DK159409B - Fremgangsmaade til tilvejebringelse af kommuteringssignaler til boerstefri jaevnstroemsmotor og kommuteringskredsloeb til boerstefri jaevnstroemsmotor - Google Patents

Description

i

DK 159409 B

Den foreliggende opfindelse angår en fremgangsmåde til tilvejebringelse af kommuteringssignaler til en børstefri jævnstrømsmotor med et stationært anker med en langsgående akse, et antal statorviklinger anbragt i ankeret til frembringelse af magnetfelter i afhængighed af selektiv strømtilførsel til viklingerne, og en permanentmagnetisk rotor indrettet til at rotere omkring den langsgående akse i afhængighed af magnetfelterne, som frembringes ved den selektive strømtilførsel til viklingerne.

Opfindelsen angår endvidere et kommuteringskredsløb til en børstefri jævnstrømsmotor omfattende et stationært anker med en langsgående akse, et antal statorviklinger anbragt på ankeret til frembringelse af magnetfelter, og en permanentmagnetisk rotor indrettet til at rotere omkring den nævnte akse i afhængighed af magnetfelterne, som frembringes af ankeret samt organer til tilførsel af strøm til mindst én vikling blandt det nævnte antal statorviklinger i afhængighed af rotorpositionen.

I sædvanlige roterende jævnstrømsmaskiner er kommutering i det væsentlige en mekanisk omkoblingsoperation til at styre strømmene gennem ankervikl ingssektionerne. Denne operation udføres i sædvanlige maskiner med børster og 1 amelkommutatorer. I sådanne konstruktioner slides børsterne og kræver hyppig udskiftning. Gnistdannelse og den ledsagende frembringelse af højfrekvensstøj optræder også uundgåeligt.

Disse ulemper forhindrer ofte brug af jævnstrømsmotorer til kritiske anvendelser, selv om brugen af sådanne motorer ellers kunne være at foretrække. Tidlige forsøg på at tilvejebringe børstefrie jævnstrømsmotorer var for det meste begrænsede til jævnstrøms-veksel strømsomformning og i alt væsentligt vekselstrømsinduktionsmotordrift, anvendelse af rotorhastighed til omkoblingsstyring, men denne styring var da ikke effektiv ved alle rotorstillinger under forskellige belastningsforhold, eller ved start, eller anvendelse af kredsløb med et stort antal omkoblingsorganer med det resultat, at kredsløbene til disse organer både var komplicerede og kostbare.

Man har nu fundet frem til simplere og mindre kostbare jævnstrømsmotorer og har erkendt, at der gælder andre begrænsninger for elektronisk kommuterede motorer end dem, der gælder for mekanisk kommuterede motorer. Forbedret motorydelse i forhold til den allerede gode ydelse af sædvanlige motorkonstruktioner kan opnås ved anvendelse af et rotorpositionsaffølingssystem i forbindelse med

DK 159409 B

2 /· elektronisk omkobling og en permanentmagnetisk rotor i kombination med en valgt ukonventionel stationær ankerkerné eller statorkerne og et valgt viklingsarrangement til en jævnstrømsmotor.

Motorer, som udføres i henhold til opfindelsen, tilpasses let til anvendelser, hvor pladskravene er på et minimum. Eksempelvis kan sådanne motorer let indrettes til at drive kompressoren i et hobbykøretøjs eller automobils luftkonditioneringssystem fra udgangen på en vekselstrømsgenerator eller en batteri kilde. I sådanne arrangementer kan en elektronisk kommuteret motor og kompressoren begge være forseglet i en hermetisk kappe. I hermetisk lukkede arrangementer er kul forureningsprodukter uheldige, og anvendelse af børstefrie motorer i sådanne arrangementer giver en klar fordel i forhold til mekanisk kommutering. Da enhederne er hermetisk lukkede, skal motorens pålidelighed imidlertid være meget god, og alle dele af motoren skal være udført således, at kølemiddel hverken vil beskadige motoren eller beskadiges af motorkomponenter eller materialerne, hvoraf disse komponenter er fremstillet.

Elektronisk kommutering kan opnås ved enten et hel bro- eller halvbro- (også kaldet stjerne-) kredsløbsarrangement. Det første forbedrer kobberviklingsudnyttelsen, medens det sidste frembyder fordelen ved forenklet elektronisk kredsløb. Ved skønsom udvælgelse af viklingsparametre, magnetstørrelse og elektronik, som styrer kommuteringscyklussen, kan der opnås en pålidelig højeffektiv børstefri jævnstrømsmotor med et ønsket hastigheds-momentforhold, som kan fremstilles til en rimelig pris.

Det for fremgangsmåden ifølge opfindelsen ejendommelige er, at den omfatter sekventiel gentagelse af følgende trin: strømtilførsel til mindst én vikling blandt det nævnte antal statorviklinger, udvælgelse af en ikke strømfødet vikling, som er en anden af det nævnte antal viklinger, som kan strømforsynes for at bevirke rotationsbevægelse af den permanentmagnetiske rotor, af-tastning af den inducerede spænding over den valgte ikke strømfødede vikling under et aftastningsinterval, integration af den inducerede 3

DK 159409 B

spænding under aftastningsintervallet til frembringelse af et spændingsintegral, hvor integrationen indledes ud fra en forudvalgt begyndelsesintegral værdi, sammenligning af spændingsintegralet med et forudbestemt referencespændingsniveau, som er en indikation af en forudbestemt relativ vinkel stilling af den permanentmagnetiske rotor, og tilbageføring af spændingsintegralet til begyndelsesværdien, idet integration af induceret spænding i en anden ikke strøm-fødet vikling derefter kan udføres, og en anden vikling strømfødes, når spændingsintegralet overstiger referencespændingsniveauet for derved at tilvejebringe selektiv kommutering af motorviklingerne uafhængigt af rotorhastigheden og i overensstemmelse med den relative stilling af den permanentmagnetiske rotor.

Fremrykning af vinklen for initiering af kommutering sker således ved anvendelse af integration for at styre kommuterings-vinklen ved aftastning af mod-emk, idet integrationen kan begynde på tidspunktet for nulgennemgang, eller den kan begynde på kommute-ringstidspunktet, når integrationstiden er aftastningsintervallet. Kommuteringskredsløbet af den indledningsvis angivne art er ifølge opfindelsen ejendommeligt ved, at det omfatter tællerorganer (1051), som identificerer en strømfødet vikling, organer til aftastning af den inducerede spænding i en vikling, som på det pågældende tidspunkt ikke strømforsynes, hvilke aftastningsorganer er indrettet til i afhængighed af tællerorganerne at udvælge en vikling, som på det pågældende tidspunkt ikke strømforsynes, og til at etablere et aftastningsinterval, integrationsorganer med en integrationstilstand og en begyndelsestilstand, hvilke integrationsorganer er forbundet med aftastningsorganerne for at integrere den inducerede spænding under aftastningsintervallet for at frembringe et spændingsintegral, en komparator til sammenligning af spændingsintegralet med et forudbestemt referencespændingsniveau og til tilvejebringelse af et udgangssignal, når spændingsintegralet overstiger referencespændingsniveauet for derved at indikere, at den permanentmagnetiske rotor har nået en forudbestemt relativ vinkel position, organer, som er indrettet til i afhængighed af komparatorudgangssignalet at føre integrationsorganerne tilbage til deres begyndelsestilstand for derved at klargøre integrationsorganerne til at reagere på induceret spænding i en anden valgt ikke strømfødet vikling og til at inkre-mentere tællerorganerne til identificering af den næste vikling, der skal strømfødes.

4

DK 159409 B

Opfindelsen skal herefter forklares nærmere under henvisning til tegningen, hvor fig. 1 er et perspektivisk billede af hovedelementerne i en udførelsesform for en børstefri jævnstrømsmotor ifølge opfindelsen med delene spredt ud fra hinanden, fig. 2 et skematisk billede forfra af statorkernen i fig. 1, som skematisk viser et valgt viklingsarrangement til motoren i fig. 1, fig. 3 en skematisk afbildning af dele af motoren i fig. 1 visende positionen af rotormagneterne i forhold til statorviklingerne på tidspunktet for indkoblingen af en af viklingerne med en forskydningsindstilling fremad på nul elektriske grader, 5

DK 159409 B

fig. 4 et delbillede fra siden og delvis i tværsnit, som bedre viser den fysiske stilling af understøtningskonsolenheden i motorenheden i fig. 1, fig. 5A og 5B henholdsvis konstruktionen af og det elektriske ækvivalentdiagram for et lysfølsomt element, der anvendes som et akselpositionsføleelement i enheden i fig. 1, fig. 6 et skematisk diagram over et faststofkommuteringskreds-løb ifølge opfindelsen, som er indrettet til omkobling af viklingerne i motoren i fig. 1, når disse viklinger er forbundet i en halvbroform, fig. 7 et skematisk diagram over signalkonditioneringskreds-løbet vist i blokform i fig. 6 til frembringelse af positionsstyresignaler, der er indikative for rotationsstillingen af rotoren i fig. 1, fig. 8 de relative forhold mellem vinkelpositionen af rotoren og udgangssignalerne fra to lysfølsomme elementer A og B og omkoblingsimpulserne, frembringes som et resultat af rotorrotation·, fig. 9 og lo skematiske diagrammer over et faststofkommute-ringskredsløb ifølge den foreliggende opfindelse, som er indrettet til omkobling af viklingerne i motoren i fig. 1, når disse viklinger er forbundet i en helbro-form, fig. 11A-11C grafiske afbildninger af moment pr. ampere som en funktion af rotorposition, magnetbuelængde og fordeling af vindinger for magnetbuelængder på henholdsvis 18o elektriske grader, 16o elektriske grader og 135 elektriske grader, og afbildningerne viser skematisk forskellige buelængder af rotormagnetbuelængder, fig, 12-15 afbildninger af moment pr. ampere som en funktion af rotorposition i elektriske grader for forskellige størrelser af spredning eller relativ koncentration af statorviklinger,

fig. 16 i skematisk form et kredsløb til at levere A og B

signalerne og deres komplementer til kredsløb, såsom vist i fig. 6, uden behov for specielle mekaniske organer til afføling af vinkelpositionen af motorens rotor, fig. 17 de fire udgangssignaler, som fås fra kredsløbet i fig. 16, og deres kombination i overensstemmelse med det logiske kredsløb vist i fig. 6,

DK 159409B

6 fig. 18 et skematisk diagram‘over et motorstyrekredsløb, der er analogt med det i fig. 16 viste, men selektivt anvender et styresignal, der er proportionalt med motorbelastningen , fig. 19 et skematisk diagram over et kredsløb til afføling af statorviklingsstrøm og til afbrydelse af denne strøm i et kort forudbestemt tidsinterval, når den affølte strøm overstiger en foreskreven værdi, fig. 2o et blokdiagram over et køretøjsluftkonditioneringssystem, der er hermetisk lukket og anvender en udførelsesform ifølge den foreliggende opfindelse, fig. 21 et skematisk diagram over faststofkommutatorkredslø-bet i fig. 2o, fig. 22 et skematisk diagram over hastighedsføleren i fig. 2o, fig. 23 et blokdiagram over et andet hermetisk lukket system, der viser anvendelse af opfindelsen i én form af denne, fig. 24 skematisk en del af et kredsløb, som kan indskydes mellem udgangen på NOR-portene 8o og basis i transistorer 82 i fig. 6 for at muliggøre udnyttelse af det i fig. 23 viste køleanlæg, fig. 25a og 25b tilsammen et detaljeret skematisk diagram over et modificeret kredsløb til indirekte rotorposi-tionsafføling og styring, fig. 26 forskellige bølgeformer i kredsløbet i fig. 25, fig. 27 et blokdiagram over et styrekredsløb til nøjagtig rotorpositionsbestemmelse, fig. 28,29 og 3o skematiske billeder forfra af statorer ifølge den foreliggende opfindelse visende valgte viklingsarrangementer for henholdsvis en tretrins topolsmotor, en tretrins firepolsmotor og en tretrins ottepolsmo-tor, fig. 31 et skematisk.billede forfra af en stator ifølge den foreliggende opfindelse visende et valgt viklingsarrangement for en firetrins topolsmotor, fig. 32 et skematisk perspektivisk billede af en stator ifølge den foreliggende opfindelse visende et valgt mono-filart viklingsarrangement for et trin af en motor, fig. 33 et skematisk perspektivisk billede af en stator ifølge den foreliggende opfindelse visende et valgt bifi-lart viklingsarrangement for et trin i en motor,

7 DK 159409 B

fig. 34 et skematisk billede'forfra af en stator ifølge den foreliggende opfindelse visende et viklingsarrangement for en totrins topolsmotor, hvor viklinger deler stato rnoter, fig. 35 et skematisk billede forfra af en stator ifølge den foreliggende opfindelse visende et viklingsarrangement for en totrins topolsmotor, hvor statoren er forsynet med tomme noter, fig. 36 et skematisk billede forfra af en stator ifølge den foreliggende opfindelse visende et viklingsarrangement for en totrins topolsmotor, hvor viklingerne er usymmetrisk anbragt i noter i statoren, fig. 37a og 37b tilsammen et detaljeret skematisk diagram over et kommuteringskredsløb ifølge den foreliggende opfindelse, som er indrettet til at styre kommutering af en børstefri tretrins jævnstrømsmotor, fig. 38 forskellige bølgeformer for kredsløbet vist i fig.

37a og 37b anvendt til at styre kommutering af en børstefri tretrins jævnstrømsmotor, fig. 39 forskellige bølgeformer for kredsløbet vist i fig.

25a og 25b, når kredsløbet er blevet modificeret til at styre kommutering af en børstefri firetrins jævnstrømsmotor, •fig. 4o et forenklet endebillede af en rotor med permanente magneter og et system til ved hjælp af en prøveimpuls at bestemme positionen af rotoren, fig. 41 et skematisk diagram over et bølgeformfølsomt kredsløb ifølge den foreliggende opfindelse i én form af denne, og som kan erstatte de sædvanlige positionsfølere til at levere A og B signaler til kredsløbet i fig. 6, fig. 42 forskellige spændingsbølgeformer i forbindelse med kredsløbet i fig. 41 visende korrekt (foretrukken) og ukorrekt (ikke foretrukken) kommuteringstidsstyring, fig. 43 strømbølgeformer i spolen i fig. 4a for henholdsvis tidlig, foretrukken og sen kommutering, fig. 44 en idealiseret afbildning af en enkelt statorspole i forhold til rotorens fluxfelt, fig. 45 i skematisk form et følerfrit firetrins kommuteringskredsløb, fig. 46 i skematisk form et følerfrit tretrins kommuterings-

8 DK 159409 B

kredsløb og fig. 47 i skematisk form et mere udviklet og mere effektivt følerfrit tretrins kommuteringskredsløb.

På tegningen er i fig. 1 vist bestanddelene af en børstefri jævnstrømsmotor af én type, som kan indeholde træk ved den foreliggende opfindelse i en foretrukken form. Motoren er forsynet med to viklingstrin, to poler og en rotor lo med permanente magneter monteret på en aksel 11, der er drejeligt understøttet ved hjælp af sædvanlige ikke viste lejeorganer i et ønsket ikke vist hus. Rotoren lo er magnetiseret tværs over sin diameter på i og for sig kendt måde. I den viste udførelsesform omfatter rotoren lo en massiv magnetisk stålkerne 12 og et par buede magneter 13 og 14, der er anbragt på omkredsen af kernen diametralt modsat hinanden. Magneterne 13 og 14 er i den anvendte udførelsesform keramiske magneter, men det vil forstås, at de også kan være af koboltsamarium, alnico eller et hvilket som helst andet egnet magnetmateriale. De primære udvælgelseskriterier er omkostning og fysisk størrelse af motoren. Buelængden af hver keramiske magnet er fortrinsvis mellem 135 elektriske grader og 16o elektriske grader, men kan være op til 18o elektriske grader og ned til ca. 9o elektriske gra der. Buelængder på mindre end 12o elektriske grader vil almindeligvis resultere i dårlig virkningsgrad med det viklingsarrangement, som er vist i fig. 2, og foretrækkes således ikke sammen med dette arrangement.

Den optimale magnetbuelængde angivet ovenfor forbliver i hovedsagen den samme for motorer med flere trin og/eller polarrangementer, selv om antallet af permanente magneter og den fysiske eller mekaniske buelængde af magneterne vil variere i overensstemmelse med antallet af elektriske poler eller polpar, som skabes af viklingerne. Eksempelvis vil en tretrins firepoIsmotor blive forsynet med fire permanente magneter, der hver har en buelængde fortrinsvis mellem 135 elektriske grader og 16o elektriske grader som angivet ovenfor, dvs. mellem 67½ og 8o udtrykt i mekaniske grader. Ligeledes vil en firetrins seks-polsmotor have seks permanente magneter med en buelængde fortrinsvis mellem 135 elektriske grader og 16o elektriske grader, dvs. mellem 45 og 53 1/3 mekaniske grader. Magnetbuelængden vil også variere i overensstemmelse med koncentrationen af viklinger i statoren.

Når buelængderne er af størrelsesordenen 9o elektriske grader, vil viklingerne blive udført relativt mere koncentrerede. Eksempelvis i en stator med 24 noter anvendt til totrins topolsdrift vil de ydre spoler af hver spolegruppe fortrinsvis spænde over lo noter. Endvidere vil hver spolegruppe (2 halve sæt) fortrinsvis indeholde tre spoler pr. halve spolesæt spændende over henholdsvis 9, 7 og 5 tænder. Denne arrangementstype vil tilvejebringe optimeret virkningsgrad for en sådan 9

DK 159409 B

motor.

På den anden side vil der til nogle anvendelser blive tilvejebragt meget koncentrerede viklinger, som kun optager et par noter, i hvilket tilfælde spredningen af viklingen vil nærme sig nul elektriske grader og mekanisk være lig med kun bredden af en not og dog have et omfang på 18o elektriske grader.

Statorenheden 15 indbefatter et magnetisk emne 16 med relativt lav reluktans, som er dannet af et antal ens statorlameller 17, der er samlet på hinanden. Lamellerne kan holdes sammen ved hjælp af et antal gennemgående statorbolte 18, hvoraf kun to er vist delvis, og som går gennem koaksialt anbragte gennemgående boltehuller 19 i statorlamellerne. Alternativt kan kernelamellerne svejses, kiles, klæbemiddelb inde s sammen eller blot holdes sammen af viklingerne, som det er i og for sig velkendt.

Hver lamel har et antal tænder 2o langs sin indvendige boring, således at de samlede lameller tilvejebringer et an'tal aksialt rettede noter 21, hvori ankerviklingerne 22 er anbragt.

Viklingerne 22 kan være viklet ved hjælp af sædvanligt induktionsmotorviklingsmaskineri. Viklingsvindingerne kan således være viklet direkte på spoleindsætningsværktøj til anbringelse i kernenoterne, eller viklingerne kan vikles i en spolemodtager, overføres til spoleindsætningsværktøj og derefter indsættes aksialt i kernenoterne, eksempelvis med udstyr af den art, der er vist og beskrevet i USA patentskrifterne nr. 3.522.65ο, 3.324.536,' 3.797.lo5 eller 3.732.897, hvortil der henvises.

I en totrins topolsmotor har hver vikling fortrinsvis en spred ning på ca. 9o elektriske grader over statornoterne for således at frembringe indbyrdes vinkelrette magnetfelter, når de energiforsynes, idet det antages, at viklingerne ikke behøver at dele noter, og at alle noter i statoren anvendes. Viklingsspolehovederne strækker sig forbi kernens endeflader, og viklingsenderne eller ledningerne er ført ud og forbundet særskilt med styrekredsløbet og de tilhørende skifteorganer.

I fig. 2 er der vist et eksempel på et viklingsarrangement til en elektronisk kommuteret jævnstrømsmotor på en tyvendedel hestekraft og 3.000 omdrejninger pr. minut, i hvilken motoropfindelsens principper anvendes. Den valgte lamelierede kerne indeholder 24 noter, og endvidere er hver vikling forsynet med 54 bifilare vindinger. Med de modsat beliggende par af viklinger viklet bifilart tilvejebringes fire viklinger a,b,c og d. Viklingerne a og c er bifilart viklet og optager de seks øverste og seks nederste noter 21, som det fremgår af tegningen, og som vist med· optegnede linier. Viklingerne b og d er bifilart viklet og optager de seks venstre og seks højre noter som vist i fig. 2. Stato

10 DK 159409 B

ren 17 er viklet med en vindingsfordeling på lo vindinger, lo vindinger, 7 vindinger fra den yderste til den inderste spole for hver spolegruppe vist i fig. 2. Hver vikling er naturligvis vist at indbefatte to spole-sæt. Det pågældende antal vindinger i en not for hver vikling og den resulterende fordeling kan variere alt efter de ønskede motoregenskaber, der skal opnås. Eksempelvis kan de yderste spoler i hver spolegruppe maksimeres i antal, medens de inderste spolegrupper minimeres for således at koncentrere viklingen. Når viklingen er således koncentreret, vil et højere middelmoment opnås (idet det antages, at statorkerne, ro-torkonstruktionviklingsmodstand og samlet vindingstal. holdes konstant), men omkoblingspunktet vil være mere kritisk, og størrelsen af forskydning fremad kan kræve ændring. Fald i moment (under kørsel og stilstand) vil almindeligvis også have større amplitude, men mindre varighed.

Som vist i fig. 2 er vindingerne i hver vikling anbragt koncentrisk i et givet par noter med det ønskede antal vindinger i hver not. Viklingen fortsætter naturligvis i det næste notpar, og det ønskede antal noter eller tænder omsluttes, hvilket i den viste udførelses-form er 11 tænder og tilvejebringer en spredning på f.eks. 9o elektriske grader for hver vikling og muliggør, at viklingerne i rækkefølge frembringer indbyrdes vinkelrette magnetfelter, når de energiforsynes i rækkefølge. Ved at anvende bifilare tråde bliver to viklinger viklet .samtidigt, og den ene ende af hver tråd kan derpå hensigtsmæssigt jordes for at tilvejebringe en halvbroviklingsforbindelsesform (stjerne-eller Y-form). Det skal igen bemærkes, at arrangementet let tilpasses til vikling og indføring ved hjælp af sædvanligt viklingsmaskineri, som anvendes til vikling af vekselstrømsmotorer.

Det vil bemærkes, at viklingen b i fig, 2 er vist noget forskellig fra viklingerne a,c og d. Vikling b er vist for at illustrere retningen af strømgennemgangen deri under mindst én kommuteringsperiode, og pile er blevet anvendt til at angive retningen af strømgennemgangen i spolehoveddelene af viklingen b. På den anden side er prikker og krydser (omgivet af cirkler) blevet anvendt for at vise retningen af strømgennemgang i de respektive vindinger i vikling b, som er anbragt i magnetkernens noter. Med den i fig. 2 anvendte notation vil en prik angive, at strømmen løber opad ud af tegningsplanet,og krydser angiver, at strømmen løber nedad i forhold til tegningsplanet. Med strømgennemgang som angivet ved prikker og krydser i fig. 2 vil vikling b frembringe nord- og sydpoler, der er orienteret som vist ved bogstaverne og i fig. 2.

