DE3526007C2

DE3526007C2 - Schaltungsanordnung zum Ansteuern eines kollektorlosen, an ein Gleichstromnetz angeschlossenen Gleichsstrommotors

Info

Publication number: DE3526007C2
Application number: DE3526007A
Authority: DE
Inventors: Benno Doemen; Rolf Mueller
Original assignee: Papst Licensing GmbH and Co KG
Current assignee: Papst Licensing GmbH and Co KG
Priority date: 1984-07-20
Filing date: 1985-07-20
Publication date: 1999-11-11
Anticipated expiration: 2005-07-21
Also published as: DE3526007A1; US4748388A

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Ansteuern eines kollektorlosen Gleichstrommotors nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 oder nach dem Oberbegriff des Patent anspruchs 2.

Eine solche Schaltungsanordnung ist beispielsweise aus DE-AS 20 00 498 bekannt. Dieses Dokument betrifft einen kollektor losen Gleichstrommotor mit Sensormitteln in Form von Magnet diodenpaaren sowie von diesen gesteuerten Halbleitersteuer mitteln zum Steuern der Ströme in zwei mal zwei Wicklungs strängen. Einer der Wicklungsstränge ist mit einem Ende über einen Transistor des einen Leitungstyps mit dem Minuspol des Gleichstromnetzes verbunden, während der andere Wicklungs strang mit einem Ende über einen Transistor des komplementä ren Leitungstyps mit dem Pluspol des Gleichstromnetzes ver bunden ist. Die jeweils anderen Enden der Wicklungsstränge sind mit dem jeweils anderen Pol des Gleichstromnetzes ver bunden. Jedem der beiden Transistoren ist einem zu ihm kom plementärer Treibertransistor zugeordnet, dessen Kollektor mit der Basis des Transistors verbunden ist. Die Basen der zueinander komplementären Treibertransistoren sind gemeinsam mit dem Ausgang der Sensormittel verbunden, während Ihre Emitter gemeinsam auf einem Bezugspotential liegen, das der halben Betriebsspannung entspricht. Eine gegenseitige Verrie gelung der beiden Treibertransistoren wird über die Eigen schaften der Sensormittel erzielt. Dort sind nämlich Magnet dioden als Sensormittel eingesetzt, die beim Wechseln der magnetischen Polarität des Rotors ein gleichzeitiges Durch schalten beider Treibertransistoren automatisch unterdrücken.

Aus DE 30 10 435 A1 ist eine Ansteuerschaltung für einen kol lektorlosen Gleichstrommotor bekannt, bei der wechselweise zwei Transistoren entgegengesetzten Leitungstyps eingeschal tet werden. In der Ansteuerschaltung dieses Dokumentes wird ein kleindimensionierter Koppelkondensator vorgesehen, um bewußt eine kurze zeitliche Überlappung der Ströme in den Transistoren zuzulassen.

Die DE 30 44 056 A1 beschreibt einen zweipulsigen, kollektor losen Gleichstrommotor sowie eine Ansteuerschaltung hierfür. Die Ansteuerschaltung für den Gleichstrommotor verfügt über Treibertransistoren zur Ansteuerung von Halbleiterschaltern. Die Halbleiterschalter werden verzögert zueinander ein- und ausgeschaltet. Die den Motor steuernden Halbleiterschalter sind zueinander nicht komplementär ausgebildet. Des weiteren werden die Treibertransistoren durch speziell aufbereitete und die Stromlücken berücksichtigende Steuersignale angesteu ert.

Aus der DE-Firmenschrift "Bürstenlose DC-Ventilatoren", Papst Motoren GmbH & Co. KG, St. Georgen, 1982, Bild 6 und 7 ist die Kommutierungsschaltung des ersten bürstenlosen DC-Lüfters bekannt. Wie eine Stromüberlappung der den Motor steuernden Halbleitertransistoren bewirkt werden soll, ist diesem Doku ment nicht zu entnehmen.

Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird darin gesehen, eine Schaltungsanordnung zum Ansteuern eines kollektorlosen Gleichstrommotors anzugeben bei welcher die Treibertransistoren von einem einzigen gemeinsamen Steuer signal so ansteuerbar sind, daß diese nicht ungewollt gleich zeitig leiten und hierdurch möglicherweise zerstört werden.

Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung mit dem Merkmal des Anspruchs 1 oder 2 gelöst.

Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüche angegeben.

Die Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit Figuren anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen schematische Darstellung eines zweisträngi gen, zweipulsigen kollektorlosen Gleichstrommotors bekannter Bauart,

Fig. 2 ein erstes Auführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 3 eine Variante zu Fig. 1, bei der die Blockier sicherheit in beiden Strängen durch einen einzigen Koppelkondensator von kleiner Kapazität bewirkt wird,

Fig. 4 eine schematische Darstellung einer bifilaren, also zweidrähtigen, zweisträngigen Wicklung, wie sie beider Erfindung mit Vorteil verwendet werden kann,

Fig. 5 eine zweite Variante zu Fig. 3, und

Fig. 6 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung.

