DE4210442C2

DE4210442C2 - Drehzahlregelung eines Motors mit einer Statorwicklung, insbesondere eines bürstenlosen Gleichstrommotors

Info

Publication number: DE4210442C2
Application number: DE4210442A
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Okada
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1991-04-01
Filing date: 1992-03-30
Publication date: 1994-12-22
Anticipated expiration: 2012-03-31
Also published as: US5563480A; JPH04304188A; DE4210442A1

Description

Die Erfindung betrifft die Drehzahlregelung eines Motors mit einer Statorwicklung, insbesondere eines bürstenlosen Gleichstrommotors.

Bürstenlose Gleichstrommotoren werden bei verschiedenen Arten von Verbraucher- und Industrieausrüstungen eingesetzt. Aufgrund ihrer hohen Zuverlässigkeit, die auch darauf beruht, daß bei diesen Motoren keine Kommutierungsbürsten und Gleichrichter vorhanden sind. Bürstenlose Gleichstrommotoren werden z. B. in kleinen Kühlgebläsen angetroffen, die niedrige Geräuschpegel, lange Lebensdauer und hohe Zuverlässigkeit auch bei Betrieb mit hohen Drehzahlen aufweisen.

Bei bestimmten Anwendungen von bürstenlosen Gleichstrommotoren ist die Drehzahlsteuerung kein kritisches Erfordernis. Es hat sich jedoch bei dem wachsenden Einsatz bürstenloser Gleichstrommotoren in mehr und mehr Ausrüstungsteilen ein Bedarf nach Drehzahlsteuersysteme entwickelt.

Drehzahlregelsysteme sind insbesondere aus der DE 15 88 543 C3 und der DE 37 15 939 C2 sowie aus der CH 656 992 A5 bekannt.

Die CH 656 992 offenbart ein Drehzahlregelsystem zum Regeln eines kollektorlosen Gleichstrommotors. Dabei ist ein Tachogenerator als ein System zum Erfassen eines Drehzahl-Ist-Wertes vorgesehen. Die vom Tachogenerator erzeugten Impulse entladen einen Kondensator, der über ein als Widerstandselement ausgebildetes Ladeglied wieder aufgeladen wird. Die Spannung am Kondensator wird einem Schwellwertglied zugeführt. Das Schwellwertglied spricht an, wenn die Spannung am ersten Kondensator einen bestimmten Schwellwert überschreitet, und bewirkt, daß während solcher Überschreitungen einem zweiten Kondensator, der als Integrierkondensator dient, entsprechende Ladestromimpulse zugeführt werden. Parallel zum zweiten Kondensator liegt ein zweiter als Entladeglied dienender hochohmiger Widerstand. Die Spannung am zweiten Kondensator fällt somit mit steigender Motordrehzahl. Diese Spannung wird also Führungsgröße einer Stromsteuerschaltung zugeführt. Der als Ladeglied des ersten Kondensators dienende Widerstand soll dabei einstellbar sein, um so den Drehzahl-Sollwert einstellen zu können. Hierbei ändert sich die Drehzahl des Motors reziprok zum Widerstandswert des Widerstandselements. Die CH-656 992 offenbart hierbei auch, daß dieser zur Drehzahlregelung verwendete Widerstand als temperaturabhängiger NTC-Widerstand ausgebildet werden kann.

Bei der in der DE 37 15 939 C2 offenbarten Schaltungsanordnung zum Regeln der Drehzahl eines bürstenlosen Gleichstrommotors mit einer Drehzahl von Motorwicklungen sind die Motorwicklungen mit ihrem einen Ende an dem einen Pol einer Gleichspannungsquelle angeschlossen und an ihren anderen Enden mit Treibertransistoren verbunden, so daß eine Reihenschaltung aus Stromsteuereinrichtung, Spannungsquelle und Motorwicklung vorliegt. Dabei ist ein Geschwindigkeitsdetektor vorhanden, der einen mit einem Drehzahlsollwert zur Bildung eines Fehlersignals zu vergleichenden Drehzahl-Ist-Wert ausgibt. Der Geschwindigkeitsdetektor besteht aus in den Wicklungen induzierte Spannungen auskoppelnden Differenzverstärkern, die an den Ausgängen verbunden sind und an diesen den Drehzahl-Ist-Wert ausgeben. Eine laststromabhängige Korrekturschaltung weist erste Widerstände auf, die mit ihrem einen Ende jeweils an den Verbindungspunkt zwischen der Motorwicklung und dem Treibertransistor geschaltet sind und deren anderes Ende zu einem Sternpunkt verbunden ist, sowie einen weiteren Differenzverstärker, dessen Ausgang mit einem Stromschaltkreis verbunden ist. Einem Eingang des Differenzverstärkers wird über einen zweiten Widerstand das Fehlersignal zugeführt, wobei der eine Eingang über einen weiteren Widerstand an dem einen Pol der Spannungsquelle und der andere Eingang mit dem Sternpunkt verbunden ist. Den anderen Eingang des Operationsverstärkers wird über einen dritten Widerstand der Drehzahlsollwert zugeführt. Die verschiedenen Widerstände weisen bestimmte Werte auf. Damit ist es aus der DE 37 15 939 C2 bekannt, daß ein mit den Statorwicklungen gekoppeltes System Fühlerschaltungen zum Erfassen einer Änderung der über die Statorwicklung induzierten Spannung sowie eine Stromsteuerschaltung zum Einstellen des Stromes in den Statorwicklungen in Reaktion auf die Spannungsänderung zum Regeln der Drehzahl des Motors aufweist.