Statorenheden har en aksial boring 23, hvori rotoren lo er optaget. De buede magneter 13 og 14 er anbragt (f.eks. ved hjælp af et -11

DK 159409 B

klæbemiddel, såsom en epoxyharpiks) på de ydre overflader af kernen 12 med lav reluktans, der kan være lamelleret, men ikke behøver at være det, for at tilvejebringe områder med konstant magnetisk polaritet med nord-sydpolariseringer som angivet i fig. 3. Magnetiseringen er i den radiale retning med radial tykkelse valgt således, at der frembringes den ønskede magnetomotoriske kraft (for et givet magnetmateriale) eller for at sikre, at der ikke optræder nogen irreversibel afmagnetisering fra felterne, der frembringes af strømmen i statorvik-lingerne i fastholdt tilstand af motoren.

Det vil forstås, at selv om magneterne 13 og 14 er blevet beskrevet som værende klæbemiddelfastholdt til den ydre periferiflade på kernen 12, er det kun vigtigt, at felter med modsat polaritet tilvejebringes af rotorenheden. Stangformede magneter eller magneter af en hvilken som helst anden ønsket form kan således anvendes ved fremstillingen af rotorenheder til motorer ifølge den foreliggende opfindelse. Magneterne kan, når der anvendes permanente magneter, anbringes i en magnetisk jernburkonstruktion eller fremstilles på anden ønsket måde.

I virkeligheden kan en magnetiseret rotor, hvor nord- og sydpolerne frembringes af strømførende ledere,også anvendes. I det sidstnævnte tilfælde bliver der naturligvis anvendt slæberinge eller andre egnede organer til at forbinde rotorviklingerne med en magnetiseringsstrømkilde. Den aksiale længde af magneterne er afhængig af den ønskede samlede flux. Øjebliksmomentkurverne og nettoudgangsmomentet er afhængigt af viklingsfordelingen i noterne i statoren og af magnetbuen eller buelængden β af magneten, der som foran angivet fortrinsvis skal være beliggende indenfor 135 elektriske grader til 16o elektriske grader for at opnå den største virkningsgrad, når viklingerne ikke skal dele noter, og alle noter anvendes.

Som vist i fig. 1 er der i nærheden af den ene ende af rotorer anbragt en akselpositionsfølerenhed 4o omfattende en lukker 41 og en konsol 42 til at bære et par optiske afbrydermoduler, dvs. optiske lyskoblingsfølere 43 og 44. Lukkeren 41 kan være dannet af et eller andet optisk ved den pågældende bølgelængde uigennemsigtigt materiale eller et belagt materiale, som f.eks. aluminium (messing, stål osv.) og indbefatter et fladt skiveformet element 45 med en lukkerflange 46, der strækker sig langs omkredsen af skiveelementet over en bueafstand på ca. 18o elektriske grader. Skiveelementet har en central åbning 47, der er lidt større i diameter end diametren af.rotorakslen 11, så at den let kan føres over rotorakslen og monteres i plan med endefladen af den massive stålkerne 12. I dette øjemed er der dannet et par bolteoptagende åbninger 48 til optagelse af monteringsbolte (ikke vist), son er indrettet til at skrues ind i med gevind forsynede åbninger 5o i

DK 159409 B

12 kernen 12. Som det umiddelbart vil se's, kan andre egnede arrangementer naturligvis anvendes til montering af lukkeren på rotoren, så længe flangen 46 strækker sig udad fra rotoren og er i samvirkende forbindelse med følerne 43 og 44 for at bevirke frembringelse af rotorpositions-referencesignaler i afhængighed af positionen af rotoren i forhold til statoren.

Som vist i fig. 1 og 4 omfatter konsollen 42 et første bueformet segment 51 med en langstrakt udskæring 52 i dets længderetning. Udskæringen 52 muliggør, at konsollen fastgøres indstilleligt til statoren eller statorlamellerne 17 ved hjælp af de gennemgående statorbol-te. Et andet bueformet segment 53 er understøttet radialt indenfor det første segment ved hjælp af en U-formet forbindelsesbøjle eller arm 54. Som det fremgår tydeligere af fig. 4, er bøjlen 54 formet således, at den passerer over spolehovederne og bærer følerne 43 og 44 med en 9o° rumlig orientering for totrinsmotoren indenfor spolehovederne af ankerviklingerne og i samvirkende forbindelse med den udadrettede lukkerflange 46. Det skal bemærkes, at følerne er understøttet indenfor den yderste aksiale dimension af viklingens spolehoveder samt indenfor den radiale dimension for således at minimere den aksiale længde af motoren, idet dimensionen af bøjlen kun forøger den samlede aksiale længde ganske lidt.

Der skal nu henvises til fig. 5A og 5B, hvor der er vist en ...typisk mekanisk og elektrisk udførelse af en optisk føler. Sådanne følere er sædvanlige i handlen værende organer og kan f.eks. være optiske koblere H13A2 fra General Electric. Kobleren indbefatter som vist en kilde for lysenergi 55, der kan være en lysemitterende diode, og en lysføler 56, der kan være en lysfølsom fototransistor i lyskoblings-forbindelse med den lysemitterende diode. Dioden 55 og fototransistoren 56 er dannet i separate blokke henholdsvis 57 og 58 adskilt af en kanal 59 og monteret på en understøtningsdel 6o. Underdelen 6o for hver føler er fastgjort ved modsatte ender af understøtningssegmentet 53, således at følerne er adskilt fra hinanden med en bueafstand på 9o elektriske grader. Passende åbninger er dannet i segmentet for at tillade terminallederne 61 fra følerne at passere frit derigennem.

Kommutering af statorviklingerne opnås ved hjælp af et faststof styrekredsløb lo omfattende NOR-porte og transistoromskiftere og drivled, der aktiveres i afhængighed af signaler fra akselpositionsfølerne. Brokredsløbsarrangementer, som herefter skal anvendes til at betegne enten et halvbro-(enretnings-)kredsløbsarrangement eller et helbro-(toretnings-)kredsløbsarrangement, anvendes til at udføre kommutering. Kredsløbet kan være af den type, der er vist i fig. 6 og 7, hvor et halvbroarrangement anvendes,eller af den type, der er vist i

DK 159409 B

fig. 9 og lo, hvor et helbroarrangemeiit anvendes.

I begge tilfælde bliver strømomkobling i statorviklingerne på forudvalgt måde indstillet af den relative indstilling af føleren, så at kommutering af statorviklingen forskydes fremad som forklaret nedenfor.

Virkemåden af kredsløbet skal forklares kort, og det vil ses af de forskellige skematiske figurer, at styrekredsløbet modtager udgangssignalet fra den lysfølsomme akselpositionsfølerenhed 4o for at udlede omkoblingssignaler til kommutering af statorviklingerne. I dette øjemed frembringer udgangene på følerne 43 og 44 to positionssignaler,· der er indikative for positionen af rotoren lo i forhold til den faste stilling af statorviklingerne. De to positionssignaler føres til et første signalkonditioneringskredsløb 7o' i fig. 6, som frembringer fire styresignaler, der svarer til de positioner af rotoren, hvor (1) lukkerflangen 46 passerer gennem kanalen 59 i føleren 43 for derved at blokere dens fotoføler, (2) lukkerflangen 46 passerer gennem kanalen 59 i begge følere 43 og 44 for derved at blokere begge fotofølere, (3) lukkerflangen 46 passerer gennem kanalen 59 i føleren 44 og blokerer fotoføleren i føleren 44, men har hævet blokeringen af fotoføleren i føleren 43, og (4) lukkerflangen 46 er fri af begge følere. På denne måde tjener lukkeren til at blokere eller afskære lyset fra lysenergikilden i hver optisk kobler under den ene halvdel af hver omdrejning af rotoeren, medens den tillader passage af lysenergi fra hver lyskilde til sin tilhørende fotoføler under den anden halvdel af rotoromdrejningen. Ved at anbringe følerne i en 9o° rumlig stilling tilvejebringer ind-ud-kombinationen af føleren imidlertid fire positionsstyresignaler, medens den indstillelige konsolenhed tilvejebringer et hensigtsmæssigt middel til på forudvalgt måde at forskyde kommuteringen af viklingerne fremad og hjælpe med til opbygningen af strøm i viklingen, som kommuteres, og opnå et ønsket hastigheds-momentforhold med større virkningsgrad.

Der skal nu henvises til fig. 7, hvor det vil ses, at udgangen på hver kobler 43,44 er høj, når energien, som modtages fra den lysemit-terende diode LED 55, forhindres i at aktivere den tilhørende fototransistor 56, dvs. når lukkerflangen 46 passerer mellem LED og fototransistor. Det vil ved betragtning af fig. 7 ses, at et første positionssignal optræder, når som helst kobleren 43 er blokeret, og dette signal optræder på en ledning 68. Et andet positionssignal optræder, når som helst kobleren 44 er blokeret, og dette signal optræder på ledningen 69.

Som angivet ovenfor består hver kobler af en LED 55 og en fototransistor 56. Kollektoren i hver fototransistor er uafhængigt forbundet over en tilhørende modstand 71 eller 72 med en positiv samleledning 73.

1,1 DK 159409 B

Dioderne 55 er forbundet i serie og over en forspændingsmodstand 74 med den positive ledning 73. Emitterne i fototransistorerne og de serieforbundne dioder er forbundet med en fælles.jordledning 75.

Det første signalkonditioneringskredsløb 7o' indeholder fire NOR-porte, der er indrettet til at frembringe de fire positionstyresignaler A, A (ikke^A), B og B (ikke-B), der er indikative for rotationspositionen af rotoren lo (indenfor et 9o° område), og som anvendes til at styre strømomkobling i statorviklingerne. I dette øjemed er den ene indgang på hver NOR-port 76 og 77 forbundet med ledningerne henholdsvis 68 og 69, og den anden indgang på hver NOR-port 76 og 77 er forbundet med jordledningen 75. Udgangene på NOR-portene 76 og 77 frembringer A og B positionsstyresignalerne, som føres til det andet signalkonditioneringskredsløb. A og B styresignalerne føres også henholdsvis til en af indgangsterminalerne på NOR-porte 78 og 79, hvis udgangssignaler omfatter A (logisk komplement ikke-A) og B (logisk komplement ikke-B) positionsstyresignalerne. Den anden indgang på hver NOR-port 78 og 79 er jordet. Varigheden og rækkefølgen af signalerne A, A, B, B er skematisk afbildet i den øverste del af fig. 8.

De fire positionsstyresignaler A, A, B og B føres til det andet signalkonditioneringskredsløb 8o vist detaljeret i fig. 6. Funktionen af det andet signalkonditioneringskredsløb er at frembringe fire omkoblingssignaler til i rækkefølge at omkoble de tilhørende statorviklin-ger 22a,22b,22c og 22d. I dette øjemed er hver vikling forbundet med en separat signalkanal indbefattende sin egen NOR-port 8o, transistor 81 og drivtrin omfattende transistorer 82 og 83. Virkemåden af kanalerne er identisk,og for at undgå gentagelse vil beskrivelsen blive begrænset til virkemåden af en enkelt kanal. Kanalen for "A" viklingen betegnes som "a" kanalen, og de tilhørende komponenter i denne kanal har hver en numerisk, henvisningsbetegnelse fulgt af bogstavet "a" for at angive dens tilknytning til denne kanal, "a" kanalen styrer således omkoblingen af viklingen "a”, "b" kanalen styrer omkoblingen af viklingen "b" osv.

Kanalen "a" er vist som den nederste kanal i det andet signalkonditioneringskredsløb i fig. 6. De to indgange på en NOR-port 8oa er forbundet således, at de modtager A og B indgangssignalerne fra NOR-portene 78 og 77. Ligeledes er hver af de andre kanaler indrettet til at modtage to positionsstyresignaler fra det første signalkonditioneringskredsløb 7o, således at de fire kanaler frembringer fire successive skifteimpulser for hver omdrejning af rotoren, som det bedst forstås ved betragtning af den nederste halvdel af fig. 8. I denne del af fig.

8 er skematisk afbildet varigheden og rækkefølgen af signalerne A + B, A+B, A + BogA + B.

DK 159409 B

Logikfunktion udføres med to indgange for hver port. Portene er forbundet på en sådan måde, at når udgangssignalet på den ene NOR-port er 1, er udgangssignalerne på de andre NOR-porte nul. Eksempelvis har porten 8oa et udgangssignal 1, når A og B indgangssignalerne begge er nul. Dette sker netop én gang under en omdrejning af lukkeren 41.

På lignende måde gælder det for porten 8ob, at dens udgangssignal er 1, når A og B indgangssignalerne er nul. Dette er igen en enkelt kombination under hver omdrejning. Portene 8oc og 8od er på lignende måde forbundet med henholdsvis A, B og A, B indgange.

Omkoblingssignalerne fra hver NOR-port 8o forstærkes af en tilhørende transistor 81, hvortil skiftesignalet føres over en basismodstand 84. Udgangen på hver transistor 81 er forbundet med basiskredsløbene for et effektomskiftersæt omfattende transistorer 82 og 83, der omskiftes for at bevirke strømforsyning af statorviklingerne 22a-22d i et forudbestemt tidsstyret forhold. Transistoren 81 er en NPN transistor, hvis emitter er jordet over en ledning 85. Kollektoren i hver transistor 81 er over en modstand 86 forbundet med basis i en PNP transistor 82. Kollektoren og emitteren i hver transistor 82 er forbundet henholdsvis med basis og kollektor i den tilhørende transistor 83 for at danne en sædvanlig modificeret Darlington-kobling. Til større motorer kan større effekttransistorer 83 eller parallelkobling af to eller flere transistorer være ønskelig.

Hver statorvikling er over kollektor-emitterovergangen i sin . tilhørende transistor 83 forbundet med den positive samleledning 87.

En beskyttelsesdiode 88 er forbundet over emitter-kollektoren i hver transistor 83 for at tilvejebringe en strømvej fra den tilhørende vikling til den positive samleledning 87. I dette øjemed er anoden i hver diode forbundet med den ikke jordede side af den tilhørende vikling 22 og emitteren i transistoren 83 for at sikre, at polariteten af dioden er en sådan, at den tillader tilbagevenden af energi, som frigives af det henfaldende magnetfelt for en vikling, når strømtilførslen afbry des. Modstrømmen, som frembringes af det henfaldende magnetfelt, shuntes forbi transistoren 83 gennem en ledning 9o, som bevirker opladning af en kondensator 91, der er forbundet mellem den positive ledning og jord. Energien, som oplagres i kondensatoren '91, vil blive ført tilbage til systemet ved afladning af kondensatoren, når den næste vikling indkobles, hvilket medfører en samlet forøgelse af motorens virkningsgrad. Denne forbedring af virkningsgraden· kan være op til lo%.

Beskyttelseskredsløbet, som dannes af hver diode 88 og kondensatoren 91, er lige effektive for ensrettet vekselstrøm og batteriforsyning. Det skal bemærkes, at ved en ensrettet vekselstrømsledning 16

DK 159409 B

bliver dioderne i forbindelse med strømforsyningskilden indkoblet i en sådan retning, at de tillader strømmen at løbe gennem motoren, men ikke tilbage til ledningen. Kondensatoren 91 tjener således til at lagre energi fra de omkoblede viklinger. Kondensatoren 91 kan erstattes af en zenerdiode, som vil absorbere og afgive den genvundne energi som varme. Selv om et sådant arrangement vil give beskyttelse af transistorerne 83a,b,c og d, vil det ikke tilvejebringe den forbedrede virkningsgrad, fordi energien afgives som varme i stedet for at føres tilbage til systemet.

En modstand 92, som er indkoblet i den positive samleledning 87, tillige med kondensatorer 93 og 94 og en 15-volt zenerdiode 95 (for en nominel tilført middelspænding på 12 volt), tilvejebringer et beskyttelsesfilternetværk for kredsløbskomponenterne mod muligheden for, at ledningen 87 hæves til en spænding, der er stor nok til at ødelægge faststofkomponenterne, hvilket kunne ske, f.eks. hvis motoren drives af et batteriladeapparat, som kan levere mere end 18 volt spidsspænding.

Statorviklingerne 22a-22d i fig. 6 er viklet bifilart og er anbragt i et halvbroarrangement med den ene ende af hver vikling forbundet med en fælles jord. Dette tilvejebringer et effektivt arrangement, .som muliggør, at viklingerne kobles ind og ud individuelt med et minimum af elektronisk kredsløb, og som muliggør, at den induktive energi i en omkoblet vikling genvindes. I denne forbindelse skal bemærkes, at når f.eks. viklingen 22a afbrydes, inducerer det henfaldende magnetfelt en strøm i den ledsagende leder i viklingen 22c på grund af det bifilare viklingsarrangement og den resulterende transformatorvirkning. Tilbagekoblingsdioderne 88 omkring hver omkoblingstransistor tilvejebringer en vej for strøm svarende til indfanget induktiv energi og beskytter transistoren, medens kondensatoren 91 muliggør, at denne energi genvindes. Dette arrangement bevirker relativ udnyttelse af viklingerne i en not på kun 5o%. For at tilvejebringe fuld udnyttelse af viklingerne,’ hvilket medfører endnu mere effektiv udnyttelse af viklingsmaterialet, kan man anvende helbrokredsløbsarrangementet i fig. 9 og lo.

I henhold til arrangementet vist i fig. 9 og lo er statorviklingerne 122a og 122b viklet på samme måde som statorviklingerne 22a og 22b i halvbroarrangementet i fig. 6. I stedet for at anvende bifilare tråde, som det skete ved viklingerne 22a,22c, anvendes således kun enkelttråde, og_en bestemt vikling indkobles ved omskiftning af et par transistorer. I dette øjemed findes der fire effektonkoblingssæt'101-108 for hvert par viklinger. Hvert effektsæt omfatter et par transistorer anbragt i en Darlington-kobling. Basis på indgangstransistoren i hvert

17 DK 159409 B

effektsæt er over sin tilhørende basismodstand lo9-116 forbundet med udgangen på en transistorforstærker 81 i en af kanalerne på en måde, som f.eks. vist i fig. 6. Udgangen på "a" kanalens transistor 81a er forbundet med indgangen på effektskiftesættet lol og lo3, "b" kanalen med sættene lo5 og lo7, "c" kanalen med sættene lo2 og lo4 og "d" kanalen med sættene lo6 og lo8. Viklingen 122a strømforsynes, når strømmen I løber med effektsættene lol og lo3 indkoblet. Viklingen 122a fungerer i virkeligheden som viklingen 22c i fig. 2 og 6, når effektsættene lo2 og lo4 er indkoblet, og der går en strøm I . Helbrokredsløbet til

V

indkobling af viklingen 122b fungerer på lignende måde, når der løber strømme 1^ og 1^. Hver transistor er forsynet med en beskyttelsesdiode 117-124, som er forbundet over emitter-kollektorterminalerne og polvendt således, at den tilvejebringer en vej for strømmen i forbindelse med lagret induktiv energi, som frigives, når transistorerne afbrydes.

De foran omtalte kredsløbsarrangementer tilvejebringer et relativt simpelt, men meget effektivt og økonomisk middel til at styre kommuteringen af en motor ifølge den foreliggende opfindelse.

Fremadforskudt tidsstyrevinkel (eller forskydning fremad af kommuteringen) defineres i overensstemmelse med fig. 3. Nulforskydning fremad ville forekomme, hvis en vikling blev indkoblet, når det magnetiske centrum for en rotormagnet bevægede sig hen imod.den, og i det øjeblik hvor det magnetiske centrum for rotoren var 135 elektriske grader fra at ligge på linie med aksen for den magnetiske pol frembragt deraf. Dette ville være det teoretiske optimum. Omkobling af viklingen lo elektriske grader, før denne teoretiske optimale position nås, udgør imidlertid en lo graders forskydning fremad af kommuteringen.

Den foretrukne størrelse af forskydningen af tidsstyrevinklen står i forbindelse med L/R tidskonstanten for viklingen. Ved forskydningen O elektriske grader opbygges strømmen i viklingen for langsomt til at opnå det maksimalt mulige moment under hele sin "inde" tid. Forskydning fremad af kommuteringsvinklen udnytter imidlertid den omstændighed, at den frembragte mod-emk er mindre under ufuldstændig kobling, dvs. når rotorens og viklingens polakser ikke er nøjagtigt på linie, og strømmens opbygningstid og momentudvikling kan derfor forbedres. En for stor forskydning fremad forårsager strømoversving med ledsagende skadelige virkninger på virkningsgraden, men den optimale indstilling af forskydningen fremad afhænger i nogen grad af de ønskede hastigheds- og moment-arbejdspunkter for den pågældende motor. Tidsstyrevinklen bliver på forudvalgt måde indstillet ved periferidrejning af konsollen 42, som indstiller lyskoblingsfølerne 43 og 44 i forhold til lukkerflangen 46.

Der henvises fortsat til fig. 3, hvor midten af de magnetiske nord- og sydpoler frembragt af viklingen 22b i fig. 2 er angivet ved

DK 159409 B

betegnelserne henholdsvis Nb og Sb. Den generelle beliggenhed af polakserne eller -centrene for magneterne 13,14 er på den anden side angivet ved betegnelserne N, S. Det vil forstås, at nord- og sydpolerne Nb, Sb frembringes af viklingen 22b, når den strømforsynes som angivet i fig. 2.

Under motordrift bliver viklingerne 22a,22b,22c og 22d kommu-teret i rækkefølge, og når polerne Nb, Sb (hørende til viklingen 22b) forsvinder, fremkommer polerne Nc, Sc .(hørende til viklingen 22c). Det vil i fig. 3 ses, at midten af magnetpolen S for magneten 14 er beliggende 45 elektriske grader forbi polen Sb. I teorien skulle viklingen 22b indkobles på dette tidspunkt for at frembringe polerne Nb, Sb, og viklingen 22b skulle forblive strømforsynet over 9o elektriske grader. Viklingen 22b skulle derpå afbrydes, og viklingen 22c skulle indkobles under antagelse af rotation af rotoren i urviserens retning som angivet ved en pil R i fig. 3.

Det har nu vist sig at bedre ydelse opnås, når kommutering af viklingerne udføres en forudbestemt vinkel oc (i elektriske grader) forud for det teoretisk ønskelige omkoblingspunkt eller den teoretiske ønskelige omkoblingsvinkel.

Ved udførelsesformen med et viklingsarrangement som beskrevet ovenfor er vinklencc lig med ca. 2o elektriske grader. Strømtilførslen til viklingen 22a blev således afbrudt, og viklingen 22b fik tilført strøm for at frembringe polerne Nb, Sb, når polaksen Sb for magneten 14 var ca. 135 plus 2o eller 155 elektriske grader derfra. 9o elektriske grader senere blev strømtilførslen til viklingen 22b afbrudt, og viklingen 22c fik tilført strøm for således at frembringe polerne Nc, Sc. Dette fortsætter naturligvis derefter for de fire viklinger 22a,b,c,d, som det vil forstås.

