DE3710509C1 - Method for commutating a DC motor - Google Patents
Method for commutating a DC motorInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Kommutierung eines kollektorlosen Gleichstrommotors mit einem permanentmagnetischen Läufer oder Ständer beliebiger Polpaarzahl und einem zugeordneten Ständer bzw. Läufer mit wenigstens zwei Wicklungen, die ein Mehrpolsystem bilden, die an den Minus- und/oder Plus-Pol einer Spannungsquelle schaltbar sind und in die das permanentmagnetische Feld in den übrigen Zeiten Spannungen induziert, wobei zur Ermittlung der Fortschaltzeitpunkte der Kommutierung immer die induzierte Spannung derjenigen Wicklung herangezogen wird, welche nicht an die Spannungsquelle geschaltet ist.The invention relates to a method for commutation of a brushless DC motor with one permanent magnetic rotor or stand any Number of pole pairs and an assigned stator or rotor at least two windings that form a multipole system, to the minus and / or plus pole of a voltage source are switchable and into which the permanent magnetic field the other times induced voltages, whereby at Always determine the switching times of commutation the induced voltage of that winding is used which is not connected to the voltage source.
Bei elektronisch kommutierten Gleichstrommotoren ist es zur richtigen Kommutierung erforderlich, die momentane Läuferposition zu ermitteln. Dies geschieht häufig mittels Sensoren, wie z. B. Fotodioden, Hall-Generatoren und ähnlichen Anordnungen. Um den unwirtschaftlichen Einbau solcher Bauelemente und deren Platzverbrauch im Motor zu vermeiden, besteht die Möglichkeit, die Ermittlung der Fortschaltzeitpunkte der Kommutierung aus den in die Wicklungen des Motors induzierten Spannungen abzuleiten. So ist in der nicht vorveröffentlichten DE 36 02 227 A1 eine Kommutierungsschaltung für einen kollektorlosen Gleichstrommotor vorgeschlagen worden, bei welcher die Kommutierungszeitpunkte ausschließlich aus den in den Ständerwicklungen induzierten Spannungen gewonnen werden. Auch die Zeitdauer unmittelbar nach der Kommutierung, in der die induzierten Spannungen wegen der in den Ständerwicklungen auftretenden Ausgleichsvorgänge nicht berücksichtigt werden, wird von diesen in die Wicklungen induzierten Spannungen abgeleitet.It is the case with electronically commutated direct current motors required for correct commutation, the current one Determine the runner position. This is often done using Sensors such as B. photodiodes, Hall generators and similar arrangements. For uneconomical installation such components and their space consumption in the engine avoid, there is a possibility to determine the Steps in the commutation from the to the Windings of the motor to derive induced voltages. So is in the unpublished DE 36 02 227 A1 a commutation circuit for one brushless DC motor has been proposed at which the commutation times exclusively from the voltages induced in the stator windings will. Also the period immediately after the Commutation in which the induced voltages due to the Compensation processes occurring in the stator windings will not be taken into account by these in the Windings induced induced voltages.
Bei dieser und anderen Kommutierungsschaltungen, welche die Kommutierungszeitpunkte aus den in den Ständerwicklungen induzierten Spannungen gewinnen, besteht die Problematik, daß die Fortschaltung der Kommutierung vorgenommen wird, wenn die in die Wicklungen induzierten Spannungen einen bestimmten Pegel über- oder unterschreiten. Eine Kommutierung zu diesem Zeitpunkt ist aber nicht immer erwünscht.In this and other commutation circuits, which the commutation times from those in the stator windings the induced voltages, there is the problem that the progression of commutation is made becomes when the voltages induced in the windings exceed or fall below a certain level. A However, commutation at this point is not always he wishes.
Aus der DE-PS 30 36 908 ist ebenfalls ein kollektorloser Gleichstrommotor bekannt. Bei diesem Motor wird in Abhängigkeit von der induzierten Spannung eine Kommutierungsfortschaltung erreicht. Diese wird vorgenommen, wenn die in einer Wicklung induzierte Spannung einen bestimmten Pegel überschreitet. Eine Verschiebung der Kommutierung ist nicht vorgesehen.From DE-PS 30 36 908 is also a collectorless DC motor known. With this engine is in Dependence on the induced voltage Commutation advance reached. This is done when the voltage induced in a winding exceeds a certain level. A shift commutation is not provided.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Kommutierung eines kollektorlosen Gleichstrommotors anzugeben, bei dem ausgehend von den mittels der induzierten Spannung ermittelten Zeitpunkte eine weitere drehzahlabhängige zeitliche Verzögerung der Kommutierungsfortschaltzeitpunkte möglich ist. Die Kommutierung soll also, ausgehend von den mittels der induzierten Spannungen ermittelten Zeitpunkte, weiter verzögert werden. Dies entspricht einer Bürstenverschiebung bei konventionellen Gleichstrommotoren.The object of the invention is a method for commutation to specify a collectorless DC motor at based on the induced voltage determined points in time another speed-dependent time delay of the commutation advancement times is possible. The commutation should therefore start out from those determined by means of the induced voltages Times to be delayed further. This corresponds to one Brush shift in conventional DC motors.
Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Motor mit einem Tachogenerator versehen ist, welcher pro Umdrehung des Läufers eine Anzahl von Tachopulsen abgibt, die ein Mehrfaches der Anzahl der verschiedenen Kommutierungszustände beträgt, daß die zur Ermittlung der Fortschaltzeitpunkte herangezogene induzierte Spannung laufend mit einer Referenzspannung verglichen wird, daß die Zahl der Tachopulse gezählt wird, sobald die induzierte Spannung die Referenzspannung erreicht, und daß bei Erreichen einer vorgegebenen Anzahl von Tachopulsen die Kommutierung einen Schritt weiter geschaltet wird.According to the invention, this object is achieved by that the motor is provided with a tachometer generator, which per revolution of the rotor a number of speedometer pulses which is a multiple of the number of different Commutation states, that the used for determining the switching times induced voltage continuously with a reference voltage is compared that the number of speedometer pulses is counted as soon as the induced voltage reaches the reference voltage, and that when a predetermined number of speedometer pulses is reached switched the commutation one step further becomes.
Bei diesem Verfahren wird zur Ermittlung der Fortschaltzeitpunkte die induzierte Spannung herangezogen. Diese wird laufend mit einer Referenzspannung verglichen, welche ihr Vorzeichen je nach Kommutierungszustand wechselt. Erreicht die induzierte Spannung die Referenzspannung, so ist ein erster Orientierungszeitpunkt ermittelt, an dem jedoch noch nicht der nächste Kommutierungsschritt ausgelöst wird. Ausgehend von diesem Orientierungszeitpunkt werden nun die Tachopulse gezählt, welche ein Tachogenerator abgibt, der mit dem Motor verbunden ist und der pro Umdrehung des Läufers wenigstens so viel Tachopulse abgibt, wie die Zahl der verschiedenen Kommutierungszustände beträgt. Die Zahl der Tachopulse wird so lange gezählt, bis eine vorgegebene Anzahl von Tachopulsen erreicht ist. Erst zu diesem Zeitpunkt wird die Kommutierung einen Schritt weitergeschaltet. Bei diesem Verfahren werden also die in die Wicklungen induzierten Spannungen zwar zur Orientierung herangezogen, die tatsächlichen Fortschaltzeitpunkte der Kommutierung werden ausgehend von diesen so gewonnenen Orientierunszeitpunkten jedoch weiterhin von Tachopulsen abhängig gemacht. Auf diese Weise ist gegenüber den Orientierungszeitpunkten ein Versatz der Kommutierung möglich. Dies entspricht quasi einem Bürstenversatz bei konventionell kommutierten Gleichstrommotoren. Dieser Versatz kann selbstverständlich je nach Motor verschieden groß sein und kann sogar durch Verändern der vorgegebenen Anzahl von Tachopulsen auch je nach Einsatzbereich des Motors verändert werden. Durch Zählen der Tachopulse ergibt sich eine zeitliche Verzögerung der Kommutierungszeitpunkte, welche direkt abhängig von der Drehzahl des Motors ist. Es wird also eine Kommutierung erzielt, welche immer um einen bestimmten Winkel versetzt ist.This procedure is used to determine the time of advancement the induced voltage is used. These is continuously compared with a reference voltage, which its sign changes depending on the commutation state. If the induced voltage reaches the reference voltage, then is a first point in time at which orientation is determined however, the next commutation step has not yet been triggered becomes. Starting from this point of orientation the tacho pulses are now counted, which is a tachometer generator emits, which is connected to the engine and the at least as much speedometer pulses per revolution of the rotor outputs how the number of different commutation states is. The number of tacho pulses is so long counted until a predetermined number of speedometer pulses is reached. Only at this point will the Commutation advanced one step. With this The processes are induced in the windings Although tensions are used for orientation, the actual advancement times of commutation on the basis of the orientation points thus obtained however still dependent on speedometer pulses made. In this way it is opposite to the orientation times an offset of the commutation is possible. This corresponds to a brush offset in conventionally commutated DC motors. This offset can be taken for granted may vary in size depending on the engine, and can even pass through Changing the specified number of speedometer pulses each be changed according to the area of application of the engine. By Counting the speedometer pulses results in a temporal Delay in the commutation times, which directly depends on the speed of the motor. So it will commutation, which is always one certain angle is offset.
