SE433550B - Anordning for styrning av en reluktansmotors startforlopp - Google Patents

Description

8205624-3 För att uppnå synkronisering mellan de drivströmpulser som tillförs motorns lindningar och rotorns vridningsläge är anordnad en positionsgivare 22 som endast visas i blockform i fig. 2. Denna givare kan ek-empelvis utgöras av en vinge som är vridfast förbunden med rotorn och som samverkar med en Hall-sensor, vilken avger en spänning så länge vingen befinner sig i området för sensorn. I exemplet är givaren så utformad att Hall-sensorn avger spänning när rotorn befinner sig i områden med positivt moment relaterat till en vald rotationsriktning.

Förutom en positionsgivare av det beskrivna slaget erfordras för start i rätt riktning av en tvåpolig reluktansmotor en anordning som tillser att rotorn alltid stannar i ett område med positivt moment. En känd lösning av problemet är att anordna en permanentmagnet som vrider rotorn till det önskade läget när motorn gjorts strömlös.

Denna permanentmagnet måste vara kraftigt dimensionerad då rotorn kan behöva vridas upp till 900. En sådan positioneringsanordning med permanenmagnet kan undvaras vid anordningen enligt uppfinningen, vid vilken rotorn kan tillåtas stanna i ett slumpartat läge. Detta har blivit möjligt vid en motor där rotorn har den i fig. l visade formen genom att områdena närmast polytorna hos stator- och rotorpoler drivs i mättning under startförloppet. Därvid visar det sig att även om rotorn intagit det i fig. l visade läget inför en start, rotorn på grund av mättningsfenomenen vrider sig till ett nytt jämviktsläge som bestäms av den periferiella utsträckningen för båda polytorna 20a och 2Ûb sammantagna. Från det nya jämviktsläget är det alltid möjligt att genom upprepade strömpulser till motorns lindningar 14, 15 försätta denna i rotation. Skulle rotorn därvid av den första strömpulsen drivas till en position i ett område med negativt moment, kommer den av nästa strömpuls att vridas i motsatt riktning till en position i ett område med positivt moment. Vid utförandet enligt fig. 2 styr givaren i områden med positivt moment tillförseln av strömpulser till motorns lindningar. I områden med negativt moment liksom i momentlösa områden avges strömpulser till lindningarna under kontroll av en separat pulsgenerator som är betecknad 23.

Vid det i fig. 3 visade alternativa utförandet styr givaren motorn under normal drift samtidigt som pulsgeneratorn hålls inaktiverad. Vid start däremot hindras givar- signalen från att nå pulsgeneratorn under en förutbestämd tidsperiod, varför under denna tid motorn styrs helt av de av pulsgeneratorn avgivna pulserna.

En mer detaljerad beskrivning av ett föredraget utförande kommer nu att ges under hänvisning till fig. 2. Motorns lindningar 14, 15 är via terminaler 17, 18 anslutna till en elektronisk strömställare 24 som företrädesvis är bestyckad med transistorer.

Strömställaren kan vara utförd på något allmänt känt sätt och kommer ej att beskrivas närmare. Strömställaren spänningsmatas från en likspännin-gskälla representerad av terminaler 25, 26 via en ledare 27 ansluten till terminalen 25 och en ledare 28 ansluten till terminalen 26. Ledaren 28 är ansluten till strömställaren 24 via ett motstånd 29, vars funktion kommer att beskrivas nedan, och en ledare 30. 8205624-3 Den elektroniska strömställaren 24 styrs från en logisk kretsanordning 31 och är kopplad till denna via en ledare 32. Den logiska kretsanordningen består av fvra inverterande grindar 33, 34,35, 36 varav grindarna 34 och 36 har inverterarfunktior., grinden 33 är en ELLER-grind och grinden 35 en OCH-grind. Kretsanordningen 31 är kopplad dels till pulsgeneratorn 23 via en ledare 37 och dels till givaren 22 via en ledare 38 respektive en ledare 39 kopplad till utgången på givaren. I Pulsgeneratorn 23 är uppbyggd på konventionellt sätt och det visade utförandet är endast avsett att utgöra ett exempel. Två inverterande OCH-grindar 40, 41 bildar till- sammans en bufferkrets vars utgång via en ledare 42 är ansluten till en ingång på en ELLER-grind 43, vars utgång via en ledare 44 är ansluten till ledaren 37. Ledarna 42 och 44 är även förbundna via ett motstånd 45 och en kondensator 46 och parallellt med motståndet är kopplade i serie ett ytterligare motstånd 47 och en diod 48. Förbindnings- punkten mellan motstånden 45 och 47 är via ett motstånd 49 ansluten till ingången på grinden 40.' Givaren 22 spänningsmatas via ledare 50 och 51 från en ledare 52 som påförs en stabiliserad spänning. Denna utgår från likspänningskällan och passerar ett motstånd 53 som i serie med en av en zenerdiod 54 och en kondensator 55 bestående parallellkopp- ling är anslutet mellan ledarna 27 och 28. Givaren är vidare via en ledare 72 ansluten till ledaren 28. Från ledaren 52 matas även alla logiska kretsar som ingår i pulsgenera- torn 23 respektive i den logiska kretsanordningen 31. Detta åskådliggöres med en pil betecknad LS.

