt; die
Schaffung einer verbesserten Waschvorrichtung, die d'ie Drehung während des Betriebes mit niedriger und mit hoher
Drehzahl genau steuert; die Schaffung einer solchen Waschvorrichtung,
bei der die elektronischen Komponenten gleichmäßig ausgenutzt werden; und die Schaffung einer solchen
Waschvorrichtung, die verbesserte ümschalteigenschaften beim Ändern der Drehrichtung hat. Diese und weitere Ziele
und vorteilhafte Merkmale der Erfindung werden aus den folgenden Darlegungen noch deutlicher.
Allgemein enthält eine Steueranordnung für einen elektronisch kommutierten Gleichstrommotor, der einen Läufer und
einen Ständer mit mehreren Wicklungsstufen hat, in einer Ausgestaltung der Erfindung eine Einrichtung zum Steuern
des Anlegens einer Gleichspannung, um eine entsprechende Effektivspannung an den Wicklungsstufen zu erzeugen, wobei
die Steuereinrichtung eine Einrichtung enthält, die die Wicklungsstufen kommutiert, indem sie die Gleichspannung
an diese der Reihe nach anlegt, um die Drehung des Läufers hervorzurufen. Eine Einrichtung zum Annähern eir.er
Nulleiterspannung für den Gleichstrommotor und eine Einrichtung zum Vergleichen der angenäherten Nulleiterspan-
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nung mit der Gegen-EMK einer der Wicklungsstufen sind
ebenfalls vorgesehen. Das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung stellt die Winkelposition des Läufers dar,
und die Steuereinrichtung spricht auf das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung an, um die Kommutierungseinrichtung
zu veranlassen, die Wicklungsstufen zu kommutieren, wenn der Läufer eine vorbestimmte Winkelposition
erreicht.
Weiter enthält allgemein eine Steueranordnung für einen solchen elektronisch kommutierten Motor in einer Ausgestaltung
der Erfindung eine Einrichtung, die auf eine Gruppe von Steuersignalen anspricht, um die Wicklungsstufen
zu kommutieren, indem sie eine Gleichspannung an diese der Reihe nach anlegt, um die Drehung des
Läufers zu bewirken. Jede Wicklungsstufe hat wenigstens
zwei Klemmen, von denen eine gemeinsam mit einer Klemme jeder anderen Wicklungsstufe verbunden ist, und die
Gleichspannung wird an Paare der anderen Klemmen der Wicklungsstufen der Reihe nach angelegt. Eine Logikeinrichtung,
die auf ein Signal anspricht, das die Winkelposition des Läufers darstellt, liefert die Steuersignale
zu der Kommutierungseinrichtung in einer Reihenfolge, in der für jede Kommutierung eine der Wicklungsstufen, die vor der Kommutierung erregt war, nach der
Kommutierung erregt bleibt, und die andere Wicklungsstufe, die vor der Kommutierung erregt war, nach der
Kommutierung entregt wird. Jede Wicklungsstufe bleibt über zwei aufeinanderfolgende Kommutierungen, die ihr
eindeutig zugeordnet sind, erregt, und wird dann entregt. Die Richtung des Stromflusses in der Wicklungsstufe, die nach der Kommutierung erregt bleibt, ist dieselbe
wie die Richtung des Stromflusses in dieser Wicklungsstufe vor der Kommutierung. Die Steueranordnung
enthält weiter eine Einrichtung zur Pulsbreitenmodulation des Steuersignals, das der Wicklungsstufe züge-
ordnet ist, die nach der Kommutierung eingeschaltet bleibt.
Außerdem enthält allgemein eine Waschvorrichtung in einer Ausgestaltung der Erfindung eine Waschmaschine mit einem
drehbaren Teil, mit einem elektronisch kommutierten Gleichstrommotor, der einen Läufer und einen Ständer
mit mehreren Wicklungsstufen aufweist, und mit einer Einrichtung zum wahlweisen Kuppeln des Läufers mit dem
drehbaren Teil. Eine Steueranordnung ist mit dem Motor verbunden, und es ist eine Einrichtung vorgesehen zum
Anlegen einer Gleichspannung an die Steueranordnung. Die Steueranordnung enthält eine Einrichtung zum Steuern
des Anlegens der Gleichspannung, um eine entsprechende Effektivspannung an den Wicklungsstufen zu erzeugen. Die
Steuereinrichtung enthält eine Einrichtung zum Kommutieren der Wicklungsstufen durch Anlegen der Gleichspannung
an diese der Reihe nach, um die Drehung des Läufers zu bewirken und dadurch die Drehung des drehbaren Teils hervorzurufen.
Die Steueranordnung enthält weiter eine Einrichtung zum Annähern einer Nulleiterspannung für den
Gleichstrommotor, und eine Einrichtung zum Vergleichen der angenäherten Nulleiterspannung mit der Gegen-EMK
einer der Wicklungsstufen. Das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung stellt die Winkelposition des Läufers
dar. Die Steuereinrichtung enthält weiter eine Einrichtung, die auf das Ausgangssignal der Vergleichseinrichtung anspricht, um die Kommutierungseinrichtung
zu veranlassen, die Wicklungsstufen zu kommutieren, wenn der Läufer eine vorbestimmte Winkelposition erreicht.
Darüber hinaus enthält allgemein eine Waschvorrichtung in einer Ausgestaltung der Erfindung eine Waschmaschine
mit einem drehbaren Teil, mit einem elektronisch kommutierten Motor, der einen Läufer und einen Ständer mit
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mehreren Wicklungsstufen aufweist, und mit einer Einrichtung
zum wahlweisen Kuppeln des Läufers mit dem drehbaren Teil. Eine Steueranordnung ist mit dem Motor
verbunden, und eine Einrichtung ist vorgesehen zum Anlegen einer Gleichspannung an die Steueranordnung. Die
Steueranordnung enthält eine Einrichtung, die auf eine Gruppe von Steuersignalen anspricht, um die Wicklungsstufen zu kommutieren, indem sie die Gleichspannung an
diese der Reihe nach anlegt, um die Drehung des Läufers zu bewirken. Jede Wicklungsstufe hat wenigstens zwei
Klemmen, von denen eine gemeinsam mit einer Klemme jeder der anderen Wicklungsstufen verbunden ist, und die
Gleichspannung wird an Paare der anderen Klemmen der Wicklungsstufen der Reihe nach angelegt. Eine Logikeinrichtung,
die auf ein Signal anspricht, das die Winkelposition des Läufers darstellt, legt die Steuersignale
an die Kommutierungseinrichtung in einer Reihenfolge an, in der für jede Kommutierung eine der Wicklungsstufen,
die vor der Kommutierung erregt war, nach der Kommutierung erregt bleibt, und die andere Wicklungsstufe, die
vor der Kommutierung erregt war, nach der Kommutierung entregt wird. Jede Wicklungsstufe bleibt über zwei aufeinanderfolgende
Kommutierungen, die ihr eindeutig zugeordnet sind, erregt und wird dann entregt. Die Richtung
des Stromflusses in der Wicklungsstufe, die nach der Kommutierung erregt bleibt, ist gleich der Richtung des
Stromflusses in dieser Wicklungsstufe vor der Kommutierung. Die Steueranordnung enthält weiter eine Einrichtung
zur Pulsbreitenmodulation des Steuersignals, das der Wicklungsstufe zugeordnet ist, die nach der Kommutierung
eingeschaltet bleibt.
Außerdem umfaßt allgemein ein Verfahren zum Betreiben eines elektronisch kommutierten Gleichstrommotors, der
einen Läufer und einen Ständer mit mehreren Wicklungsstufen hat, in einer Ausgestaltung der Erfindung die
Schritte, eine Gleichspannung zum Anlegen an den Motor
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zu empfangen, die Wicklungsstufen zu kommutieren, indem die Gleichspannung an diese der Reihe nach angelegt
wird, um die Drehung des Läufers hervorzurufen, und eine Nulleiterspannung für den Gleichstrommotor
anzunähern. Die angenäherte Nulleiterspannung wird mit der Gegen-EMK einer der Wicklungsstufen verglichen,
und das Ergebnis des Vergleiches stellt die Winkelposition des Läufers dar. Die Kommutierung der Wicklungsstufen
erfolgt, wenn der Läufer eine vorbestimmte Winkelposition erreicht.
Weiter beinhaltet allgemein ein Verfahren zum Betreiben eines solchen elektronisch kommutierten Motors in
einer Ausgestaltung der Erfindung die Schritte, eine Gleichspannung zum Anlegen an den Motor zu empfangen
und die Wicklungsstufen auf eine Gruppe von Steuersignalen hin zu kommutieren, indem die Gleichspannung an
diese der Reihe nach angelegt wird/ um die Drehung des
Läufers hervorzurufen. Jede Wicklungsstufe hat wenigstens zwei Klemmen, von denen eine gemeinsam mit einer
Klemme jeder der anderen Wicklungsstufen verbunden ist, und die Gleichspannung wird an Paare der anderen Klemmen
der Wicklungsstufen der Reihe nach angelegt. Die Steuersignale werden in einer Reihenfolge geliefert,
in der für jede Kommutierung eine der Wicklungsstufen, die vor der Kommutierung erregt war, nach der Kommutierung
erregt bleibt, und die andere Wicklungsstufe, die vor der Kommutierung erregt war, nach der Kommutierung
entregt wird. Jede Wicklungsstufe bleibt über zwei aufeinanderfolgende Kommutierungen, die ihr eindeutig zugeordnet
sind, erregt und wird dann entregt. Die Richtung des Stromflusses in der Wicklungsstufe, die nach
der Kommutierung erregt bleibt, ist gleich der Richtung
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des Stromflusses in dieser Wicklungsstufe vor der Kommutierung.
Das Steuersignal, das der Wicklungsstufe zugeordnet ist, die nach der Kommutierung eingeschaltet
bleibt, wird pulsbreitenmoduliert.
Außerdem beinhaltet allgemein ein Verfahren zum Be-.treiben
eines solchen elektronisch kommutierten Motors in einer Ausgestaltung der Erfindung die Schritte, eine
Effektivgleichspannung zum Anlegen an den Motor zu empfangen und die Wicklungsstufen auf eine Gruppe von
Steuersignalen hin zu kommutieren, indem die Gleichspannung an diese der Reihe nach angelegt wird, um die Drehung
des Läufers zu bewirken. Jede Wicklungsstufe hat wenigstens zwei Klemmen, von denen eine mit.einer Klemme
jeder der anderen Wicklungsstufen gemeinsam verbunden ist, und die Gleichspannung wird an Paare der Wicklungsstufen
der Reihe nach angelegt. Die Steuersignale werden in einer Reihenfolge geliefert, in der für jede
Kommutierung eine der Wicklungsstufen, die vor der Kommutierung erregt war, nach der Kommutierung erregt
bleibt, und die andere Wicklungsstufe, die vor der Kommutierung erregt war, nach der Kommutierung entregt
wird. Jede Wicklung bleibt über zwei aufeinanderfolgende Kommutierungen, die ihr eindeutig zugeordnet sind,
erregt und wird dann entregt. Die Richtung des Stromflusses in der Wicklungsstufe, die nach der Kommutierung
erregt bleibt, ist gleich der Richtung des Stromflusses in dieser Wicklungsstufe vor der Kommutierung.
Nach der Kommutierung wird das Steuersignal, das der Wicklungsstufe zugeordnet ist, die bei der Kommutierung
gerade eingeschaltet wurde, pulsbreitenmoduliert.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden
unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.