Das Verfahren zur Kommutierung eines kollektorlosen Gleichstrommotors gestattet also die Wahl beliebiger Fortschaltzeitpunkte der Kommutierung und so eine Optimierung derselben. Außerdem sind Mehrfach-Unterbrechungen des Stromes, mit dem der Motor gespeist wird, möglich, wie sie z. B. in Regelschaltungen zur Erhaltung eines konstanten Drehmomentes oder einer konstanten Drehzahl angewandt werden. Diese Mehrfach-Unterbrechungen sind bei dem Verfahren nach der Erfindung möglich, da der Zeitpunkt, zu dem die nächste Kommutierung erfolgen soll, auch anhand eines Abzählens der Tachopulse ermittelt werden kann. Werden z. B. zwischen zwei Kommutierungszuständen jeweils 30 Tachopulse erzeugt, ist also bekannt, daß nach einer erfolgten Kommutierung die nächste Kommutierung etwa erst 30 Tachopulse später erfolgt. In diesem Beispielsfall könnten z. B. während der ersten 25 Tachopulse die beiden Spannungen noch nicht miteinander verglichen werden. In dieser Zeitspanne könnte dann der Strom mehrfach unterbrochen werden, wie dies in Regelschaltungen zur Erhaltung eines konstanten Drehmomentes oder einer konstanten Drehzahl üblich ist. Erst nach den 25 Tachopulsen plus einer Sicherheitsspanne werden dann die induzierte Spannung und die Referenzspannung wieder miteinander verglichen.The process of commutating a collectorless DC motor therefore allows the selection of any switching times commutation and so optimization the same. In addition, multiple interruptions of the Current, with which the motor is fed, possible as they e.g. B. in control circuits to maintain a constant Torque or a constant speed applied will. These multiple breaks are with that Method according to the invention possible because of the time which the next commutation should take place, also based on a counting of the speedometer pulses can be determined. Are z. B. between two commutation states each 30 tachopulse generated, it is known that after one commutation, the next commutation is only about 30 speed pulses later. In this example could e.g. B. during the first 25 speedometer pulses the two Tensions cannot yet be compared. In During this period, the current could then be interrupted several times be like this in control circuits for conservation a constant torque or a constant speed is common. Only after the 25 speedometer pulses plus one Safety margin will then be the induced voltage and the reference voltage compared again.
Das Verfahren zur Kommutierung eines Gleichstrommotors bietet darüber hinaus den Vorteil, daß es bei einem starken Abbremsen und gegebenenfalls Blockieren des Läufers des Motors zu keinem Schwingen der Kommutierungsfortschaltung kommt, wie dies bei vielen anderen Schaltungen der Fall ist. Dieses Schwingen tritt nicht ein, da sich die Kommutierungsfortschaltung an den Tachopulsen orientiert, diese jedoch bei einem Blockieren des Läufers ausbleiben, so daß auch keine Kommutierungsfortschaltung erfolgen kann. Auf diese Weise ist bei einem Blockieren des Läufers ein Schwingen bzw. laufendes Durchschalten der Kommutierung ausgeschlossen.The process of commutating a DC motor also offers the advantage that it is in a strong braking and possibly blocking the Runner of the engine to no swing Commutation advancement comes like this with many other circuits the case is. This swing does not occur because the commutation advance on the tachometer pulses oriented, but this if the rotor is blocked fail to appear, so that no commutation advance can be done. This way there is a blockage of the runner a swinging or continuous switching of the Commutation excluded.
Es sei noch erwähnt, daß aus der US-PS 36 63 877 ein kollektorloser Gleichstrommotor bekannt ist, bei dem mittels der aus zwei Hallgeneratoren und einem Tachogenerator gewonnenen Signale eine Kommutierungsfortschaltung durchgeführt wird. Die induzierte Spannung wird für die Kommutierungsschaltung nicht verwendet.It should also be mentioned that from US-PS 36 63 877 brushless DC motor is known in which by means of two Hall generators and a tachometer generator obtained signals a commutation advance is carried out. The induced voltage will not used for the commutation circuit.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß nach der Fortschaltung der Kommutierung um einen Schritt wiederum die Tachopulse gezählt werden und erst nach Erreichen einer vorgegebenen Anzahl von Tachopulsen die induzierte Spannung auf Erreichen der Referenz-Spannungswerte überwacht wird.According to a further embodiment of the invention, that after advancing commutation around the speedometer pulses are counted one step and only after reaching a predetermined number of speedometer pulses the induced voltage on reaching the Reference voltage values are monitored.
Nach dem auf oben beschriebene Weise erfolgten Auslösen des nächsten Kommutierungsschrittes treten in den nicht an die Spannungsquelle angelegten Wicklungen, die auf induzierte Spannungen überprüft werden, zunächst Ausgleichsvorgänge auf. Um diese Ausgleichsvorgänge bei dem Ermitteln der induzierten Spannungen nicht zu erfassen, werden nach Fortschaltung der Kommutierung wiederum die Tachopulse gezählt. Erst nach Erreichen einer vorgegebenen Anzahl von Tachopulsen wird die induzierte Spannung wieder auf Erreichen eines vorgegebenen Spannungswertes überwacht. Auf diese Weise wird drehzahlabhängig für eine Zeitspanne nach dem Fortschalten der Kommutierung die induzierte Spannung nicht mit der vorgegebenen Spannung überwacht, da in diesen Zeiten mit Ausgleichsvorgängen in den Wicklungen zu rechnen ist. Erst nach Erreichen der vorgegebenen Anzahl von Tachopulsen werden die induzierte Spannung und die vorgegebene Spannung wieder verglichen. Erreicht die induzierte Spannung die Referenzspannung, so wird wieder die Zahl der Tachopulse gezählt, bis eine vorgegebene Anzahl von Tachopulsen erreicht wird, und dann erst der nächste Kommutierungsschritt ausgelöst, nachdem dann wiederum die Tachopulse gezählt wurden. Erst nach Erreichen einer weiteren vorgegebenen Anzahl von Tachopulsen werden die induzierte Spannung und die Referenzspannung wieder miteinander verglichen.After triggering as described above of the next commutation step do not occur in the the voltage source applied windings on induced voltages are checked first Clearing operations. In order to compensate for these the determination of the induced voltages are recorded after advancing commutation again counted the speedometer pulses. Only after reaching one predetermined number of tachopulses is the induced Voltage back on reaching a predetermined Voltage value monitored. In this way it is speed dependent for a period after advancing the The induced voltage does not commutate with the specified voltage is monitored since during these times Compensating processes in the windings can be expected. First after reaching the specified number of speedometer pulses are the induced voltage and the given Voltage compared again. Reaches the induced Voltage becomes the reference voltage, the number of Speedometer pulses counted until a predetermined number of speedometer pulses is reached, and only then the next commutation step triggered after then again the speedometer pulses were counted. Only after reaching another one predetermined number of tachopulses are the induced Voltage and the reference voltage together again compared.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die vorgegebene Zahl von Tachopulsen, nach deren Erreichen einen Kommutierungsschritt weitergeschaltet wird, so gewählt wird, daß die Kommutierungsfortschaltung etwa 30° danach, bezogen auf den Winkel der elektrischen Spannung, vorgenommen wird.According to a further embodiment of the invention, that the predetermined number of speedometer pulses, after reached a commutation step when reached is chosen so that the commutation advance about 30 ° thereafter, based on the angle of the electrical Tension.
Erreicht die in die Wicklungen induzierte Spannung den Wert der Referenzspannung, so wird die Kommutierung erst dann ausgelöst, wenn die gezählten Tachopulse eine vorgegebene Zahl erreichen. Die Zahl von Tachopulsen, die so erreicht werden muß, wird vorteilhafterweise so gewählt, daß der Läufer sich nach Erreichen der gleichen Spannungswerte beider Spannungen um einen elektrischen Winkel von 30° gedreht hat; dann befindet sich der Läufer in der sogenannten neutralen Zone, dem bei Gleichstrommotoren üblichen Zeitpunkt für eine Kommutierung. Der elektrische Winkel des Motors ist bekannterweise so definiert, daß der elektrische Winkel gleich dem mechanischen Winkel geteilt durch die Polpaarzahl des Motors ist.Does the voltage induced in the windings reach the Value of the reference voltage, so the commutation then triggered when the counted speedometer pulses a predetermined one Reach number. The number of speedometer pulses like that must be achieved, is advantageously chosen so that the rotor moves after reaching the same tension values both voltages by an electrical angle of Has turned 30 °; then the runner is in the so-called neutral zone, that in DC motors usual time for commutation. The electric one The angle of the motor is known to be defined so that the electrical angle divided equal to the mechanical angle by the number of pole pairs of the motor.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die vorgegebene Anzahl von Tachopulsen, nach deren Erreichen die induzierte Spannung auf Erreichen eines Referenzspannungswertes überwacht wird, so gewählt ist, daß zu Beginn dieser Überwachung alle in der Wicklung infolge der Kommutierungsfortschaltung auftretenden Ausgleichs- und Ausschwingvorgänge abgeklungen sind.According to a further embodiment of the invention, that the predetermined number of speedometer pulses, after reaching the induced voltage upon reaching of a reference voltage value is selected is that at the start of this monitoring everyone in the winding occurring as a result of the commutation advance Compensation and decay processes have subsided.
