NL8103835A - Zelfaanlopende collectorloze gelijkstroommotor. - Google Patents

Description

* , ' *+ * EHN 10.126 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven

Zelfaanlopende collectorloze gelijkstrocrmotar.

De uitvinding heeft be trekking op een zelfaanlopende collectorloze gelijkstrocnmotor met een stator, een rotor en een cormitatieinrichting. Bij collectorloze motoren vindt commutatie langs electronische weg plaats. Rotor positie infornatie kan daarbij 5 met detec tor en, zoals Hall-elementen verkregen worden. Goede carmutatie-en aanloopeigenschappen worden bij meer-fase-motoren verkregen door toepassing van een detector per fase, welke detectoren dan in overeen-staming met het aantal fasen van de motor langs de cmtrek verdeeld opgesteld worden. Het bezwaar hiervan is dat dergelijke motoren relatief 10 duur zijn. Het streven is dan ook cm met een enkele detector te kunnen volstaan. Bij een-fase-motoren is het gebruik van een detector vanzelf-sprekend. Deze motoren hebben echter als inherent bezwaar dat de draai-richting ongedefinieerd is. Bovendien kan de aanlooptoestand zodanig zijn dat bij bekrachtiging de rotor juist in een stabiele stand staat -15 welk laatste probleem ook bij meer-fase-motoren kan optreden. Beide problemen kunnen ondervangen worden met itechanische middelen zoals het aanbrengen van een "kleefstand", dit is bijvoorbeeld met behulp van een hulpmagneet de rotor steeds in een zodanige stand laten stilstaan dat aanlopen in een vooral bepaalde richting mogelijk is. Het bezwaar 20 van itechanische en/of magnetische hulpmiddelen is echter dat deze ook het loopgedrag van de motor nadelig beinvloeden. Bij meer-fase-motoren, in het bijzonder drie-f ase-motoren is daarcm voorgesteld cm teneinde net slechts een detector te kunnen volstaan de motor met een hulpdraai-veld te laten aanlopen. Het bezwaar hiervan is, dat de motor niet 25 zelf-ccmmuterend aanloopt en daarcm ongunstige aanloopeigenschappen vertoont.

De uitvinding beoogt een collectorloze motor die zelf-ccmtraiterend aanloopt en waarbij aanlopen op louter electronische wijze wordt gewaarborgd.

30 De uitvinding wordt daartoe gekenmerkt, doordat de stator twee-fasig is uitgevoerd en dat de ccmmutatieinrichting omvat - een detectieinrichting met een en slechts een detector voor het onderscheidenlijk signaler en naar welke van beide stator fasen de rotor 8103835 ΡΗΝ 10.126 2 ί ΐ I ' * in hoofdzaak gericht is, - een instelbare bekrachtigingsschakeling voor het camuterend be-krachtigen van de stator fasen, en - een instelschakeling die door de detectieinrichting bestuurbaar is 5 voor het althans bij stiistand van de rotor instellen van de bekrachtigingsschakeling qp e£n van beide toestanden die behoren bij bekrachtiging van de andere stator fase dan die wanneer de rotor in hoofdzaak gericht is.

Deze ccmbinatie van kenmerken leidt tot een motor die van 10 slechts een detector is voorzien, zelf-ccmnuterend aanloopt en geen niet-electronische aanloophulpmiddelen benodigt.

De uitvinding berust qp het inzicht, dat, alhoewel met slechts έβη detector bij een meer-fase-motor de rotorstand niet on-dubbelzinnig kan warden gedetecteerd juist bij een twee-fase-motor 15 steeds de beide met een detector niet onderscheidenlijk te detecteren rotorstanden steeds bij een en dezelfde stator fase behoren zodat zelf-cotimiterend aanlopen met gebruik van een detector toch mogeiijk blijft.

De motor volgens de uitvinding, met de p poolparen, kan nader warden gekenmerkt, doordat de detectieinrichting een synchroon 20 met de rotor roteerbaar permanent-magnetisch deel van 2p poolparen omvat en dat de detector een magneetveldgevoelige element, in het bijzonder een Hall-element, omvat.

Deze uitvoeringsvorm kan verder warden gekenmerkt, doordat de instelschakeling een polariteitsdetector voor het detecteren van het 25 door het magneetveldgevoelige element gedetecteerde magneetveld en een poortschakeling voor het vergelijken van die gedetecteerde polarite.it met de toestand van de bekrachtigingsschakeling, omvat.

De ongedefinieerde aanloqprichting van de motor volgens de uitvinding is in scranige toepassingen niet bezwaarlijk. Daar waar 30 ook een bepaalde draairichting gewaarborgd moet zijn, blijkt een extra voordeel van de oplossing volgens de uitvinding: de juiste draairichting is op eenvoudige wijze bij de motor volgens de uitvinding te waarborgen. Hiertoe kan een voorkeursuitvoeringsvorm van de motor volgens de uitvinding nader warden gekenmerkt, doordat de in-35 stelbare bekrachtigingsschakeling op de met de gewenste van beide rotatierichtingen van de rotor overeenkcmende schakelvolgorde voor-ingesteld is en ongeacht de werkelijke rotatierichting van de rotor op conmando van ccmmutatiesignalen cyclisch permuterend schakelbaar is.

