WO1998052275A1 - Electronically commutated engine - Google Patents

Electronically commutated engine Download PDF

Info

Publication number
WO1998052275A1
WO1998052275A1 PCT/EP1998/002726 EP9802726W WO9852275A1 WO 1998052275 A1 WO1998052275 A1 WO 1998052275A1 EP 9802726 W EP9802726 W EP 9802726W WO 9852275 A1 WO9852275 A1 WO 9852275A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
motor
rotor
voltage
motor according
sensor
Prior art date
Application number
PCT/EP1998/002726
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Benno Doemen
Thomas Von Der Heydt
Hermann Rappenecker
Fritz Schmider
Gabor Szondi
Original Assignee
Papst-Motoren Gmbh & Co. Kg
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Papst-Motoren Gmbh & Co. Kg filed Critical Papst-Motoren Gmbh & Co. Kg
Priority to EP98928238A priority Critical patent/EP0913028A1/en
Publication of WO1998052275A1 publication Critical patent/WO1998052275A1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14Electronic commutators
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14Electronic commutators
    • H02P6/15Controlling commutation time
    • H02P6/153Controlling commutation time wherein the commutation is advanced from position signals phase in function of the speed

Definitions

  • the invention relates to an electronically commutated motor with a permanent magnetic rotor and a stator.
  • a motor is the subject of the earlier patent application WO / EP97 / 01078.
  • this object is achieved by an electronically commutated motor with a permanent magnetic rotor and a stator, with a plurality of rotor position sensor arrangements arranged on the stator side, which are connected in series to a DC voltage source for power supply, each having two antivalent signal outputs, and in operation of the motor deliver an alternating sensor output voltage between these antivalent signal outputs, with each rotor position sensor being assigned a phase shifter arrangement which serves to phase shift this sensor output voltage in order to produce an alternating output signal which leads the sensor output voltage in time, the lead angle of which relative to the sensor output voltage increasing motor speed increases, and the electronic switching element controlled by this alternating output signal to control at least one stator current of the motor t.
  • the efficiency of such a motor is thus improved on the one hand by the fact that the rotor position sensors have a reduced power requirement because they are traversed by the same current, and on the other hand by the so-called ignition angle, i.e. the phase position of the commutation, to the speed of the Motors is adjusted.
  • ignition angle means the start of commutation. Because of its clarity, this term has been adopted from automotive engineering, although nothing is “ignited” in an electric motor.
  • Fig. 1 is a block diagram of a three-phase collectorless
  • FIG. 4 shows a circuit diagram of an arrangement according to the invention for detecting the rotor position and for changing the phase position of the detected rotor position signals as a function of speed
  • 5 is a schematic diagram showing the generation of an alternating output voltage u between the two non-equivalent outputs of a Hall generator
  • 6 is a representation of the alternating output signal u of FIG. 5
  • FIG. 7 shows a representation analogous to FIG. 4, but only for one phase of the motor
  • FIG. 11 is a diagram showing the voltage forms occurring in the variant according to FIG. 10,
  • FIG. 12 is a diagram showing the arrangement of a galvanomagnetic sensor in the stray field region of a rotor magnet
  • FIG. 13 shows a variant of FIG. 12, in which a special and specially magnetized area of the rotor magnet is provided for controlling the galvanomagnetic sensor.
  • This has on its stator 12 a stator winding (here, for example, connected in a star) with three strands (phases) 14, 16 and 18, the connections of which with A , B and C are designated.
  • the motor 10 also has a permanent magnet rotor 20 (only indicated schematically), which is shown with four poles.
  • three Hall generators 22, 24, 26 are arranged on the stator at intervals of 120 ° el.
  • Hall generators or other rotor position sensors
  • neutral zone of the stator
  • the sensors can also be arranged outside the neutral zone.
  • a full bridge circuit 44 is used here as an example to control the stator winding 14, 16, 18. It has three "upper” transistors 52, 54, 56 in the form of pnp transistors, the emitters of which are each connected to a positive line 48 and the collectors of which are connected to the connections A and B and C, respectively. It also has three "lower” bridge transistors 60, 62, 64 in the form of npn transistors, the emitters of which are connected to a negative line 50 and the collectors of which are connected to the connections A and B and C, respectively.
  • signals T1, T2, T3 serve to control the upper transistors 52, 54, 56 and signals B1, B2, B3 to control the lower transistors.
  • the logical equations are shown in Fig. 2A. For example, transistor 52 is turned on by signal T1 when signal H1 is high and signal H2 is low. The same applies to the other transistors and can be found in the logic equations shown.
  • the signals T1 to B3 are generated in a programmable logic circuit (PAL) 70 from the signals H1, H2 and H3.
  • the PAL 70 is programmed accordingly.
  • a microprocessor 72 is also provided in FIG. has the function of controlling the direction of rotation of the motor 10 or other desired functions which may vary from case to case, e.g. Regulation of the speed to a predetermined value.
  • the invention is not limited to three-phase motors, but is suitable for all motors in which a rotor position sensor is used, for example only a single rotor position sensor.
  • 4 shows the circuit of the Hall generators 22, 24, 26. These are connected in series between a plus line 78 (eg + 12 V) and the minus line 50, ie they are all supplied with the same current, which improves the efficiency of the motor.
  • a resistor 80 e.g. 500 ⁇
  • resistor 82 e.g. 500 ⁇
  • the resistors 80, 82 determine the maximum current through the Hall generators, ie they represent a current limitation for the maximum voltage, and the resistor 80 causes a potential shift, since the comparator 102 "cannot work with an input voltage that has the same value as its positive operating voltage (on line 78) ..
  • FIG. 5 shows an arrangement with only one Hall generator 26, which is connected to the negative line 50 via the resistor 82 and to the positive line 78 via a resistor 80 'for better explanation.
  • the rotor 20 rotates, it generates an alternating sensor output voltage u between its antivalent outputs 84, 86, the course of which is shown in FIGS. 6, 9 and 11.