In den nachfolgenden Figuren werden gleiche oder gleich wirkende Teile jeweils mit denselben Bezugszeichen bezeich net und gewöhnlich nur einmal beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines zweipul sigen kollektorlosen Gleichstrommotors 10, wie er z. B. aus der US-PS 4 030 005 oder der DE-PS 23 46 380 bekannt ist.

Definitionen:

Zweipulsig: Die Pulsigkeit gibt die Zahl der Stromimpulse an, welche der Statorwicklung pro Rotordrehung von 360° el. zugeführt werden. Dem in Fig. 1 dargestellten Motor werden z. B. während einer vollen Umdrehung, was bei einem zwei poligen Motor 360° el. entspricht, nur zwei im wesentlichen gleich lange und gleich starke Stromimpulse zugeführt, von denen der eine den Strang 25 in Richtung von a1 nach e1 und der andere den Strang 26 in Richtung von e2 nach a2 durch fließt.

Zweisträngig: Der Motor hat zwei Wicklungsstränge 25 und 26 Zweipolig: Der Rotor hat zwei Pole.

Besonders ist darauf hinzuweisen, daß sich die vorliegende Erfindung in gleicher Weise für Motoren mit höherer Pol zahl eignet, z. B. für vierpolige, sechspolige etc. Motoren, und daß sie sich gleichermaßen z. B. auch für vier- oder sechspulsige Motoren eignet, wobei dann z. B. für einen vierpulsigen Motor die Schaltung nach Fig. 2, 3, 5 oder 6 verdoppelt werden muß und die beiden Hall-ICs in entsprechen dem Abstand, z. B. bei einem vierpulsigen Motor in einem Abstand von 90° el., am Stator angeordnet werden müssen.

Der in Fig. 1 dargestellte Motor 10 ist ein Außenläufer motor mit einem zweipoligen Außenrotor 11, dessen radiale Magnetisierung in üblicher Weise durch N und S angedeutet ist. Diese Magnetisierung ist bevorzugt etwa trapezförmig mit engen Lücken 14 und 15 (ca. 5... 10° el.) zwischen den Polen. Die trapezförmige Magnetisierung ergibt eine prak tisch konstante Induktion ( = Magnetflußdichte) über jeweils 170... 175° el., und daran anschließend einen monotonen Abfall der Magnetisierung, vergl. die DE-PS 23 46 380, wo das ausführlich erläutert ist.

Der Rotor 11 hat ein Umfangsteil, z. B. einen tiefge zogenen Becher aus Stahl, dessen (nicht dargestellter) Boden mit der (nicht dargestellten) Welle des Rotors ver bunden ist. In diesem Topf 12 ist der eigentliche Magnet 13 befestigt, meist ein sogenannter Gummimagnet. Auf dem Topf 12 sind Lüfterflügel 17 des Lüfters aufgeschweißt, welcher vom Motor 10 angetrieben wird. Es ist nur ein einziger Lüfterflügel 17 dargestellt. In Fig. 1 sind die Stellen mit praktisch konstanter Induktion für den Nordpol durch Schraffierung und für den Südpol durch kleine Punkte schema tisch angedeutet. Die Drehrichtung ist mit 16 bezeichnet.

Der Stator 18 hat zwei ausgeprägte Pole: Einen oberen Pol 19, und einen unteren Pol 20, welche zwischen sich Nuten 23 und 24 einschließen, in denen die beiden Stränge 25 und 26 der Statorwicklung angeordnet sind, deren Anschlüsse mit a1 und e1 (Strang 25) bzw. a2 und e2 (Strang 26) be zeichnet sind. Ein Rotorstellungssensor als Sensormittel 32 ist an der Öffnung der Nut 24 angeordnet. Der Sensor 32 ist hier als digital arbeitender Hall-IC ausgebildet, der an seinem Ausgang ein Steuersignal 41 (Fig. 2) liefert. Naturgemäß sind auch andere Sensoren möglich, z. B. ein optischer Sensor, analog arbeitende Hall-ICs, Reedkontakte etc.

