WO1996003798A1 - Drehzahlgeregelter mehrpolpaariger gleichstrommotor - Google Patents

Drehzahlgeregelter mehrpolpaariger gleichstrommotor Download PDF

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Robert Kern
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Robert Bosch Gmbh
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    • 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
    • H02P7/00—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
    • H02P7/06—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current
    • H02P7/18—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power
    • H02P7/24—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices
    • H02P7/28—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices
    • H02P7/2805—Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices whereby the speed is regulated by measuring the motor speed and comparing it with a given physical value

Definitions

  • the invention is based on a speed-controlled, multi-pole DC motor that can be operated in at least two operating points.
  • speed control with detection of the supply voltage and / or the load current is known. It is the same with speed control with speed detection via sensors such as Hall sensors, light barriers, speedometer windings or the like. It is also known to carry out the speed control by clocking, the speed detection being carried out in the switched-off phase of the switches.
  • the speed-controlled, multi-pole DC motor with the characterizing features of claim 1 has the advantage over the simple design of the motor
  • an electronic circuit is connected upstream of the pole pairs, which switches the individual pole pairs on or off as a function of the requested load and as a function of the voltage taken off from non-current-carrying brushes, which is proportional to the speed of the motor.
  • Embodiment of the invention the electronic circuit logic for processing the input signals and switches for connecting and disconnecting the pole pairs.
  • the speed-proportional voltage which is established between the brushes and which can be removed from the non-current-carrying brush is supplied to the logic in an amplified manner via a measured value amplifier.
  • a particularly expedient embodiment of the invention provides that at the first operating point the motor is operated at optimum power, the speed resulting from the load, and at the second operating point the motor is to assume a presettable speed under a much weaker load, switches being provided in the supply lines to the brushes, which are based on the logic of the
  • Electronic circuit are closed or opened, depending on control signals regarding the desired operating point and the speed-proportional voltage between the non-current brush and an adjacent current brush.
  • Another particularly advantageous embodiment of the invention provides that the logic from the supplied speed setpoint and the voltage which acts as the actual speed value, generates a control deviation with which the pulse duty cycle is controlled, with which one or more pole pairs are clocked with the switch. be switched off.
  • Fig. 1 shows schematically a block diagram of a two-pole DC motor designed according to the invention.
  • the invention is illustrated below with reference to the schematic block diagram of a four-pole DC motor shown in FIG. 1, in which the number of pole pairs is therefore two.
  • the motor 1 has four brushes 11, 12, 13 and 14, of which the brushes 11 and 13 are connected to a pole of a battery 5, which supplies the supply voltage for the motor 1.
  • An electronic circuit 6 is connected upstream of parts of the two pole pairs.
  • the electronic circuit 6 contains a logic circuit or logic 7 for short, a measurement amplifier 3 and two
  • Switches 21 and 22 By means of the switch 21 the brush 14 can be connected via a line 4 and by means of the switch 22 the brush 12 can be connected to the other pole of the battery 5.
  • the two switches 21 and 22 receive their switching commands from the logic 7 of the electronic circuit 6. The electronic circuit 6 thus determines the connection and disconnection of the individual pole pairs of the motor 1.
  • the four-pole motor 1 shown in FIG. 1 is to be operated in two operating points 10 and 20. In the first
  • the switch 21 is continuously open, which means that the associated pole pair, to which the brush 14 belongs, is not current-carrying. Between the brushes 13 and 14 or 11 and 14 there is a voltage Un, which is proportional to the speed n.
  • the voltage-proportional voltage Un which can be removed from the non-current-carrying brush 14 is amplified by means of a measured value amplifier 3 and supplied to the logic 7 as an input variable 8, actual speed value Un.
  • Other input variables of logic 7 are the information at which operating point the engine is to be operated. This selection of the working point takes place Via the input of the logic 7 of the electronic circuit 6 designated 10/20.