  • This voltage u has relatively flat edges 49, that is to say a sinusoidal profile; it has a voltage swing S of e.g. 86 mV, and it has an offset 79 of e.g. 0.7 V.
  • the offset (through the resistor 82) is lowest in the Hall generator 26, higher in the Hall generator 24, and highest in the Hall generator 22.
  • the different sizes play in the circuit used of these offset voltages does not matter.
  • Hall generators used are preferably those in which there is an amplified Hall signal at the outputs 84, 86, e.g. around the Hall generator type HW101C.
  • the course of the signal u with the relatively flat edges is preferably obtained by an arrangement according to FIG. 12 or 13.
  • the permanent magnetic rotor 20 is shown here as an outer rotor, and the Hall generator 26 (like the Hall generators 22 and 24) is on a circuit board 90 arranged as an SMD part.
  • the comparators L 102, 102 ', 102 can be arranged, together with the components assigned to them.
  • the Hall generator 26 is located opposite the end face 92 of the rotor 20, at a distance d from the end face of the rotor magnet 20 ′, and it is cut by an enveloping cylinder C which is formed by the inside 20 ′′ of the rotor 20.
  • the Hall generator 26 lies in the stray flux area of the rotor magnet 20 ', which is radially magnetized, as indicated by the letters S and N.
  • the stray flux from the rotor magnet 20' is strongest in the position of the Hall generator 26 shown, ie Hall generator 26 in the variant according to FIG. 12 is preferably located under the inner edge 20 ′′ of the rotor magnet 20 ′.
  • the size of the distance d determines the amplitude of the voltage swing S, i.e. S increases as d decreases, but the shape of the voltage u becomes more favorable as d increases. In practice, you have to compromise.
  • the rotor magnet 20 has a special control magnet 94 which is axially magnetized in the manner shown and therefore generates a greater magnetic flux density and thus a larger voltage swing S in the Hall generator 26. It has to be determined by experiment which of the two variants (Fig. 12 or 13) is more favorable for the individual case. With internal rotors, comparable arrangements will be made, as is known to the person skilled in the art.
  • FIG. 7 again shows an arrangement analogous to FIG. 5, but with additional switching elements which serve to shift the phase of the signal u as a function of speed, namely with a phase shifter arrangement 87.
  • the output 84 of the Hall generator 26 is connected here via the parallel connection of a resistor 96 and a capacitor 98 to the non-inverting input 100 of a comparator 102.
  • This input 100 is connected to the output 108 via a high-resistance resistor 101 and to the inverting input 106 via a resistor 104 connected, and the latter in turn is connected to the output 86 of the Hall generator 26.
  • the rectangular signal H3 is obtained at the output 108 of the comparator 102, which signal serves to control the motor 10 according to FIGS. 1 to 3.
  • the output 108 is connected to the positive line 78 via a resistor 110.
  • the high-resistance resistor 101 gives the arrangement hysteresis behavior, i.e. Short-term interference pulses or voltage peaks in the signal u from the Hall generator 26, as can be seen in FIG. 9, have no influence on the signal H3 at the output 108.
  • the resistor 101 therefore very simply effects a filter or interference suppression function and therefore a quieter one Engine running.
  • Resistor 101 ... 2 ... 4 M ⁇
  • Resistor 110 ... 2 k ⁇
  • the alternating sinusoidal sensor voltage u (between the outputs 84 and 86) generates a current through the resistor 96 and a voltage ui across this resistor which is in phase with it. Furthermore, the voltage u generates a current i 2 through the capacitor 98, and this current leads the current M by 90 °. Streams ii and. 2 add up to the current i, which flows through the resistor 104 and generates a voltage U2 thereon which is in phase with i 2 . The voltages ui and u add up to the voltage U 2 . According to FIG. 8 there is a phase angle ⁇ between the voltage ui and the voltage u, ie the voltage Ui lags the voltage u in phase.
  • phase angle ⁇ lies between the voltage U 2 and the voltage u, and as shown in FIG. 8, the voltage U 2 , which controls the comparator 102, leads the voltage u by this phase angle ⁇ .
  • FIG. 9 shows the measured profile of the alternating sensor output voltage u on the Hall generator 26.
  • the rectangular output signal H3 is obtained at the output 108 of the comparator 102, which corresponds to the voltage u by the angle ⁇ (FIG. 9) leads in phase and that - via the PAL 70 - is used to control the bridge circuit 44.
  • Speed of motor 10 i.e. at low speeds ⁇ is small and increases with increasing speed, so that signal H3 is shifted more and more in the direction of arrow 110 (FIG. 9) with increasing speed, i.e. the
  • Angle ⁇ increases with increasing speed, and the relevant phase current is switched on earlier, the higher the speed of the motor.
  • the circuit according to FIG. 7 is used three times in FIG. For this reason, the circuit part for the Hall generator 24 is identified by a trailing apostrophe, e.g. 87 'instead of 87, and the circuit section for the uppermost Hall generator 22 is identified by two apostrophes, e.g. 87 ".
  • the phase-shifted square-wave signal H1 is thus obtained at the output 108" of the comparator 102 ", the phase-shifted square-wave signal H2 at the output 108 'of the comparator 102', and, as already described in detail, this is obtained at the output 108 of the comparator 102 phase-shifted square wave signal H3.
  • FIGS. 3a, 3b and 3c show these square-wave signals H1, H2, H3, which are offset by 120 ° el. Relative to one another. These signals are with solid lines are shown for a low speed, and with dash-dotted lines 116 for a higher speed, for example 40,000 rpm. At this higher speed, all of the square-wave signals H1, H2, H3 are shifted in the manner shown earlier by the same angle, for example by 20 ° el. And with increasing speed, this shift increases, as symbolized in FIG. 3a by arrow 110.
  • phase shifter arrangement 187 can also be used.
  • the parallel connection of a resistor 196 and a capacitor 198 is arranged between the output 86 of the Hall generator 26 and the inverting input 106 of the comparator 102.