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Es zeigt
Fig. 1 in auseinandergezogener, perspek
tivischer Darstellung die Hauptbestandteile eines elektronisch kommutierten Gleichstronunotors,
der durch die Steueranordnung nach der Erfindung steuerbar ist,
Fig. 2 ein Schaltbild, das die Wick
lungsstufen und die Klemmen des Motors nach Fig. 1 zeigt,
Fig. 3 ein Blockschaltbild, das die
Hauptkomponenten der Steueranordnung nach der Erfindung in Kombination mit einem eine Waschmaschine
antreibenden elektronisch kommutierten Motor zeigt,
Fig. 4 ein Schaltbild, das die Treiber
schaltungen für den Motor nach Fig. 1 und die Stromversorgung für die Steueranordnung nach der
Erfindung zeigt,
Fig. 5 ein Blockschaltbild, das aus
führlicher als Fig. 3 die Hauptkomponenten der Steueranordnung nach der Erfindung zeigt,
Fig. 6 ein Schaltbild, das die Gegen-
EMK-Abfühl- und Nulleiterspan-
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nungsannäherungsschaltungsanordnung
der Steueranordnung nach der Erfindung zeigt,
Fig. 7 ein Schaltbild der Positionsab-
fühlschaltungsanordnung der Steueranordnung nach der Erfindung,
Fig. 8 ein Schaltbild, das die Rücksetz
oder Austastschaltungsanordnung der Steueranordnung nach der Erfindung
zeigt,
Fig. 9 ein Schaltbild der Folgesteuer-
und Logikschaltungsanordnung der Steueranordnung nach der Erfindung,
Fig. 10 ein Schaltbild, das die Pulsbrei
tenmodulati ons schaltungsanordnung
der Steueranordnung nach der Erfindung zeigt,
Fig. 11 ein Schaltbild der Kommutierungs-
steuerschaltungsanordnung der Steueranordnung nach der Erfindung,
Fig. 12 ein Schaltbild der Regelschaltungs
anordnung der Steueranordnung nach der Erfindung und
Fig. 13 ein Schaltbild der Schutzschal
tungsanordnung der Steueranordnung nach der Erfindung.
In den Zeichnungen tragen gleiche Teile gleiche Bezugszeichen.
Die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele veranschaulichen bevorzugte Ausführungsformen einer Ausgestaltung der
Erfindung, auf die diese sich nicht beschränkt.
Fig. 1 zeigt einen elektronisch kommutierten Motor M, beispielsweise
einen bürstenlosen Gleichstrommotor od.dgl-, der einen Ständer 1 mit einem Blechpaket und einen Läufer
in Form eines Dauermagnetlaufers 3 mit einer Welle 5 hat.
Der Läufer 3 ist auf der Weile 5 befestigt, die in herkömmlichen Lagern in Lagerschilden (nicht dargestellt)
des Ständers drehbar gelagert ist, wobei der Läufer in
der Bohrung des Ständers 1 drehbar ist. Der Läufer hat einen ferromagnetischen Kern 7, der aus einer Anzahl von
dünnen, flachen, kreisförmigen, ferromagnetischen Blechen besteht, die aneinander und an der Welle 5 befestigt sind.
Acht im wesentlichen gleiche Teile aus magnetischem Werkstoff oder relativ dünne, gekrümmte Segmente 9 aus Dauermagnetwerkstoff
(z.B. Keramik oder Kobalt-Samarium, Alnico usw.), die jeweils ein Feld relativ konstanten
Flußes erzeugen, sind an dem Läuferkern 7 befestigt, beispielsweise
durch einen Klebstoff. Die Segmente überspannen jeweils etwas weniger als 45 mechanische. Grad und sind
so magnetisiert, daß sie in bezug auf den Läuferkern radial gepolt sind, wobei benachbarte Segmente abwechselnd gepolt
sind, wie dargestellt. Es sind zwar die Magnete 9 auf dem Läufer 3 zu Veranschaulichungszwecken dargestellt, es können
jedoch andere Läufer mit anderem Aufbau und anderen Magneten, die sich sowohl in der Anzahl als auch im Aufbau und
in den Flußfeldern unterscheiden, im Rahmen der Erfindung benutzt werden.
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Der Ständer 1 kann aus dünnen, ferromagnetischen Blechen
10 hergestellt sein, wie sie auf dem Gebiet der Wechselstrommotoren
üblich sind, die durch vier Halteklammern 11, von denen eine in jeder Eckkerbe 13 des Ständerblechpakets
angeordnet ist, zusammengehalten werden. Statt dessen können die Ständerbleche durch andere geeignete Maßnahmen zusammengehalten
werden, beispielsweise durch Schweißen oder Kleben oder lediglich durch die Wicklungen. Vierundzwanzig
nach innen gerichtete Zähne 15 begrenzen die Ständerbohrung, und vierundzwanzig axiale Nuten 17, in denen Wicklungen
19 angeordnet sind, bilden acht Ständerpole. Die Wickelkopfwindungen erstrecken sich über die Ständerstirnflächen hinaus, und die Wicklungsanschlußenden oder Zuleitungen
werden herausgeführt und gesondert mit einer Steueranordnung verbunden. Der Ständer 1 ist zwar zu Erläuterungszwecken
dargestellt, es können jedoch andere Ständer anderen Aufbaus und anderer Form und mit anderer Zähne-
und Nutenzahl im Rahmen der Erfindung benutzt werden.
Der elektronisch kommutierte Gleichstrommotor M, der hier lediglich zu Veranschaulichungszwecken beschrieben wird,
ist ein dreistufiger, achtpoliger Motor, der bei der Erfindung benutzte elektronisch kommutierte Motor kann aber
einen zwei-, vier-, sechs-, usw. poligen Aufbau und zwei, drei, vier oder mehr als vier Wicklungsstufen im Rahmen
der Erfindung haben. Fig. 2 zeigt eine mehrstufige Wicklungsanordnung der Ständerwicklung 19, die drei Wicklungsstufen
S1, S2 und S3 hat, welche jeweils aus drei Spulengruppen S1A-S1C, S2A-S2C und S3A-S3C aufgebaut
sind, die jeweils aus einer vorgewählten Anzahl von Windungen eines elektrischen Leiters bestehen. Jede Wicklungsstufe
hat eine Endklemme T1, T2 bzw. T3 und eine Zwischenanzapfung 11, 12 bzw. 13. Die Spulengruppen S1A,
S2A und S3A bilden somit angezapfte Abschnitte der Wicklungsstufen. Die anderen Endklemmen der Wicklungsstufen
sind jeweils im Punkt C miteinander verbunden. Die Wicklungsstufen
S1, S2 und S3 sind zwar hier mit drei Spulengruppen, Endklemmen und Zwischenanzapfungen zu Veranschaulichungszwecken
dargestellt, es können jedoch wenigstens eine Wicklungsstufe und irgendeine Anzahl von Spulengruppen,
Endklemmen und Zwischenanzapfungen im Rahmen der Erfindung benutzt werden.
Es ist zu erkennen, daß, wenn die Wicklungsstufen in zeitlicher Reihenfolge erregt werden, drei Gruppen von acht
Magnetpolen gebildet werden, die ein radiales Magnetfeld erzeugen, das sich im Uhrzeigersinn oder im Gegenuhrzeigersinn
um die Ständerbohrung bewegt, je nach der vorgewählten Reihenfolge, in der die Stufen erregt werden.
Dieses sich bewegende Feld schneidet das Flußfeld der Dauermagnetläuferpole 9, so daß sich der Läufer 3 relativ
zu dem Ständer 1 in der gewünschten Richtung dreht und ein Drehmoment erzeugt, das eine direkte Funktion der Intensitäten
oder Stärken der Magnetfelder ist. Eine ausführlichere Beschreibung des Aufbaus des elektronisch
kommutierten Motors M findet sich in einer weiteren Patentanmeldung der Anmelderin, für die die Priorität der
US-Patentanmeldung, Serial No. 367 951, vom 13. April 1982 in Anspruch genommen worden ist.
Die Wicklungsstufen des Motors M werden, wie im folgenden noch deutlich werden wird, ohne Bürsten kommutiert,
indem die Drehposition des Läufers 3 abgefühlt wird, wenn dieser sich in der Bohrung des Ständers 1 dreht, und indem
elektrische Signale, die als Funktion der Drehposition des Rotors erzeugt werden, benutzt werden, um sequentiell
eine Gleichspannung an jede der Wicklungsstufen in unterschiedlichen vorgewählten Reihenfolgen anzulegen,
die die Drehrichtung des Läufers bestimmen. Das Abfühlen
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der Position kann durch eine Positionsdetektorschaltung erfolgen, die auf die Gegen-EMK des elektronisch kommutierten
Motors anspricht und ein simuliertes Signal liefert, das die Drehposition des Motors angibt, um die
zeitliche Folge des Anlegens der Spannung an die Wicklungsstufen des Motors zu steuern. Andere Einrichtungen
zur Positionsabfühlung können ebenfalls benutzt werden.
Fig. 3 zeigt schematisch eine Waschmaschine 21 in einer Ausführungsforin der Erfindung, die den Motor M und die
Ansteuereinrichtung desselben ebenfalls in einer Ausführungsform der Erfindung aufweist. Die Waschmaschine 21
hat eine Trommel 23, die innerhalb eines Bottichs (nicht dargestellt) drehbar ist, der das Wasser zum Waschen der
zu waschenden Wäsche enthält, und einen koaxial angeordneten Rührflügel 25, die beide unabhängig oder gemeinsam
um ihre gemeinsame Achse drehbar sind. Der Rührflügel 25 und die Trommel 23 bilden gemeinsam eine Vorrichtung zum
Hin- und Herbewegen des Wassers und der zu waschenden Wäsche, um diese dadurch zu waschen, und zum anschließenden
Schleudern der Wäsche, um diese durch Fliehkraftwirkung zu entwässern. Der Motor M wird wahlweise mit dem Rührflügel
allein während des Waschvorganges oder der Waschbetriebsart und sowohl mit der Trommel als auch mit dem
Rührflügel in der Schleuderbetriebsart durch eine Verbindungsvorrichtung 27 gekuppelt, bei der es sich um einen
Drehzahluntersetzer mit festem Untersetzungsverhältnis, wie beispielsweise ein Getriebe oder eine Riemenscheibenanordnung,
handeln kann, oder in einigen Fällen könnte die Welle 5 des Motors M direkt mit dem Rührflügel und
der Trommel gekuppelt sein. Die Vorrichtung 27 bildet deshalb eine Vorrichtung zum Antreiben der Wasch- und
Schleudervorrichtung. Strom, der von einem 115 V, 60 Hz Wechselstromnetz geliefert wird, wird durch eine Gleich-
richterschaltung 29 gleichgerichtet, die eine Gleichstromquelle bildet und den Strom einem Leistungsschaltkreis 31
zuführt, der eine Einrichtung zum Steuern des Anlegens der Gleichspannung an die Wicklungsstufen zum Erzeugen einer
entsprechenden Effektivspannung an diesen darstellt. Der Leistungsschaltkreis 31 spricht auf eine Gruppe von Steuersignalen
aus einer Steuersignalschaltung 33 an, um die Wicklungsstufen durch Anlegen der Gleichspannung an diese
in wenigstens einer vorgewählten Reihenfolge zu kommutieren und die Drehung des Läufers 3 zu bewirken. Die Bewegung
des Läufers 3 wird, wie oben erläutert, wahlweise mit wenig· stens einem drehbaren Teil der Waschmaschine 21, nämlich
der Trommel 23, dem Rührflügel 25 oder beiden gekuppelt, um die Drehung des drehbaren Teils hervorzurufen. Die Gruppe
der Steuersignale der Steuersignalschaltung 33 ist eine Funktion der Läuferposition, die einer Positionsabfühlschaltung
35 entnommen wird, und ausgewählter Bedingungen und Parameter, wie beispielsweise der angelegten Spannung
(wie zum Teil durch ein angelegtes Befehlssignal dargestellt) .