Abstract

Ein drehzahlgeregelter mehrpolpaariger Gleichstrommotor (1) soll in zumindest zwei Arbeitspunkten (10, 20) betreibbar sein. Den Polpaaren des Motors (7) wird eine elektronische Schaltung (6) vorgeschaltet, welche die einzelnen Polpaare mit ihren Bürsten (11 - 14) über steuerbare Schalter (21, 22) an die Versorgungsspannung, beispielsweise einer Batterie (5) zu- bzw. abschaltet. Dieses Zu- bzw. Abschalten der einzelnen Polpaare erfolgt in Abhängigkeit von der angeforderten Last und von der an nicht Strom führenden Bürsten (14) abnehmbaren Spannung (Un), die der Drehzahl (n) des Motors (1) proportional ist.

Description

Drehzahlgeregelter mehrpolpaariqer Gleichstrommotor
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem drehzahlgeregeltem mehrpolpaarigen Gleichstrommotor, der in zumindest zwei Arbeitspunkten betreibbar ist.
Es ist allgemein bekannt, daß verschiedene Möglichkeiten zur Drehzahlregelung, Drehzahlsteuerung und Drehzahlerfassung bestehen. So ist beispielsweise die Drehzahlsteuerung mit Erfassung der Versorgungsspannung und /oder des Laststroms bekannt. So ist es auch bei der Drehzahlregelung mit Drehzahlerfassung über Sensoren, wie z.B. Hallsensoren, Lichtschranken, Tachometerwicklung oder ähnliches. Bekannt ist es auch, die Drehzahlregelung durch Takten durchzuführen, wobei die Drehzahlerfassung in der ausgeschalteten Phase der Schalter erfolgt. Vorteile der Erfindung
Der erfindungsgemäß gestaltete drehzahlgeregelte, mehrpolpaarige Gleichstrommotor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil der einfachen Gestaltung der
Drehzahlregelung, Drehzahleinstellung und Drehzahlerfassung. Dazu ist erfindungsgemäß den Polpaaren eine elektronische Schaltung vorgeschaltet, welche die einzelnen Polpaare in Abhängigkeit von der angeforderten Last und in Abhängigkeit von der an nicht Strom führenden Bürsten abgenommenen Spannung, welche der Drehzahl des Motors proportional ist, zu- bzw. abgeschaltet.
Die einfache Nutzung der sich an nicht Strom führenden Bürsten einstellenden Spannung als Drehzahlistwert, ermöglicht eine Drehzahlregelung, die ohne Sensoren arbeitet. Die
Drehzahlerfassung ist kontinuierlich, so daß kein Abtast- Halteglied notwendig ist. Dies vereinfacht die Schaltung und damit den notwendigen Aufwand.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen drehzahlgeregelten mehrpolpaarigen Gleichstrommotors möglich.
In vorteilhafter Weise enthält gemäß einer zweckmäßigen
Ausgestaltung der Erfindung die elektronische Schaltung eine Logik zur Verarbeitung der Eingangssignale und Schalter zur Zu- und Abschaltung der Polpaare.
In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß die sich zwischen Bürsten einstellende und an der nicht Strom führenden Bürste abnehmbare drehzahlproportionale Spannung über einen Meßwertverstärker der Logik verstärkt zugeführt wird.
Wird der erfindungsgemäß gestaltete Gleichstrommotor in zwei
Arbeitspunkten betrieben, dann sieht eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung vor, daß bei dem ersten Arbeitspunkt der Motor im Leistungsoptimum betrieben wird, wobei sich die Drehzahl aus der Last ergibt, und bei dem zweiten Arbeitspunkt der Motor unter wesentlich schwächerer Last eine voreinstellbare Drehzahl einnehmen soll, wobei Schalter in den Zuleitungen zu den Bürsten vorgesehen sind, die von der Logik der
Elektronikschaltung geschlossen bzw. geöffnet werden, in Abhängigkeit von Steuersignalen betreffend den gewünschten Arbeitspunkt und der drehzahlproportionalen Spannung zwischen der nicht Strom führenden Bürste und einer benachbarten Strom führenden Bürste.
Eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Logik aus zugeführtem Drehzahlsollwert und der als Drehzahlistwert wirkender, abgenommener Spannung, eine Regelabweichung generiert, mit welcher das Tastverhältnis gesteuert wird, mit dem ein oder mehrere Polpaare mittels der Schalter taktend zu- bzw. abgeschaltet werden.