  • a resistor 204 lies between the inverting input 106 and the non-inverting input 100, and the non-inverting input 100 is connected to the output 84 of the Hall generator 26 and - via a resistor 101 - to the output 108.
  • Resistor 101 ... 2 ... 4 M ⁇
  • phase shifter arrangement 187 according to FIG. 10 is to be used in the circuit according to FIG. 4, it must be used in the same way instead of the arrangement 87, instead of the arrangement 87 'and instead of the arrangement 87 ", so that the course according to FIG 3a, 3b, 3c.
  • the end 106 of the resistor 204 is additionally connected to the non-inverting input of a second comparator X (not shown) in FIG. 10 and the inverting input of the comparator X is connected to the end 100 of the resistor 204, the result is obtained at the output of the comparator X is the square wave signal H3 according to FIG. 9, which is in phase opposition to the square wave voltage H3 '.
  • These antiphase signals H3 and H3 ' can then control different currents in one motor.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

The invention relates to an electronically commutated engine comprising a permanent-magnet rotor and a stator, a plurality of rotor position sensor units (22, 24, 26) arranged on the stator side, which are connected in series to a direct voltage source to supply power, each having two non-equivalent signal output points (84, 86). When the motor is operating, they generate an alternating sensor-output voltage between said two non-equivalent signal output points. For the phase displacement of said output voltage, a phase displacement unit (87, 87', 87'') is assigned to each rotor position sensor so as to generate an alternating output signal which is ahead in time in relation to the sensor output voltage, the angle of advance of which increases as the engine's rotations per minute increase and which is used to control a stator current of the engine via an electronic commutation element (102, 102', 102'') controlling the alternating output signal.

Description

Elektronisch kommutierter Motor Electronically commutated motor
Die Erfindung betrifft einen elektronisch kommutierten Motor mit einem permanentmagnetischen Rotor und einem Stator. Ein derartiger Motor ist Gegenstand der älteren Patentanmeldung WO/EP97/01078.The invention relates to an electronically commutated motor with a permanent magnetic rotor and a stator. Such a motor is the subject of the earlier patent application WO / EP97 / 01078.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, einen neuen elektronisch kommutierten Motor bereitzustellen.It is an object of the invention to provide a new electronically commutated motor.
Nach der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch einen elektronisch kommutierten Motor mit einem permanentmagnetischen Rotor und einem Stator, mit einer Mehrzahl von statorseitig angeordneten Rotorstellungs- sensoranordnungen, welche zur Stromversorgung in Serie an eine Gleichspannungsquelle angeschlossen sind, jeweils zwei antivalente Signalausgänge aufweisen, und im Betrieb des Motors zwischen diesen antivaltenten Signalausgängen eine alternierende Sensor-Ausgangsspannung liefern, wobei jedem Rotorstellungssensor eine zur Phasenverschiebung dieser Sensor-Ausgangsspannung dienende Phasenschieberanordnung zugeordnet ist, um ein gegenüber der Sensor-Ausgangsspannung zeitlich voreilendes alternierendes Ausgangssignal zu erzeugen, dessen Voreilungswinkel relativ zur Sensor-Ausgangsspannung mit zunehmender Motordrehzahl zunimmt, und das über ein von diesem alternierenden Ausgangssignal gesteuertes elektronisches Schaltglied zur Steuerung wenigstens eines Statorstroms des Motors dient. Man erhält so in sehr einfacher und stromsparender Weise eine Mehrzahl von Ausgangssignalen, die durch entsprechende Anordnung der Rotorstellungssensoren am Stator die gewünschten Phasenlagen relativ zueinander haben können, und deren Phasenlagen sich abhängig von der Drehzahl im gleichen Sinne ändern, um die Phasenlage dieser Signale für die jeweilige Drehzahl in einfacher Weise zu verbessern.According to the invention, this object is achieved by an electronically commutated motor with a permanent magnetic rotor and a stator, with a plurality of rotor position sensor arrangements arranged on the stator side, which are connected in series to a DC voltage source for power supply, each having two antivalent signal outputs, and in operation of the motor deliver an alternating sensor output voltage between these antivalent signal outputs, with each rotor position sensor being assigned a phase shifter arrangement which serves to phase shift this sensor output voltage in order to produce an alternating output signal which leads the sensor output voltage in time, the lead angle of which relative to the sensor output voltage increasing motor speed increases, and the electronic switching element controlled by this alternating output signal to control at least one stator current of the motor t. In this way, a plurality of output signals are obtained in a very simple and energy-saving manner, which by appropriate arrangement of Rotor position sensors on the stator can have the desired phase positions relative to one another, and their phase positions change depending on the speed in the same sense in order to improve the phase position of these signals for the respective speed in a simple manner.
Der Wirkungsgrad eines solchen Motors wird also einmal dadurch verbessert, daß die Rotorstellungssensoren einen verringerten Leistungsbedarf haben, weil sie vom gleichen Strom durchflössen werden, und zum anderen dadurch, daß der sogenannte Zündwinkel, also die Phasenlage der Kommutierung, in günstiger Weise an die Drehzahf des Motors angepaßt wird. (Unter dem "Zündwinkel" versteht man den Beginn der Kommutierung. Dieser Begriff ist wegen seiner Anschaulichkeit aus der Automobiltechnik übernommen worden, obwohl bei einem Elektromotor nichts "gezündet" wird.)The efficiency of such a motor is thus improved on the one hand by the fact that the rotor position sensors have a reduced power requirement because they are traversed by the same current, and on the other hand by the so-called ignition angle, i.e. the phase position of the commutation, to the speed of the Motors is adjusted. (The "ignition angle" means the start of commutation. Because of its clarity, this term has been adopted from automotive engineering, although nothing is "ignited" in an electric motor.)
