EP1016208A1 - Elektronische steuerung für einen ein-phasen-synchronmotor, ein-phasen-synchronmotor und verfahren zum betrieb eines ein-phasen-synchronmotors - Google Patents

Elektronische steuerung für einen ein-phasen-synchronmotor, ein-phasen-synchronmotor und verfahren zum betrieb eines ein-phasen-synchronmotors

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EP1016208A1
EP1016208A1 EP97908165A EP97908165A EP1016208A1 EP 1016208 A1 EP1016208 A1 EP 1016208A1 EP 97908165 A EP97908165 A EP 97908165A EP 97908165 A EP97908165 A EP 97908165A EP 1016208 A1 EP1016208 A1 EP 1016208A1
Authority
EP
European Patent Office
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electronic control
synchronous motor
phase synchronous
permanent magnet
control according
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP97908165A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dietmar Kern
Jan Dijkstra
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AEG Hausgeraete GmbH
Original Assignee
AEG Hausgeraete GmbH
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Filing date
Publication date
Priority claimed from DE19651820A external-priority patent/DE19651820A1/de
Application filed by AEG Hausgeraete GmbH filed Critical AEG Hausgeraete GmbH
Priority to EP97908165A priority Critical patent/EP1016208A1/de
Publication of EP1016208A1 publication Critical patent/EP1016208A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/20—Arrangements for starting
    • H02P6/22—Arrangements for starting in a selected direction of rotation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K29/00—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices
    • H02K29/06—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices
    • H02K29/08—Motors or generators having non-mechanical commutating devices, e.g. discharge tubes or semiconductor devices with position sensing devices using magnetic effect devices, e.g. Hall-plates, magneto-resistors

Definitions

  • the invention relates to an electronic control with a power unit for a single-phase synchronous motor with a permanent magnet rotor, a single-phase synchronous motor and a method for operating a single-phase synchronous motor.
  • drive motors In a domestic appliance, for example a vacuum cleaner, drive motors are desired which have to be distinguished by their particularly compact construction, high efficiency and increasingly better recyclability.
  • a universal motor usually used for this purpose has the disadvantage that it is comparatively unreliable, less energy-efficient, noisy and only inadequately recyclable.
  • the invention is therefore based on the object of specifying an electronic control for a single-phase synchronous motor, a single-phase synchronous motor and a method which is related to that with the synchronous motor achievable efficiency, its noise, its reliability and its costs have a positive effect.
  • an electronic control with a power unit for a single-phase synchronous motor with a permanent magnet rotor, means for detecting the position of the permanent magnet rotor and means for controlling at least one drive coil depending on the position of the permanent rotor being provided .
  • a single-phase synchronous motor with a permanent magnet rotor without a commutator starts reliably with a defined direction of rotation and powers of up to about 5 kW can be developed with high efficiency.
  • This also enables self-synchronization because the controller controls (regulates) the windings according to the detected position of the rotor, with the pulse height and / or the pulse width adapting the motor to a user-adjustable target power and the current one Operating conditions are given.
  • the means for detecting the rotor position can be optical, magnetic and / or inductive, such as a Hall sensor.
  • the permanent magnet rotor starts with a defined direction of rotation, it being comparatively easy to control the permanent magnet rotor when it is in motion. It is more difficult to set the correct, predetermined direction of rotation based on the standing permanent magnet rotor.
  • the electronic control is designed in such a way that a means for slowly reversing the polarity of the magnet direction is provided in order to generate a wobble of the permanent magnet rotor.
  • the rotor is alternately moved in one direction and in the other, so that the control, once it has detected the current direction of rotation of the rotor, the rotor according to its position and its detected direction of rotation to start the single-phase Can control synchronous motor.
  • the electronic control can have a direction of rotation determination device, a speed limiter and / or a current limiter. These measures also contribute to the safe operation of the single-phase synchronous motor.
  • the electronic control has a voltage supply device with a rectifier and a speed controller
  • the power required to operate the single-phase synchronous motor can first be provided by an electrical one AC network can be removed. This power is then rectified and, depending on the power to be provided by the motor, the speed of the motor is regulated by specifying the voltage applied to the stator windings.