Nach der Fortschaltung der Kommutierung werden wiederum die Tachopulse gezählt, und erst nach Erreichen einer vorgegebenen Anzahl von Tachopulsen werden die induzierte Spannung und die Referenzspannung wieder miteinander verglichen, da vorher in den Wicklungen Ausgleichsvorgänge auftreten. Die vorgegebene Anzahl von Tachopulsen, nach deren Erreichen die induzierte Spannung wieder mit der Referenzspannung verglichen wird, wird also vorteilhafterweise so gewählt, daß Ausgleichs- und Ausschwingvorgänge in den Wicklungen abgeklungen sind. Auch hier bietet das Verfahren den Vorteil, daß die Zeitspanne, während der die beiden Spannungen noch nicht miteinander verglichen werden, infolge Zählung der Tachopulse drehzahlabhängig gewählt ist. After the commutation is continued, again the tachopulse counted, and only after reaching one predetermined number of tachopulses are the induced Voltage and the reference voltage together again compared, since previously in the windings compensation processes occur. The specified number of speedometer pulses, according to reaching the induced voltage again with the Reference voltage is compared, is therefore advantageous chosen so that balancing and decay processes have decayed in the windings. This also offers here Process the advantage that the period of time during which the not yet compared the two voltages become speed-dependent due to the counting of the tacho pulses is selected.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Kommutierung des Motors sofort einen weiteren Schritt weitergeschaltet wird, wenn zu Beginn der Überwachung der induzierten Spannung diese ein anderes Vorzeichen aufweist als die Referenzspannung.According to a further embodiment of the invention, that the commutation of the motor immediately further step is advanced if at the beginning of the Monitoring the induced voltage this another one Signs as the reference voltage.
Wird, nachdem die oben beschriebenen Ausgleichs- und Ausschwingvorgänge in den Wicklungen abgeklungen sind, die in die Wicklungen induzierte Spannung wieder mit der Referenzspannung verglichen und weisen diese beiden Spannungen ein anderes Vorzeichen auf, so befindet sich der Motor in einem falschen Kommutierungszustand. In diesem Falle ist es vorteilhaft, die Kommutierung sofort einen Schritt weiterzuschalten. Dies geschieht nach dem jeweils durch die Tachopulse vorgegebenen Verzögerungszeitpunkt so lange, bis die Kommutierung sich wieder in einem richtigen Zustand befindet.Will after the compensation and Swinging processes in the windings have subsided voltage induced in the windings again with the Reference voltage compared and assign these two Tensions another sign, so there is the motor is in an incorrect commutation state. In In this case, it is advantageous to commutate immediately to go one step further. This happens after Delay time specified by the speedometer pulses until the commutation is back in in a correct condition.
Anhand der Figuren wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigtAn embodiment of the Invention explained in more detail. It shows
Fig. 1 das Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens zur Kommutierung eines kollektorlosen Gleichstrommotors, Fig. 1 is a block diagram of a circuit arrangement for performing the method for commutation of a brushless DC motor,
Fig. 2 ein Schaltbild der Verzögerungsschaltung 4 nach Fig. 1, Fig. 2 is a circuit diagram of the delay circuit 4 of Fig. 1,
Fig. 3 ein Impulsdiagramm der Verzögerungsschaltung 4 nach Fig. 2. Fig. 3 is a timing diagram of the delay circuit 4 in FIG. 2.
In Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens zur Kommutierung eines kollektorlosen Gleichstrommotors dargestellt. Die Schaltungsanordnung gliedert sich in vier Schaltungsteile, nämlich in eine Signalformerschaltung 1, eine Leistungsschaltung 2, eine Positionsmeßschaltung 3 und eine Verzögerungsschaltung 4. Die Signalformerschaltung 1 weist ein Schieberegister 5 auf, dessen Ausgänge 6, 7 und 8 mit Eingängen 9, 10 und 11 einer Verknüpfungsschaltung 12 verbunden sind. Das Schieberegister 5 wird mittels eines Schiebesignals sh, das dem Schieberegister 5 über einen Eingang 13 zugeführt wird, weitergeschaltet. In der Verknüpfungsschaltung 12 werden mittels binärer Verknüpfungen zum einen Schaltsignale p 1, p 2, p 3, n 1, n 2 und n 3 für die Schaltelemente und zum anderen ein Soll- Phasensignal sui und drei Steuersignale st 1, st 2 und st 3 für die Positionsmeßschaltung gewonnen.In Fig. 1 is a block diagram of a circuit arrangement for performing the method for commutation of a brushless DC motor. The circuit arrangement is divided into four circuit parts, namely a signal shaping circuit 1 , a power circuit 2 , a position measuring circuit 3 and a delay circuit 4 . The signal shaping circuit 1 has a shift register 5 , the outputs 6, 7 and 8 of which are connected to inputs 9, 10 and 11 of a logic circuit 12 . The shift register 5 is switched on by means of a shift signal sh , which is fed to the shift register 5 via an input 13 . The logic circuit 12 uses binary links to switch signals p 1 , p 2 , p 3 , n 1 , n 2 and n 3 for the switching elements and, on the other hand, a set phase signal sui and three control signals st 1 , st 2 and st 3 won for the position measuring circuit.
Die Leistungsschaltung 2 schaltet die Wicklungen der in diesem Falle drei Phasen des Ständers in Abhängigkeit vom durch die Steuersignale p 1 bis n 3 vorgegebenen Kommutierungszustand an den positiven oder negativen Pol einer Stromquelle. Ein Wicklungsanschluß 21 einer ersten Wicklung des Motors ist mit einem Verbindungspunkt 22 verbunden. Von diesem Verbindungspunkt 22 führt eine erste Diode 23 zum positiven und eine zweite Diode 24 zum negativen Pol der Stromquelle. Die Diode 23 ist dabei anodenseitig mit dem Verbindungspunkt 22 und die Diode 24 kathodenseitig mit dem Verbindungspunkt 22 verbunden. The power circuit 2 switches the windings of the three phases of the stator in this case depending on the commutation state specified by the control signals p 1 to n 3 to the positive or negative pole of a current source. A winding terminal 21 of a first winding of the motor is connected to a connection point 22 . From this connection point 22 , a first diode 23 leads to the positive and a second diode 24 to the negative pole of the current source. The diode 23 is connected on the anode side to the connection point 22 and the diode 24 is connected on the cathode side to the connection point 22 .
Einem pnp-Transistor 25 ist an der Basis das Schaltsignal p 1 zugeführt. Der Transistor 25 ist mit seinem Kollektor mit dem Verbindungspunkt 22 und mit seinem Emitter mit dem positiven Pol der Stromquelle verbunden. Einem npn-Transistor 26 ist an der Basis das Schaltsignal n 1 zugeführt. Dieser Transistor 26 ist emitterseitig mit dem negativen Pol der Stromquelle und kollektorseitig mit dem Verbindungspunkt 22 verbunden. Diese Schaltung bewirkt, daß bei Low-Pegel des Schaltsignals p 1 der Wicklungsanschluß an den positiven Pol der Stromquelle geschaltet wird und bei High-Pegel des Schaltsignals n 1 an den negativen Pol. Die beiden Dioden 23 und 24 dienen dazu, nach dem Abschalten einer der beiden Transistoren die dann durch Ausgleichsvorgänge auftretenden Überspannungen gegen den positiven bzw. negativen Pol der Stromquelle abzuführen.A pnp transistor 25 is supplied with the switching signal p 1 at the base. The transistor 25 has its collector connected to the connection point 22 and its emitter connected to the positive pole of the current source. An npn transistor 26 is supplied with the switching signal n 1 at the base. This transistor 26 is connected on the emitter side to the negative pole of the current source and on the collector side to the connection point 22 . This circuit causes the winding connection to be switched to the positive pole of the current source when the switching signal p 1 is low and to the negative pole when the switching signal n 1 is high. The two diodes 23 and 24 are used, after switching off one of the two transistors, to dissipate the overvoltages that then occur due to equalization processes against the positive or negative pole of the current source.