8103835 . * * EHN 10.126 3

Dit nader kenmerk berust qp het inzicht, dat wanneer de motor aan-loopt, ccnrautatieimpulsen warden gegenereerd vanwege bet zelf-ccnimi-terend aanloopgedrag van de motor volgens de uitvinding. Door nu de schakelvolgorde van de motor fasen vast te leggen in de electronica, 5 wordt bereikt dat in de juiste richting de fasen achtereenvolgens be-krachtigd warden, ook bij een foutieve aanlooprichting. Bij zo'n foutieve aanlooprichting "ontmoeten" het draaiende stator veld en de daartegen in draaiende rotor elkaar en wordt de rotor ingevangen na maximaal twee conraitaties. De rrvaximale slag in de foutieve richting is 10 bij een p-polige motor gelijk aan ongeveer 360° . Voor vele toe- p passingen, zoals motoren in cassette recorders is een dergeli^ke foutieve aanloopslag in het geheel niet storend. Daarbij kan het voor-delig zijn, dat de instelbare bekracbtigingsschakeling is voorzien van een stuuringang en is ingericht voor het als funktie van een signaal 15 aan die stuuringang voor instellen van de schakelvolgorde op een van beide mogelijke richtingen teneinde de rotatierichting van de motor onkeerbaar te maken.

Deze voornoemde voorkeursuitvoeringsvorm kan nader warden gekenmarkt, doordat de detectieinrichting een synchroon net de rotor 20 roteerbaar permanent-magnetisch deel met 2p poolparen cravat, dat de detector een magneet veldgevoelig element, in het bijzonder een Hall-element, is en dat een ccmmtatiesignaalgeherator aanwezig is voor het synchroon met door de detector gedetecteerde magneetveldpolariteits-wisselingen genereren van ccramutatiesignalen voor de bekrachtigings-25 schakeling.

Een eerste mogelijke realisatie van deze voorkeursuit-voeringsvorm kan warden gekenmerkt, doordat de instelschakeling een polariteitsdetector voor het detecteren van het door het magneetveld-gevoelige element gedetecteerde magneetveld en een eerste poort-30 schakeling voor het vergelijken van die gedetecteerde polariteit net de toestand van de bekrachtigingsschakeling cravat.

Een nader kenmerk daarbij is, dat de vergelijkschakeling is ingericht voor het leveren van extra ccramutatiesignalen aan de bekrachtigingsschakeling. Bij deze eerste realisatievorm van de voorkeurs-35 uitvderingsvorm van de motor volgens de uitvinding vindt correctie van een foutieve stand van de rotor plaats door het geven van een extra ccirrautatieimpuls.

8 1 0 3 835

4 S

EHN 10.126 4

Een tweede altematieve realisatievorm van de voorkeurs-uitvoeringsvorm van de motor volgens de uitvinding kan warden geken-merkt doordat de ccramtatiesignaalgenerator een polariteits 'detector voor het detecteren van het door het magneetveld-gevoelige element S gedetecteerde magneetveld en een poortschakellng voor het vergelijken van die gedetecteerde polariteit met de toestand van de bekrachtigings-schakeling en het telkens wanneer die toestand niet met de gedetecteerde polariteit correspondeert genereren van een ccmnutatiesignaal, cravat.

Bij deze realisatievorm wordt het ccramutatiesignaal door de instel-10 schakeling geleverd. Deze realisatievorm berust op het inzicht dat aan iedere conmutatie in wezen een "foutieve" bekrachtigingstoestand vooraf-gaat. burners op het cammntatie tijdstip verandert het uitgangssignaal van de positiedetector terwijl pas korte tijd later de bekrachtigingstoestand van de stator zich wijzigt. Kortstondig corresponderen rotor-15 stand en bekrachtigingstoestand dus niet met elkaar, welke niet corre-sponderende toestand door de instelschakeling kan warden gesignaleerd. Bij deze realisatievorm wordt hiervan gebruik gemaakt door de instelschakeling bij deze schijnbaar foutieve rotorstanden de carrautatie-impulsen te laten genereren, zodat een aparte corrautatieimpulsgenerator 20 uitgespaard kan worden.

Bij de genoemde eerste en tweede realisatievorm wardt qp het moment van aanlopen de gedetecteerde rotorstand vergeleken met de bekrachtigingstoestand. Het is echter ook mogelijk cm, ongeacht de bekrachtigingstoestand die bij inschakeling. van de motor zou optreden 25 de bekrachtigingsschakeling bij het aanlopen van de voedingsspanning steeds afhankelijk van de gedetecteerde rotorstand in een van beide mogelijke correcte toestanden te laten inkomen. Hiertoe wordt een derde realisatievorm van de voorkeursuitvoeringsvorm van de motor volgens de uitvinding gekenmerkt doordat middelen voor het detecteren van het aan-30 leggen van voedingsspanning aanwezig zijn, dat de instelschakeling een polariteitsdetector voor het detecteren van het door het magneetveld-gevoelige element gedetecteerde magneetveld, een eerste poortschakellng voor het vergelijken van die gedetecteerde polariteit met de toestand van de bekrachtigingsschakeling en voor. het telkens na detectie van 35 het aanleggen van voedingsspanning instellen van de bekrachtigingsschakeling afhankelijk van de gedetecteerde polariteit.