Der Leistungsschaltkreis 31 (vgl. Fig. 4) enthält eine Treiberschaltung für jede Wicklungsstufe, die mit 3 7a,
37b bzw. 37c bezeichnet ist. Weil diese Treiberschaltungen gleich aufgebaut sind, ist nur die Schaltung 37a, die Treiberschaltung
für die Wicklungsstufe S1, ausführlich gezeigt. Jede Treiberschaltung enthält eine erste Treibereinrichtung
39 zum Erlauben des Stromflusses durch ihre zugeordnete Wicklungsstufe in einer ersten Richtung auf ein logisches
Steuersignal mit dem Signalwert H aus der Schaltung 33 hin. Die erste Treibereinrichtung 39 enthält einen NPN-Eingangstransistor
Q1, dessen Basisklemme B1 mit der Steuersignalschaltung
verbunden ist, um dieses Steuersignal zu empfangen. Der Emitter des Transistors Q1 ist über einen
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Widerstand mit Masse verbunden, während sein Kollektor
über eine Diode D1 mit der Basis eines PNP-Spannungswertverschiebungstransistors
Q3 und über eine Diode D3 mit der Basis einer eine hohe Verstärkung aufweisenden Vorrichtung
41, die als ein Darlington-Verstärker dargestellt ist, verbunden ist. Die Dioden D1 und D3 beschleunigen
den Umschaltvorgang der ersten Treibereinrichtung. Zwei Widerstände R1, R3 sind ebenfalls mit der eine hohe
Verstärkung aufweisenden Vorrichtung 41 verbunden, um die Schalteigenschaften zu verbessern. Der Kollektor der
Vorrichtung 41 ist mit einer Leitung 43 verbunden, die über eine Transientenunterdrückungsdrossel L-1 mit dem
positiven Ausgang der Gleichrichterschaltung 29 verbunden ist, und der Emitter der Vorrichtung 41 ist über eine Diode
D5 mit zwei Klemmen 11a und T1a verbunden. Wenn der Motor
mit hoher Drehzahl betrieben wird, ist die Klemme 11a über einen elektronisch gesteuerten Schalter mit einer Zwischenklemme
11 des Motors verbunden, wohingegen, wenn der Motor mit niedriger Drehzahl betrieben wird, die Klemme T1a mit
der Klemme T1 des Motors verbunden ist. Es ist somit zu erkennen, daß ein Steuersignal mit dem Signalwert H an
der Basis des Transistors Q1 bewirkt, daß die positive Spannung aus der Gleichrichterschaltung 29 an die Klemme TI
oder 11 des Motors angelegt wird, je nach der gewünschten Drehzahl des Motors. Die erste Treibereinrichtung 39 enthält
außerdem eine Diode D7, die einen Entladungspfad für die Wicklungsströme bildet, wenn die Wicklungsstufe S1
abgeschaltet wird.
Die Treiberschaltung 3 7a enthält außerdem eine zweite Treibereinrichtung 45, um den Stromfluß durch die Wicklungsstufe
S1 in einer Richtung, die zu der entgegengesetzt ist, die die erste Treibereinrichtung gestattet,
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auf ein zweites logisches Steuersignal mit dem Signalwert H aus der Steuersignalschaltung 33 hin zu gestatten. Die
zweite Treibereinrichtung 45 enthält einen NPN-Transistor Q5, dessen Basisklemme B3 zum Empfangen des zweiten
Steuersignals mit der Schaltung 33 verbunden ist. In der mit ausgezogenen Linien dargestellen Ausführungsform ist
der Kollektor des Transistors Q5 über einen Widerstand R7 mit der Leitung 43 (der positiven Seite des Leistungsschaltkreises) verbunden, und sein Emitter ist über einen
weiteren Widerstand mit Masse verbunden. In dieser Ausführungsform kann ein Eingangssignal von weniger als 5 V an
der Klemme B3 den Leistungsschaltkreis 31 ansteuern. Der Kollektor des Transistors Q5 ist außerdem über einen PNP-Spannungswertverschiebungstransistor
Q7 und eine Diode D9 mit dem Basiseingang einer eine hohe Verstärkung aufweisenden
dreistufigen Vorrichtung 47 verbunden. Der Kollektor der Vorrichtung 47 ist über eine Diode D11 mit dem Kollektor
des Transistors Ql und über eine Diode D13 mit den
Klemmen Ha und Tia verbunden. Die Diode D13 verhindert einen Stromstoß über die Vorrichtung 47, wenn die Vorrichtung
41 eingeschaltet wird. Der Emitter der Vorrichtung 47 ist mit Masse verbunden. Ein Steuersignal mit dem Signalwert
H an der Klemme B3 führt dazu, daß die Vorrichtung 45 in den leitenden Zustand versetzt wird und daß
die Klemme T1a oder 11a, je nach Bedarf an Masse liegt. Das bewirkt einen Stromfluß in der Wicklungsstufe S1 in
entgegengesetzter Richtung zu dem Stromfluß, wenn an der Klemme B1 der ersten Treibereinrichtung ein Signal mit
dem Signalwert H anliegt. In einer anderen Ausführungsform der zweiten Treibereinrichtung, die in Fig. 4 mit gestrichelten
Linien dargestellt ist, ist der Widerstand R7 überbrückt und der Emitter des Transistors Q5 ist über seinen
Emitterwiderstand mit dem Kollektor des Transistors Q7 statt mit Masse verbunden. Diese Ausführungsform erfordert
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•η
-'21
Steuersignale von wenigstens 5 oder 6 V zum Steuern der zweiten Treibereinrichtung.
Die Treiberschaltungen 37b und 37c zum Speisen der Wicklungsstufen
S2 bzw. S3 stimmen in jeder Hinsicht mit der Treiberschaltung 37A überein. Die Eingangskieramen für diese
letztgenannten Treiberschaltungen sind mit B5, B7 bzw. B9, B11 bezeichnet, und die Ausgangsklemmen sind mit T2a, I2a
bzw. T3a, I3a bezeichnet. Die Steuersignale aus der Schaltung 33 werden, wie deutlich werden wird, an die Treiberschaltungen
so angelegt, daß nur die erste Treibereinrichtung für eine Wicklungsstufe und die zweite Treibereinrichtung
für eine weitere Wicklungsstufe ihre zugeordneten Wicklungsstufen zu irgendeinem Zeitpunkt speisen. Das gewährleistet,
daß Strom durch zwei in Reihe geschaltete Wicklungsstufen fließt, um das Ständermagnetfeld zu erzeugen.
In Fig. 4 ist außerdem eine geregelte Stromversorgung 51, die eine Spannung von 10 V liefert, zur Gleichstromversorgung
der Schaltungsanordnung bei diesem Spannungswert vorgesehen.
Die Steuersignalschaltung 33 (vgl. Fig. 5) enthält eine Gruppe von Spannungsteilern 51 zum Annähern einer Nullleiterspannung
für den Motor (in denjenigen Fällen, in denen ein Nulleiter an dem Motor nicht ohne weiteres verfügbar
ist) und zum Abfühlen der Gegen-EMK des Motors. Die besonderen Ausgangssignale der Spannungsteiler, die zu irgendeiner
Zeit benötigt werden (eine angenäherte Nulleiterspannung und eine Gegen-EMK) werden durch einen Signalwähler
gewählt, der auf des Systems besondere Stelle in der Kommutierungsfolge zu dieser Zeit anspricht, um die gewünschten
Ausgangssignale der Spannungsteiler einer Positionsfühlerschaltung 55 zuzuführen, die außerdem ein Steuereingangs-
■ff
signal empfängt, das die gewünschte Drehzahl (Hoch oder Niedrig) des Motors darstellt. Die Positionsfühlerschaltung
gibt ein die Winkelposition des Läufers angebendes Signal an eine Kommutierungssteuerschaltung 5 7 ab, deren Ausgänge
mit den Eingangsklemmen der Treiberschaltungen 37a, 37b und 37c verbunden sind. Wenn der Läufer eine vorbestimmte Winkelposition
erreicht, ändert die Kommutierungssteuerschaltung die Steuersignale, die der Treiberschaltung zugeführt
werden, um die Wicklungsstufen zu kommutieren. Die Kommutierungssteuerschaltung empfängt außerdem ein Eingangssignal
aus einer Nichtkommutierungssteuerschaltung 59, das eine Anzahl von externen Befehlen, wie beispielsweise ein EIN/AUS-Signal,
ein Drehrichtungssignal und ein Langsam/Schnell-Kommutierung-Signal darstellt. Es wird angenommen, daß die
Pulsbreitenmodulation der Treiberschaltung, die der Wicklungsstufe zugeordnet ist, welche bei der Kommutierung soeben
eingeschaltet worden ist, zu einem langsameren Übergang des Wicklungsstroms auf diese Wicklungsstufe führt als die
Pulsbreitenmodulation der Treiberschaltung, die der Wicklungsstufe zugeordnet ist, welche vor der Kommutierung eingeschaltet
war und danach eingeschaltet bleibt. Der erstgenannte Prozeß wird als Langsam-Kommutierung bezeichnet,
während letzterer als Schnell-Kommutierung bezeichnet wird. Das externe Befehlssignal für die Langsam/Schnell-Kommutierung
bestimmt, in welcher Kommutierungsbetriebsart die Steuersignalschaltung 33 arbeitet. Die Nichtkommutierungssteuerschaltung
spricht außerdem auf ein Signal aus einer Spannungsfühlerschaltung 61 und einer Motorstromfühlerschaltung
63 an, um die Steuersignale zu sperren, wenn vorbestimmte Spannungs- und Stromwerte überschritten werden,
wobei der vorbestimmte Spannungswert Vn und der vorbestimmte
Stromwert In, ist. Die tatsächlich angelegte
Spannung V_ wird an dem Ausgang der Gleichrichterschaltung 29 (Fig.4) gemessen, und der Motorstrom wird an einem
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• is.
Shuntwiderstand 1R (Fig. 4 und 5) gemessen.
Die Spannungsteiler 51 (vgl. Fig. 6) sind so angeordnet, daß sie entweder mit dem verfügbaren gemeinsamen Punkt C
des Motors oder ohne diesen arbeiten. Die Spannungsteiler haben drei Eingangsklemmen, die mit den Motoranzapfungen
T1, T2 und T3 des Motors M (oder mit Zwischenklemmen 11,
und 13 während des Betriebes mit hoher Drehzahl) verbunden sind. Der gemeinsame Punkt C ist außerdem mit einem Eingang
der Spannungsteiler verbunden, falls verfügbar. Die Spannungsteiler sind in zwei Gruppen unterteilt. Eine, die mit
der Bezugszahl 65 bezeichnet ist, gibt den Istwert der gemeinsamen Motorspannung (falls verfügbar) an den Signalwähler
ab oder nähert statt dessen die Nulleiterspannung an und legt die Näherungsspannung an den Signalwähler an.
Die Spannungsteilergruppe 65 enthält einen Spannungsteiler 65a zum Anlegen der gemeinsamen Motorspannung, falls verfügbar,
an den Signalwähler; einen Spannungsteiler 65b zum Annähern der Nulleiterspannung, wenn die Wicklungsstufen
S2 und S3 erregt sind; einen Spannungsteiler 65c zum Annähern der Nulleiterspannung, wenn die Wicklungsstufen S1
und S3 erregt sind; und einen Spannungsteiler 65d zum Annähern der Nulleiterspannung, wenn die Wicklungsstufen S1
und S2 erregt sind. Die andere Gruppe von Spannungsteilern, die mit 67a, 67b und 67c bezeichnet sind, versorgt den Signalwähler
mit der Gegen-EMK der Wicklungsstufen S1, S2 bzw. S3. Am unteren Ende der Spannungsteiler 51 befindet sich
eine Schaltung zum Erzeugen einer Referenzspannung V von 1,5 V, die benutzt wird, um zu gewährleisten, daß an den
integrierten Schaltungen, aus denen die Steueranordnung besteht, keine negative Spannung anliegt. Diese Referenzspannung
wird demgemäß an sämtliche Spannungsteiler über mit R11 bezeichnete 1K-Widerstände angelegt. Der besondere Wert
der Widerstände und tatsächlich sämtliche Komponentenwerte
-Sb-
—24 —*
in der hier gezeigten Schaltungsanordnung könnten im Rahmen der Erfindung nach Bedarf oder Wunsch geändert werden.
Die Spannungsteiler haben alle 10K-Ausgangswiderstände R13,
und die Spannungsteiler 6 5a, 67a, 67b und 67c haben mit R15 bezeichnete 4OK-Eingangswiderstände. Die übrigen Eingangswiderstände
für die Spannungsteiler 65b, 65c und 65d sind mit R17 bezeichnete Paare von 80K-Widerständen.
Der Signalwähler 53 enthält mehrere elektronisch gesteuerte Schalter 69a-69g, wobei die letzteren fünf derselben
durch eine Gruppe von sechs Befehlssignalen a-f gesteuert werden, die unten erläutert sind. Die Befehlssignale a-f
schließen sich gegenseitig aus, so daß, wenn irgendeines einen Signalwert H hat, sämtliche anderen einen Signalwert
L haben. Das H-Befehlssignal identifiziert eindeutig den
besonderen Teil der Kommutierungsfolge, in welchem sich die Anordnung zu dieser Zeit befindet. Die elektronisch
gesteuerten Schalter enthalten jeweils zwei gesondert betätigbare Schalter, von denen einer mit einem mit V bezeichneten
Signalwählerausgang und der andere mit einem mit Vr2 bezeichneten Signalwählerausgang verbunden ist. Wenn
das Befehlssignal a den Signalwert H hat, ist der Nulleiterspannungsannäherungsspannungsteiler
65b über den elektronisch gesteuerten Schalter 69b mit dem Ausgang V _ und
der Gegen-EMK-Spannungsteiler 6 7a über den elektronisch gesteuerten
Schalter 69c mit dem Ausgang V . verbunden. Daher stellt die Spannung an den Klemmen V1 und V2, wenn das Befehlssignal
a den Signalwert H hat, die Differenz zwischen der Gegen-EMK aus der Wicklungsstufe S1 und der angenäherten
Nulleiterspannung dar, die durch Summieren der Klemmenspannungen der Wicklungen S2 und S3 gewonnen wird. Ebenso
stellt, wenn das Befehlssignal b den Signalwert H hat, die Spannung an den Klemmen V . und V- die Differenz zwischen
der Gegen-EMK aus der Wicklung S2 und der angenäherten NuIl-
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■ gh
leiterspannung dar, die durch Summieren der Klemmenspannungen
der Wicklungen S1 und S3 in dem Spannungsteiler 65c gewonnen wird.