  • the voltage can be specified as a trigonometric function, the effectiveness of which is set on the rotor via the amplitude, frequency and, if appropriate, phase section as a function of the detected rotor position.
  • a pulsed control can also be provided, which is set accordingly via the pulse height and / or the pulse width.
  • a synchronous motor according to the invention results from the subject matter of claims 14 and 15.
  • Fig. 1 is a block diagram of an electronic Control device for a single-phase synchronous motor
  • FIG. 2 shows a circuit diagram of a control power stage of the control device according to FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a voltage supply device of the control device according to FIG. 1;
  • Fig. 4 is a circuit diagram of a first alternative
  • Fig. 5 is a circuit diagram of a second alternative
  • FIG. 1 shows a block diagram of an electronic control device for a single-phase synchronous motor 2. It should be noted here that although a control device is spoken of, because of the technical destination of this control device it should actually and actually be technically correct to speak of a regulation of the single-phase synchronous motor.
  • the single-phase synchronous motor 2 requires an electronic commutator.
  • This commutator comprises a sensor 1 which is designed as a pulse pickup and which sition of the permanent magnet rotor of the single-phase synchronous motor 2 is detected.
  • the signals from the sensor 1 are fed to a pulse generator and phase shifter device 3 of the control device.
  • a direction of rotation determiner 4 a speed limiter 5 and a current limiter 6 are provided.
  • the output signals of the pulse generator and phase shifter device 3 are fed to a power stage 7, which is followed by the drive coils of the single-phase synchronous motor 2.
  • the power of such a single-phase synchronous motor 2 is designed up to 5 kW.
  • a self-synchronization of the motor 2 is carried out via the setting of the pulse height and / or pulse width as a function of the detected position of the rotor, so that an adaptation of the motor power to the actual operating conditions, for example in the case of a vacuum cleaner, the change from tile or parquet flooring ⁇ on carpets and, on the other hand, to a target performance specified by the user.
  • the sensor 1 can be designed as a bipolar Hall generator Hall 1 (FIG. 2), which converts the position of the permanent magnet rotor into a high value or a low value, which depends on the polarity of the magnetic field.
  • the driver signal for obtaining a magnetic field is then generated via a driver of power stage 7 so that the permanent magnet rotor on the one hand thrusts into the desired direction of rotation and, on the other hand, a push of appropriate strength.
  • the direction of rotation signal can also be derived either directly from several or a single drive coil, part of a drive coil or a sensor coil provided separately from the drive coil.
  • the driver has a simple NAND gate for this.
  • this NAND gate In addition to the pulse of the Hall generator, this NAND gate also generates a pulse rotated by 180 °. Both pulses are required in order to ensure a safe start in the desired direction of rotation.
  • the direction of rotation is determined by the positioning of the sensor 1 (the Hall generator).
  • the sensor 1 is positioned in the direction of rotation in the range from 10 to 30 °, for example approximately 15 °, from the north-south magnetic axis.
  • a starting aid a so-called wobble
  • This wobble is necessary if, under certain conditions, the permanent magnet rotor cannot be started.
  • the permanent magnet rotor With the help of the wobble, the permanent magnet rotor is made to "wiggle" as a result of a slow reversal of the polarity of the magnet direction.
  • the actual control circuit consisting of sensor 1, driver and phase shifter device 3, which take over further control.
  • a pulse transfer circuit then replaces the impulse of the starting aid with a corresponding impulse from the Hall generator.
  • the counter-electromotive force generated by the magnetic field can cause a current overload of the power transistors of power stage 7.
  • a so-called current window is determined by means of a second sensor 2, which can also be designed as a Hall generator and which is offset from the first sensor 1 by approximately 100-140 °, preferably 120 ° in the direction of rotation. A currentless time is then provided between the pulses of the Hall generators.
  • a current limiter 6 which switches two, for example, NAND gates as switches via the driver in such a way that, in the event of an overload, all the power transistors of the power stage 7 are switched off.
  • the possibilities for actually realizing the detection of the position of the permanent magnet rotor, ie converting the position of the permanent magnet rotor into control signals for the drive coils can be found within the scope of the invention. can also be realized by a variety of other logic circuits.