Aus der DE 15 88 543 C3 ist eine Anordnung zur Drehzahlregelung eines konstant erregten Gleichstromnebenschlußmotors bekannt, dessen Ankerwicklung in einem Zweig einer Wheatstone-Brücke liegt, die über einen Leistungstransistor an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen ist und an deren Ausgangsdiagonale in Reihenschaltung eine Sollwertgleichspannungsquelle und die Emitter-Basis-Strecke eines Regeltransistors angeschlossen ist. Dabei ist der Kollektor mit der Basis des Leistungstransistors verbunden und der den Ankerstrom führende Widerstandsbrückenzweig weist eine im wesentlichen induktivitätsfreie Widerstandsanordnung mit einem Widerstandstemperaturkoeffizienten auf, der jenem der Ankerwicklung ähnlich ist. Damit offenbart die DE 15 88 5433 C3, die induzierte Spannung in einer stromdurchflossenen Wicklung zu bestimmen.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht demnach in der Schaffung einer verbesserten Drehzahl-Regelanordnung für bürstenlose Gleichstrommotoren, die insbesondere unkompliziert und relativ kostengünstig ist, gute Drehzahlsteuerung ohne Verwendung eines Frequenzgenerators ergibt, die Drehzahl eines bürstenlosen Gleichstrommotors im wesentlichen auch dann konstant hält, wenn der Motor Lastveränderungen ausgesetzt ist, und womit die Drehgeschwindigkeit des bürstenlosen Gleichstrommotors in Abhängigkeit von der Umgebungslufttemperatur geändert werden kann, wobei, falls der bürstenlose Gleichstrommotor beispielsweise als Gebläsemotor eingesetzt wird, sich die Drehgeschwindigkeit des Motors mit steigender Umgebungsluft-Temperatur erhöht, sich jedoch erniedrigt, wenn eine Verringerung der Lufttemperatur erfaßt wird.

Diese Ziele werden durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche 1 und 2 erreicht.

Vorteilhafte Ausführungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Demgemäß wird durch die Erfindung ein Drehzahl-Regelsystem geschaffen zum Regeln der Drehzahl eines Rotors eines bürstenlosen Gleichstrommotors. Dabei wird durch das erfindungsgemäße System die Drehzahl des Rotors dann auch im wesentlichen konstant gehalten, wenn sich eine Veränderung der an den Motor angelegten Last ergibt, wobei die Drehzahl des Motors erhöht wird, um zusätzlichen Kühlluftstrom zu schaffen, wenn ein Anstieg der Umgebungstemperatur auftritt und die Drehzahl des Motors wird entsprechend erniedrigt, wenn die Umgebungstemperatur abnimmt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert; in der Zeichnung zeigt:

Fig. 1 ein schematisches Schaltbild einer ersten Ausführung eines Drehzahl-Regelsystems nach der vorliegenden Erfindung zum Betrieb von bürstenlosen Gleichstrommotoren,

Fig. 2 ein schematisches Schaltbild einer zweiten Ausführung eines Drehzahl-Regelsystems nach der vorliegenden Erfindung, und

Fig. 3 ein schematisches Schaltbild einer dritten Ausführung eines erfindungsgemäßen Drehzahl Regelsystems.

In der nachfolgenden Beschreibung sind gleichartige Teile in dem gesamten Beschreibungsteil und der Zeichnung mit glei chen Bezugszeichen benannt.

In Fig. 1 ist eine erste Ausführung des erfindungsgemäßen Drehzahl-Regelsystems 10 dargestellt. Das Drehzahl-Regelsy stem 10 umfaßt einen Spannungsregler 12 und einen Ansteuer kreis 14 für die Drehzahl eines bürstenlosen Gleichstrommo tors 16. Der bürstenlose Gleichstrommotor 16 besitzt allge mein einen Rotormagneten 18 mit 2 n Magnetpolen, wobei n eine ganze Zahl ist, und erste bzw. zweite Statorwicklungen 20 bzw. 22.

Die Ansteuerschaltung 14 umfaßt ein Hall-Bauelement 24, das in enge Nachbarschaft zum Rotor 14 gesetzt ist, um den von den Magnetpolen des Rotors 18 emittierten Magnetfluß zu er fassen. Das Hall-Bauelement 24 erzeugt ein elektrisches Signal, das sich entsprechend der Polarität und der Größe des durch die Magnetpole des Rotors 18 ausgesendeten Magnet flusses ändert. Damit unterscheidet sich das Ausgangssignal des Hall-Bauelements 24 dann, wenn es Magnetfluß von einem Rotorpol nördlicher Polarität erfaßt, von dem dann aussen deten Ausgangssignal, wenn es Magnetfluß von einem Rotorpol südlicher Polarität erfaßt.