För att inte de i den elektroniska strömställaren 24 ingående transistorerna skall ta skada av de kraftiga strömmar eller spänningar som kan uppträda under motorns startförlopp och innan motorn nått arbetsvarvtal är en anordning för strömbegränsning anordnad. Denna anordning består väsentligen av en jämförelsekrets 56 i form av en operationsförstärkare vars inverterande ingång, betecknad "-", påförs en spänning som uppstår över motståndet 29 och som representerar motorströmmen. En ledare 57 förbinder den inverterande ingången med en krets där motståndet 29 är parallellkopplat med ett motstånd 58 i serie med en kondensator 59 och där parallellkopplingen är ansluten mellan ledarna 28 och 30 med ledaren 57 ansluten till förbindelsepunkten mellan motståndet 58 och kondensatorn 59. Den icke-inverterande ingången, märkt "+", på jämförelsekretsen 56 är ansluten till en referensspänning som alstras av ett motståndsnät bestående av tre motstånd 60, 61 och 62. Motståndet 61 är varierbart för inställning av önskad referensspänning. Motstånden 60 och 61 är anslutna i serie mellan ledaren 28 och en ledare 63 som i sin tur via ledaren 51 är ansluten till ledaren 52.

Motståndet 62 är anslutet till den rörliga löparen hos det varierbara motståndet 61 via en ledare 64 samt vidare via ledaren 44 till utgången på grinden 43. Denna utgång kan uppfattas som en omkopplare som antingen är ansluten till ledaren 52 eller till ledaren 28. Under de tider som en puls avges av pulsgeneratorn 23 är således utgången 8205624-3 ansluten till ledaren 52 och därmed till plusspänning. Under övriga tider är utgången ansluten till ledaren 28 vilken har referensspänningen 0 V. Därigenom uppnås att vid motorns normala drift man upprätthåller en första strömbegränsningsnivå som skyddar den elektroniska strömställaren vid eventuellt uppkommande fel. Å andra sidan uppnås även att vid start av motorn med hjälp av pulser från pulsgeneratorn en andra strömbegränsningsnivå kan upprättas som medger de strömmar som krävs för att delar av stator respektive rotor skall mättas. Denna högre nivå varar dock endast så länge pulsgeneratorn avger en puls. Jämförelsekretsens utgång är ansluten till en ingång på OCH-grinden 35 samt är via ett motstånd 65 ansluten till ledaren 52 och via en kondensator 66 till ledaren 28.

Jämförelsekretsen 56 är av den typ som uppvisar "Öppen-kollektorutgång", vilket innebär att den vid låg nivå på utgången sänker ström. Komponenterna 65 och 66 är därvid anordnade för att ge en fördröjning i återkopplingsslingan mellan jämförelse- kretsen 56 och den elektroniska strömställaren 24. När den sistnämnda bryter strömmen faller spänningen över motståndet 29 momentant och ger kretsen 56 möjlighet att på nytt ge order om slutning av strömställaren, vilket kan ge upphov till självsvängnings- fenomen. Detta förhindras genom att kondensatorn 66 vid låg nivå på jämförelsekret- sens utgång laddar ur sig genom denna och när kretsen därefter på nytt ändrar tillstånd på utgången måste laddas via motståndet 65 innan strömställaren 24 på nytt kan påverkas till slutning. ' g Som angivits ovan styr givaren 22 via ledarna 39, 38 den logiska kretsanord- ningen 31. Givaren är även anordnad att styra funktionen hos pulsgeneratorn 23 och är för detta ändamål via en ledare 67 ansluten till en ingång på ELLER-grinden 43.