Der Luftspalt 33 über dem Statorpol 19, und der mit ihm in der Form übereinstimmende Luftspalt 34 über dem Pol 20, sind so ausgebildet, wie das die US-PS 4 030 005 zeigt. Z. B. nimmt, ausgehend von der Nut 23, der Luftspalt 33 in Drehrichtung bis zu einem Maximum 30 zu, und nimmt von da an monoton bis zu einem Minimum d₁ wieder ab. Man er zeugt so ein Reluktanzmoment der gewünschten Form. Hierzu wird der Kürze halber auf die DE-PS 23 46 380 hingewiesen, um unnötige Längen zu vermeiden. Naturgemäß kann ein erfindungsgemäßer Motor in gleicher Weise auch als Innen läufermotor aufgebaut werden. Die Luftspaltform hängt von der Form des gewünschten Reluktanzmoments und von der Art der Magnetisierung des Rotors 11 ab. Die Pollücken 14 und 15 können mit Vorteil geschrägt sein. - Der Motor nach Fig. 1 ist nur als Beispiel dargestellt, um das Verständ nis der nachfolgend dargestellten Schaltungen zu er leichtern. Selbstverständlich können in gleicher Weise auch andere Motoren verwendet werden, z. B. Innenläufermotoren, Motoren mit flachem Luftspalt, etc.

Der als Rotorstellungsgeber dienende, digital arbeitende Hall-IC 32 ist mit einem Anschluß an eine Minusleitung 35 und mit seinem anderen Anschluß an eine Plusleitung 36 angeschlossen. Parallel zu ihm kann ein Speicherkondensa tor 37 (z. B. 100 µF) liegen. Am Ausgang 40 des Hall-ICs 32 ist im Betrieb dessen Steuersignal 41 verfügbar, das zwischen "hoch" und "niedrig" springt, z. B. zwischen etwa Null V und etwa 24 V, wenn die Spannung zwischen den Lei tungen 36 und 35 24 V beträgt. Dieser Ausgangs 40 des Hall-ICs 32 ist über einen Widerstand 42 mit der Plusleitung 36 und über einen Widerstand 43 mit den Steuerelektroden (Basen) eines npn-Treibertransistors 44 und eines pnp-Treibertran sistors 45 verbunden. Die Emitter der Transistoren 44 und 45 sind miteinander, über einen Kondensator 46 von niedrigem Kapazitätswert (1.. 10 nF) mit den Basen, sowie direkt mit einer Mittelanzapfung 47 verbunden, von der ein Widerstand 48 zur Plusleitung 36 und ein Widerstand 49 zur Minus leitung 35 führt. Die Widerstände 48 und 49, welche zusammen einen Spannungsteiler bilden, haben gewöhnlich etwa die selben Widerstandswerte, so daß an der Mittelanzapfung 47 das halbe Betriebspotential als Bezugspotential zur Verfügung steht.

Der Kollektor des Treibertransistors 44 ist mit der Basis eines pnp-Darlingtontransistors als Halbleitersteuermittel 52 verbunden, und der Kollek tor des Treibertransistors 45 ist mit der Basis eines npn- Darlingtontransistors als Halbleitersteuermittel 53 verbunden. Der Emitter des Tran sistors 52 ist mit der Plusleitung 36, der des Transistors 53 mit der Minusleitung 35 verbunden. Der Kollektor des Transistors 52 ist mit dem Anschluß a1 des Wicklungsstranges 25 verbunden, dessen anderer Anschluß e1 mit der Minusleitung 35 verbunden ist. Ebenso ist der Kollektor des Transistors 53 mit dem Anschluß a2 des Wicklungsstranges 26 verbunden, dessen an derer Anschluß e2 mit der Plusleitung 36 verbunden ist.

Parallel zur Emitter-Kollektor-Strecke des Darlingtontran sistors 52 kann eine Z-diode 54 geschaltet sein, parallel zur Emitter-Kollektor-Strecke des Darlingtontransistors 53 eine Z-diode 55. Die Z-Dioden 54 und 55 dienen dazu, Spannungsspitzen beim Sperren des betreffenden Transistors unschädlich zu machen.

Ebenso kann zwischen den Kollektoren der Darlingtontransi storen 52 und 53 und der Mittelanzapfung 47, also den Emittern der Treibertransistoren 44 und 45, jeweils ein Gegenkopplungskondensator 57 bzw. 58 vorgesehen werden, die typisch jeweils eine Grösse von 5... 30 nF haben und deren Aufgabe es ist, die Schaltgeschwindigkeit der Darlington transistoren 52 und 53 zu reduzieren und so ebenfalls Abschalt-Spannungsspitzen und HF-Störungen zu unterdrücken. Es hat sich gezeigt, daß die Gegenkopplungskondensatoren 57 und 58 eine ausgezeichnete Wirkung in diesem Sinne erbringen.

Wirkungsweise von Fig. 2

Wenn im Betrieb das Steuersignal 41 einen niedrigen Wert hat, leitet der Treibertransistor 45 und damit auch der Darlington transistor 53, so daß ein Strom von e2 nach a2 durch den Wicklungsstrang 26 fließt. Dabei liegt am Kondensator 46 die Emitter-Basis-Spannung des Treibertransistors 45 von etwa 0,6 V, d. h. die in Fig. 2 linke Elektrode des Kondensators 46 ist negativer als die rechte Elektrode.