Zeichnung
Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt:
Fig. 1 schematisch ein Blockschaltbild eines erfindungsgemäß gestalteten zweipolpaarigen Gleichstrommotors.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Die Erfindung wird anhand des in Fig. 1 dargestellten schematischen Blockschaltbildes eines vierpoligen Gleichstrommotors, bei dem die Polpaarzahl also zwei ist, nachfolgend dargestellt. Der Motor 1 weist vier Bürsten 11, 12, 13 und 14 auf, von denen die Bürsten 11 und 13 mit einem Pol einer Batterie 5, welche die VersorgungsSpannung für den Motor 1 liefert, verbunden sind. Zur Verbindung der beiden anderen Bürsten 12 und 14 mit dem anderen Pol der Batterie 5 ist diesen Teilen der beiden Polpaare eine elektronische Schaltung 6 vorgeschaltet.
Die elektronische Schaltung 6 enthält eine Logikschaltung oder kurz Logik 7 genannt, einen Meßwertverstärker 3 und zwei
Schalter 21 und 22. Mittels des Schalters 21 ist die Bürste 14 über eine Leitung 4 und mittels des Schalters 22 ist die Bürste 12 mit dem anderen Pol der Batterie 5 verbindbar. Die beiden Schalter 21 und 22 erhalten ihre Schaltbefehle von der Logik 7 der elektronischen Schaltung 6. Somit bestimmt die elektronische Schaltung 6 das Zu- und Abschalten der einzelnen Polpaare des Motors 1.
Der in Fig. 1 dargestellte vierpolige Motor 1 soll in zwei Arbeitspunkten 10 und 20 betrieben werden. Im ersten
Arbeitspunkt 20 wird der Motor im Leistungsoptimum betrieben. Die Drehzahl n ergibt sich dabei zum einen aus der Last, die der Motor 1 antreiben muß, und zum anderen aus der Versorgungsspannung der Batterie 5. Bei dieser Betriebsweise ist der Motor 1 dauerbestromt. Die beiden Schalter 21 und 22 sind demnach geschlossen. Allgemein gilt für einen solchen Arbeitspunkt, daß alle Polpaare des Motors zugeschaltet sind. Im zweiten Arbeitspunkt 10, man kann ihn auch den unteren Arbeitspunkt nennen, ist die dem Motor 1 abverlangte Leistung wesentlich kleiner als im Arbeitspunkt 20. Bei dieser
Betriebsweise ist der Schalter 21 dauernd geöffnet, das heißt, daß demnach das zugehörige Polpaar, zu dem die Bürste 14 gehört, nicht Strom führend ist. Zwischen den Bürsten 13 und 14 bzw. 11 und 14 stellt sich eine Spannung Un ein, die der Drehzahl n proportional ist.
Die an der nicht Strom führenden Bürste 14 abnehmbare drehzahlproportionale Spannung Un wird mittels eines Meßwertverstärkers 3 verstärkt und als Eingangsgröße 8, Drehzahlistwert Un, der Logik 7 zugeführt. Andere Eingangsgrößen der Logik 7 sind die Angaben, in welchem Arbeitspunkt der Motor betrieben werden soll. Diese Anwahl des Arbeitspunktes erfolgt über den mit 10/20 bezeichneten Eingang der Logik 7 der elektronischen Schaltung 6.
Soll im zweiten, d.h. dem unteren, Arbeitspunkt 10 eine konstante voreinstellbare Drehzahl nson gefahren werden, dann wird in der Logik 7 aus diesem Drehzahlsollwert n3o und dem Drehzahlistwert Un eine Regelabweichung generiert, die das Tastverhältnis korrigiert und mit deren Hilfe der Schalter 22 getaktet wird. Die Eingabe des Drehzahlsollwertes nson ist in Fig. 1 nicht extra dargestellt.
Generell ist es möglich, bei Vorhandensein von Motoren mit mehr als zwei Polpaaren, die einzelnen Polpaare entsprechend der abverlangten Leistung, in Abhängigkeit des gewünschten Arbeitspunktes und der sich an einer oder mehreren nicht Strom führenden Bürsten abnehmbaren, der Drehzahl proportionalen Spannung, mittels der vorgeschalteten und entsprechend dimensionierten elektronischen Schaltung 6, einzeln bzw. mehrfach zu- bzw. abzuschalten.
Mit Hilfe der Erfindung ist es somit auf sehr einfache Weise möglich, eine Drehzahlregelung, insbesondere im unteren Leistungsbereich, eines Gleichstrommotors ohne Sensoren zu realisieren. Dabei arbeitet die Drehzahlerfassung kontinuierlich und bedarf somit keines Abtast-Haltegliedes.