Selv om modsat beliggende viklingssektioner kan kobles samtidigt af modsatte magneter på rotoren, kan alle vindinger i en given vikling ikke fuldstændigt kobles på grund af den fordelte beskaffenhed af viklingerne og forkortelsen af rotormagneterne. På grund heraf er udgangsmomentet pr. indgangsampere til statorviklingen (T/I) en funktion af rotorpositionen, magnetbuelængden, antallet af viklingsvindin-ger og placeringen af vindingerne i statoren. Fig. ΙΙΑ,Β,Ο viser virkningen på forhol-det af T/I, når magneter med forskellige buelængder (i elektriske grader) anvendes sammen med et givet totrinsstatorarrange-ment. I en flertrinsmotor vil den flade del af moment pr. amperekurven (T/I-kurven) for hver vikling blive reduceret det samme antal elektriske grader som'for en totrinsmotor ved en reduktion i magnetbuelængde, selv om "inde"-tiden for hver vikling vil variere fra den for en totrinsmotor i fig. 11A-C viste.

'9 DK 159409 B

Fig. 1XA viser en afbildning-af T/I, når magnetbuelængden er 18o elektriske grader, og totrinsviklingerne 22a,b,c,d har det samme antal vindinger i hver not. Den fuldt optrukne trapezformede kurve viser øjebliksmoment pr. ampere for en konstant værdi af strømgennemgang i viklingen 22a, hvis denne vikling strømforsynes, eller efterlades "inde" under en hel omdrejning af rotoren. Den punkterede trapez-formede kurve er på lignende måde tegnet for viklingen 22b for at afbilde dens øjebliksmoment pr. ampere bidrag. Den kraftige fuldt optrukne kurve viser en nettovirkning af, at viklingen 22a er "inde" over kun 9o elektriske grader, og viklingen 22b er "inde" over 9o elektriske grader osv. for viklingerne 22c og 22d. Den kraftige fuldt optrukne kurve er forskudt ud fra de andre kurver af hensyn til illustrationen.

Viklingen 22a indkobles ca. 45 elektriske grader, efter at rotormagneternes polakser har passeret midten af polerne, der skal frembringes af viklingen 22a. De fordelte viklinger ses således at indføre en trapezform af øjebliksmomentet i modsætning til den teoretiske ideale firkantform, som ellers ville opnås for et idealt tilfælde ved anvendelse af koncentrerede viklinger. Det skal bemærkes, at hver af figurerne 11A-C skematisk viser buelængden af forskellige rotormagneter såvel som "spredningen" af viklingslederne i viklingen 22a. "Spredningen" anvendes til at angive vinkelfladen af hosliggende kernenoter, som bærer lederne i en given vikling, der øjeblikkeligt fører strøm i den samme aksiale retning langs kernen. I fig. 2 har viklingen 22b eksempelvis to sæt ledere, hvor det ene sæt er anbragt i noter 8ol til 8o6, og det andet sæt er anbragt i noter 8o7 til 812. Lederne i det ene sæt beliggende i noterne 8ol til 8o6 leder momentant strøm i den samme aksiale retning langs kernen, som er vist ved "x'erne", således at viklingen 22b har en spredning på 9o elektriske grader. Spredningen er fortrinsvis mindre end 12o elektriske grader, men den kan nærme sig nul for en fuldstændigt koncentreret enspolevikling, som kun optager to noter. Koncentrering af viklingerne, dvs. reduktion af "spredningen", muliggør en reduktion af magnetbuelængden.

Fig. 11B viser moment pr. ampere for en totrinsmotor afbildet som en funktion af rotorposition med anvendelse af en buemagnet med en buelængde på 16o elektriske grader. Viklingerne antages igen at være ensartet fordelt og viklingsstrømmen at være på en konstant værdi. Kurven for øjebliksmoment pr. ampere som en funktion af rotorposition bibeholder sin trapezform som i fig. 11A, men opbygningen er langsommere, og tiden ved maksimalt moment er kortere. Netto- eller middelmomentet er imidlertid kun lidt reduceret. Disse virkninger fremhæves yderligere ved en magnet med en buelængde på 135 elektriske grader, som vist i fig. 11C.

20 DK 159409 B

Under hensyntagen til viklingsinduktans og rotorhastighed af motorer udført som angivet heri skulle optimalt moment ved normeret belastning optræde, når viklingerne strømforsynes under en forskydning fremad på ca. 2o elektriske grader. På grund af dette kan magnetbue-længden reduceres fra 18o elektriske grader til 16o elektriske grader uden noget væsentligt tab i motorydelse. Magneter med buelængder ned til 12o elektriske grader kan endvidere anvendes uden væsentlig reduk-• tion i motorydelse og virkningsgrad. I foretrukne udførelsesformer, som er blevet fremstillet og afprøvet, har buelængden af magneterne imidlertid været mellem 135 og 16o elektriske grader.

Kurverne i fig. 11 er ideale afbildninger af moment pr. ampere. De afviger fra det ideale, når viklingsinduktans, kernenotkonfiguration, rotorhastighed og forskydning af tidsstyrevinkel fremad tages i betragtning. Induktans nedsætter strømmens stigningshastighed, så at -L/R tidskonstanten for viklingerne bliver en stadigt vigtigere faktor, når højere normerede hastigheder vælges. Som en generel regel er forskydningen af tidsstyrevinklen fremad større ved højere hastigheder, men optimal ydelse opnås, når viklingsafbrydelse eller kommutering sker næsten på en flad del af momentkurverne i fig. 11A-C, og indkobling sker på en stigende del af de samme momentkurver.

Fig. 12-15 svarer til fig. 11A-C i det mindste i den grad, at de førstnævnte er idealiserede afbildninger af forholdet T/I (moment pr. ampere) for en motor, som den i fig. 1 viste, som en funktion af rotorposition for forskellige størrelser eller udstrækninger af stator-viklingsspredning. I fig. 12-15 viser de fuldt optrukne trapezformede kurver øjebliksmoment pr. ampere, som ville fremkomme, hvis den ene vikling (f.eks. viklingen 22a) blev efterladt "inde" over en hel omdrejning af en rotor. De punkterede trapezformede kurver er på lignende måde tegnet for en anden vikling, f.eks. viklingen 22b. Dataene for kurverne i fig. -12-15 er baseret på den antagelse, at en enkelt topolet rotor med magnetbuer på 135 elektriske grader anvendes med statorer, der har forskellige viklingsomfang eller koncentrationer. Kurverne i fig. 12-15 ville fremkomme med sidevindingsspredninger af viklingssættene på henholdsvis 9o,6o,12o og 3o elektriske grader. Varigheden eller udstrækningen i elektriske grader af de.flade dele af kurverne i fig.

12-15 er angivet i figurerne. Det vil bemærkes, at varigheden af disse flade dele aftager med voksende spolesidevindingsspredninger. Omvendt bevirker voksende spolesidevindingskoncentrationer forøget varighed af den flade del (maksimalt T/I).

Kurverne i fig. 12-15 er baseret på viklingsfordelinger, som antages at tilvejebringe ens antal vindingssegmenter pr. not. Som det fremgår af fig. 1 og 2, har viklingerne 22 spolehoveddele beliggende

21 DK 159409 B

langs endefladerne af statorkernen og sidevindingsdele, som er beliggende langs de aksialt rettede statorkernenoter.

Tages vikling 22b som eksempel og med henvisning til fig. 2, er viklingen b dannet af to sektioner eller spolegrupper. Hver af disse grupper har tre koncentriske spoler, idet hver spole består af et antal vindinger,og sidevindingsdelene af disse spoler er beliggende i en statornot. Periferiudstrækningsafstanden eller buefladen af den yder 'ste spole i hver spolegruppe bestemmer spændvidden af hver spolegruppe. "Spredningen" eller "koncentrationen" af viklingen 22b bestemmes imidlertid af den kollektive bueflade af den ene halvdel af sidevindingsdelene i begge spolegrupper. Med en maksimalt koncentreret vikling anvendes imidlertid kun én spole, og alle lederne i denne vikling vil kun optage ialt to noter.

Alle lederne i viklingen 22b, som fører strøm ind i planet i fig. 2 eller ud af tegningsplanet, frembringer således tilsammen en "spredning" på 9o elektriske grader. Hvis viklingen 22b bestod af to spolegrupper hver med kun én spole, og disse spoler var fælles om den samme not, ville maksimal "koncentration" eller minimal "spredning" opnås.

Det vil ved en sammenligning af fig. 11A-C og 12-15 forstås, at maksimale værdier af T/I vil være af længere varighed, hvis viklings-"spredningen" minimeres, og rotormagnetbuelængden maksimeres.

De ovenfor beskrevne fig. 11A-C og 12-15 viser det indbyrdes forhold mellem magnetbuelængde, viklingsspredning og T/I bidrag af en vikling. Selv om dette indbyrdes forhold er vist for en totrinsmotor, kan det anvendes til motorer med flere trin. Når antallet af trin forøges, bliver spredningen af en vikling almindeligvis reduceret for at tilvejebringe en forøgelse af den flade del af T/I kurven for hver vikling, hvilket muliggør en overlapning af "inde"-tider mellem viklingerne, idet det antages, at magnetbuelængden forbliver den samme. Denne overlapning af viklingernes "inde"-tider kan være ønskelig for at opnå større viklingsudnyttelse, forøget motorvirkningsgrad og forøget motorudgangsmoment. Ligesom ved den tidligere beskrevne totrinsmotor bevirker reduktioner i magnetbuelængde på 2o elektriske grader (18o til 16o) og på 45 elektriske grader (18o til 135)* imidlertid reduktioner på henholdsvis 2o° og 45° i de flade dele af T/I kurverne for hver vikling i en flertrinsmotor. Når viklingsinduktans og rotorhastighed tages i betragtning skulle det optimale moment ved normeret belastning optræde, når viklingerne strømforsynes ca. 2o elektriske grader forud. På grund af dette kan magnetbuelængden reduceres fra 18o elektriske grader til 16o elektriske grader uden noget væsentligt tab i motorydelse.

Når der ønskes maksimalt moment over en hel rotoromdrejning, μ DK 159409 Β skal bølgeformerne i fig. 11A-C og 12-1-5 holdes "flade" så længe som muligt. Hvis varigheden af maksimalt T/I imidlertid var et teoretisk maksimum på 18o elektriske grader, ville der fremkomme en firkantbølge. Med andre ord ville den forreste del af bølgeformen blive uendeligt stejl. Med stejlere bølgeformer er der imidlertid større mulighed for startproblemer. Det foretrækkes derfor, at den forreste del af bølgeformen er så stejl som muligt uden at bevirke generende startproblemer.

’ I denne forbindelse skal det også bemærkes, at kørselskrav kan kræve flere viklingsvindinger og derfor en større viklingsspredning. Dette resulterer igen i en mindre "stejl" bølgeform, hvilket igen vil bevirke et behov for en større forskydning fremad af kommuteringen for at opnå optimeret kørselsvirkningsgrad.

Selv om NOR-porte er blevet anvendt i fig. 6, kan en stor mangfoldighed af kombinationer af OG-, ELLER-, NAND- og NOR-porte anvendes til at udføre de ønskede logiske kombinationer. Som en yderligere variation af kredsløbet i fig. 6 kan der træffes foranstaltninger til afføling af strømmen i en eller flere statorviklinger og til begrænsning af strømmene, som tilføres statorviklingerne, når den affølte strøm overstiger en foreskreven værdi. Fig. 19 viser et spærrekredsløb, som afføler statorstrøm og afbryder denne i et kort forudbestemt tidsinterval, hver gang den affølte strøm overstiger en foreskreven værdi. Kredsløbet i fig. 19 er primært virksomt under motorstart, og det forudbestemte tidsinterval er mindre end det tidsinterval, under hvilket en bestemt statorvikling er indkoblet. Spærreforanstaltningen i fig.

19 kan f.eks. indføres i systemet vist i fig. 6 ved indsætning af den relativt lille modstand 2o4 i serie mellem spændingskilden og de forskellige statorviklinger, eksempelvis ved at anbringe den i den øverste højre ledning i fig. 6, som er forbundet med +V spændingskilden.

For at tilpasse det logiske kredsløb i fig. 6 til en spærrefunktion kan de forskellige porte 8o være tre-indgangs-NOR-porte, hvor den yderligere indgang (ikke vist i fig. 6) for hver port er forbundet med hinanden og med spærreudgangsledningen 2o6 i fig. 19. Talrige andre anvendelser af spærrefunktionen er tydeligvis mulige.

I fig. 19 vil modstanden 2o4 være i serie med en statorvik-ling, og kredsløbet i fig. 19 vil reagere på spændingen over modstanden 2o4 for at udkoble statorviklingen i et kort tidsinterval, når denne spænding overstiger en forudbestemt værdi. Til sammenligningsformål bliver en reguleret, f.eks. lo volt,jævnstrømskilde forbundet med terminal 2o8, der, selv om det ikke er vist, kan omfatte en sædvanlig zenerreguleret jævnstrømskilde med transformator med midtpunktsudtag eller broensretter. Spærresignalet har f.eks. en varighed af 3oo mikrosekunder, hvorefter NOR-porten i fig. 6 eller et andet transistorkreds- 23

DK 159409 B

løb vil tillades at strømforsyne den pågældende vikling igen.

I fig. 19 forstærker en operationsforstærker 21o spændingen, som afføles over modstanden 2o4,og fører denne forstærkede spænding til den ene indgang på en forstærker 212. Forstærkeren 212 er forbundet som en komparator og modtager som sit andet indgangssignal en referencespænding, der er skaleret ved indstillingen af et potentiometer 214. Udgangssignalet fra forstærkeren 212 differentieres og anvendes til at aktivere en forstærker 216. Forstærkeren 216 er forbundet som en monostabil multivibrator og forbliver inde i et tidsrum bestemt af tidskonstanten for et potentiometer 218 og en kondensator 22o. Den monostabile multivibratorforstærker 216 tilvejebringer et højt signal på en ledning 2o6 i det som eksempel angivne 3oo mikrosekunders tidsrum for at deaktivere motorviklingen, når f.eks. den øjeblikkelige viklingsstrøm overstiger lo ampere.

De tre i fig. 19 viste forstærkere er i integreret kredsløb udførte operationsforstærkere, f.eks. type MC3301B. En kondensator 222 mellem udgangen på forstærkeren 212 og indgangen på forstærkeren 216 udfører differentiationsfunktionen. Udgangssignalet på forstærkeren 216 bliver højt for at spærre viklingen, hvilket niveau oplader kondensatoren 22o over den variable modstand 218, og når ladningen på kondensatoren 22o bliver tilstrækkeligt stor, er forskellen mellem de to indgangssignaler til forstærkeren 216 tilstrækkeligt lav til at tvinge forstærkerudgangen tilbage til sit lave niveau, og kondensatoren 22o udlades over en diode 224.

Blokdiagrammet i fig. 2o viser et hermetisk lukket klimaanlæg, hvori den børstefri jævnstrømsmotor ifølge den foreliggende opfindelse finder særlig anvendelse. Et hermetisk lukket kølesystem 226 indbefatter en sædvanlig kompressor (ikke vist), som drives af den børstefri jævnstrømsmotor 228, der f.eks. kan være af den type, der er vist i fig. 1. Motoren 228 modtager statorforsyningsstrøm fra et faststofkom-muteringskredsløb 23o og tilvejebringer positionssignaler til dette, f.eks. fra de optiske positionsindikatorer omhandlet ovenfor. Et ha-stighedsaffølingskredsløb 232 samt en temperaturstyring, såsom en sædvanlig termostat 234, tilvejebringer et indgangssignal til et faststof-feltstrømreguleringskredsløb 236. Feltstrømreguleringskredsløbet 236 styrer den af køretøjsmotoren drevne vekselstrømsgenerator 238, som igen leverer energi til motoren 228 over kommuteringskredsløbet 23o.

Ved at styre feltstrømmen til vekselstrømsgeneratoren 238 bliver energien, som tilføres motoren, let styret for igen at styre den resulterende temperatur fra luftkonditioneringssystemet. Systemet vist i fig. 2o eliminerer det mere sædvanlige remdrevne kompressorarrangement, som ty-

2,1 DK 159409 B

pisk findes i luftkonditioneringsanlæg i køretøjer,og tilvejebringer i stedet et system, der kan indrettes til enten energiforsyning fra vekselstrømsgeneratoren 238, eller når køretøjet er parkeret, fra en almindelig vekselstrømsstikdåse. Kommuteringskredsløbet 23o kan være af den samme generelle udførelse som kredsløbet i fig. 6, og i tilfælde af at der ønskes valgfri drift fra en sædvanlig vekselstrømsstikdåse eller anvendelse af en vekselstrømsgenerator i stedet for en jævnstrøms-generator, indbygges et egnet brokredsløb eller andet ensrettende kredsløb i kredsløbet i fig. 6 eller i de alternative faststofkommuterings-kredsløb 23o som vist i fig. 21 med det tilsvarende hastighedsaffø-lingskredsløb 232 vist i fig. 22.

I den specifikke anvendelse vist i fig. 21 og 22 føres udgangsspændingen fra den motordrevne generator 238 til en terminal 24o, medens køretøjets 12 volt jævnstrømsbatteriforsyningskilde er tilsluttet en terminal 242, og en zenerreguleret batterispænding på 12 volt tilføres en terminal 244. I fig. 21 fungerer positionsfølere 246 tilnærmelsesvis som foran i forbindelse med en aksel-monteret lyslukker, så at de respektive lysemitterende dioder 248 og 25o vil bevirke, at enten den ene eller begge de lysfølsomme transistorer 252 og 254 bliver ledende. De ledende eller ikke ledende indikationer eller signaler inverteres af NOR-porte 256 og 258, som i forbindelse med NOR-porte 26o og 262 kan være en type CD-4001 integreret kredsløb og fungerer som •.en primær dekoder til at danne A,B, ikke-A og ikke-B signalerne som foran. Disse signaler føres til de tilsvarende indgange i fig. 22 som angivet og bliver yderligere logisk kombineret ved hjælp af NOR-porte 264,266,268 og 27o på den måde, der allerede er beskrevet i forbindelse med fig. 6, for at tilvejebringe de fire viklingsaktiveringssignaler, hvoraf kun -et forekommer over hver 9o° akselrotation. Som foran bliver de fire sekventielle viklingsaktiveringssignaler derpå ført til fire tilsvarende transistorer, såsom 272, for forstærkning for igen at blive ført til fire viklingsaktiverende effektmoduler, hvoraf kun et er vist i fig. 21. Hvert effektmodul er forbundet med en af de fire viste transistoremittere og med vekselstrømsgeneratorkilden ved 24o og for at føre denne generatorspænding til sin respektive motorvikling ved en terminal 274. Sædvanlig udgangsforstærkning i forbindelse med vekselstrømsgeneratoren kan anvendes, men er ikke vist i fig. 21.

Transistorer 272,276 og 278 fungerer som forstærkere for at tilvejebringe tilstrækkelig basisdrivstrøm til et par parallelforbundne type 2N6258 effekttransistorer 28o og 282. En diode 284 er som før en udladningsvej for den induktive energi, som findes i en vikling, når denne pludseligt afbrydes. Under drift,når udgangssignalet på en af de ---- _£—„ in Ki-iuar +-. hT iver transistoren 272 aktive-

25 DK 159409 B

ret til at lede for igen at aktivere transistorerne 276 og 278 til deres ledende tilstand for at levere en basisdrivstrøm til parret af parallelle transistorer 28o og 282, som i ledende tilstand fører jævnstrømsspændingen på terminalen 242 til den ene terminal 274 på en motorvikling, hvis anden terminal typisk vil være jordet.

A og B signalerne såvel som deres komplementer føres også som indgangssignaler til det hastighedsaffølende kredsløb i fig. 22 og bliver logisk kombineret ved hjælp af fire NOR-porte, der igen er af en type CD-4001 på en sådan måde, at nøjagtigt et af disse NOR-portud-gangssignaler er højt til et hvilket som helst givet tidspunkt, og hvert forbliver højt over 9o° akselrotation for derefter at blive lavt, og den næste NOR-ports udgangssignal bliver højt. Disse NOR-port-udgangssignaler har en rektangulær bølgeform og bliver differentieret og ført til en transistor 286 for forstærkning, og den resulterende følge af korte spændingsimpulser føres som indgangssignaler til en integreret kredsløbsforstærker 288. Eksempelvis i tidsintervallet, hvor både A og B signalerne er høje, vil NOR-porten 29o netop som vist i fig. 8 tilvejebringe en høj udgangsimpuls,og en eksponentielt faldende spændingsspids vil optræde over transistoren 292 på grund af den indledende kortslutning og ledsagende blokeringsvirkning af ladningen, som akkumuleres på kondensatoren 294. Denne spids afgives ved hjælp af dioder 296 og en modstand 298 til basis i transistoren 286, og denne transistor vil lede i et kort tidsinterval for effektivt at jorde ledningen 3oo. Den periodiske jording af ledningen 3oo optræder ved begyndelsen af hver rektangulære impuls fra porten 29o, da begyndelsen af en impuls tilvejebringer en i positiv retning gående spids, medens afslutningen af denne impuls tilvejebringer en i negativ retning gående spids, som forhindres i at føres til basis i transistoren 286 af dioden 296. Denne periodiske jording af ledningen 3oo trigger forstærkeren 288, som er en operationsforstærker i en monostabil multivibrator-udførelse, hvis udgangssignal er en følge af firkantbølger med ensartet højde og varighed. Dette firkantbølgetog føres til en anden forstærker 3o2, der fungerer som et filter og på sin udgang tilvejebringer hastighedssignalet, der skal føres til endnu en forstærker 3o4, som igen er en operationsforstærker, der denne gang‘er forbundet som en komparator. Udgangsforstærkeren 3o2 sammenligner med generatorspændingen, der tilføres en terminal 3o6,og forstærkeren 3o4's udgangssignal er enten højt eller lavt afhængigt af,, om det hastighedsindikative signal er større eller mindre end den spænding, som tilføres terminalen 3o6. Hvis signalet er større end generatorens udgangsspænding, er udgangssignalet på forstærkeren 3o4 højt og indkobler det i Darlington-kobling forbundne transistorpar 3o8, som kobler den ene generatorfeltterminal til jord nc

DK 159409 B

for derved at forøge generatorens udgangsspænding. Generatorens felt-terminal 31o er koblet til en batterispændingskilde,og en diode 312 er forbundet over generatorfeltterminalerne, og denne diode i forbindelse med induktansen af generatorfeltet tjener til at udglatte den ellers impulserede feltstrøm på.grund af indkoblingen og udkoblingen af transistorparret 3o8. Bredden af en enkelt udgangsimpuls fra den monostabile multivibratorforstærker 288 er konstant, medens frekvensen af forekomsten af disse impulser er direkte proportional med frekvensen af jording af ledningen 3oo, som igen er indikativ for rotorhastigheden. Når rotorhastigheden vokser, bliver flere sådanne impulser således ført til filtret 3o2 i et givet tidsinterval, og udgangssignalet (middelværdien af indgangsspændingsniveauet) fra dette filter er på et højt niveau. Denne højere spænding, som føres til den positive indgang på forstærkeren 3o4, bevirker, at forstærkerens udgangssignal bliver højt (idet det antages, at generatorens udgangsspænding ikke har ændret sig) for således at bringe transistorparret 3o8 til at lede og forøge generatorens udgangsspænding. En spænding, såsom køretøjets batterispænding, føres også til en terminal 314 for at sikre nogen generatorspænding, når motoren står stille. Termostatisk styring kan udføres som en simpel enkeltomskifter 316 i fig. 21,eller mere kompliceret styreteknik kan anvendes, f.eks. ved at ændre tærskelspændingen af komparatoren 3o4 eller andre metoder, som forklaret i forbindelse med fig. 24.