Springt nun das Steuersignal 41 auf einen hohen Wert, z. B. auf +24 V, so wird der Treibertransistor 45 gesperrt, und zwar mit einer gewissen, geringen Verzögerung, da der Kondensator 46 zunächst über den hochohmigen Widerstand 43 so umgeladen werden muß, daß seine Spannung unter die "Schwellenspannung" der Basis-Emitter-Strecke des Transistors 45 sinkt. Danach tritt eine relativ lange Umladungszeit ein, während deren der Kondensator 46 von der "Schwellenspannung" des Transistors 45, z. B. -0,5 V bezogen auf den Punkt 47, umgeladen wird auf die "Schwellenspannung" des Transistors 44, z. B. +0,5 V, bezogen auf den Punkt 47. Während dieser relativ langen Umladezeit ist keiner der beiden Treiber transistoren, und damit auch keiner der beiden Leistungs transistoren 52, 53 leitend, d. h. man erhält die gewünschte Strompause zum Kommutierungszeitpunkt. Erst nach Ablauf dieser Pause wird der Treibertransistor 44 leitend, d. h. die Dauer der Pause zwischen den Einschlatzuständen kann durch Wahl der Größe des Kondensators 46 und des Widerstands 43 beliebig beeinflußt werden. Während dieses Umschaltvorgangs sind also die Leistungstransistoren beide gesperrt.

Wenn der Treibertransistor 44 leitend wird, erhält der Leistungstransistor 52 einen Basisstrom und wird ebenfalls leitend, so daß im Wicklungsstrang 25 ein Strom von a1 nach e1 fließt.

Die Wicklungsstränge 25 und 26 sind durch ihre Anordnung auf dem selben Statorblechpaket 18 wechselspannungsmäßig miteinander gekoppelt. Wenn diese Kopplung nicht genügend groß ist, z. B. beim Fehlen eines Statorblechpakets, kann zwischen die Anschlüsse a1 und a2 ein Koppelkondensator 50 geschaltet werden, wie das in der DE 30 10 435 A1 ausführlich be schrieben ist, so daß zur Vermeidung unnötiger Lägen auf den gesamten Inhalt dieser DE-OS verwiesen werden kann.

Alternativ kann man zur Erzielung einer engen wechsel spannungsmäßigen Kopplung zwischen den Stängen 25 und 26 diese zweidrähtig wickeln (sogenannte bifilare Wicklungs weise), wie das in Fig. 4 schematisch dargestellt ist.

Bei Fig. 2 ist zur Sicherung des Motors 10 gegen Über hitzung dann, wenn sein Rotor 11 blockiert ist, also sich nicht drehen kann, ein PTC-Widerstand 59 in die Plus leitung 36 eingeschaltet. Wird der Motorstrom durch ein Blockieren des Rotors 11 zu groß, so erhitzt sich der PTC- Widerstand 59 und senkt den Motorstrom auf ein ungefährliches Maß.

Fig. 3 zeigt eine Variante zu Fig. 2. Dort ist der PTC-Widerstand 59 ersetzt durch eine Diode 60, welche bei falscher Polung des Motors einen Stromfluß durch diesen verhindert, und in Serie mit dem Widerstand 43 des RC-Gliedes 43, 46 ist ein Koppelkondensator 62 von z. B. 0,1 µF eingeschal tet, der die Blockiersicherheit bewirkt. Die übrigen Elemente der Schaltung nach Fig. 3 stimmen mit denjenigen der Fig. 2 überein und werden deshalb nicht nochmals beschrieben.

Im Betrieb arbeitet die Schaltung nach Fig. 3 so, wie das bei Fig. 2 beschrieben wurde, wobei durch den Koppelkonden sator 62 einmal ein Strom von rechts nach links (bezogen auf Fig. 3) fließt, wenn der Treibertransistor 45 leitend ist, und anschließend ein Strom von links nach rechts, wenn der Treibertransistor 44 leitend ist, so daß der Koppel kondensator 62 laufend umgeladen wird und für den durch ihn fließenden Wechselstrom nur einen geringen Widerstand darstellt.

Wird der Rotor 11 blockiert, und es ist z. B. der Treiber transistor 44 leitend, so fließt so lange ein Strom über die Widerstände 42 und 43, den Koppelkondensator 62, die Basis- Emitter-Strecke des Treibertransistors 44, die Mittelan zapfung 47 und den Widerstand 49, bis sich der Koppelkondensator 62 genügend stark aufgeladen hat. Dann wirkt dieser Konden sator als Isolator, und der Treibertransistor 44 erhält keinen Basisstrom mehr, so daß er und der Transistor 52 stromlos werden und der Motor dann praktisch stromlos ist.

Zum erneuten Anlaufen genügt es, entweder den Motor 10 kurzzeitig aus- und dann wieder einzuschalten, oder dem Rotor 11 einen kurzen Drehimpuls zu geben. Dann läuft der Motor 10 wieder an.