Door deze maatregelen is ook bij deze derde variant aanlopen gewaarborgd. Qmdat ten gevolge van stoorimpulsen de commutatie 8103835 i »' EHN 10.126 5 foutief kan warden en dit in tegenstelling tot bij de eerste en tweede realisatievorm niet zander meer gecorrigeerd wardt, is het voordelig oak bij deze derde realisatievorm hiertoe maatregelen te treffen. Daarbij wardt een voordelige oplossing gekenrterkt doordat 5 een twsede poartschakeling voor het op ccxtmando van de vergelijkschakeling onderdrukken van het eerstvolgende conmtatiesignaal aanwezig is.

Door de eerstvolgende camutatieimpuls te onderdrukken in plaats van een extra caranitatieimpuls te genereren wardt bereikt,dat de caimitatie meteen gecorrigeerd wardt. Inmers een stoorirtpuls zal 10 vrijwsl steeds een extra- conraitatie teweegbrengen in plaats van een carmitatie te onderdrukken waardoor het gunstiger is cm een ccnraitatie-inpuls te onderdukken dan an er een extra genereren.

Voor wat betreft de uitvoering van de bekrachtigings-schakeling van de motor volgens de uitvinding is het voordelig dat, 15 de bekrachtigingsschakeling een schuifregister anvat. Een nader kemasrk is, dat het schuifregister een instelbare schuifrichting vertoont. Hier-doar is het eenvoudig de draairichting van de motor in te stellen.

Voor wat betreft de constructieve uitvoering kan de motor volgens de uitvinding nader warden gekenmerkt, door 20 - een rotor met een in hoofdzaak 2p-polig gemagnetiseerde cilinder-vormige magneet, - een stator met tweefasige wikkelingen en coaxiaal met de rotor binnen de cilindervarmige permanente magneet aangebracht, - een aan de stator bevestigde bedradingsdrager waarmee de stator-25 wikkelingen verbonden zijn, en - een qp de bedradingsdrager aangebracht substraat waarop ten minste het magneetveldgevoelige element is aangebracht zodanig dat dit elaient in de magnetische invloedssfeer van het naar die drager gerichte kop-vlak van de cilindrische permanente magneet verkeert, waarbij die per- 30 manente magneet ter plaatse van dat kopvlak van een 4p-polige magneti-satie is voorzien.

De uitvinding zal nader warden toegelicht aan de hand van de tekening, waarin

Figuur 1 schematisch het principe van de motor volgens de 35 uitvinding toont,

Figuur 2 een diagram ter verklaring van de working van de motor volgens figuur 1 toont,

Figuur 3 een eerste uitvoeringsvorm van de schakeling 4 in de 8103035 ΕΉΝ 10.126 6 • ξ ι motor volgens figuur 1 toont,

Figuur 4 een altematief voor een gedeelte van de schakeling volgens figuur 3 toont,

Figuur 5 een tweede uitvoeringsvorm van die schakeling 4 5 toont,

Figuur 6 een derde uitvoeringsvorm van die schakeling 4 toont, en

Figuur 7 een doorsnede van een voorkeursuitvoeringsvorm van een motor volgens de uitvinding toont.

10 Figuur 1 toont schematisch een motor met stnring volgens de uitvinding. De motor heeft een rotor 1 die in dit voorbeeld tweepolig (N,S) is gemagnetiseerd. De rotorstand wordt hier aangeduid met een hoek ψ , welke in de weergegeven toestand gelijk nul is. De stator anvat vier spoelen 1^, I»2, en L 4 met aansluitingen 5, 6, 7 res-15 pectievelijk 8. Met de rotor 1 is machanisch gekoppeld - of qp de rotor aangebracht - een positiegever 2 die vierpolig gemagnetiseerd is. In magnetisch contact met deze positiegever 2 bevindt zich een veld-senor H, in het bijzonder een Hall-element. De stand van positiegever 2 en sensor H ten opzichte van de rotorstand is daarbij zodanig, dat 20 sensor H polariteitsveranderingen ten gevolge van de positiegever 2 detecteert bij die rotorposities C(?, waar conmutatie van de be-krachtiging van de statorspoelen , L2, en L4 het meest geschikt is, dus in hoofdzaak bij de posities CP= 450, 135°, 225° en 315°. Het uit-gangssignaal van veldsensor H wordt aan een ingang 3 van bekrachtigings-25 schakeling 4 toegevoerd, welke bekrachtigingsschakeling 4 de statorspoelen L1, L2, L3 en L4 ieder op hun beurt bekrachtigt.