Der Übersichtlichkeit halber ist die Bedeutung der Signale, die an den Ausgangsklemmen V1 und Vp- vorhanden sind, für
jedes Befehlssignal im folgenden angegeben.
Befehls- Signal an VC1
signal
Signal an VC2
Gegen-EMK der Wicklungsstufe S1
Näherungsnulleiterspannung aus dem Summieren der Klemmenspannungen
der Stufen S2 und S3
Näherungsnulleiterspannung aus dem Summieren
der Klemmenspannungen der Stufen S1 und S3 Gegen-EMK der Stufe S2
Gegen-EMK der Stufe S3 Näherungsnulleiterspannung
aus dem Summieren der Klemmenspannungen der Stufen S1 und S2
Näherungsnulleiterspannung
aus dem Summieren der Klemmenspannungen der Stufen S2 und S3
Gegen-EMK der Wicklungsstufe S1
Gegen-EMK der Stufe S2 Näherungsnulleiterspannung
aus dem Summieren
•^fr-
Befehlssignal
Signal an VC1
Signal an VC2
Näherungsnulleiterspannung aus dem Summieren der Klemmenspannungen
der Stufen S1 und S2
der Klemmenspannungen der Stufen S1 und S3
Gegen-EMK der Wicklungsstufe S3
Die Gegen-EMK der Wicklungsstufe S1 hat, wenn das Signal a den Signalwert H hat, die entgegengesetzte Polarität
der Gegen-EMK der Wicklung SI, wenn das Befehlssignal d den Signalwert H hat, weil die Richtung des Stromflusses
in den Wicklungsstufen S2 und S3 für ein Befehlssignal a mit dem Signalwert H eine Richtung und für ein Befehlssignal b mit dem Signalwert H die andere Richtung hat. Das
gilt auch für die anderen Paare von Befehlssignalen, närclich
c-f und b-e. Wegen dieser Polaritätsumkehr bewirken die Signalwählerschalter, daß das Gegen-EMK-Signal für
jede Wicklung an die eine oder andere Ausgangskiemme V ..
und V_2 je nach Notwendigkeit angelegt wird, um die richtige
Polarität der Spannung an den Klemmen zu gewährleisten.
Eine gleiche Polaritätsumkehr erfolgt durch den elektronisch gesteuerten Schalter 69a, der getrennt schaltbare
Schalteinheiten hat, die mit den Ausgangsklemmen V . und V0 verbunden sind. Ein unten beschriebenes Befehlssignal
h, das bei jeder zweiten Kommutierung den Signalwert H annimmt, wird an einen Steuereingang des Schalters 69a ange-
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legt, während sein Komplement an den anderen Steuereingang
des Schalters angelegt wird. Das gewährleistet, wenn der gemeinsame Punkt des Motors verfügbar ist, daß die
richtige Polarität der Gegen-EMK in bezug auf die Nullleiterspannung an den Klemmen V .. und V „ aufrechterhalten
wird.
Aus obigen Darlegungen ist zu erkennen, daß die Spannungsteiler 65b, 65c und 65d eine Einrichtung zum Annähern
einer Nulleiterspannung für den Motor M bilden und daß insbesondere zu irgendeiner bestimmten Zeit die Spannungsteiler
65b, 65c oder 65d eine Einrichtung zum Summieren der Motorklemmenspannungen der Wicklungsstufen,
an denen die Effektivspannung über die Treibereinrichtung
zu dieser Zeit anliegt, bilden. Weiter bilden die elektronisch gesteuerten Schalter 69b, 69d und 69f Einrichtungen
zum Verbinden der Ausgänge der Näherungseinrichtung mit der Klemme V-,.. oder V ~, wobei diese Schalter
auf die Befehlssignale a-f hin diese eine Klemme V , oder V_- nur mit demjenigen Ausgang der Näherungseinrichtung
verbinden, der dem Wicklungsstufenpaar zugeordnet ist, an dem die Effektivspannung zu dieser Zeit anliegt.
Aus obigen Darlegungen ist außerdem zu erkennen, daß die Spannungsteiler 67a, 67b und 67c eine Gruppe von Gegen-EMK-Ausgangssignalen
liefern, und zwar eines für jede Stufe. Die Spannung an jedem Gegen-EMK-Ausgang ist eine
Funktion der Klemmenspannung ihrer zugeordneten Wicklungsstufe zu dieser besonderen Zeit. Die elektronisch
gesteuerten Schalter 69c, 69e und 69g bilden Einrichtungen, die auf die Befehlssignale a-f hin die Klemme V1
oder Vp2 zu einer besonderen Zeit nur mit einem Gegen-EMK
-Ausgang verbinden, der einer Wicklungsstufe zugeordnet ist, an der die Effektivspannung zu dieser Zeit nicht
anliegt.
Die Klemmen V . und V- sind die negative bzw. positive
Eingangsklemme eines Differenzverstärkers A1 (Fig. 7) der
eine Verstärkung hat, die mittels eines Potentiometers R19 einstellbar ist. Die Referenzspannung V wird auch
über einen 10K-Widerstand R21 an den positiven Eingang des Verstärkers A1 angelegt, um Offset-Fehler zu verhindern.
Da die Spannung an einer der Klemmen V^1 oder V-die
angenäherte Nulleiterspannung ist und da die Spannung an der anderen Klemme die Gegen-EMK der Stufe ist,
die dann nicht erregt ist, bildet der Differenzverstärker A1 eine Einrichtung zum Vergleichen der Näherungsnulleiterspannung
mit der Gegen-EMK einer der Wicklungsstufen. Es hat sich gezeigt, daß das Ausgangssignal des
Verstärkers A1 ein Signal ist, das die Winkelposition des Läufers des Motors darstellt. Das Ausgangssignal des
Verstärkers A1 ist eine linear ansteigende Spannung mit positiver Steigung, die insgesamt bei einer vorbestimmten
negativen Spannung bei der Kommutierung beginnt. Das Ausgangssignal
des Verstärkers A1 wird über einen elektronisch gesteuerten Schalter 71 an einen Integrator 73 angelegt.
Der Schalter 71 hat drei unabhängig betätigbare Schalteinheiten 71a, 71b und 71c, von denen nur die ersten
beiden mit dem Ausgang des Differenzverstärkers A1 verbunden sind, während die Schalteinheit 71a mit diesem Ausgang
über einen 33K-Widerstand R23 und die Schalteinheit 71b mit diesem Ausgang über einen 15K-Widerstand R25 verbunden
ist. Es werden zwei Schalteinheiten benutzt, weil der Integrator 73 zwei unterschiedliche Zeitkonstanten
haben muß, nämlich eine für jede Betriebsdrehzahl. Wenn der Motor im Betrieb mit der hohen Drehzahl arbeitet, d.h.
wenn das externe Befehlssignal DREHZAHL einen Signalwert H hat, ist die Schalteinheit 71b geschlossen und das Aus-
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gangssignal des Differenzverstärkers A1 wird an den Integrator
über den Widerstand R25 angelegt, welch letzterer die Zeitkonstante des Integrators bestimmt. Wenn das Signal
DREHZAHL einen Signalwert L hat, ist statt dessen die Schalteinheit 71a geschlossen und das Eingangssignal des
Integrators kommt über den Widerstand R23, der eine zweite Zeitkonstante für den Integrator erzeugt. Die Schalteinheiten
71a und 71b bilden somit eine Einrichtung, die auf ein Drehzahlsteuersignal hin zwei verschiedene Zeitkonstanten
für den Integrator erzeugen, welche den beiden Drehzahlen des Gleichstrommotors entsprechen. Das Befehlssignal DREHZAHL wird an einen Eingang eines UND-Gatters
G1 und über einen Inverter 75 an einen Eingang eines zweiten UND-Gatters G3 angelegt. An den anderen Eingängen der
Gatter G1 und G3 liegt ein internes Befehlssignal U an, das weiter unten erläutert ist. Wenn das Befehlssignal U den
Signalwert H hat, sind beide UND-Gatter freigegeben. Es nimmt jedoch das Ausgangssignal von nur einem den Signalwert
H an. Wegen des Vorhandenseins des Inverters 75 können die anderen Signale an den Eingängen der Gatter G1 und
G3, die mit H bzw. L bezeichnet sind, nicht beide gleichzeitig den Signalwert H haben. Daher kann nur eines zu
irgendeiner bestimmten Zeit ein H-Ausgangssignal haben, weshalb nur eine der Schalteinheiten 71a, 71b zu einer bestimmten
Zeit geschlossen sein kann. Der Inverter 75 und die UND-Gatter G1 und G3 bilden daher eine Einrichtung, die
verhindert, daß beide Schalteinheiten gleichzeitig geschlossen sind.
Die andere Schalteinheit des elektronisch gesteuerten Schalters 71, nämlich die Schalteinheit 71c, wird durch ein
internes Befehlssignal D gesteuert, welches das Komplement des Befehlssignals U ist. Wenn diese Schalteinheit geschlossen
ist, was ab der Kommutierung bis ungefähr 20
■U-'Λ:·-
elektrische Grad danach der Fall ist, wird der Integrator rückgesetzt. Die Schalteinheit 71c stellt eine Einrichtung
dar, die auf das Befehlssignal D hin (bei dem es sich um ein Kommutierungssignal oder um einen Kommutierungsimpuls
handelt) den Integrator rücksetzt. Die Integration ist außerdem während dieser Zeit gesperrt, weil
das Befehlssignal U (das Komplement des Signals D) zu dieser Zeit den Signalwert L hat. Infolgedessen haben die
Ausgangssignale der Gatter G1 und G3 beide den Signalwert L, die Schalteinheiten 71a und 71b sind beide offen, und
die Integration ist blockiert.
Der Integrator 73 enthält eine 8,2 V - Z-Diode D17, die
gewährleistet, daß die Integration des Ausgangssignals des Differenzverstärkers A1 nicht .beginnt, bis der Nulldurchgang
der Gegen-EMK überprüft worden ist. Nachdem der Integrator 73 mit dem Integrieren begonnen hat, integriert
er von einer Ausgangsspannung von etwa 8 V abwärts bis zu einem vorbestimmten Spannungswert von etwa 3 V,
wobei das Ausgangssignal die Winkelposition des Läufers angibt. Dieses Ausgangssignal wird an einen Komparator 77
angelegt, und, wenn das Ausgangssignal 3 V erreicht, nimmt das Ausgangssignal des Komparators 77, das mit C bezeichnet
ist, den Signalwert H an, wobei dieses Η-Ausgangssignal
ein Kommutierungssignal oder -impuls ist und die Tatsache darstellt, daß der Läufer in der richtigen Position
für die Kommutierung der Wicklungsstufen ist.