Das Ausgangssignal des Hall-Bauelements 24 wird durch den Verstärker 26 verstärkt und dann auf den Stromverteilungs kreis 28 übertragen, der das Anlegen eines Stromes von einer Energiequelle 30 an die erste Statorwicklung 20 oder die zweite Statorwicklung 22 steuert durch Aktivieren entweder eines ersten Ansteuertransistors 31 oder eines zweiten An steuertransistors 32. Wenn das Hall-Bauelement 24 Magnetfluß einer bestimmten Polarität erfaßt, wird sein Ausgangssignal den Stromverteilungskreis 28 veranlassen, den ersten Ansteu ertransistor 31 in seinen Leitzustand vorzuspannen, so daß sich eine Stromaussendung von der Energiequelle 30 zur Sta torwicklung 22 über diesen ersten Ansteuertransistor 31 ergibt. Ebenso wird, wenn das Hall-Bauelement 24 Magnetfluß entgegengesetzter Polarität erfaßt, der Stromverteilerkreis 28 den zweiten Ansteuertransistor 32 veranlassen, sich in seinen Leitzustand zu schalten, so daß sich ein Stromfluß von der Energiequelle 30 zur Statorwicklung 20 über den zwei ten Ansteuertransistor 32 ergibt. Der Ansteuerkreis 14 ent hält auch eine übliche Blockierschutzschaltung 34, die in Reihe mit einem üblichen Blockiererfassungskreis 36 liegt.

Der Spannungsregler 12 umfaßt einen Fehlerverstärker 38, einen ersten und einen zweiten Ausgangstransistor 40 und 42, eine erste Eingangsklemme 44, eine zweite Eingangsklemme 46, eine Erdklemme 48 und eine Referenzspannungsquelle 50. Der Ausgang der ersten wie der der zweiten Statorwicklung 20 und 22 ist mit der zweiten Eingangsklemme 46 verbunden, und die Energiequelle 30 ist an der ersten Eingangsklemme 44 über einen ersten Widerstand 52 mit einem Widerstandswert R_t ange schlossen. Ein zweiter Widerstand 54 mit einem Widerstands wert R_s ist zwischen der ersten Eingangsklemme 44 und der zweiten Eingangsklemme 46 angeschlossen.

Eine positive Eingangsklemme des Fehlerverstärkers 38 ist an der ersten Eingangsklemme 44 über eine Referenzspannungsquel le 50 angeschlossen, und eine negative Eingangsklemme ist mit der zweiten Eingangsklemme 46 verbunden. Der Ausgang des Fehlerverstärkers 38 ist an den Basisanschlüssen des ersten und des zweiten Ausgangstransistors 40 und 42 angeschlossen, während die Emitter der beiden Ausgangstransistoren 40 und 42 über die Klemme 48 an Masse liegen. Weiter ist der Kollek tor des ersten Ausgangstransistors mit der ersten Eingangs klemme 44 und der Kollektor des zweiten Ausgangstransistors 42 mit der zweiten Eingangsklemme 46 verbunden. Der erste und der zweite Ausgangstransistor 40 und 42 sind parallel so angeordnet, wie es allgemein als Stromspiegelschaltung be kannt ist. Durch diese Ausgestaltung ist der durch den ersten Ausgangstransistor 40 fließende Kollektorstrom I_k gleich einem festliegenden Anteil von z. B. 1/k des Motoran steuerstroms I_m, der von den Statorwicklungen 20 und 22 in die zweite Eingangsklemme 46 fließt. Weiter ergibt sich durch diese Spiegelstromgestaltung, daß der Spannungswert über der ersten Eingangsklemme 44 und der zweiten Eingangsklemme 46 gleich der Spannung V_ref der Referenzspannungsquelle 50 ist.

Beim Betrieb des Drehzahl-Regelsystems 10 erfaßt das Hall- Bauelement 24 des Ansteuerkreises 14 den Magnetfluß vom Ro tormagneten 18 und erzeugt ein entsprechendes Signal, das durch den Verstärker 26 verstärkt wird. Das verstärkte Signal wird von dem Stromverteilerkreis 28 aufgenommen und je nach dem bestimmten aufgenommenen Signale läßt der Strom verteilerkreis 28 Strom entweder durch die erste Statorwick lung 20 oder die zweite Statorwicklung 22 fließen durch Vor spannen entweder des ersten oder des zweiten Ansteuertransi stor 31 bzw. 32 in den jeweiligen Leitzustand.