Weitere Einzelheiten und vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im folgenden beschriebenen und in der Zeichnung dargestellten, in keiner Weise als Einschränkung der Erfindung zu verstehenden Ausführungsbeispielen, sowie aus den Unteransprüchen. Es zeigt:Further details and advantageous developments of the invention result from the exemplary embodiments described below and shown in the drawing, which are in no way to be understood as a restriction of the invention, and from the subclaims. It shows:
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines dreiphasigen kollektorlosenFig. 1 is a block diagram of a three-phase collectorless
Gleichstrommotors, bei welchem die vorliegende Erfindung bevorzugt Anwendung findet,DC motor, in which the present invention is preferably used,
Fig. 2A und 2B Einzelheiten der Schaltung nach Fig. 1 ,2A and 2B details of the circuit of FIG. 1,
Fig. 3 Darstellungen von zeitlichen Verläufen zur Erläuterung des beispielhaften Motors nach den Fig. 1 und 2,3 representations of time profiles to explain the exemplary motor according to FIGS. 1 and 2,
Fig. 4 ein Schaltbild einer erfindungsgemäßen Anordnung zur Erfassung der Rotorstellung und zur drehzahlabhängigen Veränderung der Phasenlage der erfaßten Rotorstellungssignale,4 shows a circuit diagram of an arrangement according to the invention for detecting the rotor position and for changing the phase position of the detected rotor position signals as a function of speed,
Fig. 5 eine Prinzipdarstellung, welche die Erzeugung einer alternierenden Ausgangsspannung u zwischen den beiden antivalenten Ausgängen eines Hallgenerators zeigt, Fig. 6 eine Darstellung des alternierenden Ausgangssignals u der Fig. 5,5 is a schematic diagram showing the generation of an alternating output voltage u between the two non-equivalent outputs of a Hall generator, 6 is a representation of the alternating output signal u of FIG. 5,
Fig. 7 eine Darstellung analog Fig. 4, aber nur für eine Phase des Motors,7 shows a representation analogous to FIG. 4, but only for one phase of the motor,
Fig. 8 ein zugehöriges Zeigerdiagramm,8 is an associated pointer diagram,
Fig. 9 die Kurvenformen von Spannungskurven, wie sie bei der Anordnung nach Fig. 7 im Betrieb auftreten,9 shows the curve shapes of voltage curves as they occur in operation in the arrangement according to FIG. 7,
Fig. 10 eine Variante zu Fig. 7,10 shows a variant of FIG. 7,
Fig. 11 eine Darstellung, welche die bei der Variante nach Fig. 10 auftretenden Spannungsformen zeigt,11 is a diagram showing the voltage forms occurring in the variant according to FIG. 10,
Fig. 12 eine Darstellung, welche die Anordnung eines galvanomagnetischen Sensors im Streufeldbereich eines Rotormagneten zeigt, und12 is a diagram showing the arrangement of a galvanomagnetic sensor in the stray field region of a rotor magnet, and
Fig. 13 eine Variante zu Fig. 12, bei der zur Ansteuerung des galvanomagnetischen Sensors ein spezieller und speziell magnetisierter Bereich des Rotormagneten vorgesehen ist.13 shows a variant of FIG. 12, in which a special and specially magnetized area of the rotor magnet is provided for controlling the galvanomagnetic sensor.
Fig. 1 zeigt eine Übersichtsdarstellung am Beispiel eines dreisträngigen (= dreiphasigen) elektronisch kommutierten Motors 10. Dieser hat an seinem Stator 12 eine (hier beispielhaft im Stern geschaltete) Statorwicklung mit drei Strängen (Phasen) 14, 16 und 18, deren Anschlüsse mit A, B und C bezeichnet sind. Femer hat der Motor 10 einen (nur schematisch angedeuteten) permanentmagnetischen Rotor 20, der vierpolig dargestellt ist. In seinem Magnetfeld sind drei Hallgeneratoren 22, 24, 26 mit Abständen von 120° el. am Stator angeordnet. Diese Hallgeneratoren (oder andere Rotorstellungssensoren) sind gewöhnlich in der sogenannten neutralen Zone des Stators angeordnet, und dies bedeutet in der Praxis, daß das von der Statorwicklung 14, 16, 18 erzeugte Drehfeld dem Feld des Rotors um etwa 90° el. (Mittelwert) vorauseilt, wenn der Motor 10 mit niedrigen Drehzahlen läuft. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können die Sensoren aber auch außerhalb der neutralen Zone angeordnet sein.1 shows an overview using the example of a three-strand (= three-phase) electronically commutated motor 10. This has on its stator 12 a stator winding (here, for example, connected in a star) with three strands (phases) 14, 16 and 18, the connections of which with A , B and C are designated. The motor 10 also has a permanent magnet rotor 20 (only indicated schematically), which is shown with four poles. In its magnetic field, three Hall generators 22, 24, 26 are arranged on the stator at intervals of 120 ° el. These Hall generators (or other rotor position sensors) are usually located in the so-called neutral zone of the stator, and in practice this means that the rotating field generated by the stator winding 14, 16, 18 affects the field of the rotor by approximately 90 ° el. leads ahead when the engine 10 is running at low speeds. in the Within the scope of the present invention, however, the sensors can also be arranged outside the neutral zone.
Zur Ansteuerung der Statorwicklung 14, 16, 18 dient hier beispielhaft eine Vollbrückenschaltung 44, deren Aufbau in Fig. 2B dargestellt ist. Sie hat drei "obere" Transistoren 52, 54, 56 in Form von pnp-Transistoren, deren Emitter jeweils mit einer Plusleitung 48 und deren Kollektoren mit den Anschlüssen A bzw. B bzw. C verbunden sind. Sie hat ferner drei "untere" Brückentransistoren 60, 62, 64 in Form von npn-Transistoren, deren Emitter mit einer Minusleitung 50 und deren Kollektoren mit den Anschlüssen A bzw. B bzw. C verbunden sind.A full bridge circuit 44, the structure of which is shown in FIG. 2B, is used here as an example to control the stator winding 14, 16, 18. It has three "upper" transistors 52, 54, 56 in the form of pnp transistors, the emitters of which are each connected to a positive line 48 and the collectors of which are connected to the connections A and B and C, respectively. It also has three "lower" bridge transistors 60, 62, 64 in the form of npn transistors, the emitters of which are connected to a negative line 50 and the collectors of which are connected to the connections A and B and C, respectively.