Das Ausgangssignal des Komparators 7 7 wird an die Kommutierungssteuerschaltung
57 und insbesondere an einen Eingang eines ODER-Gatters G5 (Fig. 8) angelegt. Wenn das
Komparatorausgangssignal den Signalwert H hat, was angibt,
daß eine Kommutierung erforderlich ist, nimmt das Ausgangssignal des Gatters G5 den Signalwert H an. Der Aus-
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■Oll·
gang des Gatters G5 ist mit einem Eingang eines UND-Gatters
G7 verbunden, an dessen anderem Eingang des komplementäre Ausgangssignal, im allgemeinen beispielsweise etwa 50 kHz,
eines Zeitgebers 79 anliegt. Wenn dieses Zeitgeberausgangssignal den Signalwert H annimmt, während das Ausgangssignal
des Gatters G5 den Signalwert H hat, nimmt das Ausgangssignal des Gatters G7 den Signalwert H an. Dieses H-Ausgangssignal
des Gatters G7 bewirkt, daß das Ausgangssignal eines NOR-Gatters G9 den Signalwert L annimmt. Ein L-Ausgangssignal
des NOR-Gatters G9 bewirkt, daß ein Q-Ausgangssignal eines Flipflops 81 den Signalwert L bei dem
nächsten Taktimpuls aus dem Zeitgeber 79 annimmt, dessen Taktimpulse über ein NOR-Gatter GI1 mit einer vorgewählten
Frequenz geliefert werden, beispielsweise mit etwa 100 kHz. Das Q-Ausgangssignal des Flipflops 81 ist das oben in
Verbindung mit Fig. 7 erwähnte Befehlssignal U. Wenn das Ausgangssignal des Komparators 77 den Signalwert H annimmt,
wobei es sich um ein Kommutierungssignal handelt, nimmt also das Befehlssignal U den Signalwert L an. Das Q-Ausgangssignal
des Flipflops 81 ist das Befehlssignal D.
Das Q-Ausgangssignal des Flipflops 81 wird an die Vor-/ Rückwärts-Steuerstifte von zwei hintereinandergeschalteten,
digitalen, im Verhältnis 1:16 teilenden Zählern 83 und 85 angelegt. Wenn dieses Ausgangssignal den Signalwert L annimmt,
was Kommutierung bedeutet, beginnen die Zähler rückwärts zu zählen. Wenn sie null erreichen, was etwa 20
elektrische Grad Drehung des Motors M in Anspruch nimmt, nimmt das mit OP bezeichnete Ausgangssignal des Zählerpaares
den Signalwert L an. Das Ausgangssignal OP wird an die Eingänge von zwei NAND-Gattern G13 und G15 angelegt, die
die Geschwindigkeit steuern, mit der die Zähler 83 und 85 vor- und rückwärtszählen. Während das Ausgangssignal OP den
Signalwert L hat, was nur erfolgt, wenn die Zähler null erreichen, sind diese Gatter gesperrt. Das Gatter G13 hat
außerdem einen Eingang, der mit dem Ausgang des Gatters G9 verbunden ist, dessen Ausgangssignal das Gatter G13 blokkiert,
während das Ausgangssignal des Gatters G9 den Signalwert L hat. Wie deutlich werden wird, hat dieses Ausgangssignal
den Signalwert L für das vorbestimmte Intervall, nämlich etwa zwanzig elektrische Grad Drehung des
Motors M nach der Kommutierung, so daß für diese Zeitspanne das Gatter G13 blockiert ist. Das Ausgangssignal des
Gatters G9 wird an ein zweites NOR-Gatter G17 angelegt.
Wenn das Ausgangssignal des Gatters G9 den Signalwert L annimmt, nimmt das Ausgangssignal des Gatters G17 den Signalwert H an. Dieses Η-Signal wird zu dem Gatter G9 zurückgeleitet,
um dessen Ausgangssignal auf dem Signalwert L zu verriegeln, und wird an eine Eingangsklemme des Gatters
G15 angelegt, welches es freigibt. Ein weiteres Eingangssignal
des Gatters G15 ist mit dem 100 kHz - Ausgang des Zeitgebers 79 verbunden, so daß das Gatter G15, während
das Ausgangssignal des Gatters G17 auf dem Signalwert H
bleibt, Taktimpulsen gestattet, durch ein NAND-Gatter G19
hindurchzugehen, dessen Ausgang mit den Takteingängen der Zähler 83 und 85 verbunden ist. Das veranlaßt diese, mit
größerer Geschwindigkeit rückwärts zu zählen. Wenn die Zähler null erreichen, nimmt das Ausgangssignal OP den
Signalwert L an, und dieses L-Signal wird an einen Eingang eines NOR-Gatters G21 angelegt, was zur Folge hat, daß
dessen Ausgangssignal den Signalwert H annimmt. Dieses H-Ausgangssignal des Gatters G21 wird an den anderen Eingang
des Gatters G17 angelegt, was zur Folge hat, daß dessen Ausgangssignal den Signalwert L annimmt und daß das
Ausgangssignal des Gatters G9 den Signalwert H annimmt. Ein L-Ausgangssignal des Gatters G17 blockiert das Gatter
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\s. "'■■'■■''' ■■''■■■' ''■■'■■'
G15, während ein H-Ausgangssignal des Gatters G9 das Gatter
G13 freigibt und das Ausgangssignal des Gatters G17
auf dem Signalwert L verriegelt. Das Gatter G13 hat einen weiteren Eingang, der mit dem 50 kHz - Ausgang des Zeitgebers
7 9 verbunden ist. Während das Gatter G13 freigegeben ist, gehen Taktimpulse mit dieser niedrigeren Frequenz
durch die Gatter G13 und G19 hindurch zu den Takteingängen
der Zähler 83 und 85. Ein H-Ausgangssignal des Gatters G9 setzt außerdem das Q-Ausgangssignal des Flipflops 81 auf
den Signalwert H, wodurch die Zähler wieder vorwärts zu zählen beginnen. Die Zähler zählen daher mit einer ersten
Geschwindigkeit vorwärts und mit einer Geschwindigkeit, die doppelt so schnell ist, rückwärts. Insbesondere zählen
die Zähler während zwei Dritteln der Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Kommutierungen vorwärts und während des übrigen
Drittels rückwärts. Die Kommutierungen erfolgen in dieser Ausführungsform nach jeweils sechzig Grad, so daß die
Zähler für zwanzig elektrische Grad oder so rückwärts zählen, was bei einer bestimmten Drehzahl des Motors einer
vorbestimmten Zeitdauer entspricht. Das bedeutet, daß der Integrator (Fig. 7) für diese vorbestimmte Zeitdauer, die
zwanzig elektrischen Grad der Drehung des Motors M entspricht, rückgesetzt und blockiert bleibt, und zwar auch
weil die Befehlssignale U und D, wie oben erläutert, diese Facetten des Integratorbetriebes steuern. Das wird gemacht,
um die Integration der Kommutierungsströme zu verhindern, die unmittelbar nach der Kommutierung vorhanden sind. Die
Zähler 83 und 85 bilden somit eine digitale Verzögerungseinrichtung zum Blockieren des Betriebes des Integrators
73 für ein vorbestimmtes Zeitintervall nach dem Auftreten des Kommutierungssignals oder -impulses, wodurch der Integrator
am Integrieren der Kommutierungsströme gehindert wird.
Das Q-Ausgangssignal des Flipflops 81 wird außerdem an
einen Eingang eines NAND-Gatters G23 angelegt. Während des 4 0°-Intervalls vor der Kommutierung, wenn das Q-Ausgangssignal
den Signalwert L hat, hat das Ausgangssignal des Gatters G23 den Signalwert H. Der Ausgang des Gatters G23
ist mit einem Eingang eines NAND-Gatters G25 verbunden, dessen anderes Eingangssignal normalerweise den Signalwert H hat, wenn nicht der Motor M als Schrittmotor betrieben
wird. Das Ausgangssignal des Gatters G25 während des 40°-Intervalls vor der Kommutierung hat deshalb den
Signalwert L. Dieses Ausgangssignal wird an den Rücksetzeingang eines Zeitgebers 87 angelegt. Wenn das Q-Ausgangssignal
bei der Kommutierung den Signalwert H annimmt, nimmt das Ausgangssignal des Gatters G23 den Signalwert L
an (wobei wieder angenommen wird, daß der Motor nicht als
Schrittmotor benutzt wird), und das Ausgangssignal des Gatters G25 nimmt den Signalwert H an. Durch diesen übergang
von dem Signalwert L auf den Signalwert H wird der Zeitgeber 87 rückgesetzt, sofern er nicht bereits vorher
seine Zeitsperre erreicht hat. Der Zeitgeber 87 ist so eingestellt, daß er seine Zeitsperre erreicht, wenn ein
Kommutierungsimpuls oder -signal nicht innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer, beispielsweise von 0,1 s, erzeugt
wird. Das NichtVorhandensein eines Kommutierungssignals würde anzeigen, daß sich der Läufer nicht dreht,
was während des Startens der Fall sein kann. Wenn ein Kommutierungssignal in der vorbestimmten Zeitspanne nicht
empfangen wird, gibt der Zeitgeber 87 selbst einen Impuls an das ODER-Gatter G5 ab, um die Drehung des Läufers einzuleiten.
Diese Abgabe von Impulsen durch den Zeitgeber geht weiter, bis die Kommutierungssignale vor dem Ende
jedes vorbestimmten Zeitintervalls empfangen werden. Der Zeitgeber 87 stellt somit eine rücksetzbare digitale Zeitgebereinrichtung
dar, die einen Impuls zum Einleiten der
BAD ORIGfNAL
Drehung des Läufers liefert, sofern nicht der Kommutierungsimpuls durch den Komparator 77 vor dem Ablauf eines
vorbestimmten Zeitintervalls erzeugt wird, wobei der Zeitgeber durch den Impuls oder das Signal aus dem Komparator
rückgesetzt wird.
Der Motor M kann, wie oben erwähnt, als Schrittmotor betrieben werden. Das erfordert ein externes Schrittfreigabebefehlssignal
mit dem Signalwert H, das durch ein NAND-Gatter G27 invertiert wird und somit das Gatter G23
sperrt, wodurch das Ausgangssignal des Flipflops 81 für den Betrieb der Steueranordnung irrelevant gemacht wird.
Das H-Schrittfreigabesignal wird außerdem an ein NAND-Gatter G29 angelegt, dessen anderer Eingang ein externes
Befehlssignal SCHRITT ist. Immer dann, wenn das Signal SCHRITT den Signalwert H annimmt und das Gatter G29 freigegeben
ist, nimmt das Ausgangssignal des Gatters G29 den Signalwert L an. Dieses 'Ausgangssignal wird an den
anderen Eingang des Gatters G25 angelegt, was zur Folge hat, daß dessen Ausgangssignal den Signalwert H annimmt,
wodurch der Zeitgeber 87 rückgesetzt wird.
Das Ausgangssignal des Gatters G25, ob gesteuert durch die Schrittmotorsteuerschaltungsanordnung oder durch den
übrigen Teil der Schaltungsanordnung nach Fig. 8, wird außerdem als ein internes Befehlssignal CP an den übrigen
Teil der Kommutierungssteuerschaltung (Fig. 9) angelegt. Das Ausgangssignal des Gatters G25 wird an den Takteingang
eines Zählers 89 angelegt, der drei binäre Ausgänge hat, die 1 s, 2 s bzw. 4 s darstellen. Alle drei Ausgänge sind
mit einem BCD/D-Decoder 91 verbunden, der sechs Ausgänge a-f hat, die oben in Verbindung mit Fig. 6 erwähnt sind
(wobei die Abkürzungen BCD und D binär codiert dezimal bzw. dezimal bedeuten). Der Decoder empfängt die drei binären
Ausgangssignale des Zählers 89 und decodiert sie,
um eines der Befehlssignale a-f auf den Signalwert H zu setzen. Darüber hinaus gibt der 1s-Ausgang des Zählers
89 ein Befehlssignal h an die Schaltungsanordnung nach Fig. 6 ab, wie oben erläutert. Dieses Ausgangssignal
nimmt den Signalwert H bei jeder zweiten Kommutierung an. Die 2s- und 4s-Ausgangssignale des Zählers 89 werden
außerdem an die Eingänge eines UND-Gatters G31 angelegt, dessen Ausgang mit dem Rücksetzeingang des Zählers verbunden
ist. Mittels dieser Anordnung wird der Zähler alle sechs Zählungen rückgesetzt, was sechs Kommutierungen entspricht
(da das Kommutierungssignal CP die Quelle der Taktimpulse für den Zähler ist), die wiederum 360 elektrischen
Grad entsprechen. Die sechs Ausgänge des Decoders 91 sind mit den Eingängen von sechs ODER-Gattern G33a-G33f verbunden,
deren Ausgänge wiederum mit den Eingängen einer Gruppe von UND-Gattern G35a-G35f verbunden sind, die zum
Steuern der Drehung des Läufers in Rückwärtsrichtung benutzt werden, und mit den Eingängen einer Gruppe von.UND-Gattern
G37a-G37f, die zum Steuern der Drehung des Läufers in Vorwärtsrichtung benutzt werden. Die Ausgänge der Gatter
G35a-G35f und G37a-G37f sind mit einer Gruppe von ODER-Gattern G39a-G39f verbunden, deren Ausgänge mit den
Klemmen B1, B3, B5, B7 , B9 und B11 der Treiberschaltungen 37a,
37b und 37c (vgl. Fig. 4) verbunden sind. Die Gatter 35a-35f haben jeweils einen Eingang, an den ein weiter unten
erläutertes Befehlssignal i angelegt wird, das diese Gatter für die Drehung des Rotors in der Rückwärtsrichtung
freigibt und sie sperrt, wenn die Vorwärtsdrehung verlangt wird oder wenn ein vorbestimmter maximaler Strom überschritten
wird. Ebenso haben die Gatter G37a-G37f jeweils einen
Eingang, an den ein weiter unten erläutertes Befehlssignal j angelegt wird, das diese Gatter für die Drehung des
Läufers in der Vorwärtsrichtung freigibt und sie sperrt,
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wenn die Rückwärtsdrehung verlangt wird oder wenn ein vorbestimmter
maximaler Strom überschritten wird. Darüber hinaus haben die Gatter G35a, G35c, G35e, G37a, G37c und
G37e jeweils einen Eingang, an den ein weiter unten erläutertes Befehlssignal k zur Pulsbreitenmodulation der
Ausgangssignale dieser Gatter und somit der Steuerausgangssignale der Gatter G39a, G39c und G39e und zum Steuern der
Effektivspannung und des Stroms, den die Wicklungsstufen als Ergebnis der Steuersignale aufnehmen, angelegt wird.