Et andet eksempel på et hermetisk lukket klimaanlæg, hvor den foreliggende nye børstefrie jævnstrømsmotor finder særlig anvendelse, er vist i fig. 23, hvor et sædvanligt kølerum 318 indeholder en fordamperspole 32o og et par termostatisk styrede kontakter 322, der lukker for at aktivere køleanlægget, når rumtemperaturen overstiger en eller anden foretrukken værdi. En kompressor 324 pumper kølemiddel til en kondensatorspole 326, hvor overskudsvarme fjernes, og kølemidlet føres derpå til en ekspansionsventil eller et kapillarrør 328 og ind i fordamperspolen 32o. Kølemiddelkredsløbet og afkølingen af kondensatorspolen 326 ved hjælp af en blæser 33o er sædvanlig. Blokdiagrammet i fig. 23 er imidlertid særegent derved, at systemet er udnyttet i et bærbart eller mobilt anlæg og f.eks. strømforsynes fra et 12 volt køretøjsbatteri 332 og har en hermetisk lukket kappe 334, som omslutter kompressoren 324 og motoren 336 i stedet for at anvende det sædvanlige motordrevne kompressorarrangement, der typisk findes i køretøjsklimaanlæg. Den elektroniske kommutator 338 kan være af den i fig. 6 eller fig. 21 viste type, og en termostatisk styring af denne kan udføres som foran eller som vist i fig. 24.

I fig. 24 er NOR-porte, såsom 8o i fig. 6, forbundet med fire i det væsentlige ens indgangsterminaler, såsom 34o og 342, medens ud- 27

DK 159409 B

gangsterminalerne i fig. 24 vil være koblet til basis i fire transistorer 82 i fig. 6. Den som eksempel anvendte 12 volt jævnstrømskilde kan kobles til terminal 348,og kontakterne i termostaten 322 tjener til at forbinde denne positive spændingskilde med kondensatorspolens blæser 33o og med basis i transistoren 35o. Så længe afbryderen 322 er åben, holdes transistoren 35o i sin ikke ledende tilstand, og transistorer, såsom 352 og 354, modtager basisdrivstrøm ved hjælp af en modstand 356. Strømgennemgang i transistorerne 352 og 354 forhindrer strømgennemgang i transistorerne henholdsvis 358 og 36o for derved at forhindre viklingsaktiverende signaler på terminalerne 344 og 346 (ingen vej for basisstrøm i transistoren 82). Når afbryderen 322 lukkes, gøres transistoren 35o ledende for effektivt at jorde basisstrømkilden for transistorerne 352 og 354 og tvinge disse transistorer til at gå til deres ikke ledende tilstand og tillade den pågældende transistor 358,36ο eller en anden transistor, der er anbragt på lignende måde for de andre viklinger, at blive ledende, når de strømforsynes fra deres respektive terminaler, såsom 34o og 342, for at tillade kommutatorkredsløbet at fungere som tidligere beskrevet.

Kredsløbet i fig. 16 viser en metode til at undgå elektroop-tiske eller elektromekaniske rotorpositionsaffølingsorganer og er særligt egnet til den situation, hvor flere motorviklinger er forbundet i en halvbroforbindelse. I kredsløbet i fig. 16 er modstanden 13o forbundet mellem spændingskilden for viklingerne og de forskellige viklinger. Eksempelvis kan ledninger 93o og 931 være forbundet henholdsvis med forsyningsspændingen og med punktet mærket +V i fig. 6, så al strøm, som tilføres viklingerne, vil løbe gennem modstanden 13o. På lignende måde kan modstanden 13o ved hjælp af ledningerne 93o og 932 være indkoblet i den fælles forbindelse for viklingerne til jord for at afføle den samlede viklingsstrøm, og ledningen 931 kan være forbundet til strømforsyningen som vist i fig. 16 for at afføle forsyningsspændingen, idet forbindelsen mellem 931 og 932 udelades. I begge tilfælde frembringer den samlede viklingsstrøm, som løber gennem modstanden 13o, en spænding over denne, som føres til plus- og minusterminalerne på en operationsforstærker 136 over resistive elementer henholdsvis 132 og 134. Som vist mere detaljeret i fig. 6 er statorviklin-gerne 22a, 22b, 22c og 22d forbundet i et halvbroarrangement til jord, og modstanden 13o kan være forbundet mellem midten af halvbroen og jord En variabel shuntmodstand 138 er anbragt omkring operationsforstærkeren 136. Udgangen på operationsforstærkeren 136 er over en modstand 14o forbundet med den ene indgang på en operationsforstærker 144, medens forsyningsspændingen over en fast modstand 133 og en variabel modmodstand 135 føres til den anden terminal på operationsforstærkeren

28 DK 159409 B

144. Den variable modstand 138 og modstanden 14o anvendes til at ska-lere spændingssignalet, der repræsenterer strømmen gennem viklingerne, i overensstemmelse med modstanden af motorviklingerne og vil således variere i overensstemmelse med motorudførelsen. Ved små ændringer i motorstørrelsen kan den nødvendige skalering udføres ved indstilling af den variable modstand 138, medens værdien af modstanden 14o kan mo-i dificeres ved store ændringer af motorstørrelsen. Som følge heraf afføler operationsforstærkeren 136 spændingsfaldet over modstanden 13o for derved at afføle den samlede motorstrøm til tilvejebringelse af et udgangssignal, der er proportionalt med strømmen I i statorviklingerne og også med spændingstabet i motoren på grund af dens statorviklings-modstand R. Dette spændingsfald kan betegnes som motorens IR-spændings-fald. Operationsforstærkeren 144 bestemmer forskellen mellem forsyningsspændingen og udgangsspændingen fra operationsforstærkeren 136 for at tilvejebringe et udgangssignal, der er indikativt for motorens mod-emk (V-IR), der er en indikation for hastigheden af den børstefri j ævnstrømsmotor.

‘ Udgangssignalet fra operationsforstærkeren 144 føres over en fast modstand 145 og en variabel modstand 146 til et frekvenskredsløbsorgan eller en spændingsstyret oscillator dannet i det væsentlige af en operationsforstærker 148, en unijunction-transistor 154 og en transistor 158. Udgangssignalet fra den spændingsstyrede oscillator udtages .fra kollektoren i transistoren 158 og har en frekvens, der er proportional med indgangsspændingen og derfor hastigheden af den børstefri jævnstrømsmotor. Specielt virker operationsforstærkeren 148 som en strømkilde til opladning af en kondensator 152 over en modstand 15o. Kondensatoren 152 oplades, indtil tærskelniveauet for unijunction-transistoren 154 nås, på hvilket tidspunkt unijunction-transistoren 154 gøres ledende i en gennemgangsretning, hvorved spændingen, som er lagret på kondensatoren 152, udlades gennem unijunction-transistoren 154 og en modstand 155. Som vist i fig. 16 er tærskelspændingen af unijunction-transistoren 154 fastlagt af værdierne af modstandene 153 og 155, der danner et spændingsdelerkredsløb, på hvilket der påtrykkes en forsyningsspænding V^. Når udladningen sker gennem modstanden 155, stiger spændingen frembragt'derover og ført over modstanden 156 til basis i transistoren 158, indtil transistoren 158 gøres ledende for derved at nedsætte udgangsspændingen, som udtages fra dens kollektor, til jordpotential. Det kan således ses, at udgangssignalet, som udtages fra kollektoren i transistoren 158, i det væsentlige er en firkantbølgeform, der varierer ved en frekvens, som afhænger af ladestrømmen til kondensatoren 152 og derfor hastigheden af den børstefri jævnstrømsmotor .

29 DK 159409 B

. Udgangssignalet fra den spændingsstyrede oscillator føres til et indiceringsorgan indeholdende en første flip-flop 16o, hvis udgangssignaler A og A er komplementære firkantbølger som vist i fig.

17. Specielt bliver indgangssignalet med en frekvens svarende til hastigheden af rotorrotation ført til indgangen på flip-flop'en 16o, som deler frekvensen af indgangssignalet med to for at tilvejebringe et tog af firkantbølgeimpulser. Endvidere tilvejebringer flip-flop'en 16o komplementsignalet A, der også er vist i fig. 17. A-udgangssignalet fra flip-flop'en 16o føres til indgangen på en anden flip-flop 162, der også deler frekvensen af indgangssignalet med to for at tilvejebringe et udgangssignal B og dets komplement B som vist i fig. 17. De resulterende firkantbølgesignaler Α,Β, A og B angiver rotationshastigheden af motoren og simulerer endvidere vinkelpositionen af rotorakslen, når den foretager en fuldstændig omdrejning. Disse signaler betragtes nærmere bestemt at simulere rotorpositionen, idet rotoren, når den begynder at rotere, søger sin egen position i forhold til energiforsyningssignalerne, som tilføres statorviklingerne 22a,22b,22c og 22d. Selv om disse foran nævnte signaler, som udledes fra flip-flop'ene 16o og 162, ikke nøjagtigt identificerer rotorpositionen i den samme betydning som udgangssignalerne fra følerne beskrevet i forbindelse med fig. 8, forekommer disse udgangssignaler sekventielt under rotationen og simulerer effektivt positionen af rotoren, når først rotoren .er blevet låst til statorfeltet.

Det skal også bemærkes ved sammenligning af fig. 8 og 17, at viklingerne i den følerfri udførelsesform i fig. 16 og 17 ikke længere energiforsynes i alfabetisk rækkefølge. Den simple foranstaltning af fysisk ombytning af et par (såsom a og d) af viklingsforbindelserne på udgangen af transistorerne 83 vil korrigere denne situation og give den rigtige alfabetiske rækkefølge af energitilførslen. Ligeledes er det antaget i tidsstyrediagrammet i fig. 17, at flip-flop'ene 16o og 162 er af en type, hvor forkanten af A-udgangssignalet fra flip-flop'en 16o trigger udgangen på flip-flop'en 162, så at dens B-niveau er højt eller 1. Hvis der anvendes et flip-flop kredsløb, som trigger på en bagflanke af A-bølgeformen, vil motoren løbe i en modsat retning af den, hvori den løber, når forflanken anvendes til at trigge flipflop 'ene, hvis de andre forbindelser er uændrede. Det skal igen erindres, at udgangssignalerne fra flip-flop'ene 16o og 162 kan behandles og føres til viklingerne på samme måde som A og B signalerne og deres komplementer som vist i fig. 6.

Startoperationen af et elektronisk kommuteringskredsløb angivet heri skal nu forklares under henvisning til fig. 16 og 17. Til at begynde med indkobles kredsløbene ved tilførsel af forsyningsspæn-

30 DK 159409 B

dingen V·^. Rotoren i den børstefri jævnstrømsmotor står til at begynde med stille. Under denne betingelse bliver udgangssignalet fra den spændingsstyrede oscillator indstillet til at frembringe et udgangssignal med en frekvens, der f.eks. svarer til en rotorhastighed på ca. 6o omdrejninger pr. minut, således at når hver af statorviklingerne 22a,22b, 22c og 22d energiforsynes i rækkefølge, vil i det mindste en af statorviklingerne frembringe et positivt moment på rotoren og derved indlede dens rotation. Når rotationen sker, vil rotoren i den børstefri jævnstrømsmotor låses til statorens felt. Spændings-frekvensoscillatoren er programmeret således, at begyndelsesudgangssignalet ikke er sat på nul, men på en valgt frekvens, f.eks. svarende til en rotorhastighed på 6o omdrejninger pr. minut, hvilket sikrer, at motoren er selvstartende. Frekvensen af udgangssignalet fra den spændingsstyrede oscillator vil forblive lav, indtil rotoren lo har låst sig til statorviklingernes felt. Med hensyn til· fig. 16 er begyndelsesfrekvensen af udgangssignalet fra den spændingsstyrede oscillator bestemt ved indstillingen af den variable modstand 149 til en sådan værdi, at rotoren lo vil låses til statorfeltet. Derefter vil rotorens hastighed vokse, indtil dens arbejdshastighed nås. Hastigheden af frekvensforøgelsen for en indgangsspænding bestemmes ved indstilling af den variable modstand 135.

Den spændingsstyrede oscillator betragtes således som programmeret i den betydning., at udgangssignalet til at begynde med er indstillet på . en frekvens, som sikrer, at rotoren vil låses til statorfeltet,og derefter at rotorens hastighed bringes op på en valgt størrelse.

Ikke kun er akselpositionsfølere undgået i udførelsesformen vist i fig. 16 og 17, men da denne udførelsesform i princippet arbejder på en firkantbølge, der ikke.er vist i fig. 17, men tydeligvis har en dobbelt så stor gentagelseshastighed som f.eks. bølgeformen A, kan fir-kantbølgeenergitilførslen til en børstefri eller kummutatorfri jævnstrømsmotor endvidere antage andre former. Firkantbølgeudgangssignalet fra transistoren 158 i fig. 16 har en frekvens, der er proportional med rotorhastigheden, og i den pågældende udførelsesform for en topolet maskine viser denne frekvens sig at være det dobbelte af rotorhastighe den. Digital eller datamatstyring af en jævnstrømsmotor bliver nu mulig, og firkantbølgen, som anvendes i henhold til principperne angivet i forklaringen af udførelsesformen i fig. 16 og 17, kan antage andre former.

Fig. 18 viser en sådan særegen og anvendelig variation, hvor der under start af motoren anvendes et signal proportionalt med motorhastigheden, medens der under normal arbejdsfunktion af motoren anvendes et signal proportionalt med motorbelastningen.

I fig. 18 fås signaler, som simulerer de signaler, der normalt

31 DK 159409 B

fås tidligere fra akselpositionsfølerne, fra en flip-flop med dobbelt udgang, som trigges af et frekvenskredsløborgan eller en spændingsstyret oscillator. Spændingsstyring for denne oscillator fås fra et signal, som under starten er proportionalt med motorhastigheden, og som under drift er proportionalt med motorbelastningen. Flip-flop udgangssignalerne føres over invertere og også direkte til signalkonditione-ringskredsløb, såsom 8o i fig. 6. Motorhastigheden indstilles i overensstemmelse med belastningen baseret på behovet for, at strømmen, som løber i en eller anden given vikling i motoren, har en i det væsentlige firkantbølgeform, hvilket resulterer i større motorarbejdsvirknings-grad. Den forreste og bageste halvdel af bølgeformen bliver således individuelt aftastet, integreret og sammenlignet. Hvis de afviger fra hinanden, ændres spændingen til den spændingsstyrede oscillator afhængigt af denne sammenligning mellem den forreste og bageste halvdel af bølgeformen, og motorhastigheden nedsættes eller forøges i overensstemmelse dermed.

I fig. 18 afføler en forstærker 164 spændingsfaldet over en modstand 166, der ligesom modstanden 13o i fig. 16 fører den samlede motorstrøm. I praksis vil sådanne modstande som 166 og 13o være ganske små og kan f.eks. være af størrelsesordenen nogle få hundrededele ohm. Spændingsfaldssignalet over modstanden 166 skaleres ved hjælp af modstande 546,548 og 564 i overensstemmelse med modstanden i motorviklin-..gen, således at modstandsværdierne af skaleringsmodstandene vil variere i overensstemmelse med motorudførelsen. Udgangssignalet fra forstærkeren 164 er således proportionalt med strømmen i motoren og tillige proportionalt med spændingsfaldet i motoren på grund af dens viklingsmodstand. Dette udgangssignal fra forstærkeren er derfor repræsentativt for IR-spændingsfaldet i motoren. En lignende operationsforstærker 166 modtager signalet, som repræsenterer motorens IR-spændingsfaid, som det ene indgangssignal og den tilførte spænding som det andet indgangssignal. Som foran er udgangssignalet fra forstærkeren 166 proportionalt med udtrykket V-IR, hvilket udgangssignal er en indikation for hastigheden af jævnstrømsmotoren med permanente magneter. Dette signal, som er indikativt for hastigheden, danner det ene indgangssignal til en forstærker 168, så længe en afbryder 17o er lukket. Afbryderen 17o er lukket under start,og indtil ca. 2/3 af motorhastigheden ved fuld belastning er opnået, på hvilket tidspunkt afbryderen 17o åbnes, og hastighedssignalet har ingen yderligere virkning på funktionen af systemet.

En afbryder 172 er koblet til at lukke, når afbryderen 17o lukker,og åbne, når afbryderen 17o åbner. Når disse to afbrydere er lukket, arbejder forstærkeren 168 som en operationsforstærker med et

32 DK 159409 B

udgangssignal proportionalt med hastigheden. Når disse to afbrydere åbnes, arbejder forstærkeren 168 som en differentialintegrator med et udgangssignal, der er proportionalt med den belastning, som optræder i det pågældende øjeblik. Udgangssignalet fra forstærkeren 168 føres til en spændingsstyret oscillator, som indeholder forstærkere 174 og 176 tillige med tilbagekoblingskredsløb indeholdende en transistor 178 og en kondensator 18o og deres tilhørende modstande. Den spændingsstyrede oscillators udgangssignal fra forstærkeren 176 er en firkantbølge med en frekvens, der er proportional med den spænding, som tilføres som udgangssignal fra forstærkeren 168. Udgangssignalet fra den spændingsstyrede oscillator føres til et indiceringsorgan indeholdende et flip-flop kredsløb 182, der er en type CD4013 AE og tilvejebringer A og B udgangsfirkantbølger med bølgeformer, der i det væsentlige er identisk med A og B bølgeformerne vist i fig. 17. Et par simple NOR-porte eller invertere kan anvendes til at danne ikke-A og ikke-B bølgeformer, og disse fire bølgeformer føres som foran til A, B ikke-A og ikke-B ledningerne i fig. 6. Frekvensen af A-bølgeformen er halvdelen af frekvensen af den spændingsstyrede oscillator, medens B-bølgeformen har en frekvens, der er en fjerdedel af den spændingsstyrede oscillators frekvens.

Udgangssignalet fra den spændingsstyrede oscillator føres også over en ledning 184 til en logisk kreds 186, f.eks. en CD4001 AE, ..der indeholder tre NOR-porte 188, 19o og 192.

Afbryderne 17o og 172 er logiske porte, der er lukket, så længe udgangssignalet fra forstærkeren 198 er lavt, hvilket angiver en relativt lav motorhastighed, og som åbner, når udgangssignalet fra forstærkeren 198 stiger for at angive f.eks., at motoren er oppe på to trediedel af sin arbejdshastighed. Udgangssignalet fra forstærkeren 198 føres også til den logiske kreds 186, der på grund af tilstedeværelsen af den inverterende NOR-port 188 skiftevis lukker afbrydere 194 og 196 ved hjælp af styresignaler på ledninger 2oo og 2o2 for skiftevis at aftaste den forreste og bageste halvdel af strømbølgeformsig-nalet, som optræder på udgangen af forstærkeren 164. For- og baghalv-delsignalerne føres som negative og positive indgangssignaler til forstærkeren 168, der som tidligere angivet fungerer som en differential-integrator med en lang tidskonstant, og udgangssignalet fra forstærkeren 168 vil vokse, når bagflanken (afbryderen 194 lukket) er større end forflanken af bølgeformen, medens udgangssignalet fra forstærkeren 168 vil falde, når afbryderen 196 er lukket, hvis forflanken af bølgeformen er større end bagflanken. Hvis bølgeformudgangssignalet fra forstærkeren 164 er tilnærmelsesvis lig med den ønskede firkantbølgeform, vil udgangssignalet fra forstærkeren 168 forblive konstant.

DK 159409 B

33

Af kredsløbene vist i fig. 16 og 18 vil det ses, at yderligere variationer kan foretages i overensstemmelse med den ønskede anvendelse. Eksempelvis er kredsløbet i fig. 18 indrettet til en fast forskydningsvinkel fremad for kommuteringen af motorviklingerne, idet denne vinkel tilnærmelsesvis er 15 elektriske grader i den viste udførelsesform. Med enten en meget lille belastning eller en meget stor belastning kan det imidlertid være ønskeligt at ændre forskydningsvinklen for at maksimere virkningsgraden. Dette kan udføres ved at tilvejebringe et forspændingssignal på den ene eller den anden af de to indgange på forstærkeren 168.

Det antages endvidere, at det viste kredsløb kan anvendes til flertrinsmotorer, idet modifikation kun er påkrævet i det logiske kredsløb, som frembringer bølgeformerne Α,Β, A osv. Eksempelvis ville en sekstrinsmotor kræve frembringelse af seks bølgeformer for sekventiel omkobling af de seks viklinger hørende til de seks trin, idet hver af disse bølgeformer føres til et signalkonditioneringskredsløb, såsom 8oa i fig. 6, der igen bevirker aktivering af viklingen på samme måde som vist i fig. 6. Hvis kredsløbet blev anvendt i flertrinsmotorer, antages det, at det ville være mere ønskeligt ikke at have overlappende "inde"-tider mellem viklinger, specielt i motorer med fire eller flere trin for på korrekt måde at afføle den frembragte motorstrøm og relatere strømmen til viklingsenergitilførslen.

Hvis der endvidere kræves en reversibel motor, kan der anvendes to sæt logiske kredsløb til at frembringe den krævede skiftefølge i de forskellige omdrejningsretninger, idet sættene skiftevis indkobles til eller udkobles fra udgangen på den spændingsstyrede oscillator afhængigt af den ønskede omdrejningsretning.

I børstefrie jævnstrømsmotorer kan det være ønskeligt at bestemme begyndelsesrotorpositionen i forhold til statorviklingerne. Fig. 4o viser en fremgangsmåde til bestemmelse af denne begyndelsesrotorposition. I fig. 4o er i tværsnit vist magnetrotoren lo i fig. 1, der har en permanent magnetnordpol 13 og en permanent magnetsydpol 14. En spændingsimpuls føres til den ene statorvikling 12o5 ved kortvarig lukning af en afbryder 12o7 for at tilkoble et batteri 12o9 eller en anden spændingskilde. Med rotoren i den viste position og under antagelse af, at viklingen 12o5 skaber en nordpol i sin nærhed, vil rotoren bevæge sig et kort stykke i retning modsat urviserens retning og ændre fluxen i en vikling 1211 på grund af, at nordpolen, der dannes af magneten 13, bevæger sig i dens nærhed og inducerer en spænding i denne vikling 1211, der kan afføles f.eks. ved hjælp af et galvanometer 1213. Et hvilket som helst par motorviklinger kunne vælges til

M DK 159409B

prøveimpulstilførsel og induceret spændingsafføling, og polariteten af den inducerede spænding vil give en indikation af rotorpositionen. I nogle tilfælde kan resultaterne af prøveimpulsiiietoden være ubestemt, idet der,f.eks. hvis den pågældende rotormagnet er direkte under prøve-impulsviklingen, ikke vil optræde nogen rotorbevægelse. Den korrekte udvælgelse af en anden vikling og tilførsel af en anden prøveimpuls vil løse sådanne flertydigheder.