  • the microprocessor controls the power stage in such a way that a defined, increased starting torque is achieved to improve the starting behavior. This is possible, for example, by allowing a defined, increased starting current.
  • the microprocessor can accordingly control semiconductor valves arranged in the power stage. Alternatively, an increased starting current can also be generated by the controlled discharge of a capacitor.
  • the increased starting current for example, is three times the operating current of normal operation. The exact dimensioning depends on the circumstances of the individual case. This increase in starting torque thus achieved is particularly advantageous in applications which require a high starting torque, for example washing machines, dryers, mixers.
  • a voltage supply device of the control device according to FIG. 2 has, as an exemplary embodiment according to FIG. 4, a rectifier, for example a Greatz bridge, and a speed controller which acts as a phase Section control is executed.
  • the Greatz Bridge enables the AC voltage to be easily converted from, for example, 230V to 325V with a ripple.
  • a capacitor is not required for this. This configuration is particularly advantageous since it is inexpensive.
  • the rectifier can of course also be replaced by diodes or thyristors, which may be controlled by a logic or a microprocessor.
  • the low-voltage supply of this voltage supply device is implemented as a simple emitter follower, the voltage being determined by a Zener diode.
  • first transistors are provided which are activated directly from the voltage supply device.
  • Second transistors are controlled via optocouplers as level shifters.
  • the single-phase synchronous motor 2 is equipped with two coils 21, 22, each of which generates a magnetic direction.
  • the single-phase synchronous motor 2 is equipped with two coils 21, 22, each of which generates a magnetic direction.
  • only one transistor is required for each coil, so that there is a particularly cost-effective construction and an efficient circuit.
  • the above statements are not only applicable to a vacuum cleaner, but can be implemented wherever drive powers of up to 5 kW are required. It is thus ensured that such drives are characterized by high efficiency, low noise, high reliability, low costs and very good recyclability due to the simple construction of the motor 2.

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Abstract

Gemäss der Erfindung weist die elektronische Steuerung einen Leistungsteil (7) für einen Ein-Phasen-Synchronmotor (2) mit einem Permanentmagnetrotor auf, wobei Mittel (1) zur Detektion der Stellung des Permanentmagnetrotors und Mittel (3, 4, 5, 6, 7) zur von der Stellung des Permanentrotors abhängigen Ansteuerung zumindest einer Antriebsspule vorgesehen sind. Auf diese Weise wird es erreicht, dass ein Ein-Phasen-Synchronmotor mit einem Permanentmagnetrotor ohne Kommutator sicher mit einer definierten Drehrichtung anläuft und dabei Leistungen bis zu etwa 5 kW bei hohem Wirkungsgrad entwickelbar sind. Weiter ist hierdurch die Selbstsynchronisation ermöglicht, weil die Steuerung die Wicklungen gemäss der detektierten Stellung des Rotors ansteuert (regelt), wobei über die Pulshöhe und/oder die Pulsbreite eine Anpassung des Motors an eine benutzerseitig einstellbare Solleistung und die aktuellen Betriebsbedingungen gegeben ist. Die Mittel zur Detektion der Rotorposition können dabei optischer, magnetischer und/oder induktiver Art sein, wie z.B. ein Hall-Sensor.

Description

Beschreibung
Elektronische Steuerung für einen Ein-Phasen-Synchronmotor, Ein-Phasen-Synchronmotor und Verfahren zum Betrieb eines Ein-Phasen-Synchronmotors
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Steuerung mit einem Leistungsteil für einen Ein-Phasen-Synchronmotor mit einem Permanentmagnetrotor, einen Ein-Phasen- Synchronmotor sowie ein Verfahren zum Betrieb eines Ein¬ Phasen-Sychronmotors.
In einem Hausgerät, beispielsweise einem Staubsauger, wer¬ den Antriebsmotoren gewünscht, die sich durch ihren beson¬ ders kompakten Aufbau, hohen Wirkungsgrad und zunehmend im¬ mer bessere Recyclingfähigkeit auszeichnen müssen. Ein zu diesem Zweck üblicherweise eingesetzter Universalmotor hat den Nachteil, daß er vergleichsweise unzuverlässig, wenig energiesparsam, laut und nur unzulänglich recycelbar ist.