Bei der Schaltung nach Fig. 3 ist besonders vorteilhaft, daß

a) für beide Stränge 25 und 26 nur ein einziger Koppelkonden sator 62 benötigt wird, und daß
b) dieser Koppelkondensator 62 einen relativ niedrigen Kapazitätswert hat, z. B. wie erläutert nur 0,1 µF, so daß auch bei be engten Raumverhältnissen für diesen Kondensator ein hoch wertiges Produkt mit langer Lebensdauer verwendet werden kann. Man kann so die Vermeidung eines Elektrolytkondensators an dieser Stelle vermeiden, was die Lebensdauer erhöht.

Typische Werte der Bauelemente bei Fig. 3 Motor 10 für 24 Volt und 3000 U/min. Leistungsaufnahme 5 Watt (k = kOhm, n = nF

Hall-IC	UGN 3016
Widerstand 42	4,7 k
Widerstand 43	220 k
Widerstände 48, 49	2,7 k
Kondensator 46	22 n
Kondensator 62	220 n
Kondensatoren 57, 58	10 n
Transistor 52	BD 680
Transistor 53	BD 679
Transistor 44	BC 546
Transistor 45	BC 556
Kondensator 37	100 uF
Z-Diode 54, 55	ZY 60

Fig. 5 zeigt eine weitere Variante zu Fig. 2, die ebenfalls mit Fig. 2 weitgehend übereinstimmt, so daß wiederum die selben Bezugszeichen verwendet werden wie dort. Bei Fig. 5 kann ebenfalls entweder der - gestrichelt angedeutete - Koppelkondensator 62 in Verbindung mit der Diode 60 ver wendet werden, um den Motor 10 gegen Blockierung und falschen Anschluß an das Gleichstromnetz zu schützen, oder wie darge stellt der PTC-Widerstand 59 in der Plusleitung 36.

Das bei Fig. 2 und 3 verwendete eine RC-Glied 43, 46 ist bei Fig. 5 aufgeteilt worden in ein RC-Glied 43', 46' des Treiber transistors 44 und ein RC-Glied 43", 46" des Treibertran sistors 45. Die Kondensatoren 46', 46" liegen jeweils parallel zur Emitter-Basis-Strecke des zugeordneten Treiber transistors. Der Widerstand 43' führt von der Basis des Treibertransistors 44 zu einem Knotenpunkt 65, und von diesem führt der Widerstand 43" zur Basis des Treibertransistors 45. Der Knotenpunkt 65 ist entweder über den Koppelkonden sator 62 oder direkt mit dem Ausgang des Hall-IC 32 ver bunden, d. h. der Widerstand 43 entfällt bei der Schaltung nach Fig. 5 und ist ersetzt durch die Widerstände 43' und 43".

Die Arbeitsweise der Schaltung nach Fig. 5 entspricht der jenigen nach Fig. 2, d. h. bei jedem Sprung der Steuer spannung 41 müssen die Kondensatoren 46' und 46" umge laden werden, was die erwünschte Schaltverzögerung und damit die Stromlücke bewirkt.

Die Schaltung nach Fig. 5 hat im Betrieb, d. h. bei laufen dem Motor, dieselben vorteilhaften Eigenschaften wie die Schaltung nach Fig. 2 oder 3.

Auch bei Fig. 5 ist der Spannungsteiler 48, 49 zweck mäßig mit etwa gleichen Widerständen 48, 49 ausgelegt, um an der Mittelanzapfung 47 etwa die halbe Betriebs spannung zu erhalten, wobei sich durch die Gegenkopplung über die Kondensatoren 57 und 58 das Potential des Punktes 47 jeweils kurzzeitig ändern kann, wenn Abschalt vorgänge auftreten.

Auch bei Fig. 6 werden zahlreiche Elemente der Schaltung gemäß Fig. 2 verwendet, und diese sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet wie dort und werden nicht noch mals beschrieben.

Der pnp-Leistungstransistor 52 hat bei Fig. 6 einen npn- Treibertransistor 74, und der npn-Leistungstransistor 53 hat einen pnp-Treibertransistor 75. Die Basen der Tran sistoren 74 und 75 sind hier mit der Mittelanzapfung 47 des Spannungsteilers 48 und 49 verbunden. Der Kollektor des Transistors 74 ist mit der Basis des Transistors 52 und der Kollektor des Transistors 75 ist mit der Basis des Transistors 53 verbunden. Die Emitter der Transistoren 74 und 75 sind zu einem Knotenpunkt 76 geführt, der über den Widerstand 43 mit dem Ausgang des Hall-IC 32 und über einen Kondensator 77 mit der Minusleitung 35, also Masse, ver bunden. Das RC-Glied wird hier gebildet von dem Widerstand 43 und dem Kondensator 77.