Zur Ansteuerung der oberen Transistoren 52, 54, 56 dienen, wie dargestellt, Signale T1 , T2, T3, und zum Ansteuern der unteren Transistoren Signale B1 , B2, B3. Diese Signale werden aus Signalen H1 , H2, H3 abgeleitet, welche Signale ihrerseits von den Hallgeneratoren 22, 24 und 26 hergeleitet sind. Wie dies geschieht, wird nachfolgend beschrieben. Die logischen Gleichungen sind in Fig. 2A dargestellt. Z.B. wird der Transistor 52 durch das Signal T1 eingeschaltet, wenn das Signal H1 hoch und das Signal H2 niedrig ist. Analoges gilt für die übrigen Transistoren und kann den dargestellten logischen Gleichungen entnommen werden.As shown, signals T1, T2, T3 serve to control the upper transistors 52, 54, 56 and signals B1, B2, B3 to control the lower transistors. These signals are derived from signals H1, H2, H3, which signals in turn are derived from the Hall generators 22, 24 and 26. How this happens is described below. The logical equations are shown in Fig. 2A. For example, transistor 52 is turned on by signal T1 when signal H1 is high and signal H2 is low. The same applies to the other transistors and can be found in the logic equations shown.
Die Signale T1 bis B3 werden in einer programmierbaren Logikschaltung (PAL) 70 aus den Signalen H1 , H2 und H3 erzeugt. Hierzu ist die PAL 70 entsprechend programmiert. Ferner ist in Fig. 1 ein Mikroprozessor 72 vorgesehen, der z.B. die Funktion hat, die Drehrichtung des Motors 10 zu steuern, oder andere gewünschte Funktionen, die von Fall zu Fall verschieden sein können, z.B. Regelung der Drehzahl auf einen vorgegebenen Wert.The signals T1 to B3 are generated in a programmable logic circuit (PAL) 70 from the signals H1, H2 and H3. The PAL 70 is programmed accordingly. A microprocessor 72 is also provided in FIG. has the function of controlling the direction of rotation of the motor 10 or other desired functions which may vary from case to case, e.g. Regulation of the speed to a predetermined value.
Es braucht nicht betont zu werden, daß die Erfindung nicht auf dreiphasige Motoren beschränkt ist, sondern sich für alle Motoren eignet, bei denen ein Rotorstellungssensor verwendet wird, z.B. auch nur ein einziger Rotorstellungssensor. Fig. 4 zeigt die Schaltung der Hallgeneratoren 22, 24, 26. Diese sind in Serie zwischen einer Plusleitung 78 (z.B. + 12 V) und der Minusleitung 50 angeschlossen, d.h. sie werden alle mit demselben Strom gespeist, was den Wirkungsgrad des Motors verbessert. Zwischen dem obersten Hallgenerator 22 und der Plusleitung 78 liegt einWiderstand 80 (z.B. 500 Ω), und zwischen dem untersten Hallgenerator 26 und der Minusleitung 50 liegt ein Widerstand 82 (z.B. 500 Ω). Die Widerstände 80, 82 bestimmen den maximalen Strom durch die Hallgeneratoren, d.h. sie stellen eine Strombegrenzung für die maximale Spannung dar, und der Widerstand 80 bewirkt eine Potentialverschiebung, da der Kόmparator 102" nicht mit einer Eingangsspannung arbeiten kann, die den gleichen Wert hat wie seine positive Betriebsspannung (an der Leitung 78)..It need not be emphasized that the invention is not limited to three-phase motors, but is suitable for all motors in which a rotor position sensor is used, for example only a single rotor position sensor. 4 shows the circuit of the Hall generators 22, 24, 26. These are connected in series between a plus line 78 (eg + 12 V) and the minus line 50, ie they are all supplied with the same current, which improves the efficiency of the motor. There is a resistor 80 (e.g. 500 Ω) between the top Hall generator 22 and the plus line 78, and a resistor 82 (e.g. 500 Ω) between the bottom Hall generator 26 and the minus line 50. The resistors 80, 82 determine the maximum current through the Hall generators, ie they represent a current limitation for the maximum voltage, and the resistor 80 causes a potential shift, since the comparator 102 "cannot work with an input voltage that has the same value as its positive operating voltage (on line 78) ..
Fig. 5 zeigt zur besseren Erläuterung eine Anordnung mit nur einem Hallgenerator 26, der über den Widerstand 82 an die Minusleitung 50 und einen Widerstand 80' an die Plusleitung 78 angeschlossen ist. Zwischen seinen antivalenten Ausgängen 84, 86 erzeugt er bei Drehung des Rotors 20 eine alternierende Sensor-Ausgangsspannung u, deren Verlauf in Fig. 6, 9 und 11 dargestellt ist. Diese Spannung u hat relativ flache Flanken 49, also einen sinusoidalen Verlauf; sie hat einen Spannungshub S von z.B. 86 mV, und sie hat relativ zur Minusleitung 50 einen Offset 79 von z.B. 0,7 V. Wie man Fig. 4 ohne weiteres entnimmt, ist der Offset (durch den Widerstand 82) am niedrigsten beim Hallgenerator 26, höher beim Hallgenerator 24, und am höchsten beim Hallgenerator 22. Bei der verwendeten Schaltung spielt jedoch die unterschiedliche Größe dieser Offsetspannungen keine Rolle.5 shows an arrangement with only one Hall generator 26, which is connected to the negative line 50 via the resistor 82 and to the positive line 78 via a resistor 80 'for better explanation. When the rotor 20 rotates, it generates an alternating sensor output voltage u between its antivalent outputs 84, 86, the course of which is shown in FIGS. 6, 9 and 11. This voltage u has relatively flat edges 49, that is to say a sinusoidal profile; it has a voltage swing S of e.g. 86 mV, and it has an offset 79 of e.g. 0.7 V. As is readily apparent from FIG. 4, the offset (through the resistor 82) is lowest in the Hall generator 26, higher in the Hall generator 24, and highest in the Hall generator 22. However, the different sizes play in the circuit used of these offset voltages does not matter.