Figuur 2 toont het verloop TL1' TL2’ TL3 respectievelijk TL4 van het op de rotor 1 als functie van de rotorpositie (^uitgeoefende koppel T bij bekrachtiging van de spoelen L^, L2, L3, respectievelijk L4, 30 evenals het door veldsensor H gedetecteerde veld (N,S) van positiegever 2 als functie van die rotorpositie (P .

Wordt bij het starten van de motor - na het aanleggen van voedingsspanning of na het blokkeren van de rotor - een bepaalde spoel bekrachtigd, dan zal de rotor, afhankelijk van de positie V7 op dat 4 35 monent, al dan niet aanlopen. Wordt bijvoorbeeld spoel L4 bekrachtigd, dan toont het diagram van figuur 2 dat het op de rotor uitgeoefende koppel gelijk nul is bij CP = 270°. Bij CP= 900 wordt een labiele even-wichtspositie met T = 0 gevonden, waaruit de motor in belaste toestand 8103835 jT · EHN 10.126 7 eveneens niet zal aanlopen. Voor rotorposities dj? tussen 270° en 315° evenals tussen 225° en 2700 zal de rotor naar het evenwichtspunt CP = 270° getrokken worden. Buiten dat bereik 225° - 315° zal de rotor eveneens naar = 270° getrokken worden near er vindt dan tijdig

5 ccramutatie plaats, wanneer bij C? = 225° of CP = 315° de veldsensor H

{ 1 een veldveranderlng ten gevolge van positiegever 2 detecteert.

Bij vergelijking van de posities van de rotor waarbij aan-Icpen bij bekrachtiging van statorspoel problematisch is met de posities van de daarmee gekqppelde positiegever 2, dan blijkt dat wanneer 10 veldsensor H een magnetisatie S van positiegever 2 detecteert, aanlopen problematisch is. Eenzelfde vergelijk bij bekrachtiging van stator-spoelen L·^, en leert dan wanneer veldsensor H een S-magnetisatie detecteert, aanlopen bij bekrachtiging van spoel L2 of problematisch is en dat wanneer veldsensor H een N-magnetisatie detecteert, aanlopen 15 bij bekrachtiging van spoel of problematisch is.' Volgens de uit-vinding kan aanlopen gegarandeerd worden wanneer bekrachtigingsschakeling 4 zodanig is uitgevoerd, dat die genoemde coiribinaties van bekrachtiging van een van de spoelen t/m en de gedetecteerde polariteit van het veld van positiegever 2 door veldsensor H waarbij aanlopen problematisch 20 is, uitgesloten zijn. De motor zal dan steeds aanlopen, echter nog met een onbepaalde draairichting.

De draairichting kan worden vastgelegd door bekrachtigingsschakeling 4 zodanig uit te voeren, dat de volgorde van bekrachtiging van de spoelen L-j t/m vastligt, bijvoorbeeld voor rechtsom draaien 25 de volgorde , LL^, L^, waarbij het doorschakelen naar de volgende spoel in die vastliggende volgorde op cortmando van veldsensor H geschiedt.

Cp deze wijze ontstaat na aanlopen een draaiveld in voorgeschreven richting ongeacht de aanlooprichting van rotor 1, zodat bij aanlopen van de rotor in de foutieve richting na maximaal een halve omwenteling de 30 rotorpositie in overeenstenming is met de bekrachtiging en de rotor inge-vangen wordt in het draaiveld en de goede richting ingaat lopen. Wardt bijvoorbeeld spoel bekrachtigd in de getoonde configuratie volgens figuur 1 met de getekende stand van de rotor 1, terwijl bekrachtigingsschakeling 4 is ingesteld cp rechts cmdraaiende bekrachtiging, dan zal 35 rotor 1 aanvankelijk linksom aanlopen. Bij CP = -45° zal op commando f van sensor H ccmmtatie plaatsvinden en wordt spoel bekrachtigd, . waardoor de rotorbeweging wordt afgeremd en de richting omkeert. De p /-. -- rotor draait daama weer door de positie ί-/ - -45u op welke iroxent 8103335 J ^ EHN 10.126 8 spoel L2 wordt bekrachtigd en de rotor is ingevangen in het rechtscm draaiende veld. De inaKiitiale draaiing in de foutieve richting is maximaal minder dan 180°, namelijk de draaiing vanaf CP <+45° tot CP> -135^. In veel toepassingen zoals onder andere in cassetterecorders is deze fout-5 slag bij aanlopen niet storend.

Figuur 3 toont een uitvoeringsvoorbeeld van de bekrachtigings-schakeling 4 (zie figuur 1), die tezamen met veldsensor H in e&i ge-integreerde schakeling kan zijn ondergebracht. De schakeling cravat een op commando van een impuls op een ingang 13 cyclisch doorschakelende 10 schakeling 12, bijvoorbeeld een 4-bits schuifregister dat rondgekoppeld is en waarin een logische "een" en drie logische "nullen" zijn qpge-slagen. Van de vier uitgangn Q1 t/m Q4 van schakeling 12 is er dus steeds έέη afwijkend bekrachtigd. De vier uitgangen t/m Q4 zijn, eventueel via bufferversterker 14 t/m 16 met de aansluitpunten 5 t/m 8 15 van de spoelen t/m verbonden, zodat steeds een van de spoelen t/m bekrachtigd is. Het schuifregister 12 bezit een vaste schuif-richting, bijvoorbeeld voorinstelbaar naar keuze door het aanleggen van een van twee mogelijke logische niveaus aan een ingang 24. Op deze wijze is verzekerd dat de spoelen t/m in vooraf bepaalde volgorde be-20 krachtigd worden. Door het instelbaar maken van de schuifrichting van het schuifregister 12 kan dus de draairichting van de motor gekozen worden door het aanleggen van het bij de gewenste draairichting behoren-de logische niveau aan ingang 24.