Es sind auch in Hausgeräten eingesetzte Sychronmotoren be¬ kannt, die jedoch hinsichtlich ihrer Regelbarkeit nur bei fester Leistung (Drehzahl) einsetzbar sind (vgl. EP-A-0 682 404, DE-A-42 23 208, DE-A-44 07 850 und DE-A-44 10 005) .
BESTÄTIGUNGSKOPit Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine elek¬ tronische Steuerung für einen Ein-Phasen-Synchronmotor, ei¬ nen Ein-Phasen-Synchronmotor und ein Verfahren anzugeben die bzw. der bzw. das sich im Bezug auf den mit dem Syn¬ chronmotor erreichbaren Wirkungsgrad, sein Geräusch, seine Zuverlässigkeit und seine Kosten positiv auswirkt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine elek¬ tronische Steuerung mit einem Leistungsteil für einen Ein- Phasen-Synchronmotor mit einem Permanentmagnetrotor, wobei Mittel zur Detektion der Stellung des Permanentmagnetrotors und Mittel zur von der Stellung des Permanentrotors abhän¬ gigen Ansteuerung zumindest einer Antriebsspule vorgesehen sind.
Auf diese Weise wird es erreicht, daß ein Ein-Phasen- Synchronmotor mit einem Permanentmagnetrotor ohne Kommuta¬ tor sicher mit einer definierten Drehrichtung anläuft und dabei Leistungen bis zu etwa 5 kW bei hohem Wirkungsgrad entwickelbar sind. Weiter ist hierdurch die SelbstSynchro¬ nisation ermöglicht, weil die Steuerung die Wicklungen ge¬ mäß der detektierten Stellung des Rotors ansteuert (regelt) , wobei über die Pulshöhe und/oder die Pulsbreite eine Anpassung des Motors an eine benutzerseitig einstell¬ bare Solleistung und die aktuellen Betriebsbedingungen ge¬ geben ist. Die Mittel zur Detektion der Rotorposition kön¬ nen dabei optischer, magnetischer und/oder induktiver Art sein, wie z.B. ein Hall-Sensor. Besonders wichtig für den ordnungsgemäßen Betrieb des Ein¬ Phasen-Synchronmotors ist es, daß der Permanentmagnetrotor mit einer definierten Drehrichtung anläuft, wobei es ver¬ gleichsweise leicht ist, den Permanentmagnetrotor anzusteu¬ ern, wenn dieser in Bewegung ist. Schwieriger ist es, die richtige, vorbestimmte Drehrichtung ausgehend von dem ste¬ henden Permanentmagnetrotor einzustellen. Um dies zu ge¬ währleisten, ist die elektronische Steuerung dahingehend ausgestaltet, daß ein Mittel zum langsamen Umpolen der Ma¬ gnetrichtung zur Erzeugung eines Wackeins des Permanentma¬ gnetrotors vorgesehen ist. Auf diese Weise wird der Rotor alternierend mal in die eine und mal in die andere Richtung bewegt, so daß die Steuerung, hat sie einmal die momentane Drehrichtung des Rotors detektiert, den Rotor entsprechend seiner Stellung und seiner detektierten Drehrichtung zum Anlauf des Ein-Phasen-Synchronmotors ansteuern kann.
Weiterführend oder alternativ kann die elektronische Steue¬ rung über eine Drehrichtungsbestimmungseinrichtung, einen Drehzahlbegrenzer und/oder einen Strombegrenzer verfügen. Auch diese Maßnahmen tragen zum sicheren Betrieb des Ein- phasensynchronmotors bei.