Ein Wicklungsanschluß 31 einer zweiten Wicklung des Motors ist mit einem Verbindungspunkt 32 verbunden. Dieser Verbindungspunkt 32 ist in gleicher Weise wie der der ersten Wicklung über eine Diode 33 und einen pnp-Transistor 35, der durch das Schaltsignal p 2 geschaltet wird, mit dem positiven Pol der Stromquelle und über eine Diode 34 und einen npn-Transistor 36, dem basisseitig das Schaltsignal n 2 zugeführt wird, mit dem negativen Pol der Stromquelle verbunden. Ein Wicklungsanschluß 41 einer dritten Wicklung des Motors ist, ebenso wie die beiden anderen Wicklungsanschlüsse, mittels Dioden 43 und 44 und Transistoren 45 und 46 mit der Stromquelle verbunden. Der Basis des pnp-Transistors 45 ist das Schaltsignal p 3 und der Basis des npn-Transistors 46 das Schaltsignal n 3 zugeführt. Die Leistungsschaltung 2 schaltet also bei Low-Pegel des Schaltsignals p 1 den Wicklungsanschluß 21 der ersten Wicklung an den positiven Pol der Stromquelle und bei Low-Pegel des Schaltsignals p 2 den Wicklungsanschluß 31 der zweiten und bei Low-Pegel des Schaltsignals p 3 den Wicklungsanschluß 41 der dritten Wicklung. In gleicher Weise werden die Wicklungen an den negativen Pol der Stromquelle bei High-Pegel der Schaltsignale n 1, n 2 oder n 3 geschaltet.A winding terminal 31 of a second winding of the motor is connected to a connection point 32 . This connection point 32 is in the same way as that of the first winding via a diode 33 and a pnp transistor 35 , which is switched by the switching signal p 2 , with the positive pole of the current source and via a diode 34 and an npn transistor 36 , which is supplied with the switching signal n 2 on the base side , connected to the negative pole of the current source. A winding connection 41 of a third winding of the motor, like the other two winding connections, is connected to the current source by means of diodes 43 and 44 and transistors 45 and 46 . The base of the PNP transistor 45 is the switching signal p 3 and the base of the npn transistor 46, the switching signal n 3 respectively. The power circuit 2 thus switches the winding terminal 21 of the first winding to the positive pole of the current source when the switching signal p 1 is low, and the winding terminal 31 of the second terminal when the switching signal p 2 is low, and the winding terminal when the switching signal p 3 is low 41 of the third winding. In the same way, the windings are switched to the negative pole of the current source when the switching signals n 1 , n 2 or n 3 are high.
Die Signalformerschaltung 1 bewirkt also in Zusammenarbeit mit der Leistungsschaltung 2 die eigentliche Kommutierungsfortschaltung des Motors. Mittels der Verknüpfungsschaltung 12 werden die Signale p 1 bis n 3 erzeugt, welche in der Leistungsschaltung 2 wiederum eine entsprechende Anschaltung der jeweiligen Wicklungen an den positiven bzw. negativen Pol der Spannungsquelle bewirken. Das Schieberegister 5 in der Signalformerschaltung 1 liefert dafür geeignete Signale, die in der Verknüpfungsschaltung zu den Signalen p 1 bis n 3 verarbeitet werden. Das Schieberegister 5 wird weitergeschaltet durch an seinem Eingang 13 anstehende Signale, welche in der Verzögerungsschaltung 4 erzeugt werden.In cooperation with the power circuit 2, the signal shaping circuit 1 therefore effects the actual commutation indexing of the motor. The signals p 1 to n 3 are generated by means of the logic circuit 12 , which in turn cause a corresponding connection of the respective windings to the positive or negative pole of the voltage source in the power circuit 2 . The shift register 5 in the waveform shaping circuit 1 supplies suitable signals which are processed in the logic circuit to form the signals p 1 to n 3 . The shift register 5 is switched on by signals present at its input 13 , which are generated in the delay circuit 4 .
Die Wicklungsanschlüsse 21, 31 und 41, die die drei Wicklungsspannungen u 1, u 2 und u 3 führen, sind ferner Eingängen 51, 52 und 53 einer Analog-Rechenschaltung 54 und Eingängen 55, 56 und 57 eines Analog-Multiplexers 58 in der Positionsmeßschaltung 3 zugeführt. Drei weiteren Eingängen 59, 60 und 61 des Analog-Multiplexers 58 sind die Steuersignale st 1, st 2 und st 3 der Verknüpfungsschaltung 12 der Signalformerschaltung 1 zugeführt. Bei aktiviertem Steuersignal st 1 wird das am Eingang 55 des Analog-Multiplexers 58 anliegende Signal u 1 auf den Ausgang 62 des Analog-Multiplexers 58 geschaltet. Das Steuersignal st 2 schaltet über den Eingang 60 des Analog- Multiplexers 58 das Signal u 2 am Wicklungsanschluß 31 auf den Ausgang 62 des Analog-Multiplexers 58. Gleiches gilt für das Steuersignal st 3 und das Signal u 3 des Wicklungsanschlusses 41. Das Signal am Ausgang 62 des Analog- Multiplexers 58 setzt sich also aus den Teil-Intervallen der Spannunen u 1, u 2 und u 3 zusammen, in denen Ausgleichsvorgänge und anschließend induzierte Spannungen auftreten. Dieses Signal wird einem positiven Eingang 63 eines Operationsverstärkers 64 zugeführt. Die Analog- Rechenschaltung 54 multipliziert die drei Eingangssignale u 1, u 2 und u 3, die ihr über die Eingänge 51, 52 und 53 zugeführt sind, jeweils mit dem Faktor ¹/₃ und addiert diese Signale. Der Ausgang 55 dieser Analog-Rechenschaltung 54 führt ein Signal, das dem negativen Eingang 66 des Operationsverstärkers 64 zugeführt ist. Der Operationsverstärker 64 weist einen Ausgang 65 auf, der das Signal ui führt. Dieses Signal ui stellt die Meßspannung dar. Diese Meßspannung setzt sich aus denjenigen zeitlichen Intervallen der Wicklungsspannungen zusammen, in denen die Wicklungen nicht an einen Pol der Stromquelle geschaltet sind und in denen Ausgleichsvorgänge in den Wicklungen auftreten. Die Meßspannung ui ist infolge der Verknüpfungen mittels der Analog-Rechenschaltung 54 und des Operationsverstärkers 64 frei von Gleichspannungsanteilen. Diese am Ausgang 65 des Operationsverstärkers 64 anstehende Meßspannung wird einem ersten Eingang 75 eines Komparators 76 zugeführt. Einem zweiten Eingang 80 des Komparators 76 wird eine Referenzspannung Ur zugeführt. An seinem Ausgang 81 liefert der Komparator 76 das Vergleichssignal der beiden Eingangsspannungen. Dieses mit iui bezeichnete Signal gibt an, ob die Meßspannung ui oder die Vergleichsspannung Ur größer ist. Ist die Meßspannung ui größer, so hat das Signal iui High-Pegel, ist die Meßspannung Ur größer, hat das Signal iui Low-Pegel. Das am Ausgang 81 des Komparators 76 anstehende Signal iui wird einem ersten Eingang 82 eines Exclusiv-Oder-Gatters 83 zugeführt. Einem zweiten Eingang 84 des Exclusiv-Oder- Gatters 83 wird das in der Signalformerschaltung 1 in der Verknüpfungsschaltung 12 gewonnene Signal sui zugeführt. Dieses Signal sui ist von dem jeweiligen Kommutierungszustand abhängig und gibt das Vorzeichen an, das die in die stromlos geschaltete Wicklung induzierten Spannungen aufweisen sollten. Hat das Signal sui Low-Pegel, so ist das Soll-Vorzeichen der induzierten Spannungen negativ, hat das Signal sui High-Pegel, so ist das Soll-Vorzeichen der induzierten Spannung positiv. Das Exclusiv-Oder-Gatter 83 führt an seinem Ausgang 85 ein mit si bezeichnetes Signal. Dieses Signal gibt an, daß das tatsächliche Vorzeichen der induzierten Spannungen (Signal iui) und das je nach Kommutierungszustand vorgegebene Soll-Vorzeichensignal (Signal sui) übereinstimmende Vorzeichen angeben. Ist dies der Fall, so hat das Signal si Low-Pegel. Geben dagegen die beiden Signal iui und sui verschiedene Vorzeichen an, so hat das Signal si High-Pegel.The winding connections 21, 31 and 41 , which carry the three winding voltages u 1 , u 2 and u 3 , are further inputs 51, 52 and 53 of an analog arithmetic circuit 54 and inputs 55, 56 and 57 of an analog multiplexer 58 in the position measuring circuit 3 fed. The control signals st 1 , st 2 and st 3 of the logic circuit 12 of the signal shaping circuit 1 are fed to three further inputs 59, 60 and 61 of the analog multiplexer 58 . When activated, control signal ST 1 is connected in the analog multiplexer at the input 55 58 applied signal u 1 to the output 62 of the analog multiplexer 58th The control signal st 2 switches the signal u 2 at the winding connection 31 to the output 62 of the analog multiplexer 58 via the input 60 of the analog multiplexer 58 . The same applies to the control signal st 3 and the signal u 3 of the winding connection 41 . The signal at the output 62 of the analog multiplexer 58 is thus composed of the partial intervals of the voltages u 1 , u 2 and u 3 , in which compensation processes and then induced voltages occur. This signal is fed to a positive input 63 of an operational amplifier 64 . The analog arithmetic circuit 54 multiplies the three input signals u 1 , u 2 and u 3 , which are fed to it via the inputs 51, 52 and 53 , each by the factor ¹ / ₃ and adds these signals. The output 55 of this analog arithmetic circuit 54 carries a signal which is fed to the negative input 66 of the operational amplifier 64 . The operational amplifier 64 has an output 65 which carries the signal ui . This signal ui represents the measuring voltage. This measuring voltage is composed of those time intervals of the winding voltages in which the windings are not connected to one pole of the current source and in which compensation processes occur in the windings. The measurement voltage ui is free of DC components due to the links by means of the analog arithmetic circuit 54 and the operational amplifier 64 . This measuring voltage present at the output 65 of the operational amplifier 64 is fed to a first input 75 of a comparator 76 . A reference voltage Ur is fed to a second input 80 of the comparator 76 . At its output 81 , the comparator 76 supplies the comparison signal of the two input voltages. This signal, designated iui , indicates whether the measurement voltage ui or the comparison voltage Ur is greater. If the measuring voltage ui is higher, the signal iui is high, and if the measuring voltage Ur is higher, the signal iui is low. The signal iui present at the output 81 of the comparator 76 is fed to a first input 82 of an exclusive-OR gate 83 . The signal sui obtained in the signal shaping circuit 1 in the logic circuit 12 is fed to a second input 84 of the exclusive-OR gate 83 . This signal sui depends on the respective commutation state and indicates the sign that the voltages induced in the de-energized winding should have. If the sui signal is low, the target sign of the induced voltages is negative. If the sui signal is high, the target sign of the induced voltages is positive. The exclusive-OR gate 83 carries a signal labeled si at its output 85 . This signal indicates that the actual sign of the induced voltages (signal iui ) and the desired sign signal (signal sui ) predefined depending on the commutation state indicate the corresponding sign. If this is the case, the signal si has a low level. If, on the other hand, the two signals iui and sui indicate different signs, the signal si has a high level.