Het schuifregister 12 schakelt door op commando van impulsen 25 aan ingang 13. Qm dit doorschakelen te synchroniser en met de rotorbe-weging wordt het door veldsensor H geleverde signaal via ingang 3 aan een inpulsvormer 9, die bij elke gedetecteerde veldovergang, dus op de gewenste commutatietijdstippen wanneer de rotorpositie Cf gelijk is aan 45° , 135° , 225° of 315° , een impuls aan ingang 13 levert, waardoor 30 dus de motor zelf-commuterend kan draaien.

Qm te verhinderen dat de statorspoelen zodanig bekrachtigd worden dat de motor niet aanloopt, wordt, zoals aan de hand van figuur 2 verklaard is, de polariteit van het door veldsensor H gedetecteerde veld vergeleken met de stand van schuifregister 12. Hiertoe wordt het van 35 veldsensor H afkomstige signaal via ingang 3 aan een detector 10, die een met magnetisatie N overeenkomend signaal detecteert, en aan een detector 11, die een met magnetisatie S overeenkcraend signaal detecteert, toegevoerd. Het bekrachtigd zijn van spoel of spoel wordt met een 8103835 , t EHN 10.126 9 met uitgangen Q1 en verbonden OF-poort 18 gesignaleerd en het be-krachtigd zijn van spoel of spoel wordt met een met uitgangen Q2 en Q4 verbonden OF-poort gesignaleerd. De uitgangssignalen van detector 10 en OF-pcort 18 warden aan EN-poort 20 toegevoerd en de sig-5 nalen afkcmstig van detector 11 en OF-poort 19 warden aan EN-poort 21 toegevoerd. De uitgangssignalen van EN-poorten 20 en 21 warden geccm-bineerd via bijvoorbeeld een OF-poort, of zoals in figuur 3 weergegeven door een verbinding van uitgangen ("wired-or"). Dit gecombineerde uit-gangssignaal is dan een indicatie van een niet-toegestane bekrachtigings-10 toestand, dus een toestand waarbij de bekrachtiging de rotor in een pcsitie met koppe T = O kan houden waardoor de motor niet aanloopt. Een methode cm in dat geval de bekrachtiging uit de niet-toegestane toestand te halen is bij voorbeeld het instellen van schuifregister 12 op een met wel-toegestane toestand overeenstemraende stand, wat in het uitvoerings-15 voorbeeld volgens figuur 3 wardt bereikt door het over een pcsitie extra doorschuiven van schuifregister 12. Hiertoe wardt het geccmbineerde uit-gangssignaal van EN-poorten 2° en 21 toegevoerd aan een impulsvormer 22 die bij het optreden van zo'n niet-toegestane toestand een iinpuls vormt velke via een OF-poort 23 wardt toegevoegd aan het uitgangssignaal van 20 impulsvarmer 9, waardoor aan ingang 13 van het schuifregister 12 een extra schuifinpuls verschijnt.

Een altematief van deze methode wardt bij voorbeeld ge-vonden door in de schakeling volgens figuur 3 de iirpulsvormer 22 (en OF-poort 23) te verwijderen en de aldus ontstane schakeling te ccmpleteren 25 volgens het in figuur 4 getoonde gedeelte van de schakeling volgens figuur 3. Hierbij warden de uitgangen Q^, Q2, respectievelijk Q4 van het schuifregister 12 verbonden met schakelaars S^, S2, S3 respectievelijk - welke schakelaars met logische pcorten kunnen warden uitgevoerd. In de getoonde stand van de schakelaars t/m is dan de situatie zoals in 30 figuur 3 is waergegeven terwijl in de andere stand van die schakelaars (de gestippeld getekende stand) de uitgangen , Q2, Q3 respectievelijk Q4 met de bufferversterker 15, 16, 17 respectievelijk 14 verbonden zijn waardoor de bekrachtigingstoestand in voorgeschreven richting een positie opgeschoven wardt. Schakelaars t/m warden door de met OF-poort 41 35 gecombineerde uitgangssignalen van EN-poorten 20 en 21 bestuurd.