Wenn die elektronische Steuerung eine Spannungsversorgungs¬ einrichtung mit einem Gleichrichter und einem Drehzahlreg¬ ler aufweist, kann die zum Betrieb des Einphasensynchronmo- tors erforderliche Leistung zunächst einem elektrischen Wechselstromnetz entnommen werden. Diese Leistung wird dann gleichgerichtet und in Abhängigkeit von der vom Motor zu erbringenden Leistung wird die Drehzahl des Motors durch Vorgabe der an den Statorwicklungen anliegenden Spannung eingeregelt. Dabei kann die Spannungsvorgabe als trigonome¬ trische Funktion erfolgen, deren Wirkungsstärke auf den Ro¬ tor über die Amplitude, Frequenz und ggfs. Phasenausschnitt in Abhängigkeit von der detektierten Rotorposition einge¬ stellt ist. Alternativ kann auch eine gepulste Ansteuerung vorgesehen sein, die entsprechend über die Pulshöhe und/oder die Pulsbreite eingestellt ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind den übrigen Unteransprüchen zu entnehmen.
Ein erfindungsgemäßer Synchronmotor ergibt sich aus dem Ge¬ genstand der Patentansprüche 14 und 15.
In den Patentansprüchen 16 und 17 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb des Ein-Phasen-Synchronmotors angege¬ ben.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeich¬ nungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer elektronischen Steuereinrichtung für einen Ein-Phasen- Synchron-motor;
Fig. 2 ein Schaltbild einer Ansteuerungsleistungsstufe der Steuereinrichtung nach Fig.l;
Fig. 3 eine Spannungsversorgungseinrichtung der Steuereinrichtung nach Fig. 1;
Fig. 4 ein Schaltbild einer ersten Alternative einer
Leistungsstufe der Steuereinrichtung nach Fig. 1; und
Fig. 5 ein Schaltbild einer zweiten Alternative einer
Leistungsstufe der Steuereinrichtung nach Fig. 1.
In der Fig. 1 ist ein Blockschaltbild einer elektronischen Steuereinrichtung für einen Ein-Phasen-Synchronmotor 2 dar¬ gestellt. Es sei hier angemerkt, daß zwar von einer Steuer¬ einrichtung gesprochen wird, aber aufgrund der technischen Destination dieser Steuereinrichtung tatsächlich und ei¬ gentlich technisch richtiger von einer Regelung des Ein¬ Phasen-Synchronmotors gesprochen werden müßte.
Der Ein-Phasen-Synchronmotor 2 benötigt einen elektroni¬ schen Kommutator. Dieser Kommutator umfaßt einen Sensor 1, der als Impulsaufnehmer ausgeführt ist und der die Achspo- sition des Permanentmagnetrotors des Ein-Phasen- Synchronmotors 2 erfaßt. Die Signale des Sensors 1 werden einer Impulsgeber- und Phasenverschiebereinrichtung 3 der Steuereinrichtung zugeführt. Ferner sind ein Drehrichtungs- bestimmer 4, ein Drehzahlbegrenzer 5 und ein Strombegrenzer 6 vorgesehen. Die Ausgangssignale der Impulsgeber- und Pha¬ senverschiebereinrichtung 3 werden einer Leistungsstufe 7 zugeführt, der die Antriebsspulen des Ein-Phasen- Synchronmotors 2 nachgeschaltet sind. Auf diese Weise wird ein Anlaufen des Ein-Phasen-Synchronmotors 2 mit definier¬ ter Drehrichtung sicher erreicht. Die Leistung eines derar¬ tigen Ein-Phasen-Synchronmotors 2 ist ausgelegt bis zu 5 kW. Weiter wird eine Selbstsynchronisation des Motors 2 über die Einstellung von Pulshöhe und/oder Pulsbreite in Abhängigkeit von der detektierten Stellung des Rotors durchgeführt, so daß eine Anpassung der Motorleistung zum einen an die tatsächlichen Betriebsverhältnisse, z.B. bei einem Staubsauger der Wechsel von Fliesen- oder Parkettbo¬ den auf Teppichboden, und zum anderen an eine benutzersei- tig vorgegebene Solleistung ermöglicht ist.
Der Sensor 1 kann als bipolarer Hall-Generator Hall 1 (Fig. 2) ausgeführt sein, der die Position des Permanentma¬ gnetrotors in einen High-Wert bzw. einen Low-Wert umsetzt, der von der Polarität des Magnetfeldes abhängt. Über einen Treiber der Leistungsstufe 7 wird dann das Ansteuersignal zum Erhalt eines derartigen Magnetfeldes erzeugt, daß der Permanentmagnetrotor zum einen einen Schub in die gewünsch- te Drehrichtung und zum anderen einen Schub angemessener Stärke erfährt.