Das Signal si wird der Verzögerungsschaltung 4 zugeführt, welche in Fig. 1 als Prinzip-Schaltbild dargestellt ist. Das Signal si wird in der Verzögerungsschaltung 4 einem Eingang 101 eines Impulsformers 102 und einem Eingang 103 eines Und-Gatters 104 zugeführt. Der Impulsformer 102 liefert an seinem Ausgang 103 ein mit sid bezeichnetes Signal, das einem ersten Eingang 106 eines weiteren Und- Gatters 107 zugeführt ist. Ein Ausgang 108 des Und-Gatters 107 ist auf einen Eingang 109 eines Verzögerungsgliedes 110 geführt. Das Verzögerungsglied 110 sorgt in in dieser Figur nicht näher dargestellter Weise für eine Zeitverzögerung t 1, die mittels Tachopulsen gewonnen wird, die von einem Tachogenerator des Motors geliefert werden. Dazu wird erst nach einer vorgegebenen Zahl von Tachopulsen ein Ausgangssignal gegeben. Das Verzögerungsglied 110 ist verbunden mit einem Impulsformer 111, an dessen Ausgang 112 ein mit tld bezeichnetes Signal anliegt. Dieses Signal wird einem ersten Eingang 113 eines Oder-Gatters 114 zugeführt. Ein Ausgang 115 des Oder-Gatters ist mit einem Eingang 116 eines weiteren Verzögerungsgliedes 117 verbunden. Dieses Verzögerungsglied 117 verzögert um eine Zeit t 2 nach erfolgter Kommutierung des Motors. Dieses geschieht in der Figur nicht näher dargestellter Weise mittels der Zählung von Tachoimpulsen des Motors.The signal si is supplied to the delay circuit 4 , which is shown in FIG. 1 as a basic circuit diagram. The signal si is fed in the delay circuit 4 to an input 101 of a pulse shaper 102 and an input 103 of an AND gate 104 . The pulse shaper 102 supplies at its output 103 a signal designated sid , which is fed to a first input 106 of a further AND gate 107 . An output 108 of the AND gate 107 is connected to an input 109 of a delay element 110 . The delay element 110 provides, in a manner not shown in this figure, for a time delay t 1 which is obtained by means of tachometer pulses which are supplied by a tachometer generator of the motor. For this purpose, an output signal is only given after a predetermined number of speedometer pulses. The delay element 110 is connected to a pulse shaper 111 , at the output 112 of which a signal denoted by tld is present. This signal is fed to a first input 113 of an OR gate 114 . An output 115 of the OR gate is connected to an input 116 of a further delay element 117 . This delay element 117 delays by a time t 2 after commutation of the motor. This is done in a manner not shown in the figure by counting the tachometer pulses of the motor.
Am Ausgang 118 des Verzögerungsgliedes 117 steht das Signal sh zur Verfügung. Dieses Signal wird zum einen dem Eingang 13 des Schieberegisters 5 in der Signalformerschaltung 1 zugeführt. Außerdem wird das Signal sh dem invertierenden Eingang 120 eines Impulsformers 119 zugeführt, an dessen Ausgang 121 ein mit stf bezeichnetes Signal anliegt, das einem zweiten Eingang 122 des Und- Gatters 104 zugeführt ist. Der Ausgang 123 des Und-Gatters 104 ist auf einen zweiten Eingang 124 des Oder-Gatters 114 geführt. Das am Ausgang 118 des Verzögerungsgliedes 117 anliegende Signal sh wird ferner einem zweiten, invertierenden Eingang 130 des Und-Gatters 107, einem ersten Eingang 131 eines Oder-Gatters 132 und einem Reset-Eingang 133 eines Verzögerungsgliedes 134 zugeführt. Das Verzögerungsglied 134 ist mit einem Impulsformer 135 verbunden, dessen Ausgang 136 mit einem zweiten Eingang 137 des Oder-Gatters 115 und mit einem zweiten Eingang 138 des Oder-Gatters 132 verbunden ist. Der Impulsformer liefert einen Puls der Breite t 4. Ein Ausgang 139 des Oder-Gatters 132 ist mit einem nicht- invertierenden Eingang 140 des Verzögerungsgliedes 134 verbunden.The signal sh is available at the output 118 of the delay element 117 . This signal is fed to the input 13 of the shift register 5 in the signal shaping circuit 1 . In addition, the signal sh is fed to the inverting input 120 of a pulse shaper 119 , at whose output 121 there is a signal denoted by stf , which is fed to a second input 122 of the AND gate 104 . The output 123 of the AND gate 104 is connected to a second input 124 of the OR gate 114 . The signal sh present at the output 118 of the delay element 117 is also fed to a second inverting input 130 of the AND gate 107 , a first input 131 of an OR gate 132 and a reset input 133 of a delay element 134 . The delay element 134 is connected to a pulse shaper 135 , the output 136 of which is connected to a second input 137 of the OR gate 115 and to a second input 138 of the OR gate 132 . The pulse shaper delivers a pulse of width t 4 . An output 139 of the OR gate 132 is connected to a non-inverting input 140 of the delay element 134 .
In der Verzögerungsschaltung 4 wird in dem Impulsformer 102 dann ein Signal sid erzeugt, wenn das an seinem Eingang anliegende Signal si von Low- auf High-Pegel wechselt. Das Signal sid wird in einem Und-Gatter mit dem negierten sh-Signal verknüpft. In einem diesem Und-Gatter nachgeschalteten Verzögerungsglied 110 werden in in der Figur nicht näher dargestellter Weise die Tachopulse des Motors so lange gezählt, bis eine vorgegebene Anzahl erreicht ist. Anschließend gibt der Impulsformer 111 einen Puls tld ab. Dieser Puls tld gelangt über das Oder-Gatter auf den Impulsformer 117, der einen Impuls sh abgibt. Dieser Impuls sh hat die Breite t 2. Diese Breite t 2 ergibt sich dadurch, daß zu Beginn des an den Impulsformer 117 abgegebenen Pulses die Tachopulse des Motors gezählt werden und nach Erreichen einer vorgegebenen Anzahl der Impuls sh wieder auf Low gesetzt wird. Der so entstandene Impuls sh gelangt an die Signalformerschaltung 1, die die Kommutierung des Motors einen Schritt weiterschaltet. Das Signal sh ist außerdem dem Impulsformer 119 zugeführt, der an der negativen Flanke des Signals sh einen Puls stf erzeugt. Dieser Puls stf gelangt über das Und-Gatter 104 ebenfalls an das Oder-Gatter 114 und erzeugt einen weiteren Impuls, wenn das Signal si gleich Eins ist. Dies ist dann der Fall, wenn ein falscher Kommutierungszustand des Motors vorliegt. In diesem Falle wird infolge des erneut ausgelösten sh-Pulses sofort einen Kommutierungsschritt weitergeschaltet.In the delay circuit 4 , a signal sid is generated in the pulse shaper 102 when the signal si present at its input changes from low to high level. The sid signal is combined in an AND gate with the negated sh signal. In a delay element 110 connected downstream of this AND gate, the tacho pulses of the motor are counted in a manner not shown in the figure until a predetermined number is reached. Then the pulse shaper 111 emits a pulse tld . This pulse tld reaches the pulse shaper 117 via the OR gate, which emits a pulse sh . This pulse sh has the width t 2 . This width t 2 results from the fact that the tacho pulses of the motor are counted at the beginning of the pulse delivered to the pulse shaper 117 , and the pulse sh is set to low again after a predetermined number of pulses has been reached. The resulting pulse sh reaches the waveform shaping circuit 1 , which switches the commutation of the motor one step further. The signal sh is also fed to the pulse shaper 119 , which generates a pulse stf on the negative edge of the signal sh . This pulse stf also reaches the OR gate 114 via the AND gate 104 and generates a further pulse when the signal si is equal to one. This is the case if the motor is in an incorrect commutation state. In this case, a commutation step is immediately switched on as a result of the sh pulse triggered again.