Utgången på givaren 22 är förbunden med ledaren 67 via en parallellkrets bestående av ett motstånd 68 och en diod 69. Ledaren 67 är även via en kondensator 7D ansluten till ledaren 28. Komponenterna 68, 69 och 70 bildaren fördröjningskrets som via ett mot- stånd 71 är ansluten till ledaren 50 och därmed via ledaren 51 till ledaren 52. Fördröj- ningskretsen har till uppgift att tillse att under motorns normala drift givarens periodvisa inaktivering inte medför att pulsgeneratorn 23 aktiveras.

Givarens kontroll av pulsgeneratorn 23 kan alternativt ske via en krets av det i fig. 3 visade slaget. Komponenterna 68-70 ersätts därvid av en koppling där givarens 22 utgång via en kondensator 73 och en diod 74 är förbunden med ledaren 67. Denna är vidare via ett motstånd 75 och en med detta parallellkopplad kondensator 76 ansluten till ledaren 28. Förbindelsepunkten mellan kondensatorn 73 och dioden 74 är vidare via en diod 77 ansluten till ledaren 28. Kopplingen fungerar i korthet så att det erfordras ett antal perioder med givarsignal för att ladda upp kondensatorn 76, som har ett större värde än kondensatorn 73. Kondensatorn 76 måste ha nått en förutbestämd spännings- nivå innan grinden 43 kan påverkas att stoppa pulsgeneratorn 23. Detta innebär att vid start av motorn pulsgeneratorn 23 kommer att vara inkopplad under en längre tidsperiod 8205624-3 än vid utförandet enligt fig. 2. Därvid uppnås, förutom den fördröjningseffekt som är omtalad i föregående stycke, den fördelen att motorn erhåller kraftiga startpulser under längre tid, vilket medför en bra garanti för att motorn startar. Å andra sidan kommer motorn att utsättas för kraftiga ryck när pulsgeneratorn tilläts att okontrolle- rat avge styrpulser till denna. Motorn kommer därigenom att utsättas för påfrestningar som undvikes genom val av den i fig. 2 visade kretslösningen.

Den i fig. 2 visade kopplingen fungerar på följande sätt.

Det antas att motorn befinner sig i vila och att på icke visat sätt en likspänning upprättas mellan terminalerna 25 och 26. Om givaren 22 befinner sig i ett område med positivt motormoment antar ledaren 39'och därmed ledaren 38 hög nivå (lika med spänningen på ledaren 52) och denna signal påverkar den logiska kretsanordningen 31 att på ledaren 32 avge en lämplig signal för att sluta den elektroniska strömställaren 24 så att ström börjar flyta i motorlindningarna 14, 15. Rotorn påverkas därvid i sin normala rotationsriktning och vrider sig under inverkan av statorns magnetfält till dess den lämnat området för positivt moment, då givarens utgång antar låg nivå (lika med potentialen på ledaren 28). När givarsignalen antog hög nivå påverkades via ledaren 67 ingången på grinden 43 så att dess utgång antog låg nivå, varigenom pulsgeneratorn 23 spärrades. Nivån på den övre ingången till grinden 33 antog därigenom även låg nivå.

När nu givarsignalen antar låg nivå går även den andra ingången på kretsen 33 låg och den logiska kretsanordníngen 31 påverkas att på ledaren 32 avge en signal som öppnar strömställaren 24. Om initialströmpulsen varit tillräckligt stark kommer rotorn att fortsätta att vrida sig även under den period när strömmen är bruten och på nytt inträda i ett område med positivt moment med åtföljande ny strömpuls levererad till lindningarna på det beskrivna sättet. Motorn kommer således att fortsätta att rotera och att därvid styras av givarens signaler i ett återkopplat förlopp. Yttre styrning är möjlig exempelvis genom ändring av den normala strömbegränsningsnivån genom variering av motståndet 61. En annan möjlighet till styrning av motorns effekt och hastighet erbjuds genom elektronisk behandling av den av givaren 22 avgivna signalen för variering av till- respektive frånslagstidpunkterna för den elektroniska strömstäl- laren.