I den tidligere forklarede fig. 6 frembringes rotorpositionssignaler af positionsfølerne 43,44, og disse signaler føres til et sig-nalkonditioneringskredsløb 7ol, der er indrettet til at frembringe fire positionsstyresignaler A, A, B og B, der anvendes til at styre strøm-omkobling i statorviklingerne. Disse positionsfølere 43,44 kan udelades i henhold til den foreliggende opfindelse, idet en sådan udførelsesform er vist i fig. 41. Følererstatningssignaler tilvejebringes som udgangssignalerne på NAND-porte lo43 og lo45, og de indbyrdes vinkelret anbragte totrinsmotorviklinger tilvejebringer indgangsspændingssignaler til terminaler lo47 og lo49. Et skifteregister lo51, der er forbundet som en fire bit ringtæller identificerer, hvilken af de fire viklinger a,b,c eller d der er den på det pågældende tidspunkt energiforsynede vikling, og spændingen, som induceres i en vikling, der ikke på det pågældende tidspunkt energiforsynes, aftastes ved lukning af en af to afbrydere lo5'3 og lo55. Ofte er den vikling, som af tastes, den næste .vikling i rækkefølgen, der skal energiforsynes. Den aftastede inducerede spænding integreres af en integrator lo57 og sammenlignes med en referencespænding lo59 i en komparator lo61. Når integralet overstiger referencespændingen, bliver komparatorens udgangssignal højt, og et differentiationskredsløb lo63 fører skifteregistret lo51 til dets næste indikation. En hvilken som helst ændring i højbitpositionen af skifteregistret lo51 afføles af NAND-porte lo65 og lo67, der over invertere lo69 og lo71 og en yderligere NAND-port lo73 trigger et monostabilt multivibratortidsstyreorgan lo75 til at tilbagestille integratoren lo57 til dens begyndelsestilstand for den næste integrationsperiode.

Et begyndelsestilstandsinterval frembringes også af det monostabile multivibratortidsstyreorgan 1075 , men fjerner yderligere omskiftnings-transiente f-ra beregningen og sikrer, at den inducerede spænding, som· skyldes et sammenfaldende magnetfelt fra en vikling, som afbrydes, ikke indgår i beregningen. Der anvendes kun to spændingsaffølingsterminaler lo47 og lo49, og spændingen over kun to af de fire viklinger vist i fig. 6 afføles. For at sikre at den samme retning eller polaritet af viklingsspænding afføles hver gang, findes der en inverter lo77 tillige med skiftevis aktiverede afbrydere lo79 og lo81. Disse sidstnævnte afbrydere bliver skiftevis lukket af udgangssignalet fra NAND-porten lo43

35 DK 159409 B

og en inverter lo83. Det skal bemærkes, at en ændring i rotorhastigheden ændrer integrationstiden, men ikke har nogen virkning på det samlede resultat,og følgelig er integratorens udgangssignal repræsentativt for rotorpositionen eller den samlede fluxændring i stedet for rotorhastigheden eller fluxændringshastigheden.

Bølgeformer i forbindelse med kredsløbet i fig. 41 er vist i fig. 42, idet den korte begyndelsestilstandsimpuls (IC) lo85 er begyndelsestilstandssignalet til integratoren, som tilføres over en inverter lo87. Udgangssignalet fra integratoren lo57 er vist for en korrekt eller foretrukken "børstestilling" i den anden bølgeform, hvorimod omskiftning for sent og omskiftning for tidligt fører til henholdsvis den tredie og fjerde integratorbølgeform som vist. Ved betragtning af den "for sene" bølgeform skal det bemærkes, at integratorudgangssignalet vil opnå sin referencespændingsværdi hurtigere i tid end ved den optimale situation, i hvilket tilfælde skifteregistret lo51 naturligvis skiftes tidligere og kompenserer for den "for sene" situation. En forspændingsindgang lo89 til integratoren lo57 forefindes for at indlede omskiftningen, når der ikke findes nogen tæller emk på terminalen lo47 eller lo49, dvs. når motoren står stille. Denne forspænding lo89 tjener til at bringe kredsløbet til at virke som om motoren kørte ved en lav hastighed i den ønskede retning og hjælper håndgribeligt med til at starte motoren. Det skal også bemærkes, at i stedet for at skabe ...A og B signalerne, som blev anvendt i børstefrie motorer af følertypen, kan udgangssignalerne fra skifteregistret lo51 anvendes direkte til at aktivere viklingsenergiforsyningskredsløbet, såsom Darlington-parret 82,83 og indgangstransistoren 81 for hver vikling som vist i fig. 6.

Medens bølgeformerne i fig. 42 repræsenterer integralet af spændingen over en vikling, der ikke på det pågældende tidspunkt energiforsynes, men f.eks. er den næste i rækken, der skal energiforsynes, repræsenterer bølgeformerne i fig. 43 strømgennemgangen i en energiforsynet vikling, idet den øverste bølgeform viser en situation med stor belastning eller tidlig kommutering, medens den nederste bølgeform viser en situation med lille belastning eller sen kommutering, idet den mellemliggende bølgeform er den optimale "børsteposition" eller kommu-teringstidsbølgeform. Den korrekte kommuteringstidsbølgeform svarer til den relative beliggenhed af en eksempelvis spole lo91 og rotorflux-mønstret lo93, der er relativt ensartet over hele sin varighed som vist i fig. 44. Hvis spolen i fig. 44 var beliggende til højre for positionen vist i fig. 44, ville situationen med en stor rotorbelastning eller tidlig energiforsyning af spolen lo91 frembringe en strømspids på forflanken af ledeintervallet, som vist i den øverste bølge-

36 DK 159409 B

form i fig. 43 og ville svare til integratorudgangssignalet vist i den nederste bølgeform i fig. 42.

Som tidligere angivet kan ringtælleren, der, når indgangssignaler tælles, har en foreskreven "1" tilstand, som bevæger sig i en krævet rækkefølge i en sløjfe, anvendes direkte til energiforsyning af viklingsaktiveringskredsløbet, og dette udføres i kredsløbet i fig. 45, . som viser en firetrins eller fireviklingsmotor, hvor viklingerne energiforsynes i en rækkefølge fire, tre, to, en, fire, tre osv. Ringtælleren lo95 tilvejebringer direkte disse viklingsaktiveringssignaler betegnet som (1), (2), (3) og (4),og også disse signaler er koblet til afbrydere lo97, lo99, Hol og llo3 i en rækkefølge (2), (3), (4), (1), såle- · des at viklingsspændingen for den næste vikling, der skal aktiveres, afføles af den korrekt aktiverede afbryder. Eksempelvis kobler afbryderen llol vikling nr. 3 til en forstærker llo5, når det fjerde trin i ringtælleren lo95 tilvejebringer udgangssignalet (4). Disse affølte viklingsspændinger forstærkes af forstærkeren llo5 og føres over en helbølgeensretter llo7, der er indkoblet for at forhindre integrator-mætning under eventuelle store negative værdier af integralet. Disse halvbølgeensrettede signaler føres derpå over en integrator llo9, en forstærker 1111 og sammenlignes i en komparator 1113 med en reference 1115, og når integralet er større end referencen, bevirker et monostabilt multivibratortidsstyreorgan 1117 over en inverter 1119 tilbage-'· stilling af integratoren og over et differentiationskredsløb 1121 tælling fremad af ringtælleren lo95.

Det skematiske diagram i fig. 25a og 25b og de tilhørende bølgeformer afbildet i fig. 26 viser en anden udførelse af en elektronisk kommuteret jævnstrømsmotor, der ikke anvender rotorpositionsfølere som sådanne, men i stedet afføler mod emk'en af en ikke energiforsynet vikling. Tværtimod kan denne vikling være den næste, der skal aktiveres i viklingsenergiforsyningsrækkefølgen.

Med denne udførelsesform bliver hver viklings emk integreret fra et nulkrydsningspunkt,indtil et forudbestemt antal volt-sekunder er akkumuleret. Integrationskredsløbet ser bort fra negative værdier af emk og sikrer nøjagtig styring af forskydningsvinklen fremad af kommuteringen uafhængigt af rotorens hastighed. En starthjælp tilvejebringes for at sikre begyndende rotation af motoren. Yderligere styreforanstaltninger tilvejebringes som forklaret nedenfor indbefattende beskyttelseskredsløb til hindring af rotorrotation ved underspændings-, overspændings-,underhastigheds- og/eller omvendt spændingspolaritetsforhold.

Det omhandlede kredsløb kan anvendes i forbindelse med en 37

DK 159409 B

tofase- eller totrins-topolsmotor med bifilare viklinger for hver fase, hvilken motor mangler positionsfølere, men er ellers helt svarende til motoren vist i fig. 1. Endvidere og hvad der er vigtigt, kan denne arrangementstype anvendes ved en motor med tre, fire og endnu flere trin. Strøm fra et batteri eller en anden jævnstrømskilde føres fra en terminal +V til de enkelte motorviklinger ved hjælp af transistorer, såsom 362 og 364, se fig. 25b, der er forbundet i en modificeret Darlington-kobling med et sådant par for hver motorledning. Nogle jordingsproblemer i det logiske kredsløb kan undgås i f.eks. et køretøjsbatteridrevet køleanlæg, hvis terminalen +V forbindes med den positive batteriterminal og følgelig med hver positive motorviklingsledning, idet alle de negative motorviklingsledninger er forbundet med hinanden og med den negative side af strømkilden. Tilbagekoblingsdioder, såsom 366, tilvejebringer som før en strømvej i den ene vikling for energi, som er oplagret i en anden vikling på det tidspunkt, hvor strømmen i denne anden vikling afbrydes. En kondensator 368 tjener som før som et afledningsorgan for denne energi, eksempelvis når strømforsyningskilden utilsigtet afbrydes, eller når strømforsyningskilden er en anden end et batteri. Hvert viklings- og transistorpar aktiveres en fjerdedel af tiden, og et beskyttelsesorgan, såsom en diode 37o kan indkobles for at beskytte mod utilsigtede forbindelser med modsat polaritet. I det viste arrangement forhindres beskadigelse af kommuteringskredsløbet og ...motoren, da strømgennemqang i dioden 37o på grund af en situation med modsat polaritet vil bevirke overbrænding af en sikring 372. Jævnstrømskilden +V er foruden at være koblet i rækkefølge til motorviklin gerne forbundet med en terminal 374 som en energikilde for udgangsdrivtransistoren, såsom 376, og til en terminal 378, hvor den behandles af et zenerdiodefilternetværk for på en terminal 38o a't tilvejebringe en reguleret spænding VR på f.eks. 8,2 volt til anvendelse som en spændingskilde for de logiske kredse og operationsforstærkere.

Det logiske kredsløb tjener i almindelighed til i rækkefølge at drive effekttransistorerne, såsom 362 og 364, og til at udløse drivsignalet, når de på rotoren monterede permanente magneter i motoren er optimalt placeret i forhold til viklingen, der skal indkobles.

Denne optimale placering eller ønskede forskydningsvinkel at (se fig.

3 og den tilhørende beskrivelse) udledes af mod-emk spændingen af den næste vikling i drivrækkefølgen.

Under drift afføler et detektorkredsløb 814, der er vist indenfor punkterede linier i fig. 25a og forbundet med hver af viklingerne, selektivt emk spændingen af en bestemt vikling, idet udvælgelsen i den foreliggende udførelsesform er den næste vikling, der skal energiforsynes. Detektorkredsløbet overfører derpå den affølte emk spænding

38 DK 159409 B

i den pågældende vikling til et positionsbestemmelseskredsløb 816^ hvor emk spændingen konditioneres og anvendes til at frembringe et simuleret relativt positionsudgangssignal, som simulerer eller er indikativt for den relative position af motorens rotor og stalor. I den foreliggende udførelsesform har dette' simulerede relative positionsudgangssignal form af impulser, hvor frekvensen eller tidsrammen, hvori . impulserne forekommer, er indikative for den relative position af rotoren og statoren. For at vælge den næste vikling, der skal energiforsynes i overensstemmelse med det simulerede relative positionsudgangssignal, behandler et kredsløborgan 818 det indkommende simulerede positionssignal gennem et indekserings- eller følgearrangement til frembringelse af et udgangssignal til trigning af energiforsyning af den pågældende vikling. Det simulerede relative positionsudgangssignal og kredsløbsorganets udgangssignal bevirker også, at detektorkredsløbet vælger eller skifter til en anden vikling for afføling af emk-spændingen, som i denne udførelsesform er den vikling, der er den næste i rækkefølgen, som skal energiforsynes. Emk-spændingen fra denne anden vikling bliver igen konditioneret og behandlet af det positionsbestemmende kredsløb til opnåelse af den optimale placering eller ønskede forskydningsvinkel fremad for energiforsyning af den anden vikling, hvorpå et andet simuleret relativt positionsudgangssignal frembringes og føres til kredsløbsorganet. Kredsløbsorganet indekser igen for at bevirke, at •.den tidligere energiforsynede vikling udkobles for at bevirke energiforsyning af den anden vikling og bringe detektorkredsløbet til at skifte til en yderligere vikling. Denne arbejdsprocedure foregår kontinuerligt under motordrift, idet emk spændingen af hver vikling selektivt afføles og anvendes til selektivt at energiforsyne hver af viklingerne.

Det positionsbestemmende kredsløb i fig. 25a indeholder noget mere detaljeret angivet en operationsforstærker 382, der tjener til at integrere denne mod-emk spænding, og når denne integrerede spænding når et referenceniveau eller et forudbestemt antal volt-sekunder, frembringes et simuleret relativt positionsudgangssignal, som bringer de efterfølgende logiske dele af kredsløbsorganet til at ændre tilstand og bevæge sig eller indekse til det næste viklingsenergiforsyningsforløb. Under processen bliver drivsignalet til "inde"-transistoren fra drivtransistorer, såsom 376, fjernet og ført til det næste Darlington-par eller den næste udgangstransistor, der skal energiforsynes. For at afføle emk-spændingen af viklingerne og således styre deres energiforsyningsrækkefølge er motorledningerne 3849 386, 388 og 390 som nævnt ved den yderste højre ende af fig. 25b forbundet med terminaler med samme betegnelser til venstre i fig. 25a for sekventiel tastning af emk-spændingen af

DK 159409 B

39 viklingerne ved hjælp af omskiftere 39*2,394,396 og 398 i detektorkredsløbet. Disse omskiftere bliver sekventielt aktiveret af NOR-porte, såsom 400, se fig. 25b, der har det simulerede relative positionssignal og kredsløbs-organets udgangssignaler som indgangssignaler, og som er indbyrdes forbundne med omskifterne ved hjælp af terminaler 4o2,4o4,4o6 og 4o8. Viklingsenergiforsyning udelukkes imidlertid derved for at forhindre yderligere motordrift, hvis motorforsyningsspændingen ligger udenfor et forudbestemt spændingsområde,eller motorhastigheden ligger under en forudbestemt lav minimumshastighed. Et underspændingskredsløb 82o og et overspændingskredsløb 822 med operationsforstærkere henholdsvis 41o og 412 som deres væsentligste del sikrer, at spændingsforsyningen ikke falder under en forudbestemt minimumsværdi eller overstiger en forudbestemt maksimumsværdi. Et underhastighedskredsløb 824, der er opbygget omkring en operationsforstærker 414 og logiske inverterende porte 416,418 og 42o, sikrer, at motordriften er over en forudbestemt minimumshastighed. I. tilfælde af en fejl, dvs. en overskridelse af de ovennævnte forudbestemte grænser, bringer disse kredsløb transistoren 422 til at blive ikke ledende for derved at forhindre en eventuel aktiveringsstrømgennemgang i udgangsdrivtransistorerne, såsom 376, således at der ikke fås nogen viklingsenergiforsyningsstrøm gennem udgangstransistorerne, såsom 362 og 364.

For at frembringe udgangssignalet, der er indikativt for den relative position af rotoren og statoren, når operationsforstærkeren 382 har integreret emk spændingen til et forudbestemt referenceniveau, er positionsbstemmelseskredsløbet forsynet med inverterende porte 442 og 444, som er koblet sammen med tilbagekobling for at danne et Schmitt triggerkredsløb og forbundet med NAND-porte 446 og 448, der selv er forbundet med hinanden for at danne en monostabil multivibrator. Udgangssignalet fra den monostabile multivibrator føres over inverterende NAND-port 450 og til et par flip-flop 452 og 454, se fig. 25b, for at tilvejebringe Q1 og Q2 signalerne tillige med deres komplementer, der skal kombineres logisk ved hjælp af en første dekoder omfattende fire NAND-porte, såsom 456, og en anden dekoder omfattende fire NOR-porte, såsom 4oo. NAND-portene kan være af typen CD4011, medens NOR-portene kan være af typen CD400T. De nedenfor nævnte sammenkædede invertere 416 og 418, som danner Schmitt triggerkredsløbet, kan ligeledes være af typen CD4ool, medens inverterne, såsom 458, kan være af typen CD4049.

Bølgeformerne i. fig. 26 viser den stationære tilstand eller arbejdstilstanden af kredsløbet i fig. 25a og 25b, idet tilsvarende henvisningsbetegnelser til venstre for bølgeformen angiver den ledning i det skematiske diagram, hvor denne bølgeform optræder. Noget idealiserede mod-emk'er i motorviklingen er vist foroven i fig. 26, og for-

-110 DK 159409 B

målet med kredsløbet vil være at kommutere med en forudbestemt størrelse af forskydning fremad, dvs. at omkoble fra en vikling til den næste, når rotormagneten er mellem lo og 15 elektriske grader af fuld kobling af viklingen, der skal tilsluttes. Dette er vist som tid eller punkt A i fig. 26. Dette triggerpunkt bestemmes ved integration af mod-emk'en i forstærkeren 382 begyndende ved punkt B, som er det punkt, hvor mod-emk'en er nulteller nulkrydsningspunktet. Spændingen integreres over ’et tidsrum og er et mål for fluxændringen snarere end en funktion af motorhastigheden. Når denne integration er afsluttet, og triggerpunktet A nås, aktiveres Schmitt-triggerudgangen 428. Dette integrationsinterval mellem punkterne B og A følger efter en to millisekunders tilbagestillingsperiode i denne udførelsesform,under hvilken kondensatoren 46o oplades tilbage til referencespændingen på f.eks. 6,8 volt fastlagt af zenerdioden 462. Forud for integrationen ligger også et andet tidsrum med en varighed bestemt af motorhastigheden og fysisk det tidsinterval, hvori mod-emk'en er negativ. Zenerdioden tjener til at forhindre integration af den negative emk-spænding, så at integrationsintervallet begynder ved nulkrydsningspunktet af emk“spændingen eller punktet B som vist i fig. 26. Trigningspunktet for Schmitt triggerkredsløbet er indstilleligt ved hjælp af et potentiometer 464.

Integration fra punkt B eller nulkrydsningspunktet hjælper med til den indledende start af motoren og sikrer nøjagtig styring af kommuteringsforskydningsvinklen uafhængigt af rotorens omdrejningshastighed. Indledende start hjælpes ved,at en modsat motorretning frembringer en emk spænding med en relativt stor positiv polaritet. Integration fuldføres således hurtigt og bevirker en hurtig omskiftning til den næste vikling i den ønskede rækkefølge. Denne omskiftning i den ønskede rækkefølge bevirker, at viklingerne frembringer et roterende magnetfelt i den ønskede retning for korrekt rotation. Denne integration og hurtig omskiftning fortsætter, indtil motoren roterer i den rigtige retning og kommuteres på det rigtige tidspunkt. Da negative emk spændinger lades ude af betragtning, begynder integrationen endvidere ikke samtidig med omskiftningen af detektorkredsløbet. Hvis en fast forsinkelse er påkrævet for at undertrykke støj og omskiftnings-transiente og/eller tilbagestilling af ihtegrationskredsløbet, vil denne forsinkelse, derfor forekomme, når emk'en er negativ og vil således ikke forårsage variation af forskydningsvinklen med motorens hastighed.

Schmitt triggerudgangssignalet aktiverer den monostabile multivibrator, som tilvejebringer en ændring af udgangssignalet i et to millisekunders interval fastlagt af den pågældende værdi af kondensatoren 460. Denne ændring af udgangssignalet aktiverer et organ bestemt til at tilbagestille integratoren for emk spændingen. I det viste arrange-

DK 159409B

ment er tilbagestillingsorganet en NAND-port 468 og omskiftere 47o og 472, idet NAND-porten 468 reagerer på udgangssignalet fra multivibra-toren for at indkoble omskifterne 47o og 472 til tilbagestilling af operationsforstærkeren 382. Den monostabile multivibrators udgangssignal bliver også inverteret i NAND-porten 45o for at frembringe det simulerede relative positionsudgangssignal, som yderligere behandles af flip-flop'ene 452 og 454 til frembringelse af signaler, der er egnede til sekventiel indkobling af Darlington-effekttransistorerne. NAND-porten 468 hjælper også med til motorstart, da kondensatoren 460-, når motoren og kredsløbet til at begynde med energiforsynes, udlades, og den monostabile multivibrator har et højt udgangssignal på ledningen 43o og normalt ville forblive med dette høje udgangssignal, indtil kondensatoren 460 oplades, og en integrationsperiode fuldføres. Udgangssignalet på Schmitt triggeren er imidlertid til at begynde med lavt, og dette udgangssignal forbliver lavt længe nok til, at et højt udgangssignal fra NAND-porten 468 indkobler omskifterne 47o og 472 for at tilbagestille eller oplade kondensatoren 46o.

Efter at kondensatoren 46o er blevet tilbagestillet eller opladet, er positionsbestemmelseskredsløbet parat til at modtage emk spændingssignaler fra detektorkredsløbet. For sekventielt at vælge de viklinger, der skal afføles, er NOR-porte, såsom 4oo, indkoblet for at aktivere de elektroniske omskiftere, såsom 392, for sekventielt at føre mod emk-spændingerne fra viklingerne til operationsforstærkeren '382. Som tidligere nævnt udsættes denne sekventielle portstyring imidlertid i et interval på to millisekunder som vist i bølgeformerne angivet som 4o2, 4o4, 4o6 og 4o8 for at tillade kondensatoren 46o at oplades påny.