Der aus dem Oder-Gatter 132, dem Verzögerungsglied 134 und dem Impulsformer 135 bestehende Teil der Verzögerungsschaltung 4 stellt eine Anlaufschaltung dar. Diese Anlaufschaltung liefert am Ausgang 136 des Impulsformers 135 dann einen Impuls an das Oder-Gatter 114 und löst so einen sh-Puls aus, wenn während der Zeit t 3 kein sh-Puls erschienen ist. Dieser Fall tritt dann ein, wenn infolge stillstehendem Motor keine induzierte Spannung gemessen wird und diese somit auch nicht die vorgegebene Referenzspannung erreichen kann. Auf diese Weise wird nach der Zeit t 3 ein erster sh-Puls der Breite t 4 ausgelöst, der den Motor anlaufen läßt. Ist dies nicht der Fall, wird wiederum nach der Zeit t 3 ein weiterer sh-Puls ausgelöst. Auf diese Weise ist ein sicherer Anlauf des Motors gewährleistet.The part of the delay circuit 4 consisting of the OR gate 132 , the delay element 134 and the pulse shaper 135 constitutes a start-up circuit. This start-up circuit then delivers a pulse to the OR gate 114 at the output 136 of the pulse shaper 135 and thus triggers an sh pulse off if no sh pulse has appeared during the time t 3 . This occurs when no induced voltage is measured as a result of the motor being at a standstill and this means that it cannot reach the specified reference voltage. In this way, after the time t 3, a first sh pulse of the width t 4 is triggered, which starts the motor. If this is not the case, a further sh pulse is triggered again after the time t 3 . In this way, a safe start of the motor is guaranteed.
In Fig. 2 ist ein Ausführungsbeispiel für eine Verzögerungsschaltung 4 nach Fig. 1 in einem detaillierten Schaltbild dargestellt. In dieser Schaltungsanordnung ist das Signal si über eine Kapazität 201 einem Verbindungspunkt 202 zugeführt, der über eine Parallelschaltung eines Widerstandes 203 und einer Diode 204 mit Masse verbunden ist. Die Diode 204 ist dabei mit ihrer Anode an Masse geschaltet. Der Verbindungspunkt 202 ist ferner an einen ersten Eingang 205 eines Und-Gatters 206 geschaltet. Der Verzögerungsschaltung ist ferner ein Signal Td zugeführt. Dieses Signal Td wird von einem am Motor vorgesehenen Tachogenerator geliefert und liefert in diesem Ausführungsbeispiel 30 Tachopulse pro Schieberegister- Zustand. Das Signal Td ist einem ersten Eingang 207 eines Und-Gatters 208 zugeführt. Ein Ausgang 209 des Und-Gatters 206 ist auf einen Reset-Eingang 210 eines Schieberegisters 211 geführt. Ein Clock-Pulse-Eingang 212 des Schieberegisters ist mit dem Ausgang 213 des Und-Gatters 208 verbunden. Das Schieberegister 211 weist 16 Speicherstellen auf. Der Ausgang der letzten Speicherzelle ist mit einem Verbindungspunkt 214 verbunden. Dieser Verbindungspunkt ist zum einen auf einen invertierenden Eingang 215 des Und-Gatters 208 geführt und zum anderen über eine Kapazität 216 auf einen weiteren Verbindungspunkt 217. Dieser Verbindungspunkt 217 ist über eine Parallelschaltung eines Widerstandes 218 und einer Diode 219 auf Masse geführt. Die Diode ist dabei anodenseitig mit Masse verbunden. Der Verbindungspunkt 217 ist mit einem ersten Eingang 220 eines Oder-Gatters 221 verbunden. Ein Ausgang 222 des Oder-Gatters 221 ist mit einem Reset-Eingang 223 eines Schieberegisters 224 verbunden. Das Schieberegister 224 weist 8 Speicherstellen auf. Der invertierte Ausgang der achten Speicherzelle des Schieberegisters 224 ist mit einem Verbindungspunkt 225 verbunden. Dieser Verbindungspunkt 225 ist mit einem invertierenden Eingang 226 eines Und-Gatters 227 verbunden, dessen Ausgang 228 mit einem Clock-Puls-Eingang 229 des Schieberegisters 224 und dessen Eingang 229 mit dem Signal Td verbunden ist. Einem Und- Gatter 230 ist an seinem ersten Eingang 231 das Signal si zugeführt. Ein Ausgang 232 des Und-Gatters 230 ist auf einen zweiten Eingang 233 des Oder-Gatters 221 geführt. Ein zweiter Eingang 234 des Und-Gatters 230 führt das Signal stf und ist mit einem Verbindungspunkt 235 verbunden. Der Verbindungspunkt 235 ist über eine Kapazität 236 mit dem Verbindungspunkt 225 und mit einem Eingang 205 a des Und-Gatters 206 verbunden. Ferner ist der Verbindungspunkt 235 über eine Parallelschaltung aus einem Widerstand 237 und einer mit ihrer Anode gegen Masse geschalteten Diode 238 auf Masse geführt.In Fig. 2 is an exemplary embodiment of a delay circuit 4 of Fig. 1 in a detailed circuit diagram. In this circuit arrangement, the signal si is fed via a capacitance 201 to a connection point 202 which is connected to ground via a parallel connection of a resistor 203 and a diode 204 . The diode 204 is connected to ground with its anode. The connection point 202 is also connected to a first input 205 of an AND gate 206 . A signal Td is also fed to the delay circuit. This signal Td is supplied by a tachometer generator provided on the motor and, in this exemplary embodiment, supplies 30 tachopulses per shift register state. The signal Td is fed to a first input 207 of an AND gate 208 . An output 209 of the AND gate 206 is fed to a reset input 210 of a shift register 211 . A clock pulse input 212 of the shift register is connected to the output 213 of the AND gate 208 . The shift register 211 has 16 memory locations. The output of the last memory cell is connected to a connection point 214 . On the one hand, this connection point leads to an inverting input 215 of the AND gate 208 and, on the other hand, via a capacitance 216 to a further connection point 217 . This connection point 217 is connected to ground via a parallel connection of a resistor 218 and a diode 219 . The diode is connected to ground on the anode side. The connection point 217 is connected to a first input 220 of an OR gate 221 . An output 222 of the OR gate 221 is connected to a reset input 223 of a shift register 224 . The shift register 224 has 8 memory locations. The inverted output of the eighth memory cell of the shift register 224 is connected to a connection point 225 . This connection point 225 is connected to an inverting input 226 of an AND gate 227 , the output 228 of which is connected to a clock pulse input 229 of the shift register 224 and the input 229 of which is connected to the signal Td . An AND gate 230 is supplied with the signal si at its first input 231 . An output 232 of the AND gate 230 is connected to a second input 233 of the OR gate 221 . A second input 234 of the AND gate 230 carries the signal stf and is connected to a connection point 235 . The connection point 235 is connected via a capacitance 236 to the connection point 225 and to an input 205 a of the AND gate 206 . Furthermore, the connection point 235 is grounded via a parallel circuit comprising a resistor 237 and a diode 238 connected to ground with its anode.
Der Verbindungspunkt 225 ist mit einem ersten invertierenden Eingang 240 eines Oder-Gatters 241 verbunden, an dessen Ausgang 242 das sh-Signal zur Verfügung steht.The connection point 225 is connected to a first inverting input 240 of an OR gate 241 , at whose output 242 the sh signal is available.