In de schakeling volgens figuur 3 moeten maatregelen getrof-fen warden cm te voorkcmsn dat, ten gevolge van het niet gelijktijdig cmschakelen van schuifregister 12 en de detectoren 10 en 11, een onge- 8103035 v v

S

EHN 10.126 10 wenste inpuls door irrpilsvonner 22 gevormd kan warden. Dit kan bijvcor- beeld door geklokte logica toe te passen. Een andere mogelijkheid is om hiervan juist gebruik te maken door uit de schakeling volgens figuur 3 de irrpulsvcrmer 9 en de OF-poort 23 te verwijderen en door de inpuls-5 vormer 22 te varblnden met de ingang 13 van het schuifregister 12, welk altematief in figuur 5 is weergegeven. Voor wat betreft ongewenste rotorstanden, blijft de schakeling dan hetzelfde werken. Voor wat betreft cornmutatie werkt de schakeling dan doordat op het moment dat het signaal . aan ingang 3 van polariteit verandert, het schuifregister nog niet van 10 toestand verandert. Dit wordt via EN-poort 20 of 21 gedetecteerd op dezelfde wijze als dat een foutieve stand van het schuifregister gedetecteerd wordt en via impulsvormer 22 wordt een iirpuls aan ingang 13 van het schuifregister 12 toegevoerd.

Bij de besproken schakeling en de besproken alternatieven 15 wordt steeds wanneer er een storingsinpuls, die het schuifregister 24 §§n stand verder schakelt, optreedt, een extra irtpuls aan de teller afgegeven. Omdat storingsinpulsen meestal extra impulsen zijn en niet een onderdrukking van een gewenste iirpuls, heeft dit tot gevolg . dat het schuifregister 12 hierdoor in totaal twee stappen verder wordt ge- 20 schakeld hetgeen kortstondig aanleiding geeft tot eenzelfde situatie als besproken is bij het geval van in de verkeerde richting aanlopen.

Dit behoeft niet bezwaarlijk te zijn wanneer de kansop stooriirpulsen door bijvoorbeeld electronische maatregelen - zoals tijdsvensters voor het niet-doorlaten van impulsen gedurende tijdvakken waarin geen 25 ccmmutatieimpuls kan optreden - zeer klein is. In die gevallen waarin dit echter voorkcmen moet worden, kan de schakeling volgens figuur 3 gemodificeerd worden door in plaats van op carrmando van EN-poorten 20 en 21 een extra iirpuls te genereren de eerstvolgende inpuls afkomstig . van iirpulsvormer 9 te onderdrukken, welke modificatie figuur 6 toont.

30

Ten cpzichte van de uitvoering volgens figuur 3 is OF-poort 23 vervangen door een EN-poort 45 met een inverter ends ingang die door de uitgangssignalen van EN-poorten 20 en 21 aangestuurd wordt. Deze methode werkt echter niet in de aanloopfase wanneer de motor nog stil- staat. Immers is de aanvankelijke bekrachtigingstoestand een toestand 35 waarbij de rotor in een stabiele positie staat dan genereert iirpuls-vormer 9 aanvankelijk geen iirpuls, welke dan ook niet onderdrukt kan worden. Een oplossing hiervoor is cm op cammando van detectoren 10 en 11 bij het inkomen van de voedingsspanning het schuifregister in te stellen 8103835 EHN 10.126 11 in een stand die met een gewenste stand overeenkcmt. Wordt bij het inkomen van de voedingsspanning detector 10 aangesproken, dan dient schuifregister 12 zodanig ingesteld te warden dat uitgang Q2 of Q4 boog wordt en wordt detector 11 aangesproken dan dient schuifregister 12 5 zodanig ingesteld te worden dat uitgang of Q3 hoog wordt.

Hiertoe cravat de schakeling volgens figuur 6 ten opzichte van die volgens figuur 3 verder een voedingsspanningsdetector 46 die op het moment van inkomen van de voedingsspanning op kl^ffr νβ een impuls afgeeft. Deze impuls wordt in EN-poorten 47 respectievelijk 48 vergeleken 10 met de uitgangssignalen van de detectoren 20 respectievelijk 21. De uit- gangssignalen van poorten 47 respectievelijk 48 voeren naar stel-in- gangen respectievelijk S2 van het schuifregister om uitgang Q1 respectievelijk Q2 te bekrachtigen. Hierdoor wordt bereikt dat wanneer

bij het aanleggen van de voedingsspanning detector 10 aanspreekt het IS

schuifregister zodanig wordt ingesteld dat uitgang 6 bekrachtigd is en bij aanspreken van detector 11 zodanig, dat uitgang 5 bekrachtigd wordt.