Es ist darauf hinzuweisen, daß es sich bei den verwendeten Hallgeneratoren bevorzugt um solche handelt, bei denen an den Ausgängen 84, 86 jeweils ein verstärktes Hallsignal liegt, z.B. um den Hallgeneratortyp HW101C.It should be noted that the Hall generators used are preferably those in which there is an amplified Hall signal at the outputs 84, 86, e.g. around the Hall generator type HW101C.
Den Verlauf des Signals u mit den relativ flachen Flanken erhält man bevorzugt durch eine Anordnung gemäß Fig. 12 oder 13. Der permanentmagnetische Rotor 20 ist hier als Außenrotor dargestellt, und der Hallgenerator 26 ist (ebenso wie die Hallgeneratoren 22 und 24) auf einer Leiterplatte 90 als SMD-Teil angeordnet. Auf dieser Leiterplatte 90 können auch die KomparatorerL l02, 102', 102" angeordnet sein, zusammen mit den ihnen zugeordneten Bauelementen.The course of the signal u with the relatively flat edges is preferably obtained by an arrangement according to FIG. 12 or 13. The permanent magnetic rotor 20 is shown here as an outer rotor, and the Hall generator 26 (like the Hall generators 22 and 24) is on a circuit board 90 arranged as an SMD part. On this circuit board 90 can also the comparators L 102, 102 ', 102 "can be arranged, together with the components assigned to them.
Bei Fig. 12 befindet sich der Hallgenerator 26 gegenüber der Stirnseite 92 des Rotors 20, in einer Distanz d von der Stirnseite des Rotormagneten 20', und er wird geschnitten von einem Hüllzylinder C, der von der Innenseite 20" des Rotors 20 gebildet wird. Dadurch liegt der Hallgenerator 26 im Streuflußbereich des Rotormagneten 20', der radial magnetisiert ist, wie durch die Buchstaben S und N angedeutet. Versuche haben gezeigt, daß der Streufluß vom Rotormagneten 20' in der dargestellten Position des Hallgenerators 26 am stärksten ist, d.h. der Hallgenerator 26 liegt bei der Variante nach Fig. 12 bevorzugt unter der inneren Kante 20" des Rotormagneten 20'. Die Größe des Abstands d bestimmt die Amplitude des Spannungshubs S, d.h. S nimmt zu, wenn d kleiner wird, aber die Form der Spannung u wird günstiger, wenn d größer wird. In der Praxis muß man hier einen Kompromiß treffen.In FIG. 12, the Hall generator 26 is located opposite the end face 92 of the rotor 20, at a distance d from the end face of the rotor magnet 20 ′, and it is cut by an enveloping cylinder C which is formed by the inside 20 ″ of the rotor 20. As a result, the Hall generator 26 lies in the stray flux area of the rotor magnet 20 ', which is radially magnetized, as indicated by the letters S and N. Experiments have shown that the stray flux from the rotor magnet 20' is strongest in the position of the Hall generator 26 shown, ie Hall generator 26 in the variant according to FIG. 12 is preferably located under the inner edge 20 ″ of the rotor magnet 20 ′. The size of the distance d determines the amplitude of the voltage swing S, i.e. S increases as d decreases, but the shape of the voltage u becomes more favorable as d increases. In practice, you have to compromise.
Bei Fig. 13 hat der Rotormagnet 20 einen speziellen Steuermagneten 94, der in der dargestellten Weise axial magnetisiert ist und deshalb eine größere Magnetflußdichte und damit einen größeren Spannungshub S im Hallgenerator 26 erzeugt. Welche der beiden Varianten (Fig. 12 oder 13) für den Einzelfall günstiger ist, muß durch Versuche ermittelt werden. Bei Innenrotoren wird man vergleichbare Anordnungen treffen, wie dem Fachmann bekannt ist.13, the rotor magnet 20 has a special control magnet 94 which is axially magnetized in the manner shown and therefore generates a greater magnetic flux density and thus a larger voltage swing S in the Hall generator 26. It has to be determined by experiment which of the two variants (Fig. 12 or 13) is more favorable for the individual case. With internal rotors, comparable arrangements will be made, as is known to the person skilled in the art.
Fig. 7 zeigt wieder eine Anordnung analog Fig. 5, aber mit zusätzlichen Schaltelementen, welche dazu dienen, das Signal u drehzahlabhängig in seiner Phase zu verschieben, nämlich mit einer Phasenschieberanordnung 87.FIG. 7 again shows an arrangement analogous to FIG. 5, but with additional switching elements which serve to shift the phase of the signal u as a function of speed, namely with a phase shifter arrangement 87.
Der Ausgang 84 des Hallgenerators 26 ist hier über die Parallelschaltung eines Widerstands 96 und eines Kondensators 98 mit dem nicht invertierenden Eingang 100 eines Komparators 102 verbunden. Dieser Eingang 100 ist über einen hochohmigen Widerstand 101 mit dem Ausgang 108 und über einen Widerstand 104 mit dem invertierenden Eingang 106 verbunden, und letzterer ist seinerseits an den Ausgang 86 des Hallgenerators 26 angeschlossen.The output 84 of the Hall generator 26 is connected here via the parallel connection of a resistor 96 and a capacitor 98 to the non-inverting input 100 of a comparator 102. This input 100 is connected to the output 108 via a high-resistance resistor 101 and to the inverting input 106 via a resistor 104 connected, and the latter in turn is connected to the output 86 of the Hall generator 26.