Falls der Motor 16 einer Lastveränderung unterworfen wird, ändert sich die Drehzahl des Rotors 18 in gleicher Weise. Diese Fluktuation der Drehzahl manifestiert sich als eine Än derung der elektromotorischen Kraft, die über die stromdurch flossene Statorwicklung induziert wird, was eine Änderung der Spannung an der zweiten Eingangsklemme 46 erzeugt. Die Spannungsänderung an der zweiten Eingangsklemme 46 wird durch den Fehlerverstärker 38 erfaßt, der ein Operationsverstärker ist mit einem negativen und einem positiven Eingang, und der mit einer Gegenkoppelschleife versehen ist, welche den ersten und den zweiten Ausgangstransistor 40 und 42 enthält. Da der Operationsverstärker trachtet, die Signale an seiner positiven und seiner negativen Eingangsklemme zu stabilisie ren und anzugleichen, erzeugt die Änderung der Spannungsdif ferenz zwischen der Energiequelle 30 und der negativen Ein gangsklemme des Operationsverstärkers (Fig. 1) eine zeitwei lige Ungleichheit zwischen den Signalen an den positiven und negativen Eingangsklemmen des Operationsverstärkers 38 und ergibt eine Änderung des Spannungs-Ausgangssignals des Ope rationsverstärkers 38. Die Ansteuer-Vorspannung des ersten und des zweiten Ausgangstransistors 40 und 42 wird dadurch geändert, wodurch wiederum der Ausgangsstrom I_m an die Sta torwicklung geändert wird, um die Ungleichheit zu korrigie ren. Diese Änderung des Ausgangsstroms I_m stellt in gleicher Weise die elektromotorische Kraft über der betreffenden Sta torwicklung wieder auf ihren Ausgangswert, mit der Folge, daß die Drehzahl des Motors im wesentlichen wieder auf die Drehzahl zurückgeführt wird, die vor der Laständerung ge herrscht hat.

Wenn z. B. eine Erhöhung des Lastdrehmoments am Rotor 18 eine Abnahme der Drehzahl des Rotors ergibt, wird die induzierte Spannung über der Statorwicklung vermindert, wodurch sich eine Spannungserhöhung an der zweiten Eingangsklemme 46 ergibt. Da die zweite Eingangsklemme 46 mit der invertierten Klemme des Operationsverstärkers 38 verbunden ist, ergibt sich ein Anstieg der Ausgangsspannung des Operationsverstär kers 38. Durch die erhöhte Ausgangsspannung des Operations verstärkers 38 nimmt die Basisspannung der Ausgangstransisto ren 40 und 42 zu, wodurch wiederum der Ausgangsstrom I_m und damit die Drehzahl des Rotors 18 erhöht wird. So wird, da das Drehzahl-Regelsystem 10 einen hohen Verstärkungsfaktor besitzt, die Drehzahl des Motors im wesentlichen konstant ge halten, auch dann, wenn der Motor einer Lastveränderung un terworfen wird, und unabhängig vom Ausgangsstrom I_m. Diese Eigenschaften des Drehzahl-Regelsystems 10 werden weiter in der nachfolgenden Diskussion analysiert.

Wenn Strom durch eine der beiden Statorwicklungen 20 oder 22 fließt, wird die Spannungsdifferenz V_o zwischen der positi ven Klemme der Energiequelle 30 und der zweiten Eingangsklem me des Spannungsreglers 12 durch die folgende Gleichung aus gedrückt:

V_o = E_emk + I_mR_m + V_sat (1)

wobei E_emk die in der stromdurchflossenen Statorwicklung er zeugte elektromotorische Kraft oder induzierte Spannung ist, R_m der Widerstandswert dieser Statorwicklung, I_m der durch die Statorwicklung zu der zweiten Eingangsklemme 46 fließen de Strom und V_sat die Sättigungsspannung des gerade leiten den Ansteuertransistors 31 oder 32 ist. Da die Sättigungs spannung V_sat vernachlässigbar ist, kann sie in Gleichung (1) ignoriert werden und diese Gleichung kann dann gelesen werden als:

V_o = E_emk + (I_mR_m) (2)

Aus der nachfolgenden Diskussion des Drehzahl-Regelsystems 10 und der beigefügten Gleichungen wird es offenbar, daß durch entsprechende Auswahl des Widerstandswertes des ersten Transistors 52 die Drehzahl des Rotors 18 auch dann im we sentlichen konstant bleibt, wenn sich eine Änderung der Mo torbelastung ergibt. Weiter wird, wenn der zweite Widerstand 54 ein Thermistor ist, die Drehzahl des Rotors eine Funktion der Umgebungstemperatur, der der zweite Widerstand 54 ausge setzt ist. Wenn so der Motor 16 bei hoher Temperatur arbei tet, nimmt die Drehzahl und damit seine Kühlwirkung zu. Im Gegensatz dazu wird, wenn die Umgebungstemperatur abnimmt, sich eine proportionale Herabsetzung der Drehzahl des Rotors 18 ergeben.