Alternativ kann das Drehrichtungssignal auch entweder di¬ rekt aus mehreren oder einer einzigen Antriebsspule, einen Teil einer Antriebsspule oder einer von der Antriebsspule getrennt vorgesehenen Sensorspule abgeleitet werden.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 weist der Treiber hier¬ zu ein einfaches NAND-Gate auf. Dieses NAND-Gate erzeugt zu dem Impuls des Hall-Generators auch noch einen um 180° ge¬ drehten Impuls. Beide Impulse werden benötigt, um ein si¬ cheres Anlaufen in der gewünschten Drehrichtung zu gewähr¬ leisten. In besonders vorteilhafter Weise wird die Dreh¬ richtung durch die Positionierung des Sensors 1 (des Hall- Generators) bestimmt. Im Ausführungsbeispiel ist der Sensor 1 in der Drehrichtung im Bereich von 10 bis 30° beispiels¬ weise etwa 15° aus der Nord-Süd-Magnetachse heraus positio¬ niert.
Weiter ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 eine Anlaufhilfe, ein sogenannter Wackler, vorgesehen. Die¬ ser Wackler ist dann erforderlich, wenn unter bestimmten Bedingungen ein Anlauf des Permanentmagnetrotors nicht si¬ chergestellt ist. Mit Hilfe des Wacklers wird der Perma¬ nentmagnetrotor infolge eines langsamen Umpolens der Magne¬ trichtung zum „Wackeln" gebracht. Sobald diese Wackelbewe¬ gung einsetzt, kann dann der eigentliche Steuerkreis, be- stehend aus Sensor 1, Treiber und Phasenverschiebereinrich- tung 3, die weitere Steuerung übernehmen. Hierzu ersetzt dann eine Impulsübernahmeschaltung den Impuls der Anlauf- hilfe durch einen entsprechenden Impuls des Hall- Generators.
Bei einer größeren Leistung des Motors kann die durch das Magnetfeld erzeugte Gegen-Elektromotorische Kraft eine Stromüberlastung der Leistungstransistoren der Leistungs- stufe 7 verursachen. Mittels eines zweiten Sensors 2, der auch als Hall-Generator ausgeführt sein kann und der um ca. 100- 140°, vorzugsweise um 120° in der Drehrichtung zum er¬ sten Sensor 1 versetzt ist, wird ein sogenanntes Stromfen¬ ster bestimmt. Zwischen den Impulsen der Hall-Generatoren ist dann eine stromlose Zeit vorgesehen.
Beim Anlauf des Ein-Phasen-Synchronmotors 2 kann unter Um¬ ständen ein zu hoher Strom fließen. Um diesen hohen Strom zu begrenzen, ist ein Strombegrenzer 6 vorgesehen, der über den Treiber zwei beispielsweise NAND-Gates als Schalter derart schaltet, daß im Fall einer Überlastung alle Lei¬ stungstransistoren der Leistungsstufe 7 abgeschaltet wer¬ den.
Die Möglichkeiten zur tatsächlichen Realisierung der Detek¬ tion der Stellung des Permanentmagnetrotors, d. h. die Um¬ wandlung der Stellung des Permanentmagnetrotors in Ansteu¬ ersignale für die Antriebsspulen kann im Rahmen der Erfin- düng auch durch eine Vielzahl anderer Logik-Schaltungen realisiert werden. Hierzu zählt beispielsweise die softwa¬ remäßige Realisierung mit einem Mikroprozessor. Hierbei kann es beispielsweise ebenfalls vorgesehen sein, daß der Mikroprozessor die Leistungsstufe derart steuert, daß ein definiertes, erhöhtes Anlaufmoment zur Verbesserung des An¬ laufverhaltens erreicht ist. Möglich ist dies beispielswei¬ se dadurch, daß ein definierter, erhöhter Anlaufstrom zuge¬ lassen wird. Der Mikroprozessor kann dabei in der Lei¬ stungsstufe angeordnete Halbleiterventile entsprechend steuern. Alternativ kann ein erhöhter Anlaufström auch durch die gesteuerte Entladung eines Kondensators erzeugt werden. Durch die nur kurzfristige Erhöhung des Anlauf- Stroms im Bereich von ungefähr 100 μs bis in den Millise¬ kunden-Bereich braucht keine generelle Überdimensionierung des Motors für den eigentlichen Betriebszustand vorgenommen zu werden. Als erhöhter Anlaufström kommt beispielsweise der dreifache Betriebsstrom des Normalbetriebes in Frage. Die exakte Dimensionierung hängt dabei von den Gegebenhei¬ ten des Einzelfalls ab. Diese so erreichte Vergrößerung des Anlaufmomentes ist besonders bei Anwendungsfällen vorteil¬ haft, die ein hohes Anlaufmoment erforderlich machen, z.B. Waschmaschinen, Trockner, Mixer.