De schakeling volgens figuur 3 - voor zover reeds besproken -evenals andere uitvoeringsvormen bieteieen interessante uitbreidings-* mogelijkheid, in het bijzonder wanneer die schakelingen geintegreerd 20 warden. Deze uitbreiding maakt gebruik van het feit dat het door veldsensor H gegenereerde signaal ook als tachosignaal benut kan warden. Hiertoe kan dit signaal of zoals in figuur 3 is getoond het uitgangs-signaal van impulsvormer 9 aan een regelschakeling 39 warden toegevoerd, waaraan via ingang 40 een regelsignaal kan warden toegevoerd. In het 255 bijzonder wanneer het cm een toerenregeling handelt kan in schakeling 39 de frequentie van de door impulsvormer 9 geleverde impulsen worden bepaald via bijvoorbeeld een frequentiespanningsoiEetter en vergeleken worden met een gelijksspanningsregelsignaal, bijvoorbeeld afkomstig van een in dezelfde geintegreerde schakeling ondergebrachte referentiebron on 42. In het bijzonder wanneer het cm een faseregeling gaat kan de fase van de van impulsvormer 9 afkomstige irtpulsreeks vergeleken warden met een aan ingang 40 toegevoerde referentie impulsreeks. Ook andere servo-regelingen zijn mogelijk. Het uitgangssignaal van servoregeling 39 kan het toerental en/of fase van de motor beinvloeden, bijvoorbeeld door 33 regeling van de sterkte van de bekrachtiging door bijvoorbeeld regeling 39 de amplitude van de uitgangssignalen van bufferversterkers 14 t/m 16 te laten regelen, hetgeen in figuur 3 met pijlen 40 symbolisch is aan-gegeven, of bijvoorbeeld door toepassing van impulsbreedtesturing.

8103835

V

FHN 10.126 12 t t

Figuur 7 toont een uitvoeringsvoorbeeld van een motor volgens de uitvinding In axiale doorsnede. Deze vertoont een montage-plaat 25 die bijvoorbeeld dee! kan uitmaken van een omhulling. Aan de plaat 25 is via een lagering 26 de rotoras 27 bevestigd. De rotor 1 5 is kom-vormig en bestaat uit een magnetische geleidende kan 28, welke aan de binnenzijde van het cilindrische gedeelte daarvan van een ci-lindrisch permanente magneet 29 is voorzien. De stator is binnen die kcm 28, 29 op die bodemplaat 25 bevestigd en vertoont een polen vorraend blikpakket (30, 30') en spoelen (32, 33). Aan de stator is een print-10 plaat 34 bevestigd waarin pennen, zoals de in deze doorsnede getoonde pen 37, zijn aangebracht. De statorspoelen zijn met deze. pennen ver-bonden (verbinding 36). Op die printplaat is eveneens een geintegreerde schakeling 35 aangebracht die de bekrachtigingsschakeling 4 alsmede de veldsensor H (in dit geval een Hall-element) omvat.

15 Cm dit Hall-element zo dicht mogelijk bij de rotormagneet 29 aan te brengen is geintegreerde schakeling 35 in een opening in de printplaat 34 aangebracht. Op een uitstekend deel 31 van die printplaat zijn aansluitxnogelijkheden 38 voor voedingsspamiig en eventueel ingang 24 (voor het instellen van de draairichting) en/of 40 (voor het instellen 20 van het toerental) (zie figuur 3) aangebracht. De magneet 29 is in radiele richting gemagnetiseerd. Positiegever 2 is aangebracht doordat de naar printplaat 34 gerichte zijde van de permanente magneet 29 plaatselijk anders is gemagnetiseerd, wat de motorwerking niet merk-baar beinvloedt, terwijl het hoofdveld van magneet 29 het uitgangs-25 signaal van het Hall-element niet merkbaar beinvloedt. In een gereali-seerd model was de motor 6-polig en dus de positiegever 12-polig.

In het algemeen kan de uitvinding toegepast warden bij een twee-fase motor met p-poolparen en een positiegever met 2p-poolparen. Hierbij zij nog opgemerkt, dat een motor zoals die in figuur 1 schema-30 tisch getoond is, ook wel een vier-fase-motor genoemd wordt, waarbij dan van een twee-fase-motor sprake is wanneer de spoelen en als-ook de spoelen en in serie geschakeld zijn. Elk van beide serie-schakelingen is dan in beide richtingen bekrachtigbaar. De uitvinding is toepasbaar op beide typen motor. Verder zij nog opgemerkt, dat een 35 permanent-magnetische rotor niet essentieel is.

8103835

Claims (14)

1. Zelfaanlqpende collectorloze gelijkstroanmotor met een stator, een permanent-magnetische rotor en een comutatieixirichting, met het kenmerk, dat de stator twee-fasig is uitgevoerd en dat de 5 conmitatieinrichting cravat - een detectieinrichting met een en slechts een detector voor het onder-scheidenlijke signaler en naar welke van beide statorfasen de rotor in hoofdzaak gericht is, - een instelbare bekrachtigingsschakeling voor het catmnterend be-10 krachtigen van de statorfasen, en - een instelschakeling die door de detectieinrichting bestuurbaar is voor althans bij stilstand van de rotor instellen van de bekrachtigingsschakeling qp Hn van beide toestanden die behoren bij bekrachtiging van de andere statorfase dan die waamaar de rotor in hoofdzaak gericht 15 is.

2. Zelfaanlqpende collectorloze gelijkstroaimotor volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de instelbare bekrachtigingsschakeling qp de net de gewsnste van beide rotatierichtingen van de rotor overeen-kcmende schakelvolgorde vooringesteld is en ongeacht de wsrkelijke 20 rotatierichting van de rotor, op catmando van ccmmutatiesignalencyclisch permuterend schakelbaar is.