Wenn sich nun die Drehzahl des Rotors 18 als Ergebnis der Laständerungen ändert, wird die induzierte Spannung E_emk der Statorwicklung sich in gleicher Weise ändern wie auch die Spannungsdifferenz V_o entsprechend Gleichung (2). Da der Feh lerverstärker mit Gegenkopplungsschleife betrieben wird, die aus basisgekoppelten ersten und zweiten Ausgangstransistoren 40 und 42 besteht, welche zwischen dem Ausgang und dem nega tiven Eingang des Fehlerverstärkers 38 angeschlossen sind, wird diese Änderung der induzierten Spannung E_emk durch den Fehlerverstärker 38 mit der Spannung V_ref der Referenzspannungsquelle 50 verglichen. Das sich ergebende Ausgangssignal des Fehlerverstärkers 38 durch den ersten und den zweiten Ausgangstransistor 40 und 42 stellt den Ausgangsstrom I_m der Statorwicklung nach, um die Drehzahl des Motors 18 auch dann konstant zu halten, wenn eine Änderung der an den Motor 16 angelegten Last eingetreten ist. Diese Eigenschaft des Dreh zahl-Regelsystems 10 kann weiter mathematisch erklärt werden.

Der in den Kollektor des ersten Ausgangstransistors 40 flie ßende Strom sei mit I_k bezeichnet und der durch den zweiten Widerstand 54 fließende Strom mit I_s. Wegen der Stromspiegel gestaltung des Spannungsreglers 12 ist der Strom I_k gleich einem Anteil 1/K des Stroms I_m, des Ausgangsstroms von der Statorwicklung, der in die zweite Ausgangsklemme 46 fließt. Damit wird

I_k = I_m/K (3)

Da ein Operationsverstärker wie der Fehlerverstärker 38 die Signale an seinen Eingangsklemmen zu stabilisieren und gleichzuhalten trachtet, wird:

V_ref = I_sR_s oder I_s = V_ref/R_s (4)

Die Spannungsdifferenz V_in zwischen der positiven Klemme der Energiequelle 30 und der positiven Eingangsklemme des Fehler verstärkers 38 ist gleich der Spannung über dem ersten Wider stand 52 (R_t) plus der Spannung V_ref der Referenzspannungsquelle 52. In Gleichungsform kann die Spannung V_in ausge drückt werden wie folgt:

V_in = V_ref + (I_k + I_s)R_t (5)

Setzt man die Gleichungen (3) und (4) in Gleichung (5) ein, ergibt sich folgendes:

V_in = V_ref (1 + R_t/R_s) + I_mR_t/K (6)

Die Spannungsdifferenz V_o zwischen der positiven Klemme der Energiequelle und dem negativen Eingang des Fehlerverstär kers 30 wurde vorher in Gleichung (2) dargestellt. Da die Ge genkopplungsschleife des Fehlerverstärkers 38 die Spannung V_o am negativen Eingang des Fehlerverstärkers 38 so stellt, daß sie gleich der Spannung V_in am positiven Eingang des Fehlerverstärkers ist, folgt

V_o = V_in (7)

Falls Gleichungen (2) und (6) in Gleichung (7) eingesetzt wird, ergibt sich folgendes:

E_emk + I_mR_m = V_ref (1 + R_t/R_s) + I_mR_t/K (8)

Bei Auflösung der Gleichung (8) nach der induzierten Spannung E_emk ergibt sich:

E_emk = V_ref (1 + R_t/R_s) - (R_m - R_t/K)(I_m) (9)

Wird der Widerstandswert R_t des ersten Widerstandes 52 so ausgewählt, daß er gleich der Proportionalkonstante K mal dem Widerstand R_m der Statorwicklung ist, d. h.

R_t = KR_m (10)

vereinfacht sich die Gleichung (9) zu:

E_emk = V_ref (1 + R_t/R_s) (11)

Die über der Statorwicklung induzierte Spannung E_emk wird so konstant, da sie durch die Referenzspannung V_ref und die Wi derstandswerte R_t und R_s bestimmt wird, die alle festgeleg te, also konstante Werte besitzen.

In gleicher Weise wird auch die Drehzahl N des Motors 16 kon stant sein. Wie aus den Grundgesetzen der Physik bekannt, ist die Spannung E_emk, die über der Statorwicklung induziert wird, gleich einer Leistungserzeugungs-Konstanten K_a mal der Drehzahl N des Motors 16. In Form einer Gleichung bedeutet das:

E_emk = K_a(N) (12)

Falls Gleichung (12) nach der Rotationsgeschwindigkeit N aufgelöst und Gleichung (11) eingesetzt wird, ergibt sich:

N = V_ref (1 + R_t/R_s)/K_a (13)

So wird die Drehzahl N des Motors 16 entsprechend Gleichung (13) konstant sein, trotz Schwankungen der Drehmomentbela stung, da die Drehzahl N eine Funktion der Konstanten V_ref, R_t, R_s und K_a ist.