Ebenso haben die Gatter G35b, G35d, G35f, G37b, G37d und G37f jeweils einen Eingang, an den ein weiter unten erläutertes
Befehlssignal m zur Pulsbreitenmodulation der Ausgangssignale dieser Gatter und der Steuerausgangssignale
der Gatter G39b, G39d und G39f angelegt wird.
Jedes Koinmutierungssignal an dem Eingang CP des Zählers
89 bewirkt, daß der Zähler um eins vorwärts- oder um eins rückwärtszählt, je nach dem Zustand eines internen Richtungsbefehlssignals
DIR. Bei der Drehung in Vorwärtsrichtung zählt der Zähler bei jeder Kommutierung einmal vorwärts,
und der Decoder setzt daraufhin das nächste Ausgangssignal in der Kommutierungsfolge auf den Signalwert
H. Beginnend mit dem a-Ausgangssignal bewirkt ein Signalwert
H an dem Ausgang a, daß die Ausgangssignale der Gatter G33a und G33f den Signalwert H annehmen, was wiederum
bewirkt, daß die Gatter G37e und G37d freigegeben werden. (Keines der Gatter für die Drehung in Rückwärtsrichtung
ist freigegeben, weil die gewünschte Drehung in der Vorwärtsrichtung erfolgt.) Wenn die Pulsbreitenmodulation
für den Augenblick außer Acht gelassen wird, nehmen die Ausgangssignale der Gatter G37d und G37e zusammen mit
den Steuerausgangssignalen der ODER-Gatter G39d und G39e, an die sie angelegt sind, den Signalwert H an. Die Signale
an den Klemmen B7 und B9 werden dadurch auf den Sig-
•Air-
nalwert H gebracht, was bewirkt, daß der Strom von der
Leitung 43 (vgl. Fig. 4) durch die Wicklungsstufe S3 und dann durch die Wicklungsstufe S2 und den Shunt-Widerstand
R zu der negativen Seite der Gleichrichterschaltung fließt. Bei dem nächsten Kommutierungssignal nimmt das
Befehlssignal b des Decoders 91 (vgl. Fig. 9) den Signalwert H an, was in einem gleichen Prozeß dazu führt, daß
die Signale an den Klemmen B3 und B9 den Signalwert H haben und der Strom durch die Wicklung S3 und dann durch
die Wicklung S1 und den Shuntwiderstand R zu der negativen Seite der Gleichrichterschaltung fließt. Es sei beachtet,
daß zwei Wicklungsstufen gleichzeitig erregt sind. Wenn die Wicklungsstufe des erregten Wicklungsstufenpaares,
die positiver ist, d.h. durch ihre zugeordnete erste Treiberschaltung gespeist wird, mit dem Symbol "+" und
die Wicklungsstufe, die negativer ist, d.h. durch ihre zugeordnete zweite Treiberschaltung gespeist wird, mit
dem Symbol "-" bezeichnet wird, so sind die H-Steuersignale
und die Wicklungspaare, die durch diese erregt werden, folgende:
Η-Steuersignal
Erregtes Wicklungspaar in Vorwärtsrichtung
a |
S3+ S2 |
b |
S3+ S1 |
C |
S2+ S1 |
d |
S2+ S3 |
e |
S1+ S3 |
f |
S1+ S2 |
Erregtes Wicklungspaar in Rückwärtsrichtung
S2+ S3-S1+ S3-SU S2-S3+ S2-S3+ S1-S2+ S1-
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Somit bilden der Zähler 89, der Decoder 91, die Gatter
G33a-G33f, G35a-G35f, G37a-G37f und G39a-G39f eine Einrichtung, die auf das Ausgangssignal des Komparators 77
(Fig. 7) hin bewirkt, daß die Treiberschaltungen 37a-37c die Wicklungsstufen S1-S3 kommutieren, wenn der Läufer
eine vorbestimmte Winkelposition erreicht. Sie bilden
außerdem eine Decodier- oder Steuersignaleinrichtung, die auf das Kommutierungssignal CP hin die Gruppe von
Steuersignalen (die Ausgangssignale der Gatter G39a-G39f) erzeugt und die Steuersignale an die Treiberschaltungen
anlegt, um die Wicklungsstufen zu kommutieren, wenn der Läufer eine vorbestimmte Winkelposition erreicht.
Die Erregung der Wicklungsstufen wird, wie oben erwähnt, pulsbreitenmoduliert, um die Effektivspannung und den
Strom.und somit die Läuferdrehzahl zu steuern. Die Quelle
der Impulse für die Modulation ist ein Oszillator 93 mit 10 kHz und 95 % Tastverhältnis (vgl. Fig. 10), der ein
95 %-Tastverhältnis-Ausgangssignal PWM und ein komplementäres
Ausgangssignal PWMC liefert. Das Ausgangssignal PWM wird an den Takteingang eines D-Flipflops 95 angelegt,
an dessen D-Eingang ein Signal mit dem Signalwert H anliegt. Die beiden Ausgangssignale des Flipflops 95 sind
mit QO und QO bezeichnet. Das Ausgangssignal QO wird zusammen mit dem komplementären Ausgangssignal PWMC des Oszillators
93 an die Eingänge eines UND-Gatters G41 angelegt. Normalerweise hat das Ausgangssignal QO den Signalwert H, so daß komplementäre Impulse durch das Gatter G41
hindurch zu einem ODER-Gatter G43 gelangen. An einem der
anderen Eingänge des Gatters G4 3 liegt die invertierte Form des externen Befehlssignals EIN/AUS an. Wenn das Signal
EIN/AUS den Signalwert L hat, hat der Ausgang des Gatters G43, der mit dem Rücksetzeingang des Flipflops 95
verbunden ist, ein Signal mit dem Signalwert H und das
-an·
Flipflop kann nicht rückgesetzt werden. Wenn jedoch das Signal EIN/AUS den Signalwert H hat, kann das Gatter G4 3
Impulse aus dem Gatter oder Regler G41 oder ein Uberspannungs- oder ein Uberstromsignal OVC, das weiter unten erläutert
ist, zu dem Rücksetzeingang des Flipflops durchlassen, um dieses rückzusetzen. Wenn das rückgesetzt
wird, nimmt sein Ausgangssignal QO den Signalwert L an. Das L-Signal bewirkt, daß das Gatter G41 nicht langer in
der Lage ist, Impulse zu dem Gatter G4 3 durchzulassen, weshalb das Ausgangssignal des letztgenannten Gatters auf dem
Signalwert H bleibt, und das Flipflop wird nur so lange rückgesetzt bleiben, wie das Signal OVC, das Überspannungs-
oder Uberstromsignal, den Signalwert H behält. Wenn das Rücksetzeingangssignal den Signalwert L annimmt, bewirkt
der nächste Taktimpuls aus dem Ausgangssignal PWM des Oszillators, daß. das Signal QO wieder den Signalwert
H annimmt. Bei NichtVorhandensein eines Uberspannungs- oder Überstromzustands bleibt daher das Signal QO für
95 % der Periode auf dem Signalwert H, wird für 5 % auf den Signalwert L gesetzt und nimmt dann für 95 % der
nächsten Periode den Signalwert H an, und zwar wegen des Taktimpulses, der im allgemeinen mit dem Ende des Rücksetzimpulses
zeitlich zusammenfällt.
Das Ausgangssignal QO des Flipflops 95 wird außerdem an
zwei ODER-Gatter G45 und G47 (vgl. Fig. 11) angelegt, deren Ausgangssignale das Blockiersignal k und das Freigabesignal
m sind, die oben in Verbindung mit den Gattern G35a-G35f
und G37a-G37f erwähnt worden sind. Die anderen Eingangssignale der Gatter G45 und G47 sind komplementäre
Signale, wobei das andere Eingangssignal des Gatters G47 das Ausgangssignal eines Antivalenz (EXKLUSIVES ODER)-Gatters
G49 ist, während das andere Eingangssignal des Gatters G45 das invertierte Ausgangssignal des Gatters G49
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ist. Daher wird zu irgendeiner bestimmten Zeit das Ausgangssignal
des Gatters G45 oder G4 7 den Signalwert H haben, ungeachtet des Zustands des Ausgangssignals QO,
während das Ausgangssignal des anderen Gatters direkt dem Zustand des Ausgangssignals QO folgen wird. Da das
Signal QO eine Reihe von Impulsen ist, bedeutet das, daß das Befehlssignal k oder m, aber nicht beide, eine Reihe
von Impulsen sein wird, während das andere Befehlssignal den Signalwert H hat. Eine überprüfung der Fig. 9 und 4
zeigt, daß das Befehlssignal k die Gatter freigibt, die der ersten oder oberen Treibereinrichtung für jede Wicklungsstufe
zugeordnet sind, während das Befehlssignal m die Gatter freigibt, die der zweiten oder unteren Treibereinrichtung
für jede Wicklungsstufe zugeordnet sind. Da nur das Signal k oder das Signal m, aber nicht beide,
eine Reihe von Impulsen zu irgendeiner bestimmten Zeit sein kann, bedeutet das, daß bei einer bestimmten Kommutierung
nur die erste oder die zweite Treibereinrichtung pulsbreitenmoduliert sein wird. Die andere Treibereinrichtung,
die bei dieser besonderen Kommutierung gespeist ist, bleibt ständig eingeschaltet, bis eine gewisse Änderung
in den Zuständen der Signale k und ro erfolgt.
Welche Treibereinrichtung zu einer besonderen Zeit pulsbreitenmoduliert
wird und welche es nicht wird, wird durch die Eingangssignale an dem Antivalenz-Gatter G49 bestimmt.
Ein Eingangssignal ist das Signal h aus dem Zähler 89 (Fig. 9V das seinen Zustand bei jeder Kommutierung ändert.
Dieses Eingangssignal gewährleistet, daß die erste und die zweite Treibereinrichtung gleichermaßen benutzt werden.
Wann der übergang von dem Impulssignal k zu dem Impulssignal m tatsächlich stattfindet, wird durch das andere
Eingangssignal des Gatters G49 bestimmt, das an dem Ein-
gang anliegt, der mit dem Ausgang eines UND-Gatters G51 verbunden ist. Das UND-Gatter G51 hat als Eingangssignale
das D-Befehlssignal aus dem Flipflop 81 (Fig. 8), das für zwanzig elektrische Grad nach jeder Kommutierung
den Signalwert H und ansonsten den Signalwert L hat, und das externe Befehlssignal LANGSAM/SCHNELL-Kommutierung.