Eine Spannungsversorgungseinrichtung der Steuereinrichtung nach der Fig. 2 weist als Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 4 einen Gleichrichter, beispielsweise eine Greatz- Brücke, und einen Drehzahlregler auf, der als Phasenan- Schnittsregelung ausgeführt ist. Durch die Greatz-Brücke kann eine einfache Umsetzung der Wechselspannung von z.B. 230V auf 325V mit Rippel realisiert werden. Ein Kondensator ist hierzu nicht erforderlich. Diese Ausgestaltung ist be¬ sonders vorteilhaft, da sie kostengünstig ist. Im Rahmen der Erfindung kann der Gleichrichter natürlich auch durch Dioden oder Thyristoren ersetzt werden, die gegebenenfalls durch eine Logik oder einen Mikroprozessor angesteuert wer¬ den. Die Niederspannungsversorgung dieser Spannungsversor¬ gungseinrichtung ist als einfacher Emitterfolger reali¬ siert, wobei die Spannung durch eine Zener-Diode bestimmt wird.
Um eine symmetrische Ansteuerung des Ein-Phasen- Synchronmotors 2 zu gewährleisten sind, gemäß einer ersten Variante (Fig. 4) der Leistungsstufe 7, erste Transistoren vorgesehen, die direkt aus der Spannungsversorgungseinrich¬ tung angesteuert werden. Zweite Transistoren werden über Optokoppler als Level-Shifter angesteuert.
Bei einer weiteren Alternative (Fig. 5) ist der Ein-Phasen- Synchronmotor 2 mit zwei Spulen 21, 22 ausgestattet, die jeweils eine Magnetrichtung erzeugen. Hierdurch ist nur ein Transistor für jede Spule notwendig, so daß sich ein beson¬ ders kostengünstiger Aufbau und eine leistungsfähige Schal¬ tung ergibt. Die vorstehenden Ausführungen sind nicht ausschließlich bei einem Staubsauger anwendbar, sondern überall dort reali¬ sierbar, wo Antriebsleistungen mit bis zu 5 kW erforderlich sind. Es ist somit gewährleistet, daß sich derartige An¬ triebe durch einen hohen Wirkungsgrad, ein geringes Ge¬ räusch, eine hohe Zuverlässigkeit, niedrige Kosten und sehr gute Recyclingfähigkeit aufgrund des einfachen Aufbaus des Motors 2 auszeichnen.
Bezugszeichenliste
1. Sensor
2. Ein-Phasen-Synchronmotor
3. Impulsgeber- und Phasenverschieber-Einrichtung
4. Drehrichtungsbestimmer
5. Drehzahlbegrenzer
6. Strombegrenzer
7. Leistungsstufe
8. Treiber
9. NAND-Gate
10. Anlaufhilfe
11. Impulsübernahmeschaltung
12. zweiter Sensor 13. /14. NAND-Gates
15. Spannungsversorgungseinrichtung
16. Gleichrichter
17. Drehzahlregler
18. erste Transistoren
19. zweite Transistoren
20. Optokoppler
21. /22. Antriebsspule 23./24. Transistor

Claims

Patentansprüche
1. Elektronische Steuerung mit einer Leistungsstufe (7) für einen Ein-Phasen-Synchronmotor (2) mit einem Permanent¬ magnetrotor, wobei: a) Mittel (1) zur Detektion der Stellung des Permanentma¬ gnetrotors; und b) Mittel (3,4,5,6,7) zur von der Stellung des Permanent¬ magnetrotors abhängigen Ansteuerung zumindest einer An¬ triebsspule vorgesehen sind.