Om vid start av motorn dess rotor 19 skulle intagit ett läge med negativt moment, kommer givaren 22 att på ledaren 39 avge en lågnivåsignal vilken vid urladdad konden- sator 70 även ger låg nivå på ledaren 67. Därigenom aktiveras pulsgeneratorn 23 så att ledaren 44 och den till ledaren 37 anslutna ingången på grinden 33 går hög. Strömstäl- laren 24 erhåller därför från den logiska kretsanordningen 31 en signal som innebär att strömställaren sluts, varvid ström drivs genom statorlindningarna med den högre strömbegränsningsnivån. I detta fall kommer motorströmmßn, om den fick utvecklas fritt, att anta otillåtna värden och strömbegränsningen måste därför träda i kraft.

Detta uppnås genom att spänningen över motståndet 29 kontinuerligt ÖVBPVëlk-'äß BV

Claims (11)

8205624-3 jämförelsekretsen 56 som slår om när denna spänning antagit ett förutbestämt värde, varvid den logiska kretsanordningen påverkar strömställaren 24 att öppna. Denna första strömpuls driver rotorn från området med negativt moment in i området med positivt moment där givaren '22 övertar kontrollen. Den efterföljande strömpulsen driver sålunda rotorn i rätt rotationsriktníng. Om rotorn intagit det i fig. l visade läget, skulle vid start med normal ström- begränsningsnivå rotorn ej kunna påverkas. Vid spänningstillslag kommer dock samma förlopp som det som beskrivs i föregående stycke att initieras. När de närmast polytorna belägna områdena i stator- respektive rotorpoler drivs i mättning av den kraftiga motorströmmen kan rotorns polyta tänkas anta det med streckade linjer antydde utseendet. Förutsättningarna för det tidigare stabila rotorläget ändras därvid och den uppkomna asymmetriska placeringen av rotorn ger upphov till en kraft som strävar att vrida rotorn så att denna intar en i förhållande till den nya rotorpolytan symmetrisk placering. När därefter under inverkan av strömbegränsningsanordningen, motorströmmen och därmed magnetfältet avklingar, kommer mättningseffekten att upphöra samtidigt som rotorn inkommit i ett omrâde med positivt moment, vilket ger givaren 22 möjlighet att kontrollera den efterföljande rotorrörelsen pä sätt som beskrivits ovan för att driva motorn i normal rotation. Beroende på vald rotationsrikt- ning kan den första strömpulsen driva rotorn in i ett område med negativt moment. Från detta läge drivs motorn i normal rotation på sätt som beskrivits i detalj ovan. De ovan beskrivna utföringsformerna har utnyttjat analoga kretsar i kombination med traditionell logik. Det är uppenbart att uppfinningen även kan förverkligas med utnyttjande av en mikrodator. Denna kan därvid helt ersätta pulsgeneratorn 23, den logiska kretsanordningen 31 liksom de mellan givaren 22 och pulsgeneratorn 23 inkopp- lade fördröjningskretsarna som visas i fig. 2 och 3. Patentkrav

1. Anordning för styrning av startförloppet hos en reluktansmotor (10), vilken innefattar en med två diametralt motsatt belägna poler (12, 13) utförd, med lindningar (lá, 15) försedd stator (11) och en med tvâ på motsvarande sätt belägna poler (20, 21) försedd rotor (19) av mjukmagnetiskt material, varvid rotorpolerna (20, 21) vardera uppvisar ett parti (20a,2la) som har en periferiell utsträckning som sammanfaller med motsvarande utsträckning för respektive statorpol (12, 13) samt vidare ett ytterligare, till det förstnämnda partiet (20a, Zla) angränsande parti (20b, Zlb), som har en polyta belägen närmare rotorns axel än det förstnämnda partiet, k ä n n e t e c k n a d därav, att anordningen är inrättad att under motorns startförlopp driva motorn (10) med strömpulser av en storlek som vid polöverlappníng försätter åtminstone de närmast polytorna belägna partierna av stator- respektive rotorpolerna i mättning. 8205624-3

2. Anordning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att en givare (22) är anordnad att indikera när rotorn (19) befinner sig i områden med positivt moment, varvid anordningen är inrättad att driva motorn (10) med de mättningsdrivande ström- pulserna i de rotorpositioner i vilka givaren (22) är inaktiverad.