Arbeitsweise von Fig. 6

Nimmt man an, das Steuersignal 41 des Hall-IC 32 sei gerade niedrig gewesen und springe auf einen hohen Wert.

Bei dem niedrigen Ausgangssignal war der Kondensator 77 im wesentlichen entladen, und dadurch waren die Basen der Transistoren 74 und 75 positiver als deren Emitter, so daß der Transistor 74 und damit der Leistungstransistor 52 leitete. Durch den Potentialanstieg werden nun die Tran sistoren 74 und 52 gesperrt, und es fließt über die Wider stände 42 und 43 ein Ladestrom in den Kondensator 77, so daß dessen Spannung ansteigt.

Wenn die Spannung am Kondensator 77 genügend hoch geworden ist, werden die Basen der Transistoren 74 und 75 negativer als deren Emitter, so daß - nach Ablauf des Ladevorgangs - die Transistoren 75 und 53 leitend werden.

Springt nun das Steuersignal 41 wieder auf einen niedrigen Wert, so wird im Hall-IC 32 ein Transistor leitend, der den Ausgang des Hall-IC 32 mit der Minusleitung 35 verbindet. Deshalb wird über diesen (nicht dargestellten) Transistor und den Widerstand 43 der Kondensator 77 entladen. Dabei sperren als erstes die Transistoren 75 und 53. Erst nach weiterer Entladung, während der beide Transistoren 52 und 53 gesperrt sind, werden dann wieder die Transistoren 74 und 52 leitend.

Man erhält also auch hier in sehr einfacher Weise die ge wünschte Strompause zwischen aufeinanderfolgenden Strom impulsen in den Strängen der Statorwicklung, und ein gleich zeitiges Einschalten der Transistoren 52 und 53 wird - wie bei allen vorhergehenden Ausführungsbeispielen - sicher vermieden.

Fig. 7 zeigt einen bevorzugten Aufbau der Schaltung für höhere Spannungen, z. B. 48 V. Man erkennt, daß die Schaltung fast völlig symmetrisch aufgebaut ist. Diese Schaltung ent spricht im Aufbau weitgehend derjenigen nach Fig. 3, und deshalb werden übereinstimmende Bauelemente mit denselben Bezugszeichen bezeichnet wie dort und nicht nochmals be schrieben.

In Serie mit der Diode 60 liegt hier als Sicherung ein Schmelzwiderstand 80, der als zusätzliche Sicherung dient. Der Hall-IC 32 ist über einen Widerstand 81 an die Plus leitung 36 und über einen Widerstand 82 an die Minusleitung 35 angeschlossen, und parallel zu ihm liegt eine Z-diode 83, die die Spannung an ihm auf seine Betriebsspannung, z. B. 24 V, begrenzt. Die Widerstände 81 und 82 sind etwa gleich groß, so daß der Hall-IC 32 potentialmäßig symmetrisch zwischen den Potentialen der Leitungen 35 und 36 liegt.

Parallel zum Kondensator 46 ist ein hochohmiger Widerstand 84 geschaltet. Die Schaltung nach Fig. 7 hat ersichtlich viele Vorteile. Der Widerstand 84 liegt im Betrieb an einer Spannung von ca. 0,6 V und führt deshalb einen Strom von ca. 1 µA, was nicht stört. Beim Kommutieren bewirkt dieser Widerstand eine zusätzliche Entladung des Kondensators 46, um bei dem zuvor leitenden Treibetransistor 44 oder 45 den Übergang zwischen leitendem und nichtleitendem Zustand ab zukürzen.

Beim Blockieren des Rotors 11 fließt über den Koppelkondensator 62 zunächst weiterhin ein Basisstrom zum Treibertransistor 44 oder 45. Dabei lädt sich der Koppelkondensator 62 auf, und dieser Basisstrom nimmt deshalb ab, so daß die Leistungs transistoren 52 oder 53 in ein ungünstiges Gebiet ihrer Kennlinie gelangen. Der Widerstand 84 beschleunigt dann die Aufladung des Koppelkondensators 62, so daß der Übergang in den voll gesperrten Zustand des Leistungstransistors 52 oder 53 beschleunigt wird. Ein solcher Widerstand kann deshalb mit Vorteil auch bei Fig. 3 vorgesehen werden, um die Abschaltung beim Blockiervorgang zu beschleunigen. Bei Fig. 5 müßte je ein solcher Widerstand hohen Wider standswerts zu den Kondensatoren 46', 46" parallelge schaltet werden, wenn der Koppelkondensator 62 vorgesehen wird. - Auch die Schaltung nach Fig. 7 hat also einen sehr einfachen Aufbau bei ausgezeichneter Funktion.