Nach Gleichung (13) ist der Widerstandswert des zweiten Wi derstandes 54 umgekehrt proportional der Drehzahl des Motors 16. Wenn deshalb der zweite Widerstand 54 durch einen Thermi stor mit einem negativen Widerstands-Koeffizienten ersetzt wird, wird die Drehzahl des Motors 16 von der Umgebungstempe ratur um den Thermistor abhängen. Wenn die Umgebungstempera tur um den Thermistor ansteigt, steigt die Drehzahl des Ge bläsemotors 16 an und ergibt eine erhöhte Kühlwirkung, die dem Temperaturanstieg entgegenwirkt. Wenn statt dessen die Um gebungstemperatur des Thermistors verringert wird, wird die Drehzahl des Motors in gleicher Weise verringert, da keine Notwendigkeit besteht, irgendeine zusätzliche Kühlung zu schaffen, und es ergibt sich so ein leiserer Betrieb.

Eine zweite Ausführung eines Drehzahl-Regelsystems ist nach Fig. 2 mit 60 bezeichnet. Das Drehzahl-Steuersystem 60 ist ähnlich dem Drehzahl-Steuersystem 10 (Fig. 1) bis auf die Ge staltung des Spannungsreglers 62. (Gleiche Bezugszeichen be zeichnen Komponenten, die beiden Ausführungen gemeinsam sind.) Wie der Spannungsregler 12 in dem Drehzahl-Regelsy stem 10 enthält der Spannungsregler 62 einen Fehlerverstär ker 38 und erste und zweite Transistoren 40 bzw. 42. In glei cher Weise ist der zu der ersten Klemme 44 fließende Strom proportional dem Strom I_m, der zur zweiten Klemme 46 von der Statorwicklung fließt. Der Spannungsregler 62 unterscheidet sich vom Spannungsregler 12 darin, daß er eine vierte Ein gangsklemme 64 besitzt und einen dritten Widerstand 66, der zwischen der ersten Eingangsklemme 44 und der vierten Ein gangsklemme 64 angeschlossen ist. Der Widerstandswert des zweiten Widerstands 54 wird mit R_s2 bezeichnet und der Wider standswert des dritten Widerstands 66 mit R_s3.

Bei dem Drehzahl-Regelsystem 60 errechnet sich die Span nungsdifferenz V_in zwischen der positiven Klemme der Energiequelle 30 und der positiven Klemme des Fehlerverstärkers 38 wie folgt:

V_in = V_ref + (I_k + I_s) R_t + I_s (R_s3 + R_s2)
= V_ref + V_ref · (1 + R_t/R_s2 + R_s3/R_s2) + I_mR_t/K (14)

Da alle Parameter auf der rechten Seite des Gleichheitszei chens in Gleichung (14) konstant sind bis auf den Strom I_m ergibt sich, daß die Spannung V_in sich proportional zum Strom I_m ändern wird.

Leitet man eine Gleichung für die Drehzahl N des Motors 16 bei Betrieb durch das Drehzahl-Regelsystem 60 ab, in glei cher Weise, wie es bei dem Drehzahl-Regelsystem 10 durchge führt wurde, so ergibt sich das folgende:

N = V_ref (1 + R_t/R_s2 + R_s3/R_s2)/K_a (15)

So wird die Drehzahl N des Motors 16 bei Ansteuerung durch das Drehzahl-Regelsystem 60 umgekehrt proportional zum Wi derstandswert R_s2 des zweiten Widerstandes 54. Wenn also ein Thermistor mit negativen Temperatur-Koeffizienten des Wider stands als zweiter Widerstand 54 eingesetzt wird, ist die Drehzahl des Motors 16 eine Funktion der Umgebungstemperatur des Thermistors.

In Fig. 3 ist eine dritte Ausführung 70 des Drehzahl-Regel systems gezeigt. (Hier sind wieder gleiche Bezugszeichen ge nommen für Bestandteile, die auch bei anderen Ausführungen der Erfindung vorhanden sind.) Das Drehzahl-Steuersystem 70 gleicht dem Drehzahl-Regelsystem 10 bis auf die Schaltungs ausbildung des Spannungsreglers 72. Der Spannungsregler 72 umfaßt einen ersten Fehlerverstärker 38, einen zweiten Feh lerverstärker 74, eine erste Ausgangsklemme 76, eine zweite Ausgangsklemme 78, eine dritte Ausgangsklemme 80, eine vierte Ausgangsklemme 82 und eine fünfte Ausgangsklemme 84. Wie bei dem Spannungsregler 12 (Fig. 1) und dem Spannungsre gler 62 (Fig. 2) wird das Ausgangssignal des Fehlerverstär kers 38 im Spannungsregler 72 an die Basiselektroden von ersten und zweiten Ausgangstransistoren 40 bzw. 42 angelegt, und die Emitter des ersten und des zweiten Ausgangstransi stors 40 und 42 sind jeweils durch die dritte Klemme mit Masse verbunden. In anderer Hinsicht unterscheidet sich jedoch die Schaltungsauslegung des Spannungsreglers 72 von der der Spannungsregler 12 und 62.