Ferner ist in der Verzögerungsschaltung 4 eine Schaltungsanordnung zum Anlauf des Motors vorgesehen. Dazu ist das am Ausgang 242 des Oder-Gatters 241 anstehende Signal sh einem Reset-Eingang 250 eines Schieberegisters 251 zugeführt. Das Schieberegister 251 weist 16 Speicherstellen auf, deren letzte vier über ein Und-Gatter 252 zusammengeführt sind, dessen Ausgang 253 auf einen zweiten Eingang 254 des Oder-Gatters 251 geführt ist. Ein Clock- Pulse-Eingang 255 des Schieberegisters 251 ist mit einem Generator 256 verbunden.Furthermore, a circuit arrangement for starting the motor is provided in the delay circuit 4 . For this purpose, the signal sh present at the output 242 of the OR gate 241 is fed to a reset input 250 of a shift register 251 . The shift register 251 has 16 memory locations, the last four of which are brought together via an AND gate 252 , the output 253 of which is led to a second input 254 of the OR gate 251 . A clock pulse input 255 of the shift register 251 is connected to a generator 256 .
Die Funktionsweise der in Fig. 2 dargestellten Verzögerungsschaltung ist folgende:The mode of operation of the delay circuit shown in FIG. 2 is as follows:
Das Signal si löst mittels der Bauelemente 201, 204 und 203 am Verbindungspunkt 202 an seiner positiven Flanke jeweils einen Impuls sid aus. Dieser Impuls sid gelangt an das Und-Gatter 206. Das am Verbindungspunkt 225 anstehende Signal hat immer dann High-pegel, wenn kein Sh-Puls erzeugt wird. Somit hat der zweite Eingang des Und-Gatters 206 High-pegel, so daß der sid-Puls an den Reset-Eingang des Schieberegisters 211 gelangt. Das Schieberegister 211 bestimmt diejenige Verzögerungszeit, um die nach Auftreten eines sid-Pulses die Kommutierung des Motors verzögert wird. Dazu ist dem Clock-Puls-Eingang 212 des Schieberegisters 211 über das Und-Gatter 208 des Signal Td zugeführt. Dies geschieht so lange, bis an der letzten Speicherstelle des Schieberegisters 211 ein High-Pegel erscheint. Dieser High-Pegel sperrt das Und-Gatter 208, so daß nicht mehr weitergezählt wird. Gleichzeitig erscheint ein Puls tld an dem Oder-Gatter 221. Dies wiederum hat zur Folge, daß das Schieberegister 224 zurückgesetzt wird, so daß am invertierten Ausgang 225 das Ausgangssignal von High- auf Low-Pegel geht, was über den invertierenden Eingang 240 des Oder-Gatters 241 wiederum zu einem sh-Puls am Ausgang 242 des Gatters 241 führt. Dieses High-Signal am Ausgang des Gatters 242 bleibt so lange erhalten, bis das Gatter 224 acht Speicherstellen durchgezählt hat, da dann dessen invertierter Ausgang wieder auf High-Pegel geht und somit sh wieder auf Low-Pegel. Gleichzeitig wird ein Impuls stf erzeugt, welcher über das Und-Gatter 230 mit dem Signal si verkoppelt und auf das Oder-Gatter 221 zurückgeführt ist. Dies hat zur Folge, daß bei Auftreten des Impulses stf und einem gleichzeitig auf High-Pegel befindlichen si-Signal ein weiterer Impuls an das Schieberegister 224 gelangt, so daß ein weiterer sh-Puls ausgelöst wird. Dies ist immer dann der Fall, wenn der Kommutierungszustand falsch ist, d. h. wenn nach Kommutierung das Signal si nicht übereinstimmende Vorzeichen der induzierten Spannung und der Referenz-Spannung angibt. Die durch das Schieberegister 224 erzeugte Breite des Impulses sh ist ebenfalls von den Tachopulsen abhängig. Dazu ist dem Schieberegister 224 das Signal Td zugeführt, das über das Und-Gatter 227 mit dem Ausgang des Schieberegisters 224 verkoppelt ist, so daß das Schieberegister 224 nur so lange weiterzählt, bis an seiner letzten Speicherzelle und deren invertierendem Ausgang wieder High-Pegel anliegt.The signal si triggers a pulse sid on the positive edge at the connection point 202 by means of the components 201, 204 and 203 . This pulse sid arrives at the AND gate 206 . The signal present at connection point 225 is always high when no Sh pulse is generated. The second input of the AND gate 206 thus has a high level, so that the sid pulse arrives at the reset input of the shift register 211 . The shift register 211 determines the delay time by which the commutation of the motor is delayed after a sid pulse occurs. For this purpose, the clock pulse input 212 of the shift register 211 is supplied via the AND gate 208 of the signal Td . This continues until a high level appears at the last memory location of the shift register 211 . This high level blocks the AND gate 208 so that counting is no longer continued. At the same time, a pulse tld appears on the OR gate 221 . This in turn has the consequence that the shift register 224 is reset, so that the output signal goes from high to low level at the inverted output 225 , which in turn results in an sh pulse at the output 242 via the inverting input 240 of the OR gate 241 of gate 241 leads. This high signal at the output of the gate 242 is retained until the gate 224 has counted eight memory locations, since then its inverted output goes back to high level and thus sh again to low level. At the same time, a pulse stf is generated, which is coupled to the signal si via the AND gate 230 and is fed back to the OR gate 221 . The result of this is that when the pulse stf occurs and a si signal which is simultaneously at a high level, another pulse arrives at the shift register 224 , so that a further sh pulse is triggered. This is always the case if the commutation state is incorrect, ie if the signal si after commutation indicates inconsistent signs of the induced voltage and the reference voltage. The width of the pulse sh generated by the shift register 224 also depends on the tachometer pulses. For this purpose, the shift register 224 is supplied with the signal Td , which is coupled via the AND gate 227 to the output of the shift register 224 , so that the shift register 224 only continues to count until its last memory cell and its inverting output are again at a high level .
Die Schaltungsanordnung löst also nach jedem Wechsel des si-Signals von Low- auf High-Pegel einen sid-Puls aus. Dieser sid-Puls wiederum erzeugt nach der durch das Schieberegister 211 vorgegebenen Verzögerungszeit, die wiederum von der Zahl der Tachopulse abhängig ist, einen Puls tld. Dieser Puls tld löst einen sh-Puls aus. Dieser sh-Puls hat eine Länge, die wiederum durch die Zahl der durch das Schieberegister 224 gezählten Tachopulse abhängt. Am Ende des Signals sh wird ein Puls stf erzeugt. Dieser Puls stf erzeugt dann einen weiteren Impuls sh, wenn das Signal si nach Beendigung des Pulses sh High-Pegel hat, d. h. also, wenn ein falscher Kommutierungszustand vorliegt. Ansonsten wird beim nächsten Low-High-Wechsel des si-Signals der gleiche Vorgang wieder ausgelöst.The circuit arrangement therefore triggers a sid pulse after each change of the si signal from low to high level. This sid pulse in turn generates a pulse tld after the delay time specified by the shift register 211 , which in turn depends on the number of tacho pulses . This pulse tld triggers an sh pulse. This sh pulse has a length, which in turn depends on the number of tacho pulses counted by the shift register 224 . At the end of the signal sh , a pulse stf is generated. This pulse stf then generates a further pulse sh if the signal si has a high level after the pulse sh has ended, that is to say if there is an incorrect commutation state. Otherwise, the same process is triggered again the next time the low signal changes from low to high.
Das am Ausgang 242 des Oder-Gatters 241 anliegende Signal sh ist ferner dem Schieberegister 251 zugeführt. Dieses Schieberegister ist mit seinem Clock-Pulse-Eingang mit einem Generator verbunden. Die Frequenz dieses Generators und die Zahl der Speicherstellen des Schieberegisters 251 sowie die Zahl der mittels des Und-Gatters 252 verknüpften Speicherzellen des Schieberegisters 251 ist so gewählt, daß am Ausgang 253 des Und-Gatters 252 dann ein Impuls ausgelöst wird, wenn während einer vorgegebenen Zeitspanne kein sh-Puls des Schieberegisters über einen Reset-Eingang zurückgesetzt hat. Diese Schaltung dient also dazu, bei Ausbleiben eines sh-Pulses für eine vorgegebene Zeitspanne eine Zwangskommutierung auszulösen. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn der Motor steht, d. h. also keine induzierte Spannung gemessen wird und somit auch das Vergleichssignal si dauern Low-Pegel hat. Diese Schaltung tritt jedoch unter den beschriebenen Umständen immer in Kraft, d. h. beispielsweise auch dann, wenn der Läufer des Motors zwangsweise festgehalten wird.The signal sh present at the output 242 of the OR gate 241 is also fed to the shift register 251 . The clock pulse input of this shift register is connected to a generator. The frequency of this generator, and the number of storage locations of the shift register 251 and the number of linked by means of the AND gate 252 memory cells of the shift register 251 is selected so that the AND gate 252 then a pulse is triggered at the output 253 when given during a No sh pulse of the shift register has been reset via a reset input. This circuit therefore serves to trigger a forced commutation for a predetermined period of time if there is no sh pulse. This is particularly necessary when the engine is stopped, ie no induced voltage is measured and the comparison signal si also has a low level. However, this circuit always comes into effect under the circumstances described, that is to say, for example, even if the rotor of the motor is forcibly held.