Ved starten af motoren kan mod emk-spændingen, som afføles af detektorkredsløbet, være nul, og således vil spændings-tidsintegrationen i operationsforstærkeren i positionsbestemmelseskredsløbet eventuelt ikke finde sted, med mindre der findes et organ til at hjælpe starten, som frembringer et karakteristisk signal, der står i forbindelse med en emk tilstand af motoren ved lav motorhastighed, som er betydeligt mindre i størrelse end den emk spænding, der frembringes af motoren ved dens fulde arbejdshastighed. I det viste arrangement omfatter starthjælpen en forspænding, der frembringes over modstanden 474, som simulerer et mod emk-signal for lav hastighed og sikrer en kontinuerlig periodisk aktivering af det lukkede monostabile operationsforstærkersystem (Schmitt triggersystem). I det viste arrangement vælges modstanden 474 således, at den frembringer en forspænding, der bevirker, at den periodiske aktivering finder sted ved en hastighed, der er ækvivalent med 4oo omdrejninger pr.' minut for motoren, idet det øvrige DK 159409 Β λ η kredsløb reagerer i overensstemmelse derned for at omskifte motorviklingerne i den ønskede omdrejningsretning. Modstandsværdien af modstanden 474 og dermed forspændingen til at hjælpe starten kan variere afhængigt af momentet og inertien, som skal overvindes af motoren ved start for at frembringe rotation af dens rotor. Eksempelvis foretrækkes en lav forspænding, når inertien er høj. Motoren startes således langsomt, og emk spændingen, som frembringes derved, vil ikke blive skjult af den lave forspænding. En noget højere forspænding kan anvendes, når inertien er lav for derved at reducere strømmen i effekttransistorerne ved at tilvejebringe hurtigere omskiftning til den næste vikling, der skal energiforsynes. Forspændingen vil ikke være påkrævet, hvis der findes andre midler til at sikre indledende rotation af rotoren. Hvis motoren f.eks. skal anvendes i et kæde- eller kaskadearrangement, idet den er den anden eller efterfølgende motor i arrangementet, vil indledende rotation altid være tilsikret, således at behovet for yderligere hjælp ved start undgås. Når motoren først drejer rundt, er mod-emk signalerne overvejende, og motoren fortsætter driften som beskrevet. I det tilfælde hvor motoren begynder med at rotere i den forkerte retning, forhindres fortsat fejlagtig rotation eller oscillation, da mod-emk signalet, som tidligere forklaret, bevirker, at integration finder sted meget hurtigt, og den næste vikling i den korrekte omdrejningsretning bliver hurtigt indkoblet.

Det vil nu forstås, at der ovenfor er beskrevet en metode til måling af fluxændringen, og det således frembragte signal er blevet anvendt til at styre kommuteringen ved en beskreven størrelse af forskydning fremad. Kredsløb, som anvender andre organer end en integrator, kan imidlertid udføre det samme formål eller den samme funktion. Eksempelvis kan en spændingsstyret oscillator og en tæller anvendes til at måle fluxændringen over et forudbestemt interval, idet oscillatoren reagerer på det positive emk spændingssignal fra detektorkredsløbet for at frembringe udgangsimpulser ved en frekvens, der er proportional med emk spændingen. Disse impulser kan igen tælles af en tæller, indtil et forudbestemt antal er akkumuleret, hvilket antal repræsenterer et forudbestemt antal volt-sekunder, hvorpå tælleren frembringer et udgangssignal til at indekse eller skifte flip-flop'ene 452 og 454 for at frembringe signaler, der er egnede til sekventiel indkobling af Darlington-effekttransistoren. Efter frembringelse af sit udgangssignal vil tælleren automatisk blive tilbagestillet for at være klar til at gentage tælleprocessen for den-næste vikling, der skal afføles. Som en hjælp ved start kan oscillatoren indstilles til at frembringe udgangsimpulser ved en frekvens svarende til en forudbestemt minimumsrotorhastighed, som det er tilfældet ved oscillatorerne anvendt i kredsløbene vist i

1,3 DK 159409 B

fig. 16 og 18. Den ovenfor beskrevne m'etode vil ikke kun eliminere integratoren, men også behovet for Schmitt triggeren, multivibratoren og tilbagestillingsdelen af kredsløbet, hvor kondensatoren 46o oplades til en begyndelsesværdi.

En yderligere metode, som anvender en datamat eller mikroprocessor kan anvendes til at måle fluxændring ved aftastning af emk spændingen med forudbestemte intervaller, f.eks. et millisekund, og akkumulerer en sum, indtil en forudbestemt sum af voltsekunder er nået, hvorpå et udgangssignal kan frembringes for at indekse eller omstille flip-flop1 ene 452 og 454 til at frembringe signaler, der er egnede til sekventiel indkobling af Darlington effekttransistorerne. Desuden kan datamaten eller mikroprocessoren også programmeres til at udføre dekodningsprocessen, så at der kan frembringes udgangssignaler til direkte indkobling af effekttransistorerne til sekventiel energiforsyning af motorviklingerne.

Selv om der i de ovenfor beskrevne udførelsesformer er blevet anvendt arrangementer med Darlington effekttransistorer til at udføre effektomskiftningen af viklingerne, vil fagfolk indse^ at alternative omskiftningsmetoder kan anvendes. Eksempelvis kan siliciumstyrede ensrettere (SCR) eller tyristorer anvendes ved et arrangement, der er indrettet til at tilbagestille den siliciumstyrede ensretter eller tyristoren, som styrer energiforsyning af en bestemt vikling, når kredsløbsorganet frembringer et udgangssignal til energiforsyning af den næste vikling i en energiforsyningsrækkefølge. Endvidere kan der til visse begrænsede anvendelser anvendes relæer til at omskifte energi til viklingerne.

Som tidligere nævnt bliver viklingsenergiforsyning udelukket for derved at forhindre yderligere motordrift, hvis motorens forsyningsspænding ligger udenfor et forudbestemt spændingsområde,eller motorhastigheden er under en forudbestemt minimumsværdi af lav hastighed. Det blev også angivet, at transistorer, såsom 376, kun vil reagere på høje signaler, som sekventielt frembringes af porte, såsom 458, hvis transistoren 422 er ledende. Denne transistor 422 vil imidlertid lede, så længe katoderne i dioderne 476,478,48ο og 482 alle er på referencespændingen V , og strømgennemgangen i modstanden 484 er i det væsent- I\ lige summen af basis-emitterstrømmen i transistoren 422 plus strømmen i modstanden 486. Jording eller reduktion af potentialet på terminalen 488 vil spærre transistoren 422, medens en forøgelse af denne spænding til referenceniveauet VR eller over dette på den anden side under normale forhold vil tillade transistoren 422 at lede. Hvis udgangssignalet fra operationsforstærkerne 41o og 412 i henholdsvis underspændings-

w DK 159409 B

kredsløbet og overspændingskredsløbet er lavt, vil transistoren 422 på lignende måde normalt lede. Begge operationsforstærkere 41o og 412 tjener til at sammenligne batterispændingen V, -som tilføres på terminalen 49o,med den zenerregulerede referencespænding, som tilføres på terminalen 492, referencespændingen tilføres imidlertid til den negative terminal på forstærkeren 4lo i underspændingskredsløbet, og denne forstærkers udgangssignal vil derfor være lavt, så længe den brøkdel af batterispændingen, som tilføres dens negative terminal, er større end den brøkdel af referencespændingen fastlagt ved indstillingen af potentiometret 494, som tilføres dens positive terminal. Operationsforstærkeren 41o har således et højt udgangssignal, så længe f.eks. batterispændingen er over lo,5 volt og fungerer som en underspændings- eller lavspændingsdetektor. På lignende måde bliver operationsforstærkeren 412 indstillet ved det passende valg af spændingsdelermodstande, således at den har et højt udgangssignal, så længe batterispændingen er under f.eks. 16 volt, og denne operationsforstærker fungerer som en overspæn- j dings- eller højspændingsdetektor. En kondensator 496 tjener til at bortfiltrere transiente og uregelmæssige bølgeformer fra et batterila-deapparat for at forhindre falske indikationer af under- eller overspænding .

Talrige andre styrefunktioner kan udføres ved anvendelse af det elektronisk kommuterede motorstyrekredsløb i fig. 25a og 25b ved rat hægte yderligere dioder på basis i transistoren 422 for at aflede denne transistors aktiveringsstrøm, når dioden er forspændt til at lede for derved at spærre transistorerne 376 og derfor også det viklingsaktiverende transistorpar. Eksempelvis vil underhastighedskredsløbet vist i fig. 25a og 25b og forbundet med dioden 482 tjene til at afbryde viklingerne, når motoren af en eller anden grund løber ved en uforholdsmæssigt lav hastighed. Udgangssignalet fra porten 45o er en rektangulær bølge, som varierer med motorhastigheden, og som er højt ca. halvdelen af tiden ved normal arbejdshastighed. I den foreliggende udførel-sesform var arbejdshastigheden ca. 3.6oo omdrejninger pr. minut, og udgangssignalet på porten 45o var tilnærmelsesvis en 24o Hz rektangulær bølge. Dette signal filtreres af en modstand 498 og en kondensator 5oo og forstærkes derefter af forstærkeren 414 for igen at blive filtreret af modstanden 5o2 og kondensatoren 5o4. Den resulterende jævnspænding, der i det væsentlige er proportional med hastigheden, lagres som en spænding på en kondensator 5o6, og så længe denne spænding er på eller over det niveau, som repræsenterer en forudbestemt minimumshastighed, f.eks. 2.5oo omdrejninger pr. minut i den viste udførelsesform, forbliver udgangssignalet fra Schmitt triggeren omfattende forstærkerne 416 og 418 højt. Kalibrering af denne spænding eller dette minimumshastig- 45

DK 159409 B

hedsniveau kan opnås ved ændring af potentiometret 5o8. Hvis motorhastigheden bliver for lav, skifter Schmitt triggerkredsløbet til sin lave tilstand og tillader strømgennemgang i dioden 482 og tilvejebringer samtidigt et højt udgangssignal på forstærkeren 42o for at oplade kondensatoren 5o6. Tidskonstanten for kondensatoren 5o6 og modstanden 51o tillige med hysteresen af Schmitt triggerkredsløbet 416,418 bestemmer en tilbagestillingstid for kredsløbet, der kan være tale om flere minutter, såsom 4-5.

Ved indledende start af motoren skal der forløbe de samme 4-5 minutter, før starten kan ske. Kondensatoren 5o4 vil typisk bibeholde sin ladning tilstrækkeligt længe til normal ind-ud arbejdscyklus-funktion af f.eks. en køleapparatmotor. Hvis en genstart imidlertid foretages, og den som eksempel angivne hastighed af 25oo omdrejninger pr. minut ikke opnås indenfor f.eks. 3-5 sekunder, tidskonstanten for kondensatoren 5o6 og modstanden 512, vil starten afbrydes, og den fem minutters forsinkelse til genopladning af kondensatoren 5o6 udløses før et genstartforsøg. Den relativt lange ladetid for kondensatoren 5o6 og forholdsvis korte udladningstid skyldes naturligvis tilstedeværelsen af dioden 514 og den betydeligt lavere modstand af modstanden 512 sammenlignet med modstanden 51o.

I det som eksempel angivne køretøjskøleanlæg bliver kondensa-torkøleblæseren typisk koblet over dioden 516, og denne diode vil tjene til at lede energi, som er lagret i blæsermotorens induktans. I andre anlæg uden en sådan blæsermotor indsættes en modstand i stedet for dioden 516. Dioder 518 er indkoblet for at give et yderligere lille spændingsfald til basis i transistoren 422, da de lave udgangssignaler fra forstærkerne, såsom 4lo og 412, i praksis ikke altid er nøjagtigt nul.

Som tidligere angivet muliggør den omstændighed, at den børstefrie jævnstrømsmotor ifølge den foreliggende opfindelse kan aktiveres af rektangulære bølgeformer, der behandles ved hjælp af logiske kredsløb, et antal motorstyreudførelser, der anvender digital styreteknik.

En bestemt særegen digital anvendelse af den elektroniske kommuterede motor ifølge den foreliggende opfindelse er vist i fig. 27 og kan f.eks. anvendes til at bevæge og nøjagtigt indstille et lineært bevægeligt element. Den børstefrie jævnstrømsmotor* 52o har rotorpositionsfølere 522,og i dette anlæg anvendes en sekspolet maskine med anvendelse af GECOR (koboltsamarium) permanente magneter for at opfylde kravene om lille arbejdshastighed o.g størrelse. I denne bestemte udførelsesform anvendes også elektromagnetiske følere, og en 2o kHz magnetiseringskilde tilvejebringer et signal for disse følersignalmagnetiseringsspoler. I anvendelsen med det lineært bevægelige element driver motoren 52o over en skrueaksel elementet, og nøjagtig styring af motoren medfø- 46

DK 159409 B

rer nøjagtig indstilling af elementet,. Anvendelse af jævnstrømsmotoren ifølge den foreliggende opfindelse har mange fordele i forhold til den sædvanlige metode ved lineært bevægelige elementer, idet typiske gearkasser og stopbremser såvel som sikkerhedskoblinger undgås, og det låsende moment af motoren kan tjene som en holdebremse. Endvidere er systemet særligt egnet til batteridrift og styres let ved hjælp af en procesdatamat med fremad-baglæns-skridt- eller bremseordrer.

Disse følere 522 er naturligvis fysisk placeret ved motoren 52o,og stationære magnetiserings- og modtagespoler bliver sekventielt .koblet til og fra hinanden af en roterende segmentskive eller lukker anbragt på motorens rotoraksel. Magnetiseringsspolerne strømforsynes af den nævnte 2o kHz magnetiseringskilde 524, og modtagespolernes signaler behandles i en dekoder 526 for at frembringe ensartede rektangulære spændingsbølgeformer for efterfølgende behandling. Udgangssignalet fra følerdekodningskredsløbet 526 føres til et logisk skridtkredsløb 528, et logisk tællerkredsløb indeholdende en fremad-baglæns følerlogik 53o og en positionstæller 532, hvis indhold kan vises digitalt ved anvendelse af typiske visningsenheder med syv segmenter i et visningspanel 534. Det logiske kredsløb 528 er forsynet med logiske kredsløbsorganer, der hindrer normal kommutering af den næste vikling i energiforsyningsrækkefølgen og bevirker således fortsat energiforsyning af den samme vikling, indtil rotoren kommer frem til en stilling, hvor udgangsmomentet pr. ampere er nul. Rotoren forbliver i denne stilling, indtil et signal tilføres for at bevirke kommutering af den næste vikling i energiforsyningsrækkefølgen, som bevirker et andet skridt på samme måde. Udgangssignalet for følerdekodningskredsløbet 526 føres også til et tilstandsstyrekredsløb 536, der sorterer fremad-baglæns-fremadskridt- og andre ordrer og relaterer disse ordrer til følersignalerne for at samle denne information i fire logiske porte. Der findes en sådan port for hver af de fire transistoreffektomskiftere, og til et hvilket som helst givet tidspunkt vil kun en af disse porte have et højt udgangssignal. Disse udgangssignaler modificeres i et andet sæt porte, som modtager kørsels- og stopordrer såvel som strømbegrænsningsinformation. Strømbegrænsning udføres som en impulsbreddemodulations-proces, og udgangssignalet fra disse sidstnævnte porte forstærkes i to transistordrivtrin, der igen leverer basisstrøm til effekttransistor-omskiftere 538 og 54o. Motorstrømmen kan afføles ved 542, og hvis denne strøm ér for stor, bliver porte i impulsmodulationskredsløbet 544 spærret i et kort tidsrum, såsom 5oo mikrosekunder, for at spærre strømforsynings- og drivkredsløbet 544 i et lignende tidsrum for at tillade motorstrømmen at falde noget. Ved begrænsning af strømmen til en maksimumsværdi bliver motorens udgangsmoment, der er en funktion af strømmen,

1,7 DK 159409 B

naturligvis også begrænset eller styret til en maksimumsværdi med det ovenfor beskrevne arrangement. Momentstyring kan være ønskelig under visse omstændigheder for at beskytte det mekaniske system, der drives af motoren.

Det vil nu fremgå, at der er blevet vist og beskrevet forskellige udførelsesformer for opfindelsen i foretrukne former af denne. På .nuværende tidspunkt menes halvbroforbindelsesarrangementet, som anvender bifilare viklinger i motorer med to viklinger og monofilare viklinger i motorer med flere viklinger, at være den bedste form sammenlignet med et monofilart helbrokredsløbsarrangement.

Dette skyldes, at der kræves færre transistorer til halvbroarrangementet, og dette betyder mindre omkostninger, selv om der fås en mindre effektiv udnyttelse af viklingsmaterialet (f.eks. kobber eller aluminium). Hvis og når de relative omkostninger til transistorer og viklingsmateriale imidlertid ændrer sig til gunst for faststoforganerne, vil det monofilare helbrokredsløb være at foretrække.

Når den ene eller anden metode anvendes, er det afgjort at foretrække at tilvejebringe energilagringsorganer (f.eks. som beskrevet ovenfor) for ikke kun at beskytte udgangstransistorerne, men også for at forbedre virkningsgraden af energiudnyttelse.

Når den ene eller anden metode anvendes, kan fremgangsmåder, som indeholder andre aspekter af opfindelsen, naturligvis benyttes.

•For at resumere vedrører sådanne fremgangsmåder naturligvis fremstil- . lingen af børstefrie jævnstrømsmotorer (hvad enten de er af den elektronisk kommuterede type eller ikke) og indbefatter udvælgelsen af kerner af vekselstrømsinduktionsmotortyper, udførelsen af fordelte viklinger i noter i sådanne kerner ved hjælp af tilgængeligt vekselstrømsinduktionsmotorudstyr til at danne viklede statorenheder og samlingen af sådanne viklede statorenheder med rotorenheder med permanente magneter.

Viklingsvindingerne kan vikles og anbringes (samtidigt eller sekventielt) i spoleoptagende organer og derefter indføres aksialt i de aksialt rettede kernenoter (enten direkte fra de spoleoptagende organer eller fra et aksialt indføringsorgan, hvortil viklingsvindingerne overføres fra de spoleoptagende organer).

Det vil forstås, at· de ovenfor kort nævnte fremgangsmåder repræsenterer en afvigelse fra den kendte teknik ved fremstilling af jævnstrømsmotorer. Eksempelvis har den kendte teknik medført dannelse af, hvad der er kendt som "ring"-viklinger (f.eks. bølge- eller sløjfeviklinger) , der er anbragt på en sædvanlig kerne i en dynamoelektrisk jævnstrømsmaskine.

Der er endvidere blevet vist og beskrevet et forenklet kreds-

DK 159409 B

is løb til kommutering af energiforsyningssignalerne, som føres til en j børstefri jævnstrømsmotor. Mere specifikt angivet kræver kredsløbet j ifølge opfindelsen ikke et mekanisk følersystem, som er koblet til rotoren i den børstefrie jævnstrømsmotor. I stedet afføles udgangen på motoren og anvendes til at frembringe et varierende signal med en frekvens, som svarer til rotationshastigheden og indikerer positionen af rotoren. Ved visse anvendelser, såsom til brug ved en børstefri jævnstrømsmotor til at drive en kølekompressor, kræver kompressorkappen således ikke yderligere ledningsgennemføringer, hvilket således forbedrer den hermetiske tætning af kappen.

For bedre at vise de forbedrede egenskaber ved motorer ifølge opfindelsen er der angivet data i tabel I.

TABEL I

Data målt ved 2600 omdrejninger pr. minut

Forskydningen Moment Moment Virkningsgrad % Netto i elektriske Total Netto _ ±.

grader_ kg cm kg cm 0 a_ _ 0 0,99 0,82 73,7 60,9 5 1,04 0,86 78,2 65,2 15 1,30 ’ 1,12 81,2 70,4 22 1,38 1,17 77,7 65,6 1 2 uden hensyn til vind- og friktionstab 2 inklusive vind- og friktionstab.

Dataene i tabel I blev tilvejebragt ved afprøvning af en motor, hvori den foreliggende opfindelse anvendes, og som blev drevet af en 12 volt jævnstrømsforsyning.

I motoren anvendtes en standardstatorlameludførelse, som anvendes kommercielt i induktionsmotorer. Lamelpakken var i det væsentlige identisk med den i fig. 2 viste. Boringen i kernen var ca. 5,08 cm med en pakkehøjde på ca. 5 cm. Kernen havde 24 noter og var forsynet med fordelte viklingssidevindingsdele af kobbermagnettråd, som var bi-filart viklet. Otte viklingsspolegrupper ialt (fire bifilare spolegrupper) blev anvendt. Hver spolegruppe indbefattede tre spoler, og hver spole omfattede fra den yderste spole til den inderste spole henholdsvis 7,lo og lo vindinger. Tråden var kobbertråd med en diameter på ca. 1,3 mm (uisoleret). Spolerne i hver spolegruppe omsluttede fra yderste til inderste spole henholdsvis 11, 9 og 7 tænder. "Spredningen" af et tilsvarende par spolegrupper var således seks noter eller 9o me-

"9 DK 159409 B

kaniske grader. Det vil således forstås, at otte noter indeholdt 14 ledere (syv bifilare lederpar),medens resten af noterne havde 2o ledere hver.

Rotormagneterne var fremstillet af ferritmagnetmateriale fra Allen Bradley Company og betegnet som M-7 materiale. Buelængden af hver af de to anvendte magneter var 143 mekaniske grader, tykkelsen var ca. 6,4 mm, og den aksiale længde var ca. 5 cm. Magneterne var epoxybundet til en massiv blødtjernsrotorkerne, og den samlede rotor havde en ydre diameter på ca. 5,03 cm. Kommutering og afføling blev udført med kredsløb i det væsentlige identiske med de heri viste. De benyttede kredsløbskomponenter (dvs. transistorer, modstande, kondensatorer osv.) var af almindeligt tilgængelige typer og var valgt således, at de kun havde tilstrækkelige nominelle spændinger og strømme og tilstrækkelig forstærkning til at levere op til 3o ampere til motorviklingerne. Motoren blev kommuteret med fra nul til 22 elektriske graders forskydning. Da motoren var en topolet motor, var elektriske grader naturligvis lig med mekaniske grader.

I tabel I er angivet to virkningsgrads- og momentkolonner. Det totale moment repræsenterer momentet, som blev frembragt af motoren uden hensyn til vind- og friktionstab. Den første virkningsgradskolonne var også virkningsgraden for motoren uden hensyn til vind- og friktionstab, selv om der var taget hensyn til kobber- og kommutatorkredsløbstab. Nettomomentet er det nettomoment, som forefindes på motorens aksel, og nettovirkningsgraden er den samlede virkningsgrad af motofsystemet indbefattende kommutatoren. Den betydelige reduktion i nettovirkningsgrad (på grund af vind- og lejetab) var forventet, fordi den afprøvede motor kun havde ca. l/2o hestekraft.

Tabel I viser den betydelige forbedring i virkningsgrad og moment, som er opnåelig ved forskydning af kommuteringen. En forskydning på 15 elektriske grader vil således tilvejebringe betydeligt større maksimal virkningsgrad ved 26oo omdrejninger pr. minut, hvorimod en forskydning på 22 grader vil tilvejebringe betydeligt større maksimalt moment ved 26oo omdrejninger pr. minut.

50 DK 159409 B

TABEL II

Repræsentative komponentværdier eller elementidentifikation for de foregående kredsløb.