Wenn das externe Befehlssignal den Signalwert L hat, hat das Ausgangssignal des Gatters G51 den Signalwert
L, und die Änderung in den Signalen k und m erfolgt bei der Kommutierung. Das gewährleistet, daß die
Wicklungsstufe, die eingeschaltet blieb, pulsbreitenmoduliert
wird, was als schnelle Kommutierung bezeichnet wird. Beispielsweise hat bei der zweiten Kommutierung
der Kommutierungsfolge das Signal h den Signalwert L, und die erregten Wicklungen sind S3- und S1+. Die Wicklungsstufe S3- ist vor der Kommutierung eingeschaltet gewesen
und bleibt nach der Kommutierung eingeschaltet, während die Wicklungsstufe S1+ bei der Kommutierung soeben
eingeschaltet wurde. Da das Signal h den Signalwert L hat und da das externe Befehlssignal LANGSAM/SCKNELL-Kommutierung
den Signalwert L hat, hat das Ausgangssignal des Gatters G49 den Signalwert L, das Signal k hat
den Signalwert H, und das Signal m ist eine Reihe von Impulsen. Aber das Signal m ist das Signal, daß der zweiten
Treibereinrichtung für sämtliche Wicklungsstufen zugeordnet ist, so daß die Wicklungsstufe S3-, die Wicklungsstufe,
die erregt blieb, pulsbreitenmoduliert wird. Die schnelle Kommutierung, wie der Begriff hier benutzt
wird, bedeutet eine Kommutierung, die bewirkt, daß der Strom in der Wicklung, die soeben abgeschaltet wurde, so
schnell wie möglich abnimmt oder von selbst aufhört, während die langsame Kommutierung das Gegenteil von der
schnellen Kommutierung ist. In der besonderen Form der langsamen Kommutierung, die hier beschrieben wird, ist
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■/ιos■':■:.'.:-■;. ■:::■■-c ■:.'
die langsame Kommutierung ein zweistufiger Prozeß, weil der Positionsabfühlintegrator, der hier beschrieben ist,
durch die besondere Wicklung, die pulsbreitenmoduliert wird, nachteilig beeinflußt wird. Bei einer anderen Position
sabf ühl schaltungsanordnung wäre die langsame Kommutierung nicht notwendigerweise ein zweistufiger Prozeß.
Wenn das externe Signal LANSAM/SCHNELL-KOMMUTIERUNG den
Signalwert H hat, hat das Ausgangssignal des Gatters G51 ebenfalls den Signalwert H, aber nur für zwanzig elektrische
Grad nach der Kommutierung. Da das Ausgangssignal des Gatters G51 und das Signal h beide den Zustand im
KommutierungsZeitpunkt ändern, da aber dann das Ausgangssignal des Gatters ebenfalls den Zustand zwanzig Grad
danach ändert, erfolgt nun die Zustandsänderung der Signale k und m nicht bei der Kommutierung, sondern zwanzig
elektrische Grad nach der Kommutierung. Weiter ist, anders als in dem Fall der schnellen Kommutierung, die Wicklungsstufe, die bei der Kommutierung soeben eingeschaltet worden
ist, diejenige, die pulsbreitenmoduliert wird, und die Wicklungsstufe, die nicht kommutiert wird, d.h. die
erregt bleibt, wird nicht pulsbreitenmoduliert. Wenn die zweite Kommutierung wieder als Beispiel genommen wird,
so nimmt das Kommutierungssignal h den Signalwert L an, aber das Ausgangssignal des Gatters G51 nimmt den Signalwert H an. Somit bleibt das Ausgangssignal des Gatters G49
ungeändert, nämlich auf dem Signalwert H, und das Signal k ist eine Reihe von Impulsen, aber das Signal m hat den
Signalwert H. Das Signal k ist aber dasjenige, daß der ersten Treibereinrichtung für sämtliche Wicklungsstufen
zugeordnet ist, so daß die Wicklungsstufe S1+, die Wicklungsstufe,
die bei der Kommutierung eingeschaltet wurde, pulsbreitenmoduliert wird, was als langsame Kommutierung
bezeichnet wird. Wenn das Signal D zwanzig elektrische Grad nach der Kommutierung den Signalwert L annimmt, nimmt
das Signal k den Signalwert H an, während das Signal m zu
einer Reihe von Impulsen wird. Es sei beachtet, daß das Umschalten vom Pulsbreitenmodulieren einer Wicklungsstufe
zum Pulsbreitenmodulieren der anderen bei der langsamen Kommutierung deutlich nach der Kommutierung erfolgt, so
daß die Wicklungsströme Zeit gehabt haben, auf die Wicklungsstufe überzugehen, die soeben kommutiert wurde.
Sowohl bei der schnellen als auch bei der langsamen Kommutierung nimmt das Signal k oder das Signal m, wenn das
Ausgangssignal QO den Signalwert L wegen eines Uberspannungs- oder überstromzustands annimmt, den Signalwert L
an und bleibt auf diesem Signalwert, bis die Effektivspannung oder der Strom der Wicklungsstufe auf den gewünschten
Grenzwert absinkt. Das heißt, die Impulse aus dem Oszillator werden blockiert, bis die gewünschte Spannung
oder der gewünschte Strom erreicht ist. Da zu jeder Zeit der Wert eines der Signale k oder m von dem Zustand
des Ausgangssignals QO unabhängig ist, bleibt dieses Signal auf dem Signalwert H, obgleich der Uberspannungs-
oder Uberstromzustand vorhanden ist. Eine der Treibereinrichtungen
bleibt somit während dieses Uberspannungs- oder Uberstromzustands eingeschaltet, um den Wicklungsströmen zu fließen zu gestatten.
Es ist somit zu erkennen, daß der Oszillator und die Gatter, die oben in Verbindung mit der Pulsbreitenmodulation
der Wicklungsstufentreiberschaltungen erläutert sind, eine Einrichtung bilden zum Steuern des Anlegens
der Ausgangsgleichspannung der Gleichrichterschaltung 29, um eine resultierende Effektivspannung an den Wicklungsstufen zu erzeugen. Weiter bildet die Schaltungsanordnung
nach den Fig. 10 und 11 eine Einrichtung zur Pulsbreitenmodulation
der Ausgangssignale der Gatter G39a-G39f, wo-
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durch eine resultierende Effektivspannung an den Wicklungsstufen
erzeugt wird. Das Tastverhältnis der Pulsbreitenmodulationsimpulse
wird verringert, wenn eine Spannung anliegt, die über einem vorbestimmtem Wert ist, was durch
den Zustand des Signals OVC angegeben wird. Die Gatter G45 und G47 bilden eine Einrichtung zum vorübergehenden
Blockieren von weniger als sämtlichen Ausgangssignalen der Gatter G39a-G39f, insbesondere zum vorübergehenden
Blockieren von drei Ausgangssignalen, wenn der Rotorstrom einen vorbestimmten Wert überschreitet, was durch das Signal
OVC angegeben wird. Da nur eines dieser drei blockierten Gatter zur gleichen Zeit freigegeben wird und da nur
eines der anderen drei Gatter zu dieser Zeit den Signalwert H führen wird, bilden darüber hinaus die Gatter G4 5
und G4 7 eine Einrichtung, die, wenn eine angelegte Spannung einen vorbestimmten Spannungswert übersteigt odei
wenn ein Motorstrom den vorbestimmten Stromwert übersteigt,
vorübergehend sämtliche Steuersignale bis auf eines blokkieren, um die an die Wicklungsstufen angelegte Effektivspannung
zu reduzieren.
Die Schaltungsanordnung nach Fig. 9 bildet außerdem eine logische Einrichtung, die auf das Signal CP hin, welches
die Winkelposition des Läufers darstellt, die Ausgangssignale der Gatter G39a-G39f an die Treiberschaltungen
in einer Reihenfolge anlegt, in welcher bei jeder Kommutierung eine der Wicklungsstufen, die vor der Kommutierung
erregt war, nach der Kommutierung erregt bleibt und die andere Wicklungsstufe, die vor der Kommutierung erregt
war, nach der Kommutierung entregt wird. Jede Wicklungsstufe bleibt über zwei aufeinanderfolgende Kommutierungen,
die ihr eindeutig zugeordnet sind, erregt, und wird dann entregt. Es sei außerdem beachtet, daß die
Richtung des Stromflusses in der Wicklungsstufe, die nach
■Α ο Ι
der Kommutierung erregt bleibt, gleich der Richtung des Stromflusses in dieser Wicklungsstufe vor der Kommutierung
ist. Wenn das externe Befehlssignal LANGSAM/SCHNELL-KOMMUTIERUNG
die schnelle Kommutierung verlangt, bildet die Schaltungsanordnung nach den Fig. 10 und 11 eine Einrichtung
zur Pulsbreitenmodulation des Ausgangssignals der Gatter G39a-G3 9f, die der Wicklungsstufe zugeordnet sind,
welche nach der Kommutierung für eine vorbestimmte Zeit nach der Kommutierung, die der Drehung um zwanzig elektrische
Grad entspricht, eingeschaltet bleibt, und zur Umschaltung in diesem Zeitpunkt, um eine Pulsbreitenmodulation
des Ausgangssignals vorzunehmen, das der Wicklungsstufe zugeordnet ist, die nach der nächsten Kommutierung
eingeschaltet bleiben wird. Diese Schaltungsanordnung bildet außerdem eine Einrichtung zum Modulieren der Ausgangssignale
der Gatter G39a-G39f im wesentlichen in gleichem Ausmaß und insbesondere zum Modulieren derjenigen Ausgangssignale
für die erste Treibereinrichtung und derjenigen Ausgangssignale für die zweite Treibereinrichtung in
im wesentlichen gleichem Ausmaß. In dieser Hinsicht bildet der Zähler 8 9 eine Einrichtung zum Erzeugen eines Ansteuerwählsignals,
nämlich des Signals h, daß den Zustand bei jeder Kommutierung ändert, wobei die Schaltungsanordnung
nach Fig. 11 auf einen Zustand des Signals h anspricht, um vom Modulieren der Ausgangssignale zum Steuern der ersten
Treibereinrichtung auf das Modulieren der Ausgangssignale für die zweite Treibereinrichtung am Ende der vorbestimmten
Zeit nach der Kommutierung umzuschalten, und auf einen zweiten Zustand des AnsteuerwählSignaIs anspricht, um von
dem Modulieren der Steuerausgangssignale für die zweite Treibereinrichtung auf das Modulieren der Steuerausgangssignale
für die erste Treibereinrichtung am Ende der vorbestimmten Zeit nach der Kommutierung umzuschalten. Wenn
das Befehlssignal LANGSAM/SCHNELL-KOMMUTIERUNG den Signal-
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■ /Ιοί-
wert L hat, wird die Pulsbreitenmodulationseinrichtung durch die Schaltungsanordnung nach Fig. 11 gesteuert, um
eine Pulsbreitenmodulation des Steuerausgangssignals der Gatter G39a-G39f vorzunehmen, die der Wicklungsstufe zugeordnet
sind, welche soeben bei Beendigung der Kommutierung komitiutiert wurde.
Fig. 12 zeigt die Schaltungsanordnung zum Erkennen der Uberspannungs- und Uberstromzustände, die oben erwähnt
sind. Die Spannung V von der positiven Seite der Gleichrichterschaltung
29 wird an ein Ende eines Spannungsteilers 97 angelegt, der aus einem 150K-Widerstand in Reihe
mit einem 4,7K-Widerstand besteht. Die Referenzspannung
V von 1,5 V wird an das andere Ende des 4,7K-Widerstands
und an den positiven Eingang eines Integrators 99 angelegt. Der negative Eingang des Integrators 99 ist über
einen elektronisch gesteuerten Schalter 101 und einen 56K-Widerstand mit dem Zwischenverbindungspunkt des Spannungsteilers
97 verbunden. /Vn dem Steuereingang des Schalters
101 liegt das Ausgangssignal QO des Flipflops 95 (Fig. 10) an, das während des positiven Teils der Impulse
aus dem Oszillator 93 normalerweise den Signalwert H hat. Wenn das Ausgangssignal QO den Signalwert H hat, integriert
der Integrator die angelegte Spannung V_ abwärts und gibt dieses integrierte Ausgangssignal an einen Komparator 103
ab. Wenn dieses integrierte Ausgangssignal auf einen vorbestimmten Wert abfällt, der durch einen Spannungsteiler
105 festgelegt wird, welcher mit dem anderen Eingang des
Komparators 103 verbunden ist, nimmt das Ausgangssignal des Komparators den Signalwert H an. Dieses Ausgangssignal
wird an einen Eingang eines ODER-Gatters G55 angelegt, dessen Ausgangssignal das oben erläuterte Signal OVC ist.