Typische Werte der Bauelemente bei Fig.7 Motor 10 für 30 bis 56 V, 3000 U/min. Leistungsaufnahme 5 W. k = kOhm, n = nF

Hall-IC	UGN 3016
Widerstand 42	22 k
Widerstand 43	560 k
Widerstände 48, 49	10 k
Kondensator 46	15 n
Widerstand 84	510 k
Kondensator 62	100 n
Transistor 52	BD 684
Transistor 53	BD 683
Transistor 44	BC 550 C
Transistor 45	BC 560 C
Kondensator 37	100 µF
Widerstände 81, 82	1 k
Z-diode 83	24 V
Z-dioden 54, 55	ZY 120

Naturgemäß sind im Rahmen der Erfindung für den Fachmann zahlreiche Abwandlungen und Modifikationen möglich, ohne den durch die Ansprüche und die gesetzlichen Auslegungs regeln gezogenen Rahmen zu verlassen. Wegen der geringen Zahl von Bauelementen kann bei einem erfindungsgemäßen Motor die Schaltung besonders leicht in das Innere des Motors eingebaut werden, z. B. in den Motor eines Geräte lüfters von geringer axialer Länge.

Claims

1. Schaltungsanordnung zum Ansteuern eines kollektorlosen, an ein Gleichstromnetz angeschlossenen Gleichstrommotors (10), mit einem Stator (18) mit einer geradzahligen Anzahl von Wicklungssträngen (25, 26) und einem permanentmagnetischen Rotor (11), mit von rotorstellungsabhängigen, jeweils einen Ausgangsanschluß aufweisenden Sensormitteln (32) gesteuerten, über je eine Steuerelektrode ein- und ausschaltbaren Halblei tersteuermitteln (52, 53) zum Steuern des Stromflusses in den Wicklungssträngen (25, 26),

1. wobei ein jeweils erster Wicklungsstrang (26) eines Paa res von Wicklungssträngen mit seinem Anfang (a2) über ein erstes Halbleitersteuermittel (53) eines ersten Lei tungstyps mit dem ersten Pol (35) des Gleichstromnetzes und
2. ein jeweils zweiter Wicklungsstrang (25) eines Paares von Wicklungssträngen mit seinem Anfang (a1) über ein zweites Halbleitersteuermittel (52) des zu dem ersten Halbleitersteuermittel (53) komplementären Leitungstyps mit dem zweiten Pol (36) des Gleichstromnetzes
3. gesteuert von den Sensormitteln (32) alternierend ver bindbar ist,
4. wobei ferner der jeweils erste Wicklungsstrang (26) mit seinem Ende (e2) an den zweiten Pol (36) und der jeweils zweiten Wicklungsstrang (25) mit seinem Ende (e1) an den ersten Pol (35) des Gleichstromnetzes angeschlossen ist,
5. den beiden Halbleitersteuermitteln (52, 53) jedes Paares von Wicklungssträngen (25, 26) ein erster und ein zwei ter Treibertransistor (44, 45) des zu dem jeweiligen Halbleitersteuermittel (52, 53) komplementären Leitungs typs zugeordnet ist und
6. die Basen der ersten und des zweiten Treibertransistors (44, 45) mit dem Ausgangsanschluß der Sensormittel (32) in Verbindung stehen, die Emitter der ersten und des zweiten Treibertransistors (44, 45) auf einem gemein samen, durch einen Spannungsteiler (48, 49) aus dem Gleichstromnetz gewonnenen Bezugspotential liegen sowie der Kollektor des ersten Treibertransistors (44) mit der Steuerelektrode des ersten Halbleitersteuermittels (53) und der Kollektor des zweiten Treibertransistors (45) mit der Steuerelektrode des zweiten Halbleitersteuer mittels (52) verbunden ist,

dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Sensormittel (32) an ihrem Ausgangsanschluß in Ab hängigkeit der Stellung des Rotors (11) ein digitales Steuersignal (41) mit einem hohen und einem niedrigen Signalpegel abgeben,
b) und das Bezugspotential und die Basen der Treibertransi storen (44, 45) durch mindestens einen Kondensator (46; 46', 46") sowie der Ausgangsanschluß der Sensormittel (32) und die Basen der Treibertransistoren (44, 45) durch mindestens einen Widerstand (43; 43', 43") mit einander verbunden sind.