Referencenummer Komponent

Fig. 6 og 7

70’, 80 CD 4001 AE

43, 44 H 13 A2 71, 72 , 390 kohm 74 1,8 kohm 92 39 ohm 2w 93 200 mF 300v

94 100 mF

95 15V

81 2N 4401 82 2N 5988 83 2N 6258 84 10 kohm 86 150 ohm 88 A 15

91 500 eller 1000 mF

Fig. 16 130 0,o2 ohm 132,133,140,736 145, 740 100 kohm 134 120 " 135,734,149 50 138 3,5 Mohm 146 1 Mohm 738 82 Kohm 150 2,2 " 153 1 155 . 47 ohm 156 120 kohm 742 33 kohm

136,144,148 MC 3301 P

160, 162 CD 4ol3 AE

158 2N 3414 154 2N 1671

51 DK 159409 B

Fig. 18

186,170,172,194,196 CD 4016 AE

182 CD 4013 AE

164,166,174,176 LM 324 168,198 LM 3900 166 0,o2 ohm 546,548,550,552,554, 556,558,560,562 10 kohm 564 120 " 566 4,7 " 568,570,572,574,576, 578 100 " 580,58-2 150 "

584 1 mF

180 .01 mF

586 22 kohm 588 1 mohm 590 270 kohm

Fig. 19 204 To parallelle 0,10 ohm

2W

208 10 V

702 1,2 mohm 704,706 100 kohm 214 Serie 100 kohm og 200 kohm variabel 708 1 mohm

210 MC 3301 P

712 82 kohm

222 390 mF

714,716 47 kohm

220 0,01 mF

718 3,9 mohm 218 Serie 33 kohm og 500 Kohm variabel 224 ‘ IN 914

Fig. 21 og 22 246 H13 A2 652,654 39 kohm 656,660,670 1 kohm 658 560 ohm 256,258,260,262,290 CD 4ool 264,266,268,270 CD 4001

52 DK 159409 B

272,286 * 2N 4401

662 47 ohm 2W

664 5000 mF

666,678 10 kohm

668 10 ohm 10W

672 100 ohm 674,676 0,03 ohm 284 A 115

294,680,682 0,001 mF

292 100 kohm 296 1N914 298 33 kohm 288,302,304 MC 3401 308 2N3414 og D44H5 312 A 15 684,686 22 kohm 688,691 1 mohm 690' 2,2 mohm 692,694 100 kohm

696,700 1 mF

698 27 kohm

Fig. 24 720,722 8,2 kohm 356 2,2 " 350 2N 3414 724,726,728 10 kohm 730,732 82 ohm

Fig. 25a og 25b 592 - 10 kohm 594 680 ohm 474 5,6 mohm 596 150 kohm 598 10

462 1N4736 6,8V

460 0,1 mF

382 CA 3130 600,602 10 kohm 464 100 " 604 1 mohm 606 150 kohm 608 33 446,448 CD 4011

53 DK 159409 B

466 · 0,01 mF

610 IN 5 0 5 9 612 10 kohm

614 25 mF 25V

616 1N4738 8,2V

618 120 ohm 1W

620 33 kohm 622 6,8 " 624 12 " 626,628,508,636,638 100 " 494 20 " 498,632 33 "

500,504 0,5 mF

630 o,l mF

410,412,414 LM 324 502 15 kohm 633 1N4448 634 1,8 mohm 640 4,7 mohm 452,454 CD 4013 456 CD 4011 400 CD 4001 458 CD 4049 642 2,7 kohm

644 100 ohm 2W

646 100 ohm 376 2N3414 362 2N5988 364 2N6258 366 1N5059

368 1000 mF 25V

370 MR 751 480,514 1N4448 484 6,8 kohm 486 * 2,7 kohm 648 1,5 mohm 650 4,7 mohm 510 2,2 mohm 512 68 kohm 416,418 CD 4001

506 50 mF

5,1 DK 159409 B

Fig. 27 542,538,540 To parallelle 0,1 ohm 10W STV 6060 med IN 5625 og V150 PA10 i parallel kollektor til emitter 544 2N 3414 driver D45H8 536 CD 4011 543 CA 3130T og CD 4012 som indgange til CD 4011 derpå til CD 4049 inverter udgang 528 CD 4042 driver CD 4011 derpå til CD 4012. Også CD 4001, CD 4011 og CD 4029 524,526 CD 4011 indgang til CD 4030, CD 4011 og CD 4001 i serie. Også tre 2N 3414' 530 CD 4042, CD 4011 og CD 4012 i serie 532 CD 4001 driver CD 4011 og også CD 4029 534 MC 14511 til MAN54

Faststofkomponenterne angivet i tabel II ovenfor med undtagelse af transistorerne STV 6060 og visningsorganerne MAN54 (se fig. 27) var enten fra RCA, G.E., National eller Motorola. De fire transistorer STV 6060 var fra TRW, og de fire visningsorganer MAN54 var fra Monsanto.

Den foreliggende opfindelse er hidtil blevet beskrevet primært i forbindelse med en totrins topOlsmotor af den type, der er vist i fig. 1 og 2, men opfindelsen er som tidligere nævnt lige såvel anvendelig til flertrinsmotorer, såsom motorer med tre, fire, fem osv. trin med et varierende antal poler.

Ved udførelse af opfindelsen med en motor med tre viklingstrin skal de samme faktorer, som betragtedes i forbindelse med totrinsmotoren, igen betragtes. Eksempelvis for at maksimere virkningsgrad og undgå startproblemer skal betragtes sådanne faktorer som kurven for moment pr. ampere (T/I/ eller motorarbejdskarakteristik, viklingsspredning, buelængde af rotorens permanente magneter, kommuteringsforskyd-ning fremad, magnetisk kobling, energigenvinding fra en vikling efter afbrydelse af energitilførslen, notkonfiguration af en stator og notudnyttelse. I den foretrukne følerfrie udførelse skal endvidere rotorpositionen simuleres pålideligt og nøjagtigt af hensyn til kommuterin-gen.

Fig. 28,29 og 3o viser viklingsarrangementer i statorer med

55 DK 159409 B

24 noter til motorer med tre viklingstrin og henholdsvis to poler, fire poler og otte poler. De viste statorer er monofilart viklet i de ensar-te-e notarrangementer, og alle noter er fyldt. For at opnå større klarhed er statorerne imidlertid vist med kun en enkelt vindingsspole i hver not. Det foretrækkes at fylde alle statorens noter for at minimere kernetykkelsen eller pakkehøjden af statoren og således gøre motoren mere kompakt i størrelse og mere økonomisk at fremstille. Som forklaret nedenfor kan statoren imidlertid anvendes med tomme noter med en deraf resulterende reduktion af buelængden af rotorens permanente magneter, men på bekostning af større statorkerne.

I fig. 28 har den viste stator 83o til en topolet motor med tre viklingstrin tre monofilare viklinger a,b,c (en for hvert trin).

Hver vikling omfatter spoler dannet af koncentriske vindinger af en leder, som er anbragt i kernen 831, således at sidevindingerne af spolerne danner to viklingssæt i kernenoterne. Lederdelene af hvert sæt fører strøm, når viklingen energiforsynes i den samme aksiale retning i kernens længderetning. Eksempelvis omfatter viklingen a to viklingssæt 832,833, idet viklingssættet 832 er anbragt i kernenoter 834 til 837, og viklingssættet 833 er anbragt i kernenoter 838 til 841. Viklingen a blev dannet ved først at fremstille et forudbestemt antal koncentriske vindinger af en leder for at danne en spole, hvis sidevindinger optager kernenoterne 834 og 838, når de indsættes i kernenoterne med ...sædvanligt spoleindføringsudstyr. Viklingen af lederen fortsatte med et forudbestemt antal koncentriske vindinger af en anden diameter for at danne en anden spole, hvis sidevindinger optager noterne 835 og 839. Viklingen af lederen fortsatte med et forudbestemt antal koncentriske vindinger, som blev fremstillet for at danne en tredie spole, hvis sidevindinger optager noterne 837 og 841 som vist efter at være anbragt i kernen. En fjerde spole blev også dannet ved at fremstille et forudbestemt antal koncentriske vindinger af lederen, så at sidevindingerne af spolen optager noterne 836 og 84o som vist, når de er anbragt i kernen.

Selv om spolerne er blevet beskrevet,som om de er dannet i en bestemt rækkefølge, kan spolerne udføres i en hvilken som helst rækkefølge, men viklingen skal være således, at det tilsikres, at når viklingen a energiforsynes, leder alle lederdelene i et viklingssæt strømmen i samme retning hen langs kernens aksiale længde. Som vist i fig. 28 leder alle lederdelene af viklingssættet 832 strømmen i den samme retning (x angiver strømgennemgang ind i tegningsplanet), og alle lederdelene af viklingssættet 833 leder også strøm i samme retning (. angiver strømgennemgang ud af tegningsplanet), som er modsat rettet strømgennemgangen i sættet 832. Denne strømgennemgang i viklin-

56 DK 159409 B

gen a som vist skaber magnetiske polet N og S . Da alle lederdelene d d af hvert sæt momentant leder strøm i samme aksiale retning langs kernen, kan spredningen af viklingen a måles enten ved viklingssættet 832 eller viklingssættet 833. Som vist er spredningen af viklingen a 6o° (elektrisk og mekanisk) målt fra centerlinien af tanden, som adskiller sættet 832 fra viklingen b,til centerlinien af tanden, som adskiller sættet 832 fra viklingen c.

Viklingerne b og c for den topolede motor med tre trin i fig.

28 er viklet og anbragt i statoren på samme måde som beskrevet ovenfor for viklingen a. Selv om alle spolerne i hver vikling i fig. 28 er vist, som om de er dannet ved en kontinuerlig viklingsproces, dvs. uden afskæring af lederen mellem viklingen af forskellige spoler, kan spolerne dannes separat eller i grupper på to eller flere og derpå forbindes med hinanden for at skabe en enkelt vikling, hvor spolerne er anbragt og forbundet således, at strømgennemgangen i hvert viklingssæt sker i den samme retning.

Fig. 29 viser en stator til en firepolet motor med tre viklingstrin omfattende tre viklinger a,b,c (en for hvert trin), hvor hver vikling er dannet af fire spoler, der hver har et forudbestemt antal koncentriske vindinger af en leder. For tydelighedens skyld er der kun vist én ledervinding i hver not i statoren. Sidevindingerne af spolerne danner fire viklingssæt for hver vikling. Eksempelvis har viklingen b .fire spoler, der hver har et forudbestemt antal ledervindinger, idet den første spole er anbragt i kernenoter 842 og 843, den anden spole er anbragt i noter 844 og 845, den tredie spole er anbragt i noter 846 og 847, og den fjerde spole er anbragt i noter 848 og 849. Spolerne kan være viklet sammenhængende eller separat og derpå anbragt og forbundet med hinanden for således at frembringe strømgennemgang som angivet (x angiver strømgennemgang ind i tegningsplanet,og . angiver strømgennemgang ud af tegningsplanet). Som vist skaber sidevindingerne af spolerne fire viklingssæt 85o-853, hvor viklingssættet 85o er anbragt i noterne 85o og 842, viklingssættet 851 er anbragt i noterne 843 og 844, viklingssættet 852 er anbragt i noterne 845 og 846, og viklingen 853 er anbragt i noterne 847 og 848. Efter at spolerne er viklet og anbragt i statornoterne, vil lederdelene af hvert viklingssæt lede strøm i den samme aksiale retning som angivet hen langs kernen, når viklingen b energiforsynes for således at skabe fire magnetpoler eller to par magnetpoler som vist. Viklingerne a og c i fig. 29 er dan net på samme måde som beskrevet ovenfor for viklingen b, idet hver har fire viklingssæt med lederdele, der leder strøm i den samme aksiale retning hen langs kernen, når de energiforsynes.

Det firepolede statorviklingsarrangement med tre viklingstrin

57 DK 159409 B

i fig. 29 har en viklingsspredning på 3o mekaniske grader eller 6o elektriske grader. Som tidligere angivet er "spredningen" vinkeludstrækningen af hosliggende kernenoter, som bærer ledere i en given vikling, der momentant leder strøm i den samme aksiale retning hen langs kernen. Som vist i fig. 29 optager et viklingssæt b to hosliggende noter, og alle lederne i dette sæt fører strøm i den samme aksiale. retning hen langs kernen. Spredningen er således vinkeludstrækningen af de to noter, som sættet optager, hvilken vinkeludstrækning er 6o elektriske grader eller 3o mekaniske grader.

Som tidligere omtalt i forbindelse med den topolede totrinsmotor i fig. 1 og 2 er karakteristikken for momentet pr. ampere (T/I) for en motor en funktion af viklingsspredningen og buelængden for de permanente magneter. Når der ønskes det maksimale moment over en hel omdrejning, skal kurveformen for momentet pr. ampere (T/I), der er vist typer af i fig. 11A-C og 12-15, holdes så "flade" som muligt. Et maksimalt T/I ville opnås, hvis T/I bølgeformen for 18o elektriske grader var en firkantbølgeform. Stejle bølgeformer skaber imidlertid flere muligheder for startproblemer, og det er således ønskeligt at nærme, sig så meget som muligt til firkantbølgeformen uden at forårsage startproblemer. Varigheden af det maksimale T/I forøges ved at minimere viklingsspredningen og/eller maksimere buelængden af rotormagneterne. Endvidere kan der som tidligere nævnt vælges en optimal forskudt tids-.styrevinkeloc baseret på rotorhastighed og L/R tidskonstant for viklingerne for forskydning af kommuteringen af viklingerne, hvilket muliggør en reduktion af magneternes buelængde. Det funktionelle forhold mellem disse faktorer pr. pol kan angives ved følgende udtryk:

Magnetbue = —+ spredning -2 hvor: viklingens "inde"-tid = 180 hvor: spredning = hvor: N = antallet af trin hvor: oc = forskudt tidsstyrevinkel (5° - 3o°) .

Det ovenfor angivne udtryk for spredningen forudsætter, at der anvendes en kerne med ensartede notudstansninger, og at alle noterne er forsynet med viklingsvindinger. Endvidere forudsætter udtrykket for spredningen måling fra centerlinie til centerlinie af tænder, som adskiller viklingen, som måles, fra hosliggende viklinger. Endvidere ses der i udtrykket bort fra tandeffekter af anden og tredie orden på grund af henholdsvis tandbredde og tandspidsmætning.

I fig. 29 er viklingsspredningen for viklingen i den fire-polede tretrinsmotor 6o elektriske grader eller 18o°/N. "Inde"-tiden

DK 159409 B

58 for hver vikling vil være 18o(N-l)/Ν' eller 12o elektriske grader. Den optimale buelængde af de permanente magneter for en motor, som anvender statoren i fig. 29, er således 18o elektriske grader minus lo til 6o afhængigt af den optimale tidsstyrevinkel fastlagt som en funktion af belastningen og hastigheden af motoren.

Flerpolede motorer er ofte meget ønskelige, da de indebærer ledsagende fordele. Eksempelvis resulterer en forøgelse af antallet af poler i færre ampere-vindinger pr. pol, hvilket mekanisk muliggør anvendelse af tyndere permanente rotormagneter, Forøgelse af antallet af poler bevirker også en formindskelse af viklingernes spolehoveder. Endvidere muliggør en forøgelse af antallet af poler en formindskelse af kernetykkelsen eller ågtykkelsen, da hver pols fluxledningskrav reduceres. Når antallet af poler forøges, skal der imidlertid tages hensyn til tandeffekterne af anden og tredie orden, og magnetkernetabene bliver almindeligvis forøget for den samme motorhastighed med den højere frekvens af det roterende magnetfelt i statoren.

Som vist i fig. 3o gør en forøgelse af antallet af poler dannet af en vikling de tidligere nævnte tandeffekter af anden eller tredie orden vigtigere. Fig. 3o viser en stator til en tretrinsmotor med otte poler med disse viklinger a,b,c (en for hvert trin), og hvor hver vikling er dannet på lignende måde som viklingerne i fig. 28 og 29.

En pol skabes af flere vindinger af en vikling, som optager en enkelt ...not, idet hver vikling optager ialt otte noter for at skabe otte poler eller fire polpar. I det ottepolede arrangement vist i fig. 3o indebærer måling af spredningen måling ved kun en not. Eksempelvis kan spredningen af viklingen c måles ved en kernenot 854, hvori et viklingssæt af viklingen c er anbragt, idet sættet har lederdele, som fører strøm i den samme retning hen langs kernen. En fremgangsmåde ved måling af spredningen, som er den samme fremgangsmåde,som blev anvendt i de tidligere figurer, går ud på at måle fra midteriinien af en tand 855 til midterlinien af en tand 856, hvilket resulterer i en spredning på 6o elektriske grader. Det kan imidlertid ses, at en anden værdi for spredningen ville fås, hvis· spredningen blev målt fra den ene side af noten 854 til den modsatte side af noten. En yderligere derfra forskellig værdi ville fås, hvis spredningen blev målt fra den ene side af spidsen af tanden 855 til siden af spidsen af tanden 856. Det kan således ses, at når måling af spredningen omfatter en eller flere vindinger i kun én not, bliver kernenotstørrelsen,notudformningen, tandbredden, tandspidsbredden eller udformningen og antallet og beliggenheden af vindingerne i noten faktorer, der skal tages i betragtning ved nøjagtig bestemmelse af viklingsspredningen. Spredningen af en vikling ville nærme sig nul, hvis viklingen bestod af en envindingsspole anbragt

59 DK 159409 B

i luftspalten mellem en rotor og en kerne uden noter, da den magnetiske kobling mellem rotoren og spolen ville være upåvirket af notudformningen, notstørrelsen osv.

I fig. 3o skulle en rotor til anvendelse sammen med den viste stator have otte permanente magnetsegmenter fordelt rundt langs sin omkreds for at skabe otte poler på sin omkreds. Hvis viklingsspredningen var 60 elektriske grader, ville magnetbuelængden af hvert segment være mellem 12o og 15o elektriske grader ved anvendelse af det tidligere angivne udtryk. I en tretrinsmotor kunne der teoretisk anvendes en magnetbuelængde på 60 elektriske grader, hvis viklingsspredningen skulle være nul elektriske grader.

Fig. 31 viser spolefordelingen eller viklingsarrangementet i en topolet motor med fire viklingstrin med anvendelse af fire viklinger a,b,c,d (en for hvert trin) anbragt på en stator med 24 noter. Hvert trin har en vikling omfattende to viklingssæt, og dets vikling er anbragt i to grupper af kernenoter, der er symmetrisk beliggende i forhold til hinanden, idet hver gruppe omfatter tre hosliggende kernenoter, som optages af et viklingssæt. Når en vikling energiforsynes, leder hvert sæt af denne vikling, f.eks. viklingssættet a, som optager hosliggende kernenoter 857,858 og 859, strøm langs kernens aksiale retning for at frembringe en magnetpol, såsom Na eller Sa·

Selv om den topolede firetrinsmotor i fig. 31 er vist med en stator med 24 noter, kunne motoren let være udført med en statorkerne med kun otte noter. Hvis der ønskes en firepolet firetrinsmotor, ville 16 kernenoter endvidere være passende. Det minimale antal kernenoter vil således afhænge af det ønskede antal motortrin og antal poler.

Dannelsen af viklinger ifølge den foreliggende opfindelse er endvidere vist i fig. 32, der viser et perspektivisk billede af en enkelt monofilar vikling f anbragt på en statorkerne 868 for at danne det ene trin i en motor. Viklingen omfatter fem spoler 87o-874, der er anbragt i kernenoter 875-884, idet hver spole omfatter et forudbestemt antal koncentriske vindinger af en leder 885. Sidevindingerne af hver af spolerne er anbragt i to kernenoter. Som vist er sidevindingerne af spolen 87o anbragt i noterne 875 og 88o) sidevindingerne af spolen 871 er anbragt i noterne 876 og 881, sidevindingerne af spolen 872 er anbragt i noterne 881 og 882, sidevindingerne af spolen 873 er anbragt i noterne 878 og 883, og sidevindingerne af spolen 874 er anbragt i noterne 879 og 884. Spolesidevindingerne anbragt i noterne 875 til 879 omfatter et første viklingssæt, og sidevindingerne anbragt i noterne 88o til 884 omfatter et andet viklingssæt. Spolerne er viklet og indsat i noterne i kernen, således at alle lederdelene af hvert viklingssæt leder 60

DK 159409 B

strøm i den samme retning hen langs kefnen, når viklingen energiforsynes. Strømgennemgangen i de to viklingssæt danner to magnetpoler Nf og S^ i statoren. Naturligvis medfører vending af strømgennemgangen også ombytning af beliggenheden af de to magnetpoler.

Spolerne kan vikles efter hinanden for at danne én vikling, eller de kan vikles separat eller i grupper på en eller flere og derpå forbindes med hinanden for at danne én vikling. Sædvanligt viklingsudstyr kan anvendes, idet viklingen dannes direkte på spoleindføringsværktøjet, som derefter bevæges ind i den indre boring af kernen for indføring af spolerne i kernenoterne. Andet sædvanligt viklings- og indføringsudstyr kan også anvendes, idet spolerne til viklingen vikles og derpå overføres til et indføringsværktøj for anbringelse i kernenoterne .

Efter at viklingen er dannet, og anbragt i de rigtige noter, er spolehovederne af viklingen beliggende tværs over den indre boring af kernen. De skal således foldes til siden imod kernens endeflade 886 for at muliggøre montering af rotoren. I fig. 32 kan spolehovederne af spolerne 87o til 872 foldes i den ene retning bort fra referencelinien 887 imod kernens endeflade 886, og spolehovederne af spolerne 873 til 874 kan foldes i den modsatte retning bort fra referencelinien. Spolehovederne kunne imidlertid foldes omkring andre referencelinier end linien 887, hvis det er hensigtsmæssigt, da formålet med foldningen er at tilvejebringe fri plads til rotoren.

Et bifilart viklingsarrangement er vist i fig. 33, hvor dobbelte tråde er viklet og anbragt i noter 89o i en magnetkerne 891. De dobbelte tråde er viklet samtidigt og derpå indsat i noterne på samme måde som den monofilare eller entrådede vikling vist i fig. 32. Som følge af at to tråde vikles samtidigt, dannes enten en eller to viklinger.

Hvis en vikling ønskes, bliver trådender 892 og 893 forbundet med hinanden, og ender 894 og 895 bliver forbundet med hinanden for således effektivt at danne én vikling. Bifilar vikling til dannelse af en enkelt vikling kan være fordelagtig for at tilvejebringe en ønsket notfyldning, eller når spoleindsætningsudstyr.vanskeligt kunne indføre trådvindinger med en.bestemt diameter, men kunne indføre vindinger bestående af to tråde med forskellig diameter. Naturligvis kunne en enkelt vikling dannes ved at vikle mere end to tråde samtidigt, eller to viklinger kunne dannes i de samme noter af kernen ved at udføre hver vikling separat og derpå indføre begge i kernenoterne.

Som tidligere nævnt forudsatte det ovenfor angivne udtryk til kvantitativ bestemmelse af det indbyrdes forhold mellem magnetbuelængde, viklingsspredning, antal af trin og forskydningstidsstyrevinkel, at alle kernenoter anvendtes til viklingsvindinger, og at ingen noter indeholdt 61

DK 159409 B

flere viklinger- Forskellige faktorer kan imidlertid gøre det upraktisk at have ideel kernenotudstansning eller viklingsfordeling. Eksempelvis kan til rådighed værende kerner have for mange eller for få noter til at kunne passe til den ideelle situation, hvor alle kernenoter er fyldt, og viklingerne ikke behøver at dele noter. Under disse omstændigheder kan tilfredstillende motorydelse stadig opnås ved at kompensere for denne forøgelse eller formindskelse af viklingsspredningen forårsaget ved notfællesskab eller ved at efterlade tomme noter. Hvis kernenoter efterlades tomme, eller en kernenot optager flere viklinger, er spredningen ikke lig med I80/N, hvor N er antallet af trin. Eksempelvis viser fig. 34 en topolet totrinsmotor med viklinger a og b, som er fælles om noter 9oo, 9o2^ 9o4 og 9o6, således at spredningen ville være større end 9o elektriske grader. En rotormagnet skulle derfor dimensioneres overensstemmende hermed med større længde for at kompensere for forøgelsen af viklingsspredningen.