Der zweite Fehlerverstärker 74 ist mit seinem negativen Ein gang an die Referenzspannungsquelle 50 mit der Spannung V_ref angeschlossen, sein positiver Eingang ist an die Emitterklem me eines dritten Transistors 86 angeschlossen und sein Aus gang an der Basis des dritten Transistors 86. Da die Eingän ge des zweiten Fehlerverstärkers 74 durch eine Gegenkoppel schleife beaufschlagt werden, tendiert das Emitterpotential des dritten Transistors 86 dazu, gleich der Spannung V_ref der Referenzspannungsquelle 50 zu werden.

Die positive Eingangsklemme des Fehlerverstärkers 38 ist mit dem Kollektor des dritten Transistors 86 und der vierten Aus gangsklemme 82 verbunden. Die Emitter des ersten und des zweiten Ausgangstransistors 40 bzw. 42 sind über die dritte Ausgangsklemme 80 mit Masse verbunden. Der Kollektor des ersten Ausgangstransistors 40 ist mit der ersten Ausgangs klemme 76 und der Kollektor des zweiten Ausgangstransistors mit dem negativen Eingang des Fehlerverstärkers 38 und der zweiten Ausgangsklemme 78 verbunden. Der erste Widerstand 52 mit dem Widerstandswert R_t ist mit der positiven Klemme der Energiequelle 30 und der ersten Ausgangsklemme 76 verbunden. Der zweite Widerstand 54 mit dem Widerstandswert R_s2 ist zwi schen der dritten Klemme 80 und der fünften Klemme 84 ange schlossen. Der dritte Widerstand mit dem Widerstandswert R_s3 ist zwischen der ersten Klemme 76 und der vierten Klemme 82 angeschlossen.

Wie in Fig. 3 gezeigt, wird der von der Statorwicklung des Motors 16 in die zweite Klemme 78 fließende Strom mit I_m be zeichnet, der in den Kollektor des ersten Ausgangstransi stors 40 fließende Strom mit I_k und der durch den zweiten Wi derstand 54 fließende Strom mit I_s.

Nach Fig. 3 wird die Spannungsdifferenz V_in zwischen der po sitiven Klemme der Energiequelle 30 und dem positiven Ein gang des Fehlerverstärkers 38 wie folgt:

V_in = V_refR_s3/R_s2 + (I_k + I_s)R_t
= V_ref (R_t/R_s2 + R_s3/R_s2) + I_mR_t/K (16)

Der erste Ausdruck auf der rechten Seite des Gleichheitszei chens in Gleichung (6) ist ein konstanter Wert, während der zweite Ausdruck proportional dem Strom I_m durch den Motor 16 ist. Die Drehzahl N des Motors 16 wird bestimmt durch die folgende Gleichung:

N = V_ref (R_t/R_s2 + R_s3/R_s2)/K_a (17)

Nach Gleichung (17) ist die Drehzahl des Motors 16 umgekehrt proportional dem Widerstandswert von R_s2 des zweiten Wider stands 54. Damit wird auch hier, falls der zweite Widerstand 54 ein Thermistor mit negativen Widerstands-Temperaturkoeffi zienten ist, die Drehzahl des Motors 16 eine Funktion der Temperatur sein, wie es bei den Drehzahl-Regelsystemen 10 und 60 der Fall ist.

Das Drehzahl-Steuersystem nach der vorliegenden Erfindung hält die Drehzahl eines bürstenlosen Gleichstrommotors auch bei Laständerungen im wesentlichen konstant durch Steuern des Stromflusses durch die Statorwicklungen des Motors. Wenn sich so eine Lastveränderung ergibt, die auf den Motor ausge übt wird, läßt das Drehzahl-Regelsystem nach der vorliegen den Erfindung eine entsprechende Änderung des durch die Sta torwicklung des Motors fließenden Strom eintreten und da durch einen Ausgleich für die Motorbelastungsänderung schaf fen, so daß die Drehzahl des Motors im wesentlichen konstant gehalten wird. Wenn weiter der zweite Widerstand 54 in den jeweils vorstehend beschriebenen Ausführungen des Drehzahl- Steuersystems durch einen Thermistor mit negativen Wider stands-Temperaturkoeffizienten ersetzt wird, wird die Dreh zahl des Motors eine Funktion der Umgebungstemperatur des zweiten Widerstands (Thermistors) 54. Wenn so die Umgebungs temperatur ansteigt, nimmt die Drehzahl des Gebläses zu, so daß sich ein zusätzlicher Luftstrom für zusätzliche Abküh lung ergibt. Wenn im Gegensatz dazu die Umgebungstemperatur absinkt, nimmt die Drehzahl des Motors ab, da weniger Küh lung erforderlich ist, und es ergibt sich ein leiserer Geblä sebetrieb.