Der Integrator ist außerdem über einen elektronisch gesteuerten Schalter 107 und einen 270-Ohm-Widerstand mit
•/Mi?-
Masse verbunden. Der Schalter 107 wird durch ein H-Ausgangssignal QO aus dem Flipflop 95 betätigt, das mit der
10 kHz - Oszillatorimpulsfrequenz erscheint. Wenn die angelegte Spannung die vorbestimmte maximale Spannung
nicht übersteigt, bevor der Integrator durch das Ausgangssignal QO rückgesetzt wird, bleibt das Ausgangssignal
des Komparators 103 auf dem Signalwert L, ebenso wie das Signal OVC. Umgekehrt, wenn die angelegte Spannung
über dem vorbestimmten Wert ist, nimmt das Signal OVC den Signalwert H an, wodurch dieser besondere Impuls, der an
die Gatter nach Fig. 9 angelegt wird, beschnitten wird, um dadurch die angelegte Effektivspannung zu verringern.
Die Schaltungsanordnung nach Fig. 12, die bis hierher erläutert worden ist, bildet somit eine Einrichtung zum Einstellen
der Größe der an den Motor M angelegten Gleichspannung.
Das negative Eingangssignal des Komparators .103 wird außerdem an zwei elektronisch gesteuerte Schalter 109 und 111
angelegt, von denen der erste durch ein Drehzahlsignal mit dem Signalwert H aus Fig. 7, das einen Betrieb des Motors mit
hoher Drehzahl angibt, und der zweite durch ein Drehzahlsignal mit dem Signalwert L aus Fig. 7, das den Betrieb des Motors
mit niedriger Drehzahl angibt, geschlossen wird. Der Schalter 109 ist auf der von dem Komparator abgewandten Seite
über einen 39K-Widerstand R35 mit einem externen Befehlssignal Vn o_, verbunden, das eine Sinusschwingung oder iris
REF
gendeine andere gewünschte Kurvenform der Bewegung der Welle 5 entsprechend der, mit der die Welle arbeiten soll,
sein kann. Ebenso ist der Schalter 111 über einen 56K-Widerstand R37 mit dem Signal V_ ___ verbunden. Die Schalter
ti Jtvtr
109 und 111 sind außerdem über einen Widerstand R39 und einen Widerstand R41 mit dem Ausgang eines Differenzverstärkers
113 verbunden, dessen Ausgangssignal der Motor-
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f/l AA
strom in dem Shuntwiderstand R darstellt. Tatsächlich
ist der Widerstand R an die Eingänge des Verstärkers angeschlossen. Es ist erwünscht, die elektronisch gesteuerten
Schalter 109 und 111 und die diesen zugeordnete Schaltungsanordnung bei der Spannungseinstellung zur Kompensation
des ohmschen Spannungsabfalls zu benutzen.
Das Ausgangssignal des Verstärkers 113 wird außerdem
über einen Spannungsteiler 115 an den nichtinvertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 117 angelegt, dessen
anderer Eingang über einen weiteren Spannungsteiler 119 mit einem Referenzstromsignal Ir^p verbunden ist. Das
Signal I _ wird einer externen, optisch getrennten, digitalen
Stromreferenz !__„... entnommen, obgleich andere
Quellen für das Signal !„„^, benutzt werden könnten. Wenn
KL· r
der Motorstrom einen vorbestimmten Wert übersteigt, iü^i
das Ausgangssignal des Verstärkers 117 den Signalwert H
an, was bewirkt, daß das Signal OVC den Signalwert H annimmt, was wiederum einen überstromzustand bedeutet. Dadurch
werden, wie oben dargelegt, die Gatter nach Fig. 9 blockiert, um den Stromfluß in dem Motor zu reduzieren.
Das Ausgangssignal des Spannungsteilers 115, das den Motorstrom darstellt, wird außerdem an den nichtinvertierenden
Eingang eines weiteren Operationsverstärkers 121 angelegt, dessen invertierender Eingang mit dem Verbindungspunkt eines Spannungsteilers 123 verbunden ist. Wenn der
Motorstrom einen weiteren vorbestimmten Wert übersteigt, der größer ist als der vorbestimmte Stromwert, der bewirkt,
daß das Signal OVC den Signalwert H annimmt, wobei es sich um eine Situation handelt, die im Falle einer Störung der
Regelanordnung selbst eintreten könnte, nimmt das mit OCM bezeichnete Ausgangssignal des Operationsverstärkers 121
den Signalwert H an. Wenn das Signalwert OCM den Signalwert
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H annimmt, werden, wie unten erläutert, sämtliche Treibertransistoren
abgeschaltet und bleiben abgeschaltet, bis die Anordnung manuell rückgesetzt wird.
Weiter ist in Fig. 12 eine Schaltung 123 zum Erzeugen
eines Befehlssignals S gezeigt, welches das Komplement des externen Befehlssignals EIN/AUS ist. Wenn das Signal
EIN/AUS den Signalwert L hat, was einen gewünschten Abschaltzustand anzeigt, hat das Befehlssignal S den Signalwert
H. Dieses Signal wird an das ODER-Gatter G55 angelegt, was bewirkt, daß das Signal OVC den Signalwert
H hat, wodurch eine weitere Drehun.g des Motors solange blockiert wird, wie das Signal EIN/AUS den Signalwert L
hat.
Fig. 13 zeigt ein Flipflop 125, an dessen Rücksetzeingang das Signal OCM anliegt. Wenn das Signal OCM den Signalwert
H annimmt, was einen übermäßigen unkontrollierten Strom bedeutet, nimmt das Q-Ausgangssignal des Flipflops
125 den Signalwert H an, wodurch eine Leuchtdiodenanzeigevorrichtung 127 zum Aufleuchten gebracht wird. Außerdem
nimmt das Ausgangssignal Q des Flipflops den Signalwert L an, wenn dieser Zustand eintritt. Das Ausgangssignal Q des
Flipflops 125 wird an einen Eingang eines UND-Gatters G57
angelegt. Wenn dieses Ausgangssignal den Signalwert L annimmt, wird das Gatter G57 gesperrt und dessen Ausgangssignal
nimmt den Signalwert L an. Der Ausgang des Gatters G57 ist mit zwei UND-Gattern G59 und G61 verbunden, deren
Ausgangssignale die Befehlssignale i und j sind. Eines dieser Befehlssignale hat gewöhnlich den Signalwert H,
wobei das betreffende Signal durch die gewünschte Drehrichtung des Läufers bestimmt wird. Wenn jedoch das Ausgangssignal
des Gatters G57 den Signalwert L annimmt, nehmen beide Signale i und j den Signalwert L an, wodurch
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■Μ 3
die Gatter G35a-G35f und G37a-G37f blockiert werden. Dadurch wird die Kommutierung des Motors gestoppt, bis das
Ausgangssignal Q des Flipflops 125 wieder den Signalwert H annimmt. Das kann aber nur erfolgen, wenn die Stromzufuhr
der Steueranordnung abgeschaltet und anschließend wieder eingeschaltet wird, andernfalls würde kein Taktimpuls
an den Takteingang des Flipflops 125 angelegt werden. Somit bilden der Verstärker 121 und das Flipflop
eine Einrichtung zum Blockieren der Gatter G35a-G35f und G37a-G37f, um das Erzeugen der Gruppe von Steuerausgangssignalen
der Gatter G39a-G39f zu verhindern, wenn der Motorstrom einen vorbestimmten Maximalwert überschreitet,
wobei die Blockiereinrichtung die Blockierung der Gatter aufrechterhält, bis sie manuell rückgesetzt wird.
Außerdem ist die Fig. 13 eine ir.sgeeamt mit j haze.. .
nete Schutzschaltungsanordnung gezeigt, die die Treibertransistoren schützt, wenn eine Umkehr der Drehrichtung
des Läufers verlangt wird. Die Schutzschaltungsanordnung 129 enthält ein Speicherflipflop 131 und zwei hintereinander
geschaltete Flipflops 133 und 135. Ein Flipfloppaar wird benutzt, so daß bei einer verlangten Richtungsänderung
ein gesamter Impuls aus dem Oszillator 93 passiert, bevor die Umkehr stattfindet, so daß der Strom nicht durch
irgendeinen der Treibertransistoren bei der Umkehr durchschießt. Der D-Eingang des Speicherflipflops 131 ist über
einen Widerstand R45 mit dem externen Befehlssignal DIF und über einen Widerstand R47 mit seinem eigenen Q-Ausgang
verbunden. Wenn die gewünschte Drehrichtung die Vorwärtsrichtung ist, hat das Befehlssignal DIR den Signalwert H, und das Ausgangssignal Q des Speicherflipflops
hat den Signalwert H, oder in dem Fall, in welchem das Befehlssignal DIR gerade den Signalwert H angenommen hat,
nimmt er bei dem nächsten Taktimpuls PWM aus dem 10 kHz -
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-/ΙΛΨ
Oszillator den Signalwert H an. Das H-Ausgangssignal Q
gibt das Gatter G61 frei, so daß, wenn alle anderen Bedingungen erfüllt sind, das Signal j, das Freigabesignal
für alle Vorwärtsdrehungsgatter (die Gatter G3 7a-G37f) den Signalwert H annimmt. Eine dieser weiteren Bedingungen
ist, daß der maximale Uberstromzustand nicht vorhanden ist, und die andere ist, daß das Ausgangssignal
Q des Speicherflipflops beide Flipflops 133 und 135 passieren muß. Das Ausgangssignal Q des Speicherflipflops
131 liegt an dem D-Eingang des Flipflops 133 an, so daß es zu dem D-Eingang des Flipflops 135 geschickt wird, sobald
ein Taktimpuls aus dem Komplementärausgang PWMC des 10 kHz - Oszillators empfangen wird. Das Signal erscheint
an dem Q-Ausgang des Flipflops 135 erst bei dem nächsten Taktimpuls aus einem mit T/2 bezeichneten Ausgang des
Zeitgebers 79 (Fig. 8).
Wenn das Richtungssignal DIR vorher den Signalwert L hatte, hatte das Ausgangssignal Q des Speicherflipflops 131 den
Signalwert H und das Gatter G59, das Rückwärtsdrehrichtungsfreigabegatter,
hatte ein Ausgangssignal i mit dem Signalwert H. Bei der Änderung des Zustands des Richtungssignals
DIR nimmt das Ausgangssignal Q des Speicherflipflops
131 sofort den Signalwert L an, wodurch sämtliche Treibertransistoren abgeschaltet werden. Erst nachdem.die Zustandsänderung
den Ausgang Q des Flipflops 135 erreicht, nimmt das Ausgangssignal des Gatters G61 den Signalwert H
an, wodurch die Drehung in der anderen Richtung freigegeben wird. Der Betrieb dieser Schaltung, wenn die Änderung des
Signals DIR von dem Signalwert H auf den Signalwert L erfolgt, ist dem oben beschriebenen analog. Somit bilden das
Speicherflipflop 131 und die Flipflops 133 und 135 eine Einrichtung,
die auf eine Änderung im Zustand des Richtungssignals DIR hin das Umschalten von der Folge der Kommutie-
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rungen für die Drehung in einer Richtung auf die Folge der Kommutierungen für die Drehung in der anderen Richtung
verzögert, so wie es der neue Zustand des Signals DIR verlangt, bis eine vorbestimmte Verzögerungszeit,
die wenigstens einem Impuls aus dem 10 kHz - Oszillator
äquivalent ist, nach der Zustandsänderung des Richtungssignals verstrichen ist.
Die Ausgangssignale Q und Q der Flipflops 135, die mit DIR bzw. LADEN bezeichnet sind, werden an den Zähler 89
(Fig. 9) angelegt, um die Richtung des Zählens zu steuern und den Zähler am Anfang entweder mit "O" oder mit
"5" zu laden, je nach der Zählrichtung. Daran anschließend geht der Betrieb der Schaltung nach Fig. 9 auf zuvor
beschriebene Weise weiter, wobei der Zähler für die Drehung in der Vorwärtsrichtung vorwärts zählt una für die
Drehung in der Rückwärtsrichtung rückwärts zählt.
Vorstehend sind eine neue Steueranordnung für einen elektronisch kommutierten Gleichstrommotor, ein neues
Verfahren zum Betreiben eines elektronisch kommutierten Motors und eine neue Waschvorrichtung beschrieben worden,
mit denen die eingangs dargelegten und andere Ziele erreicht werden. Im Rahmen der Erfindung sind Änderungen
der genauen Anordnungen, Formen, Einzelheiten und Verbindungen der Komponenten sowie der Schritte des Verfahrens
möglich.
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BAD ORIGINAL