2. Elektronische Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel zur Detektion ein Hall-Sensor ist, welcher vorzugsweise zwischen 0 und 60° aus der Nord-Süd Magnetachse der Antriebsspule angeordnet ist.
3. Elektronische Steuerung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mittel zum langsamen Umpo¬ len der Magnetrichtung zur Erzeugung eines Wackeins des Permanentmagnetrotors vorgesehen ist.
4. Elektronische Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Drehrichtungsbesti- mungseinrichtung (4) , ein Drehzahlbegrenzer (5) und/oder ein Strombegrenzer (6) vorgesehen sind.
5. Elektronische Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannungsversorgungs¬ einrichtung mit einem Gleichrichter und einem Drehzahlreg¬ ler vorgesehen ist.
6. Elektronische Steuerung nach Anspruch 5, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß der Gleichrichter ausschließlich als Graetz-Brücke ausgeführt ist und eine hohe Spannung lie¬ fert, von der eine niedrigere Spannung über einen Emitter- folger und eine Zener-Diode abgeleitet ist.
7. Elektronische Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis
6, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistungsstufe (7) erste Transistoren aufweist, die direkt aus der Spannungsversor¬ gungseinrichtung angesteuert werden und zweite Transistoren aufweist, die über Optokoppler angesteuert werden.
8. Elektronische Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis
7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ein-Phasen-Synchronmotor (2) zwei Spulen aufweist, die unmittelbar über jeweils ei¬ nen zugeordneten Transistor angesteuert werden.
9. Elektronische Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis
8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung als logische Schaltung ausgeführt ist.
10. Elektronische Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung einen Mikro¬ prozessor zur Ansteuerung der mindestens einen Antriebsspu¬ le und ggfs. weiterer Schaltelemente aufweist.
11. Elektronische Steuerung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Erzeugung und Zulassung eines erhöhten Anlaufmoments, insbesondere reali¬ siert durch einen erhöhten Anlaufström, vorgesehen sind.
12. Elektronische Steuerung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel ein Mikroprozessor ist, der die Leistungsstufe (7) zur Erzeugung eines erhöh¬ ten AnlaufStromes steuert.
13. Elektronische Steuerung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel ein Kondensator ist, dessen Entladestrom dem Synchronmotor (2) zugeführt wird.
14. Ein-Phasen-Synchronmotor mit einem Sensor (1) zum Er¬ fassen der Stellung des Permanentmagnetrotors, wobei der Sensor (1) im Bereich von 0 - 60°, vorzugsweise 10 bis 30°, aus der Nord-Süd-Magnetachse der Antriebsspule angeordnet ist, und wobei mindestens eine Antriebsspule hinsichtlich der Pulshöhe und/oder der Pulsbreite, insbesondere Amplitu¬ de und Frequenz einer periodischen Ansteuerfunktion, in Ab- hängigkeit von der erfaßten Stelllung des Rotors ansteuer¬ bar ist.
15. Ein-Phasen-Synchronmotor nach Anspruch 14, wobei ein weiterer Sensor um 100 -140° in der Drehrichtung zum ersten Sensor (1) versetzt angeordnet ist.
16. Verfahren zum Betrieb eines Ein-Phasen-Synchronmotors (2) , wobei die Signale eines um einen Winkel aus der Nord- Süd-Magnetachse in der Drehrichtung des Permanentmagnetro¬ tors versetzt angeordneten Sensors (1) einer Steuereinrich¬ tung zugeführt werden, und wobei die Steuereinrichtung An¬ steuersignale für zumindest eine Antriebsspule des Ein- Phasen-Synchronmotors 2 erzeugt, die von der Stellung des Permanentmagnetrotors abhängen.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß ein Richtungssignal entweder direkt aus mehreren oder einer einzigen Antriebsspule, einem Teil einer Antriebsspule oder einer von der Antriebsspule getrennten Sensorspule abgelei¬ tet wird.
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