In Fig. 3 ist ein Impulsgenerator der in Fig. 2 dargestellten Verzögerungsschaltung 4 dargestellt. Fig. 3 zeigt eine Zeitspanne, in der eine Kommutierung erfolgt. FIG. 3 shows a pulse generator of the delay circuit 4 shown in FIG. 2. Fig. 3 shows a period of time, takes place in the commutation.
In der Figur sind oben die Meßspannung ui und die Referenzspannung Ur dargestellt. Die Meßspannung ui setzt sich aus denjenigen Intervallen der Wicklungsspannungen zusammen, in denen die Wicklungen nicht an die Stromquelle geschaltet sind und in denen in den Wicklungen Ausgleichsvorgänge bzw. Ausschwingvorgänge auftreten und Spannungen durch das permanentmagnetische Feld in die Wicklungen induziert werden. Die Referenzspannung Ur ist eine kleine, von Null verschiedene Spannung, welche ihr Vorzeichen je nach Kommutierungszustand wechselt und immer das gleiche Vorzeichen hat, wie es die induzierte Spannung haben soll. Unter diesen beiden Spannungen ist das Signal Td dargestellt, das aus den Tachopulsen des auf dem Motor befindlichen Tachogenerators besteht. In diesem Ausführungsbeispiel liefert der Tachogenerator pro Kommutierungszustand 30 Tachopulse. Das Signal iui, das am Ausgang 81 der in Fig. 1 dargestellten Positionsmeßschaltung auftritt, stellt ein Vergleichssignal der Spannungen ui und Ur dar. Ist die induzierte Spannung größer als die Referenzspannung, hat das Signal iui High-Pegel, im umgekehrten Falle Low-Pegel. Das ferner in Fig. 3 dargestellte Signal sui gibt das Soll-Vorzeichen an. Dieses Soll-Vorzeichen ist abhängig von dem jeweiligen Kommutierungszustand und hat dann Low-Pegel, wenn die Referenz-Spannung positiv ist, und High-Pegel, wenn die Referenz-Spannung negativ ist. Das Signal si, das am Ausgang 85 des Exclusiv-Oder-Gatters 83 der in Fig. 1 dargestellten Positionsmeßschaltung 3 anliegt, vergleicht wiederum die Signale iui und sui. Das Signal si hat Low-Pegel, wenn die induzierte Spannung ui das richtige Vorzeichen aufweist, und High-Pegel, wenn sie das falsche Vorzeichen aufweist. Sobald die induzierte Spannung ui die Referenzspannung Ur überschreitet, wechselt si von Low- auf High-Pegel. Es wird dann in der Verzögerungsschaltung 4 ein sid-Puls erzeugt. Dieser sid-Puls wird um eine Zeit t 1 verzögert. Nach dieser Zeit t 1 wird ein Puls tld ebenfalls in der Verzögerungsschaltung 4 erzeugt. In Fig. 3 ist ersichtlich, daß die Verzögerung t 1 des Pulses tld nach dem Impuls sid einer Zeitspannung von 16 Tachopulsen des Signales Td entspricht. Erst mit Erzeugung des Pulses tld wird ein sh-Puls generiert. Dieser sh-Puls schaltet mit seiner positiven Flanke in der Signalformerschaltung 1 und der Leistungsschaltung 2 den Motor um einen Kommutierungszustand weiter. Mit der vorderen Flanke des sh-Signals beginnt eine Verzögerungszeit t 2 zu laufen, nach welcher das Signal sh von High- auf Low-Pegel wechselt und gleichzeitig ein Puls stf erzeugt wird. Die Signalzeit t 2 ist wiederum abhängig von der Zahl der Tachopulse; in dem in der Figur dargestellten Beispiel entspricht t 2 acht Tachopulsen. Während der Zeit t 2, d. h. also während des sh-Pulses, ist das Signal sid gesperrt. Dies bedeutet, daß die in dieser Zeit auftretenden Ausgleichsvorgänge und die infolgedessen auftretenden sid-Pulse keine neue Verzögerungszeit t 1 und somit auch keinen neuen sh-Puls auslösen, da während dieser Zeit die Schaltung gesperrt ist. Erst nach dem sh-Puls und nach Ablauf der Zeit t 2 werden die sid-Pulse wieder gegebenenfalls zu einer weiteren Kommutierung herangezogen. Dies bedeutet, daß der Vergleich der induzierten Spannung und der Referenzspannung, der durch das Signal si angegeben wird, erst nach der Zeit t 2 wieder zum Auslösen eines weiteren Kommutierungsschrittes herangezogen wird.The measurement voltage ui and the reference voltage Ur are shown at the top of the figure. The measuring voltage ui is composed of those intervals of the winding voltages in which the windings are not connected to the current source and in which compensation processes or decay processes occur in the windings and voltages are induced in the windings by the permanent magnetic field. The reference voltage Ur is a small, non-zero voltage, which changes its sign depending on the commutation state and always has the same sign as the induced voltage should have. Under these two voltages, the signal Td is shown, which consists of the tachometer pulses of the tachometer generator located on the motor. In this exemplary embodiment, the tachometer generator delivers 30 tacho pulses per commutation state. The signal iui , which occurs at the output 81 of the position measuring circuit shown in FIG. 1, represents a comparison signal of the voltages ui and Ur . If the induced voltage is greater than the reference voltage, the signal iui has a high level, in the opposite case a low level . The signal sui further shown in FIG. 3 indicates the target sign. This nominal sign is dependent on the respective commutation state and has a low level if the reference voltage is positive and a high level if the reference voltage is negative. The signal si , which is present at the output 85 of the exclusive-OR gate 83 of the position measuring circuit 3 shown in FIG. 1, in turn compares the signals iui and sui . The signal si has a low level if the induced voltage ui has the correct sign and high level if it has the wrong sign. As soon as the induced voltage ui exceeds the reference voltage Ur , si changes from low to high level. A sid pulse is then generated in the delay circuit 4 . This sid pulse is delayed by a time t 1 . After this time t 1 , a pulse tld is also generated in the delay circuit 4 . In Fig. 3 it can be seen that the delay t 1 of the pulse tld after the pulse sid corresponds to a time voltage of 16 tacho pulses of the signal Td . An sh pulse is not generated until the pulse tld is generated. This sh pulse with its positive edge in the signal shaping circuit 1 and the power circuit 2 switches the motor on by a commutation state. A delay time t 2 begins to run with the leading edge of the sh signal, after which the signal sh changes from high to low level and a pulse stf is generated at the same time. The signal time t 2 is in turn dependent on the number of tacho pulses; in the example shown in the figure, t 2 corresponds to eight tachometer pulses. The signal sid is blocked during the time t 2 , ie during the sh pulse. This means that the compensation processes occurring during this time and the sid pulses that occur as a result do not trigger a new delay time t 1 and thus also no new sh pulse, since the circuit is blocked during this time. Only after the sh pulse and after the time t 2 have the sid pulses been used again for further commutation, if necessary. This means that the comparison of the induced voltage and the reference voltage, which is indicated by the signal si , is only used again after the time t 2 to trigger a further commutation step.
Der mit der High-Low-Flanke des sh-Signals erzeugte stf-Puls löst dann eine weitere Kommutierung aus, wenn während seines Auftretens das Signal si High-Pegel hat.The stf pulse generated with the high-low edge of the sh signal triggers further commutation if the signal si has a high level during its occurrence.
Claims (5)
daß die zur Ermittlung der Fortschaltzeitpunkte herangezogene induzierte Spannung laufend mit einer Referenzspannung verglichen wird,
daß die Zahl der Tachopulse gezählt wird, sobald die induzierte Spannung die Referenzspannung erreicht, und daß bei Erreichen einer vorgegebenen Anzahl von Tachopulsen die Kommutierung einen Schritt weiter geschaltet wird. 1. Method for commutating a commutatorless DC motor with a permanent magnetic rotor or stator of any number of pole pairs and an associated stator or rotor with at least two windings which form a multi-pole system which can be switched to the minus and / or plus pole of a voltage source and in which induces the permanent magnetic field in the other times, whereby the induced voltage of the winding that is not connected to the voltage source is always used to determine the switching times of the commutation, characterized in that the motor is provided with a tachometer generator, which per revolution the rotor emits a number of tachometer pulses that is a multiple of the number of different commutation states,
that the induced voltage used to determine the switching times is continuously compared with a reference voltage,
that the number of tacho pulses is counted as soon as the induced voltage reaches the reference voltage, and that when a predetermined number of tacho pulses are reached, the commutation is switched one step further.
Priority Applications (1)
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| DE3710509A DE3710509C1 (en) | 1987-03-30 | 1987-03-30 | Method for commutating a DC motor |
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| Publication Number | Publication Date |
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| DE3710509C1 true DE3710509C1 (en) | 1988-11-03 |
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| DE3710509A Expired DE3710509C1 (en) | 1987-03-30 | 1987-03-30 | Method for commutating a DC motor |
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| DE (1) | DE3710509C1 (en) |
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