Claims

Ansprüche
1. Drehzahlgeregelter mehrpolpaariger Gleichstrommotor, der in zumindest zwei Arbeitspunkten (10, 20) betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß den Polpaaren des Motors (1) eine elektronische
Schaltung (6) vorgeschaltet ist, und daß mittels der elektronischen Schaltung (6) die einzelnen Polpaare in Abhängigkeit von der angeforderten Last und in Abhängigkeit von der an nicht Strom führenden Bürsten (11 - 14) abgenommenen Spannung, welche der Drehzahl (n) des Motors (1) proportional ist, zu- bzw. abgeschaltet werden.
2. Drehzahlgeregelter mehrpolpaariger Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektronische Schaltung (6) eine Logik (7) zur Verarbeitung der Eingangssignale (8, 10, 20) und Schalter (21, 22) zur Zu- bzw. Abschaltung der Polpaare enthält.
3. Drehzahlgeregelter mehrpolpaariger Gleichstrommotor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sich zwischen Bürsten (11 und 14 bzw. 13 und 14) einstellende und an der nicht Strom führenden Bürste (14) abnehmbare, drehzahlproportionale Spannung (Un) über einen Meßwertverstärker (3) verstärkt der Logik (7) als Eingangsgröße (8) zugeführt wird.
4. Drehzahlgeregelter mehrpolpaariger Gleichstrommotor, der in zwei Arbeitspunkten (10, 20) betrieben wird, nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem ersten Arbeitspunkt (20) der Motor (1) im Leistungsoptimum bzw. bei hoher Last, betrieben wird, wobei sich die einstellende Drehzahl (n) aus der abverlangten Last ergibt, und bei dem zweiten
Arbeitspunkt (10) der Motor (1) unter wesentlich schwächerer Last eine voreinstellbare Drehzahl (nsoU) annehmen soll, wobei Schalter (21, 22) in den Zuleitungen (2, 4) zu den Bürsten (11 - 14) der Polpaare vorgesehen sind, die von der Logik (7) der elektronischen Schaltung (6) geschlossen bzw. geöffnet werden, in Abhängigkeit von Steuersignalen betreffend den gewünschten Arbeitspunkt (10, 20) und in Abhängigkeit von der drehzahlproportionalen Spannung zwischen der nicht Strom führenden Bürste (14) und einer benachbarten Strom führenden Bürste (11 oder 13) .
5. Drehzahlgeregelter mehrpolpaariger Gleichstrommotor nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Logik (7) aus zugeführtem Drehzahlsollwert und aus als Drehzahlistwert wirkender, an einer nicht Strom führenden Bürste (14) abgenommener Spannung (Un) eine Regelabweichung generiert, mit welcher das Tastverhältnis gesteuert wird, mit dem ein oder mehrere Polpaare mittels der Schalter (21, 22) zu- bzw. abgeschaltet werden.
PCT/DE1995/000771 1994-07-25 1995-06-16 Drehzahlgeregelter mehrpolpaariger gleichstrommotor WO1996003798A1 (de)

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