3. Anordning enligt patentkravet 2, k ä n n e t e c k n a d därav, att strömpulsernas pulsrepetitionsfrekvens är av storleksordningen l Hz.

4. Anordning enligt patentkravet 2 eller 3, k ä n n e t e c k n a d därav, att de mättningsdrivande strömpulserna till motorn (10) åstadkommas genom en elektronisk strömställare (24), som ansluter motorn till en likspänningskälla (25, 26) och som styrs av en pulsgenerator (23), vilken avger styrpulser som via en logisk krets (31) tillförs strömställaren (24) för att sluta denna.

5. Anordning enligt patentkravet 4, k ä n n e t e c k n a d därav, att den logiska kretsen (31) är ansluten dels till givaren (22) och dels till pulsgeneratorn (23) för att alternativt styra den elektroniska strömställaren (24) i beroende av styrpulser fràn givaren (22) respektive från pulsgeneratorn (23), varvid givaren (22) är förbunden med pulsgeneratorn (23) för att aktivera denna endast vid start och endast vid inaktiverad givare. _

6. Anordning enligt patentkravet 5, k ä n n e t e c k n a d därav, att en fördröj- ningskrets (68, 69, 70) är inkopplad mellan givaren (22) och pulsgeneratorn (23), vari- genom under motorns normala drift pulsgeneratorn förblir inaktiverad även under perioder av inaktiverad givare.

7. Anordning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d därav, att en givare (22) är anordnad att indikera när rotorn (19) befinner sig i områden med positivt moment, vilken givare är anordnad att styra motorn (10) vid normal drift, varvid en pulsgenerator (23) är anordnad att till motorn avge de styrsignaler som medför drivning av motorn med de mättningsdrivande strömpulserna, varjämte anordningen är så utförd att vid start pulsgeneratorn (23) är inkopplad under en förutbestämd tid, varefter givaren (22) är anordnad att överta kontrollen över motorn (10) under samtidig inaktivering av pulsgeneratorn (23).

8. Anordning enligt patentkravet 7, k ä n n e t e c k n a d därav, att en fördröj- ningsanordning är inkopplad mellan givaren och pulsgeneratorn, vilken fördröjnings- anordning (73-77) är så utförd att givarsignalen vid start överförs. till pulsgeneratorn (23) för att inaktivera denna först efter det att den förutbestämda tiden utlöpt.

9. Anordning enligt patentkravet 8, k ä n n e t e c k n a d därav, att fördröjnings- anordningen (73-77) även är inrättad att till pulsgeneratorn (23) avge en signal som under motorns normala drift håller pulsgeneratorn inaktiverad även under perioder då givaren (22) är inaktiverad. 8205624-3

10. Anordning enligt något av patentkraven 4 - 9, k ä n n e t e c k n a d därav, att ett strömbegränsningsorgan (56, 6D, 61, 62) är anordnat för begränsning av motor- strömmen till ett förutbestämt värde gällande vid normal drift, vilket organ via den logiska kretsen (31) är styrbart så att en högre strömbegränsningsniva svarande mot den för mättning erforderliga strömmen tillåts när pulsgeneratorn (23) är i drift.

11. ll. Anordning enligt patentkravet 10, k ä n n e t e c k n a d därav, att strömbegräns- ningsorganet (56, 60, 61,62) innefattar en givare (29) som genererar en mot motor- strömmen svarande spänning samt ett jämförelseorgan (56) till vilket förs en referens- spänning, vilken genom ett omkopplingsorgan (43) kan bringas att anta tvà olika värden svarande mot den normala respektive den förhöjda strömbegränsningsnivän.