Fig. 35 viser en statorkerne til en topolet totrinsmotor med tomme noter 9o8, 91o, 912, 914 mellem viklingerne a og b. Med dette arrangement bliver kernen ikke fuldt udnyttet, men viklingsfordelingen er symmetrisk. Dette arrangement muliggør anvendelse af en mindre buelængde af rotorens permanente magneter, end hvad der ellers ville kræves, hvis alle noter var fyldt med viklingsvindinger.

Selv om der i statorarrangementerne i fig. 34 og 35 anvendes ..henholdsvis noter, som er fælles for viklinger, og tomme noter, er viklingerne anbragt symmetrisk omkring statoren. Fig. 36 viser en usymmetrisk viklingsanbringelse i en stator med 18 noter til en topolet totrinsmotor. Tomme noter 916 og 918 optræder i midten af viklingen a, idet der ikke findes nogen tomme noter i viklingen b. Med dette arrangement vil motoren stadig være i stand til at løbe, men motorydelsen vil formindskes og således gøre den uønsket til anvendelser, hvor optimal motorydelse er påkrævet. Endvidere vil kompensation for usymmetrien være påkrævet i kredsløb, som anvendes til at forskyde tidsstyrevinklen for viklingsenergiforsyning, såsom indføring af en tidsforsinkelse i kredsløbet, der styrer kommuteringen af viklingen a for at kompensere for en større "inde,,-tid end den, der kræves for viklingen b.

Kommuteringsstyring for motorer udført i henhold til den foreliggende opfindelse er upåvirket af antallet af poler. Tretrinsmotorerne vist i fig. 28,29 og 3o kan således anvende et identisk kommuterings-styrekredsløb. Endvidere kan trefasemotorerne anvende i det væsentlige det samme kredsløb, som det der anvendes til den tidligere beskrevne topolede totrinsmotor som vist i fig. 25a og 25b.

Fig. 37a og 37b viser kommuteringskredsløbet, som vil kunne

62 DK 159409 B

anvendes til en tretrinsmotor. Fig. 37a svarer til fig. 25a med undtagelse af, at ledningen 386, den ene af modstandene 592 og skifteelementet 392 er udeladt til tretrinsdrift. Som tidligere nævnt påvirker antallet af poler ikke kommutering, men til drift af en tretrinsmotor skal integrationsintervallet for mod-emk indstilles. Denne indstilling af integrationsintervallet tilvejebringes ved hjælp af potentiometret 464. Indstilling af potentiometret ændrer trigningspunktet for • Schmitt triggeren omfattende inverterne 416 og 418. Operationsforstærkeren 382 integrerer mod-emk'en over et interval,eller indtil et forudbestemt antal volt-sekunder er akkumuleret, hvorpå Schnitt trigger-kredsløbet trigges som beskrevet under henvisning til fig. 25a.

Den øvrige del af kommuteringskredsløbet vist i fig. 37b svarer til kredsløbet vist i fig. 25b. De to kredsløb afviger derved, at til drift af en tretrinsmotor er flip-flop'ene 452 og 454 modificeret til at frembringe tre udgangssignaler, og et element 92o med indgange Qx og Q2 kan tilføjes for at tilvejebringe et signal på en ledning 922 til tilbagestilling af flip-flop'ene 452 og 454, når både og Q2 signalerne forefindes. Da det endvidere kun er nødvendigt at kommute-re tre viklinger til tretrinsdrift, viser fig. 37b udeladelse i fig.

25b af et af hvert af elementerne 456,4oo,458,376,644,646,362,364 og 366.

Det har imidlertid vist sig, at kobling mellem viklinger i en tretrinsmotor kan være så lille som 25% sammenlignet med den topolede ‘bifilart viklede totrinsmotor, hvor der er udmærket kobling mellem viklingerne. Der findes således oplagret energi i hver vikling, efter at energitilførslen er afbrudt, hvilken energi enten skal bortledes eller genvindes. Denne lagrede energi kan afgives af effekttransistorerne, eller energien kan enten afgives eller genvindes af et alternativt kredsløb 924, der er forbundet med viklingerne ved hjælp af dioder 926, som vist i fig. 37b. Til bortledning af energien kan det alternative kredsløb omfatte et zenerdiodearrangement. Enten bortledning af den lagrede energi eller genvinding af energien ved hjælp af det alternative kredsløb vil muliggøre, at effekttransistorerne 362,364 har en lavere nominel spænding.

Bølgeformerne for tretrinsmotorkredsløbene i fig. 37a og 37b er vist i fig. 38. Bølgeformerne er i det væsentlige de samme som for totrinsmotoren, som er vist i fig. 26, bortset fra udeladelsen af signaler på ledningerne 4o2 og 434 og modifikationer af Q^, Q2 og Q2 signalerne.

De ovenfor beskrevne kredsløb i fig. 37a og 37b er bestemt til en tretrinsmotor, hvor viklingerne er forbundet i et halvbroarrangement. Hvis viklingerne imidlertid er forbundet i et helbroarrangement

63 DK 159409 B

som vist i fig. 9 og lo, kan i det væsentlige hele energien genvindes fra hvert trin ved anvendelse af diodearrangementet vist i fig. 9 og lo og energilagringskondensatoren, såsom 91.

En anden metode til styring af kommuteringen af en tretrinsmotor er vist i fig. 46, der viser et tretrinskredsløb (jordet nulpunkt) med til hinanden svarende angivne tal, som angiver udgange på en ringtæller 1137 og aktiveringsindgange på føleomskiftere, såsom 1142, og viklingsaktiverings- eller effektomskiftere, såsom 114o. Som vist i fig. 46 fungerer'en forstærker 1123, en halvbølgeensretter 1125, en integrator 1127, en· komparator 1129, et komparatorforspændingsorgan 1131 og et integratorforspændingsorgan 1132 til motorstartformål, et monostabilt multivibratortidsstyreorgan 1133, et differentiationskredsløb 1135 og ringtælleren 1137 i det væsentlige som tidligere beskrevet under omtalen af fig. 41 og 45. Med tre viklinger kræves kun tre effektomskiftere, såsom 114o,og et logisk kredsløb er ikke nødvendigt for at styre disse viklinger, men hver fase filtreres af modstande, såsom 1139, og kondensatorer, såsom 1141, der f.eks. har en tidskonstant på o,l millisekund og tjener til at reducere de transiente, som optræder under omkoblingsintervallet I kredsløbet i fig. 46 bliver hver vikling energiforsynet ca. en trediedel af tiden, og i kredsløbet i fig. 45 bliver hver vikling energiforsynet ca. en fjerdedel af tiden, men et videreudviklet kredsløb, såsom vist i fig. 47, kan anvendes til at energifor-·.syne hver vikling af et trefasemotorarrangement to trediedel af tiden.

Et system, som vist i fig. 47, har den fordel, at hver vikling i motoren anvendes eller energiforsynes to trediedele af tiden og tilvejebringer således en motor med større virkningsgrad for en given størrelse sammenlignet med systemet i fig. 46.

I systemet i fig. 47 anvendes seks effektomskiftere eller -transistorer, såsom 1143,1145 og 1147, da to af de tre som helbroforbundne viklinger uden jording af det neutrale punkt vil føre strøm på et hvilket som helst givet tidspunkt. Når f.eks. der går strøm ind i viklingen a og ud af viklingen b, vil transistorerne 1143 og 1147 således blive energiforsynet samtidigt. Kredsløbet i fig. 47 anvender igen en ringtæller 1149 denne gang med seks trin, som tælles frem af et differentiationskredsløb 1151. Viklingerne a,b og c bliver aftastet sekventielt (den vikling, som da ikke fører strøm) ved sekventiel aktivering af omskiftere, såsom 1153, og den aftastede spænding forstærkes af en forstærker 1155, og da der,ligesom det var tilfældet i kredsløbet i fig. 41, kan optræde to polariteter af affølt spænding, føres denne affølte spænding af den ene af omskifterne 1157 eller 1159 og i det ene tilfælde over en inverter 1161.til en yderligere forstærker 1163. Forstærkeren 1163 kan fungere som den tidligere beskrevne halvbølgeens- 6¾

DK 159409 B

retter og tilvejebringer et udgangssignal til et integrationskredsløb 1165, der har en forspænding eller startspænding, som tilføres ved 1167, og integratorens udgangssignal føres over en forstærker 1169 til en komparator 1171, der, når integratorkredsløbets spænding ovejrstiger referencespændingen, som tilføres fra en spændingskilde 1173, bringer det monostabile multivibratortidsstyreorgan 1175 til at tilbagestille integratoren 1165 og tillige ringtælleren 1149 ved hjælp af differentiationskredsløbet 1151. Det skal bemærkes, at en stjerne foran et viklingsidentifikationssymbol angiver strømgennemgang gennem den pågældende vikling i modsat retning af indikationen uden stjerne, og seks bit-positionerne af ringtælleren er koblet inverteret på den angivne måde til indgangene på et antal NAND-porte, såsom 1177, og disse NAND-portes udgange 1,2,3,4,5 og 6 aktiverer på tilsvarende måde betegnede transistorer, såsom 1143. Udgangene på NAND-portene, såsom 1177, er også koblet til de tilsvarende nummererede indgange på NAND-porte, såsom 1179, hvis udgangssignaler dekodes,og eksempelvis styrer en NAND-port 1181 omskifteren 1159, medens en NAND-port 1183 styrer omskifteren 1153. De andre på lignende måde anbragte NAND-porte styrer på tilsvarende måde betegnede omskiftere. I kredsløbene i fig. 47 opnås således større udnyttelse af viklingerne på bekostning af yderligere logiske kredsløb.

Kommuteringen af en firetrinsmotor, såsom den der er vist i fig. 31, kan styres af kredsløbet vist i fig. 25a og 25b med tilføjelse af energigenvindingskredsløbet vist i fig. 37b. Hvis firetrinsmotoren imidlertid skulle forsynes med en permanent magnet med tilnærmelsesvis samme buelængde i elektriske grader, som blev anvendt i totrinsmotoren, ville den fulde ydeevne af magneten ikke blive udnyttet. Buelængden af magneten på firetrinsmotoren kunne således reduceres for at opnå den samme moment- og emk-kurve vist i fig. 26, som den der fås med totrinsmotoren .

På den anden side menes det, at det ville være mere ønskeligt at beholde magneter med tilnærmelsesvis ens buelængde i både totrins-og firetrinsmotorerne og tilvejebringe en overlapning af "inde"-tider for viklingerne. Denne overlapning af "inde"-tider og fuld magnetudnyttelse ville tilvejebringe en motor med e‘t forøget samlet udgangsmoment, fordi de energiforsynede viklinger i overlapningsperioderne ville frembringe momenter, som er additive. Denne overlapning af "inde"-tid kan tilvejebringes ved tilføjelse af yderligere logiske organer i ledningerne 434,436,438 og 44o i fig. 25b for at muliggøre, at signalerne på disse ledninger forlænges i varighed. Bølgeformerne hidrørende fra modifikation af kredsløbet i fig. 25b for en firetrinsmotor er vist i fig. 39, idet ændringerne af signalerne på ledningerne 434,436,438 og 44o er

65 DK 159409 B

vist med punkterede linier. De øvrige signaler er identiske med dem, der er vist i fig. 26.

Endvidere er koblingen mellem viklinger i en firetrinsmotor mindre end koblingen ved en bifilart viklet totrinsmotor af den i fig.

1 og 2 viste type. Et alternativt kredsløb, som vist i fig. 25b og beskrevet ovenfor for en tretrinsmotor, kunne således anvendes til en firetrinsmotor, eller den lagrede energi kunne bortledes ved hjælp af effekttransistorerne 362 og 364.

Motorer med et endnu større antal trin og et hvilket som helst antal poler vil kunne udføres i overensstemmelse med den foreliggende opfindelse. Viklingerne for hvert trin kan forbindes i et halvbrokredsløb sar rangement og kommuteres med lignende kredsløb, som det der skulle anvendes ved de ovenfor forklarede tretrins- og firetrinsmotorer. Selv om emk-spændingen af to eller flere viklinger vil kunne kombineres til simulering af rotorposition, vil det almindeligvis foretrækkes at tilvejebringe et detektorkredsløb med mulighed for emk-spændingsafføling for hver vikling. Hvis en motor skal udføres med fem eller flere trin, kan den ovenfor angivne positionsbestemmelse anvendes til at simulere rotorpositionen. Når trinnene forøges, kan der imidlertid være behov for en kortere tilbagestillingstid for positionsbestemmelseskredsløbet for at sikre, at kredsløbet tilbagestilles før det tidligere nævnte nulkrydsningspunkt eller punktet B i emk spændingen. Det logiske kredsløb, som frembringer A, B, A, osv., vil imidlertid kræve modifikation for at frembringe udgangssignaler, hvis antal er lig med antallet af viklinger, der skal energiforsynes sekventielt. Naturligvis skal hver vikling forsynes med et separat effekttransistorarrangement til at udføre energiforsyningen.

Yderligere variationer kan udføres ved anvendelse af den foreliggende opfindelses lære. Eksempelvis kan viklingerne i flertrinsmotorer,. der udføres som vist heri, forbindes i et helbrokredsløbsarrange-ment, som vist i fig. 9 og lo, for at tilvejebringe mere effektiv udnyttelse af viklingsmaterialet, men naturligvis på bekostning af yderligere kredsløb. Med denne metode kan der tilvejebringes et -lignende detektorkredsløb som detektorkredsløbet 814 i fig. 25a enten med et halvbølgeensretterarrangement som tidligere forklaret i forbindelse med fig. 47 eller med to omskiftere for hver vikling til at vende polariteten af emk spændingen, når den er negativ, så at en positiv spænding altid føres til positionsbestemmelseskredsløbet. Fire logiske signaler, såsom A, B, A osv.,og fire effekttransistorpar skal tilvejebringes for hver vikling, der er forbundet i et helbroarrangement med undtagelse af en tretrinsmotor, hvor viklingerne kan forbindes som vist i fig. 47, idet der anvendes seks effekttransistorsæt.

Claims (19)

66 DK 159409B Patentkrav.

1. Fremgangsmåde til tilvejebringelse af kommuteringssig-naler til en børstefri jævnstrømsmotor med et stationært anker (15) med en langsgående akse, et antal statorviklinger (22a,22b,22c,22d) anbragt i ankeret til frembringelse af magnetfelter i afhængighed af selektiv strømtilførsel til viklingerne, og en permanentmagnetisk rotor (10) indrettet til at rotere omkring den langsgående akse i afhængighed af magnetfelterne, som frembringes ved den selektive strømtilførsel til viklingerne, kendetegnet ved, at den omfatter sekventiel gentagelse af følgende trin: strømtilførsel til mindst én vikling blandt det nævnte antal statorviklinger (22), udvælgelse af en ikke strømf ødet vikling, som er en anden af det nævnte antal viklinger, som kan strømforsynes for at bevirke rotationsbevægelse af den permanetmagnetiske rotor, aftastning af den inducerede spænding over den valgte ikke strømfødede vikling under et aftastningsinterval, integration af den inducerede spænding under aftastningsintervallet til frembringelse af et spændingsintegral, hvor integrationen indledes ud fra en forudvalgt begynde!sesintegralværdi, sammenligning af spændingsintegralet med et forudbestemt referencespændingsniveau, som er en indikation af en forudbestemt relativ vinkel stilling af den permanentmagnetiske rotor, og tilbageføring af spændingsintegralet til begyndelsesværdien, idet integration af induceret spænding i en anden ikke strømfødet vikling derefter kan udføres, og en anden vikling strømfødes, når spændingsintegralet overstiger referencespændingsniveauet for derved at tilvejebringe selektiv kommutering af motorviklingerne uafhængigt af rotorhastigheden og i overensstemmelse med den relative stilling af den permanentmagnetiske rotor.

2. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at integrationstrinnet udføres over et tidsinterval, der er kortere end den tid, hvori nævnte mindst én vikling energi forsynes.

3. Fremgangsmåde ifølge krav 2, kendetegnet ved, at integrationstrinnet indledes en kort tid efter, at nævnte mindst én vikling energi forsynes.

4. Fremgangsmåde ifølge krav 1, kendetegnet ved, at den indbefatter det yderligere trin, at en digital indikation af, at den nævnte mindst én vikling strømfødes, bevares, og at denne digitale indikation ændres, når spændingsintegralet overstiger DK 159409 B referencespændingen.

5. Kommuteringskredsløb til en børstefri jævnstrømsmotor omfattende et stationært anker (15) med en langsgående akse, et antal statorviklinger (22) anbragt på ankeret til frembringelse af magnetfelter, og en permanentmagnetisk rotor (10) indrettet til at rotere omkring den nævnte akse i afhængighed af magnetfelterne, som frembringes af ankeret samt organer til tilførsel af strøm til mindst én vikling blandt det nævnte antal statorviklinger i afhængighed af rotorpositionen, kendetegnet ved, at det omfatter tællerorganer (1051), som identificerer en strømfødet vikling, organer (1053,1055) til aftastning af den inducerede spænding i en vikling, som på det pågældende tidspunkt ikke strømforsynes, hvilke aftastningsorganer er indrettet til i afhængighed af tællerorganerne at udvælge en vikling, som på det pågældende tidspunkt ikke strømforsynes, og til at etablere et aftastnings-interval, integrationsorganer (1057) med en integrationstilstand og en begyndelsestilstand, hvilke integrationsorganer er forbundet med af tastningsorganerne for at integrere den inducerede spænding under aftastningsintervallet for at frembringe et spændingsintegral, en komparator (1061) til sammenligning af spændingsintegral et med et forudbestemt referencespændingsniveau (1059) og til tilvejebringelse af et udgangssignal, når spændingsintegralet overstiger referencespændingsniveauet for derved at indikere, at den permanentmagnetiske rotor (10) har nået en forudbestemt relativ vinkelposition, organer (1075), som er indrettet til i afhængighed af komparatorudgangs-signalet at føre integrationsorganerne (1057) tilbage til deres begyndelsestilstand for derved at klargøre integrationsorganerne til at reagere på induceret spænding i en anden valgt ikke strømfødet vikling og til at inkrementere tællerorganerne til identificering af den næste vikling, der skal strømfødes.

6. Kommuteringskredsløb ifølge krav 5, kendetegnet ved, at tællerorganerne er en ringtæller (1051).

7. Kommuteringskredsløb ifølge krav 5 og 6, kendetegnet ved, at organerne, der reagerer på komparatorudgangs-signalet, indbefatter et monostabilt multi vibratortidsstyreorgan (1075) til tilbagestilling af integrationsorganerne (1057), og et differentiationskredsløb (1063), der reagerer på det monostabile multivibratortidsstyreorgan for at tælle tælleren frem.

8. Kommuteringskredsløb ifølge krav 5 og 6, k e n - DK 159409 B detegnet ved, at aftastningsorganerne indbefatter at antal elektrisk aktiverbare omskiftere (1053,1055), der hver er forbundet i serie med en motorviklingsledning og reagerer på tælleren (1051) for at af taste en induceret spænding i en vikling, som på dette tidspunkt ikke identificeres af tælleren som værende energi forsynet.

9. Kommuteringskredsløb ifølge krav 8, kendetegnet ved, at tælleren (1051) aktiverer organerne til aftastning af den næste vikling, der skal energi forsynes.

10. Kommuteringskredsløb ifølge krav 5, kendetegnet ved, at det indbefatter et detektorkredsløb (814) til af føling af et mod-emk signal, der er indikativt for mod-emk tilstanden af mindst én vikling (22), positionsbestemmende kredsløbsorganer (816) til kondi tionering af mod-emk signalet, som afføles af detektorkredsløbet, og til frembringelse af et simuleret relativt positionsudgangssignal, der er indikativt for den relative vinkelstilling af rotoren (10) og statoren (15), idet dette relative positionsudgangssignal bestemmes af mod-emk tilstanden af en vikling, og kredsløbsorganer (818), som er forbundet med de positionsbestemmende kredsløbsorganer for at levere et udgangssignal til strømforsyning af en udvalgt vikling blandt de nævnte viklinger.

11. Kommuteringskredsløb ifølge krav 10, kendetegnet ved, at de positionsbestemmende kredsløbsorganer (816) indbefatter et kredsløb til frembringelse af et signal som et mål for flux i en vikling, der på dette tidspunkt ikke strømforsynes, og til frembringelse af det simulerede relative positionsudgangssignal.

12. Kommuteringskredsløb ifølge krav 10, kendetegnet ved, at de positionsbestemmende kredsløbsorganer (816) er indrettet til at bevirke forskydning fremad af kommuteringen af viklingerne med en vinkel (a) på fra ca. fem til ca. tredive elektriske grader for at hjælpe opbygningen af strøm, når viklingerne strømforsynes under driftstilstand.

13. Kommuteringskredsløb ifølge krav 12, kendetegnet ved, at de positionsbestemmende kredsløbsorganer indbefatter organer (464) til at ændre forskydningen af kommuteringsvinklen (a).

14. Kommuteringskredsløb ifølge krav 10, kendetegnet ved, at de positionsbestemmende kredsløbsorganer (816) indbefatter et integrationsorgan (382) til integration af mod-emk signalet fra detektorkredsløbet (814) til en forudbestemt værdi af volt-sekunder, hvorpå de positionsbestemmende kredsløbsorganer DK 159409 B frembringer et udgangssignal til kredsløbsorganerne (818).

15. Kommuteringskredsløb ifølge krav 10, kendetegnet ved, at detektorkredsløbet afføler mod-emk'en af kun én vikling ad gangen, og at kredsløbet yderligere omfatter skifteorganer (392), som sekventielt portstyrer mod-emk signaler fra de forskellige viklinger til detektorkredsløbet.

16. Kommuteringskredsløb ifølge krav 10, kendetegnet ved, at det yderligere indbefatter organer (468,470,472) til tilbagestilling af de positionsbestemmende kredsløbsorganer efter frembringelsen af det simulerede relative positionsudgangssignal.

17. Kommuteringskredsløb ifølge krav 10, kendetegnet ved, at kredsløbsorganerne i kommuteringskredsløbet indbefatter logiske kredsløbsorganer, der reagerer på udgangssignalet fra de positionsbestemmende kredsløbsorganer med henblik på at udvælge en energiforsyningsrækkefølge for viklingerne.

18. Kommuteringskredsløb ifølge krav 10, kendetegnet ved, at kredsløbsorganerne i kommuteringskredsløbet omfatter indekseringsorganer (452,454), der reagerer på udgangssignalet fra de positionsbestemmende kredsløbsorganer for at frembringe en energiforsyningsrækkefølge for viklingerne.

19. Kommuteringskredsløb ifølge krav 10, kendetegnet ved, at det indbefatter effektdrivorganer (362,364) til at tilføre effekt til viklingerne (22) og i én retning ledende organer (366), som er forbundet dermed for at lede oplagret energi fra en vikling (22) efter afbrydelse af strømtilførslen til viklingen.