Claims

1. Drehzahlregelung eines Motors mit einer Statorwicklung, insbesondere eines bürstenlosen Gleichstrommotors, der über eine Stromsteuereinrichtung mit einer Spannungsquelle in einem Lastkreis in Reihe geschaltet ist

- mit einer Stromspiegelschaltung (40, 42) als Stromsteuereinrichtung aus einem ersten Stromsteuertransistor (42) im Lastkreis und einem zweiten Stromsteuertransistor (40) mit einer Proportionalkonstanten K der Stromspiegelschaltung, die gleich ist dem Verhältnis des Laststromes durch den ersten Stromsteuertransistor (42) zum Laststrom durch den zweiten Stromsteuertransistor (40)
- mit einer zu der Statorwicklung (20, 22) parallel geschalteten Reihenschaltung aus einem ersten (52) und einem zweiten (54) Widerstand
- mit einer Referenzspannungsquelle (50) und
- mit einem Operationsverstärker (38),
- wobei der Verbindungspunkt zwischen dem ersten (52) und dem zweiten (54) Widerstand über die Laststrecke des zweiten Stromsteuertransistors (40) mit dem Lastkreis verbunden ist, so daß durch den ersten Widerstand (52) ein Strom I_K + I_S, durch den zweiten Widerstand ein Strom I_S und über die Laststrecke des zweiten Stromsteuertransistors (40) ein Strom I_K fließt,
- wobei der Anschlußpunkt des zweiten Widerstands (54) mit dem Lastkreis mit einem ersten Eingang des Operationsverstärkers (38) verbunden ist,
- wobei der Verbindungspunkt über die Referenzspannungsquelle (50) mit einem zweiten Eingang des Operationsverstärkers (38) verbunden ist,
- wobei der Ausgang des Operationsverstärkers (38) mit der Basis der Stromspiegelschaltung (40, 42) verbunden ist und
- wobei das Verhältnis vom ersten Widerstand (52) zum Widerstand der Statorwicklung (20, 22) entsprechend der Proportionalkonstanten K gewählt wird.

2. Drehzahlregelung eines Motors mit einer Statorwicklung insbesondere eines bürstenlosen Gleichstrommotors, der über eine Stromsteuereinrichtung mit einer Spannungsquelle in einem Lastkreis in Reihe geschaltet ist,

- mit einer Stromspiegelschaltung (40, 42) als Stromsteuereinrichtung aus einem ersten Stromsteuertransistor (42) im Lastkreis und einem zweiten Stromsteuertransistor (40) mit einer Proportionalkonstanten K der Stromspiegelschaltung, die gleich ist dem Verhältnis des Laststromes durch den ersten Stromsteuertransistor (42) zum Laststrom durch den zweiten Stromsteuertransistor (40)
- mit einem ersten Operationsverstärker (38),
- mit einer zu der Statorwicklung (20, 22) parallelgeschalteten Reihenschaltung, die aus einem ersten (52) und einem dritten (88) Widerstand sowie mit einem ersten und einem zweiten Eingang des ersten Operationsverstärkers (38) gebildet wird, und
- mit einer Referenzspannungsquelle, einem zweiten Operationsverstärker (74), einem weiteren Transistor (86) und einem zweiten Widerstand, wobei der Verbindungspunkt zwischen dem ersten (52) und dem dritten (88) Widerstand über die Laststrecke des zweiten Stromsteuertransistors (40) mit dem Lastkreis verbunden ist und einem weiteren Verbindungspunkt bildet
- so daß durch den ersten Widerstand (52) ein Strom I_K + I_S, durch den dritten Widerstand ein Strom I_S und über die Laststrecke des zweiten Stromsteuertransistors (40) ein Strom I_K fließt,
- wobei der Ausgang des ersten Operationsverstärkers (38) mit der Basis der Stromspiegelschaltung (40, 42) verbunden ist,
- wobei der Verbindungspunkt des dritten Widerstandes (88) mit einem Eingang des ersten Operationsverstärkers (38) über die Laststrecke des weiteren Transistors (86) und dem zweiten Widerstand mit dem weiteren Verbindungspunkt verbunden ist
- wobei ein Verbindungspunkt zwischen der Laststrecke des weiteren Transistors (86) und dem zweiten Widerstand mit einem ersten Eingang des zweiten Operationsverstärkers (74) verbunden ist,
- wobei die Referenzspannungsquelle mit einem Pol an einem zweiten Eingang des zweiten Operationsverstärkers (74) und mit dem anderen Pol an dem weiteren Verbindungspunkt angeschlossen ist und
- wobei das Verhältnis vom ersten Widerstand (52) zum Widerstand der Statorwicklung (20, 22) entsprechend der Proportionalkonstanten K gewählt wird.

3. Drehzahlregelung eines Motors nach Anspruch 1, wobei der zweite ohmsche Widerstand in zwei Widerstände aufgeteilt ist und die Referenzspannungsquelle mit einem Pol mit dem Verbindungspunkt dieser zwei Widerstände und mit dem anderen Pol mit dem zweiten Eingang des Operationsverstärkers (38) verbunden ist.

4. Drehzahlregelung eines Motors nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der zweite ohmsche Widerstand einen negativen Widerstands/Temperatur-Koeffizienten besitzt.

5. Drehzahlregelung eines Motors nach Anspruch 4, wobei der zweite ohmsche Widerstand ein Thermistor ist.