Am Ausgang 108 des Komparators 102 erhält man im Betrieb das rechteckförmige Signal H3, das gemäß Fig. 1 bis 3 zur Steuerung des Motors 10 dient. Der Ausgang 108 ist über einen Widerstand 110 mit der Plusleitung 78 verbunden.During operation, the rectangular signal H3 is obtained at the output 108 of the comparator 102, which signal serves to control the motor 10 according to FIGS. 1 to 3. The output 108 is connected to the positive line 78 via a resistor 110.
Der hochohmige Widerstand 101 gibt, sofern er verwendet wird, der Anordnung ein Hystereseverhalten, d.h. kurzzeitige Störimpulse bzw. Spannungsspitzen im Signal u vom Hallgenerator 26, wie sie in Fig. 9 erkennbar sind, haben keinen Einfluß auf das Signal H3 am Ausgang 108. Der Widerstand 101 bewirkt also in sehr einfacher Weise eine Filter- oder Entstörfunktion und dadurch einen ruhigeren Lauf des Motors.The high-resistance resistor 101, if used, gives the arrangement hysteresis behavior, i.e. Short-term interference pulses or voltage peaks in the signal u from the Hall generator 26, as can be seen in FIG. 9, have no influence on the signal H3 at the output 108. The resistor 101 therefore very simply effects a filter or interference suppression function and therefore a quieter one Engine running.
Bevorzugte Werte für Fig. 7Preferred values for FIG. 7
Komparator 102... LM2903Comparator 102 ... LM2903
Hallgenerator 26... HW300BHall generator 26 ... HW300B
Widerstände 80', 82... 430 ΩResistors 80 ', 82 ... 430 Ω
Widerstände 96, 104... 100 kΩResistors 96, 104 ... 100 kΩ
Widerstand 101... 2...4 MΩResistor 101 ... 2 ... 4 MΩ
Kondensator 98... 10 nFCapacitor 98 ... 10 nF
Widerstand 110... 2 kΩResistor 110 ... 2 kΩ
Spannung an der Leitung 78... + 5 VVoltage on line 78 ... + 5 V
Gemäß Fig. 8 erzeugt die alternierende sinusoidale Sensorspannung u (zwischen den Ausgängen 84 und 86) einen Strom durch den Widerstand 96 und eine Spannung ui an diesem Widerstand, die mit in Phase ist. Ferner erzeugt die Spannung u einen Strom i2 durch den Kondensator 98, und dieser Strom eilt dem Strom M um 90° vor. Die Ströme ii und .2 addieren sich zum Strom i, der durch den Widerstand 104 fließt und an diesem eine Spannung U2 erzeugt, die mit i2 in Phase ist. Die Spannungen ui und u addieren sich zur Spannung U2. Gemäß Fig. 8 liegt zwischen der Spannung ui und der Spannung u ein Phasenwinkel ß, d.h. die Spannung Ui eilt der Spannung u in der Phase nach.8, the alternating sinusoidal sensor voltage u (between the outputs 84 and 86) generates a current through the resistor 96 and a voltage ui across this resistor which is in phase with it. Furthermore, the voltage u generates a current i 2 through the capacitor 98, and this current leads the current M by 90 °. Streams ii and. 2 add up to the current i, which flows through the resistor 104 and generates a voltage U2 thereon which is in phase with i 2 . The voltages ui and u add up to the voltage U 2 . According to FIG. 8 there is a phase angle β between the voltage ui and the voltage u, ie the voltage Ui lags the voltage u in phase.
Zwischen der Spannung U2 und der Spannung u liegt der Phasenwinkel φ, und wie Fig. 8 zeigt, eilt die Spannung U2, welche den Komparator 102 steuert, der Spannung u um diesen Phasenwinkel φ vor.The phase angle φ lies between the voltage U 2 and the voltage u, and as shown in FIG. 8, the voltage U 2 , which controls the comparator 102, leads the voltage u by this phase angle φ.
Fig. 9 zeigt den gemessenen Verlauf der alternierenden Sensor- Ausgangsspannung u am Hallgenerator 26. Infolge der Phasenverschiebung durch die Phasenschieberanordnung 87 erhält man am Ausgang 108 des Komparators 102 das rechteckförmige Ausgangssignal H3, das der Spannung u um den Winkel φ (Fig. 9) in der Phase vorauseilt und das - über die PAL 70 - zur Steuerung der Brückenschaltung 44 dient.FIG. 9 shows the measured profile of the alternating sensor output voltage u on the Hall generator 26. As a result of the phase shift by the phase shifter arrangement 87, the rectangular output signal H3 is obtained at the output 108 of the comparator 102, which corresponds to the voltage u by the angle φ (FIG. 9) leads in phase and that - via the PAL 70 - is used to control the bridge circuit 44.
Ersichtlich ist der Winkel φ eine Funktion der Frequenz und folglich derObviously the angle φ is a function of the frequency and consequently that
Drehzahl des Motors 10, d.h. bei niedrigen Drehzahlen ist φ klein, und nimmt mit steigender Drehzahl zu, so daß das Signal H3 mit steigender Drehzahl immer mehr in Richtung des Pfeiles 110 (Fig. 9) verschoben wird, d.h. derSpeed of motor 10, i.e. at low speeds φ is small and increases with increasing speed, so that signal H3 is shifted more and more in the direction of arrow 110 (FIG. 9) with increasing speed, i.e. the
Winkel φ wächst mit zunehmender Drehzahl, und der betreffende Strangstrom wird immer früher eingeschaltet, je höher die Drehzahl des Motors wird.Angle φ increases with increasing speed, and the relevant phase current is switched on earlier, the higher the speed of the motor.