2. Schaltungsanordnung zum Ansteuern eines kollektorlosen, an ein Gleichstromnetz angeschlossenen Gleichstrommotors (10), mit einem Stator (18) mit einer geradzahligen Anzahl von Wicklungssträngen (25, 26) und einem permanentmagnetischen Rotor (11), mit von rotorstellungsabhängigen, jeweils einen Ausgangsanschluß aufweisenden Sensormitteln (32) gesteuerten, über je eine Steuerelektrode ein- und ausschaltbaren Halblei tersteuermitteln (52, 53) zum Steuern des Stromflusses in den, Wicklungssträngen (25, 26),

1. wobei ein jeweils erster Wicklungsstrang (26) eines Paa res von Wicklungssträngen mit seinem Anfang (a2) über ein erstes Halbleitersteuermittel (52) eines ersten Lei tungstyps mit dem zweiten Pol (36) des Gleichstromnetzes und
2. ein jeweils zweiter Wicklungsstrang (25) eines Paares von Wicklungssträngen mit seinem Anfang (a1) über ein zweites Halbleitersteuermittel (52) des zu dem ersten Halbleitersteuermittel (53) komplementären Leitungstyps mit dem ersten Pol (35) des Gleichstromnetzes
3. gesteuert von den Sensormitteln (32) alternierend ver bindbar ist,
4. wobei ferner der jeweils ersten Wicklungsstrang (26) mit seinem Ende (e2) an den zweiten Pol (36) und der jeweils zweite Wicklungsstang (25) mit seinem Ende (e1) an den ersten Pol (35) des Gleichstromnetzes angeschlossen ist,
5. den beiden Halbleitersteuermitteln (52, 53) jedes Paares von Wicklungsstängen (25, 26) ein erster und ein zwei tern Treibertransistor (74, 75) des zu dem jeweiligen Halbleitersteuermittel (52, 53) komplementären Leitungs typs zugeordnet ist

dadurch gekennzeichnet, daß

a) die Sensormittel (32) an ihrem Ausgangsanschluß in Ab hängigkeit der Stellung des Rotors (11) ein digitales Steuersignal (41) mit einem hohen und einem niedrigen Signalpegel abgeben,
b) die Emitter des ersten und des zweiten Treibertransi stors (74, 75) mit dem Ausgangsanschluß der Sensormittel (32) über einen Widerstand (43) in Verbindung stehen, die Basen der ersten und des zweiten Treibertransistors (74, 75) auf einem gemeinsamen, durch einen Spannungs teiler (48, 49) aus dem Gleichstromnetz gewonnenen Be zugspotential liegen sowie der Kollektor des ersten Treibertransistors (74) mit der Steuerelektrode des er sten Halbleitersteuermittels (53) und der Kollektor des zweiten Treibertransistors (75) mit der Steuerelektrode des zweiten Halbleitersteuermittels verbunden ist,
c) und die Emitter der Treibertransistoren (74, 75) durch einen Kondensator (77) mit dem ersten Pol (35) des Gleichstromnetzes verbunden sind.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu dem Kondensator (46; 46', 46") ein hochohmiger Widerstand (84) geschaltet ist.

4. Schaltungsanordnung nach mindestens einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Blockiersicherung des Motors (10) in der Zuleitung des Steuersignals (41) von den Sensor mitteln (32) zu den Treibertransistoren (44, 45) ein Koppel kondensator (62) vorgesehen ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Ladekreis des Koppelkondensa tors (62) parallel zu den Emitter-Basis-Strecken der Treiber transistoren (44, 45) ein Widerstand (84) vorgesehen ist, um bei Blockieren des Motors (10) den Ladevorgang des Koppel kondensators (62) zu beschleunigen.

6. Schaltungsanordnung nach mindestens einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwischem dem mit einem Wicklungsstrang (25, 26) verbundenen Ausgang eines Halblei tersteuermittels (52, 53) und der entsprechenden Steuerelek trode des zugeordneten Treibertransistors (44, 45) ein Gegen koppelkondensator (57, 58) vorgesehen ist, um Abschalt-Span nungsspitzen und HF-Schwingungen zu reduzieren.

7. Schaltungsanordnung nach mindestens einem der vorhergehen den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Steuern der Ströme eines Wicklungsstranges (25, 26) vorgesehenen Halbleitersteuermit tels (52, 53) als komplementäre Transistoren ausgebildet sind.

8. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden An sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wicklungsstränge (25, 26) eine enge transformatorische Kopplung aufweisen.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Wicklungsstränge (25, 26) paralleldrähtig gewickelt sind (sogenannte bifilare Wick lung).

10. Schaltungsanordnung nach mindestens einem der vorherge henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen einer an mindestens einem Wicklungsende vorhandenen engen wechselspannungsmäßigen Kopplung ein Koppelkondensator (50) zwischen den mit den bei den Halbleitersteuermitteln (52, 53) verbundenen Enden (a1, a2) der beiden Wicklungsstränge (25, 26) angeordnet ist.

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Energiespeichervermögen des Koppelkondensators (50) größenordnungsmäßig der beim Kommu tierungsvorgang aus einem Wicklungsstrang in das Gleichstromnetz oder ein Speicherglied (37) des Motors rückspeisbaren Energie entspricht.

12. Verwendung einer Schaltungsanordnung nach einem der vor hergehenden Ansprüche zum Antrieb eines Gerätelüfters.