3. Zelfaanlopende collectorloze gelijkstroonrnotor volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat de instelbare bekrachtigingsschakeling is voorzien van een stuuringang en is ingericht voor let als functie 25 van een signaal aan die stuur ingang v66rinstellen van de schakelvolgorde qp een van beide raogelijke richtingen teneinde de rotatierichting van de motor onkeerbaar te maken.

4. Zelfaanlopende collectorloze gelij kstrocmraotor volgens conclusie 1, met p poolparen, met het kenmerk, dat de detectiein- 30 richting een synchroon met de rotor roteerbaar permanent-magnetisch deel met 2p pooljaren cmvat en dat de detector een magneetveld gevoelig element, in het bijzonder een Hall-element, cravat.

5. Zelfaanlopende collectorloze gelijkstroorrinotor volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat de instelschakeling een polariteits- 35 detector voor het detecteren van het door het magneetveldgevoelige element gedetecteerde magneetveld en een pcortschakeling voor het verge-lijken van die gedetecteerde polariteit met de toestand van de bekrachtigingsschakeling , cravat. 8103835 V FHN 10,126 14

6, Zelfaanlopende collectorloze gelijkstrocimiotor volgens conclusie 2 of 3, met p pcolparen, met het kenmerk, dat de detectie-inrichting een synchroon met de rotor roteerbaar permanent-magnetisch deel met 2p pcolparen omvat, dat de detector een magneetveldgevoelig 5 element, in het bijzonder een Hall-element, is en dat een carautatie-signaalgenerator aanwezig is voor het synchroon met door de detector gedetecteerde magneetveldpolariteitswisselingen, genereren van cornnu-tatiesignalen voor de bekrachtigingsschakeling.

7. Zelfaanlopende collectorloze gelijkstroamiotor volgens 10 conclusie 6, met het kenmerk, dat de instelschakeling een polariteits- detector voor het detecteren van het door het magneetveldgevoelige element gedetecteerde magneetveld en een eerste poortschakeling voor het vergelijken van die gedetecteerde polariteit met de toestand van de bekrachtigingsschakeling omvat.

8. Zelfaanlopende collectorlos gelij kstxcornmotor volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de vergelijkschakeling is ingericht voor het leveren van extra cammutatiesignalen aan de bekrachtigingsschakeling.

9. Zelfaanlopende collectorloze geli j kstroarmotor volgens 20 conclusie 6, met het kenmerk, dat middelen voor het detecteren van het aanleggen van voedingsspanning aanwezig zijn, dat de instelschakeling een polariteitsdetector voor het detecteren van het door het magneet-gevoelige element gedetecteerde magneetveld, een eerste poortschakeling voor het vergelijken van die gedetecteerde polariteit met de toestand 25 van de bekrachtigingsschakeling en voor het telkens na detectie van het aanleggen van voedingsspanning instellen van de bekrachtigingsschakeling afhahkelijk van de gedetecteerde polariteit.

10. Zelfaanlopende collectorloze gelijkstrocmmotor volgens conclusie 7 of 9, met het kenmerk, dat een tweede poortschakeling voor 30 het op commando van de vergelijkschakeling onderdrukken van het eerst- · volgende ccsnnutatiesignaal aanwezig is.

11. Zelfaanlopende collectorloze gelijkstrocmmotor volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de commutatiesignaalgenerator een polariteits'detector voor het detecteren van het door het magneetveld- 35 gevoelige element gedetecteerde magneetveld en een poortschakeling voor het vergelijken van die gedetecteerde polariteit met de toestand van de bekrachtigingsschakeling en het telkens wanneer die toestand niet met de gedetecteerde polariteit correspondeert, genereren van een 8 1 0 3 8 35 EHN 10,126 15 ccrraitatiesignaal, cravat.

12. Zelfaanlopende collectorloze gelijkstroommotor volgens een of meerder conclusies 2, 3, 4, 6, 7f 8, 9, 10 en 11, met het ken- merk, dat de bekracbtigingsschakeling een schulfregister oravat.

13. Zelfaanlopende collectorloze gelijkstroommotor volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat het schuifregister een instelhare schuifrichting vertoont.

14, Zelfaanlopende collectorloze gelijkstrocnniotor volgens een of rneer der conclusies 1 t/m.13, gekenmerkt door 10 - een rotor met een in hoofdzaak 2p-polig gemagnetiseerde cilinder- vormige magneet, - een stator met twee-fasige wlkkelingen en coaxiaal met de rotor, binnen de cilindervormige permanente magneet aangebracht, - een aan de stator bevestigde bedradingsdrager waarmee de stator-15 wikkelingen verbonden zijn, en - een op die bedradingsdrager aangebracht substraat waarop ten minste het magneetveldgevoelige element is aangebracht, zodanig dat dit el orient in de magnetische invloedssfeer van het naar die drager ge-richte kopvlak van de cilindrische permanente' magneet verkeert waar-20 bij de permanente magneet ter plaatse van dat kopvlak van een 4p-polige magnetisatie is voorzien. 25 30 35 8103835