Wie ein Vergleich zwischen den Figuren 4 und 7 zeigt, wird bei Fig. 4 die Schaltung nach Fig. 7 dreifach verwendet. Deshalb ist dort der Schaltungsteil für den Hallgenerator 24 mit einem nachgestellten Apostroph bezeichnet, also z.B. 87' statt 87, und der Schaltungsteil für den obersten Hallgenerator 22 ist mit zwei nachgestellten Apostrophen gekennzeichnet, also z.B. 87". Am Ausgang 108" des Komparators 102" erhält man also im Betrieb das phasenverschobene Rechtecksignal H1 , am Ausgang 108' des Komparators 102' das phasenverschobene Rechtecksignal H2, und am Ausgang 108 des Komparators 102 erhält man - wie bereits ausführlich beschrieben - das phasenverschobene Rechtecksignal H3.As a comparison between FIGS. 4 and 7 shows, the circuit according to FIG. 7 is used three times in FIG. For this reason, the circuit part for the Hall generator 24 is identified by a trailing apostrophe, e.g. 87 'instead of 87, and the circuit section for the uppermost Hall generator 22 is identified by two apostrophes, e.g. 87 ". The phase-shifted square-wave signal H1 is thus obtained at the output 108" of the comparator 102 ", the phase-shifted square-wave signal H2 at the output 108 'of the comparator 102', and, as already described in detail, this is obtained at the output 108 of the comparator 102 phase-shifted square wave signal H3.
Die Figuren 3a, 3b und 3c zeigen diese Rechtecksignale H1 , H2, H3, die relativ zueinander um 120° el. versetzt sind. Diese Signale sind mit durchgehenden Linien iür eine niedrige Drehzahl dargestellt, und mit strichpunktierten Linien 116 für eine höhere Drehzahl, z.B. 40.000 U/min. Bei dieser höheren Drehzahl sind alle Rechtecksignale H1 , H2, H3 in der dargestellten Weise um denselben Winkel in Richtung früh verschoben, z.B. um 20° el. Und mit zunehmender Drehzahl nimmt diese Verschiebung zu, wie in Fig. 3a durch den Pfeil 110 symbolisiert.FIGS. 3a, 3b and 3c show these square-wave signals H1, H2, H3, which are offset by 120 ° el. Relative to one another. These signals are with solid lines are shown for a low speed, and with dash-dotted lines 116 for a higher speed, for example 40,000 rpm. At this higher speed, all of the square-wave signals H1, H2, H3 are shifted in the manner shown earlier by the same angle, for example by 20 ° el. And with increasing speed, this shift increases, as symbolized in FIG. 3a by arrow 110.
Alternativ kann auch eine Phasenschieberanordnung 187 gemäß Fig. 10 verwendet werden. Hier ist zwischen dem Ausgang 86 des Hallgenerators 26 und dem invertierenden Eingang 106 des Komparators 102 die Parallelschaltung aus einem Widerstand 196 und einem Kondensator 198 angeordnet. Zwischen dem invertierenden Eingang 106 und dem nicht invertierenden Eingang 100 liegt ein Widerstand 204, und der nicht invertierende Eingang 100 ist mit dem Ausgang 84 des Hallgenerators 26 und - über einen Widerstand 101 - mit dem Ausgang 108 verbunden.Alternatively, a phase shifter arrangement 187 according to FIG. 10 can also be used. Here, the parallel connection of a resistor 196 and a capacitor 198 is arranged between the output 86 of the Hall generator 26 and the inverting input 106 of the comparator 102. A resistor 204 lies between the inverting input 106 and the non-inverting input 100, and the non-inverting input 100 is connected to the output 84 of the Hall generator 26 and - via a resistor 101 - to the output 108.
Bevorzugte Werte für Fig. 10Preferred values for Fig. 10
Komparator 102 ... LM2903Comparator 102 ... LM2903
Hallgenerator 26... HW300BHall generator 26 ... HW300B
Widerstände 80'. 82... 430 ΩResistors 80 '. 82 ... 430 Ω
Widerstände 196, 204... 100 kΩResistors 196, 204 ... 100 kΩ
Kondensator 98... 10 nFCapacitor 98 ... 10 nF
Widerstand 101... 2...4 MΩResistor 101 ... 2 ... 4 MΩ
Widerstand HO- 2 kΩResistor HO- 2 kΩ
Spannung an der Leitung 78... + 5 V.Voltage on line 78 ... + 5 V.
In diesem Fall ergibt sich für das Rechtecksignal H3' am Ausgang des Komparators 102 der Verlauf gemäß Fig. 11 relativ zur alternierenden Sensorspannung u zwischen den Ausgängen 84 und 86 des Hallgenerators 26. Auch hier liegt eine Phasenverschiebung φ in Richtung nach früh vor, nur daß das Rechtecksignal H3' im Vergleich zum Rechtecksignal H3 der Fig. 9 invertiert ist.In this case, for the square-wave signal H3 'at the output of the comparator 102, the curve according to FIG. 11 results relative to the alternating sensor voltage u between the outputs 84 and 86 of the Hall generator 26. Here too, there is a phase shift φ in the early direction, only that the square wave signal H3 'is inverted in comparison to the square wave signal H3 of FIG. 9.
Sofern die Phasenschieberanordnung 187 gemäß Fig. 10 bei der Schaltung gemäß Fig. 4 verwendet werden soll, muß sie anstelle der Anordnung 87, anstelle der Anordnung 87' und anstelle der Anordnung 87" in gleicher Weise verwendet werden, damit man wieder den Verlauf gemäß Fig. 3a, 3b, 3c erhält. Schließt man in Fig. 10 an das Ende 106 des Widerstands 204 zusätzlich den nicht invertierenden Eingang eines (nicht dargestellten) zweiten Komparators X an, und an das Ende 100 des Widerstands 204 den invertierenden Eingang des Komparators X, so erhält man am Ausgang des Komparators X das Rechtecksignal H3 gemäß Fig. 9, welches gegenphasig zur Rechteckspannung H3' verläuft. Diese gegenphasigen Signale H3 und H3' können dann verschiedene Ströme in einem Motor steuern.If the phase shifter arrangement 187 according to FIG. 10 is to be used in the circuit according to FIG. 4, it must be used in the same way instead of the arrangement 87, instead of the arrangement 87 'and instead of the arrangement 87 ", so that the course according to FIG 3a, 3b, 3c. If the end 106 of the resistor 204 is additionally connected to the non-inverting input of a second comparator X (not shown) in FIG. 10 and the inverting input of the comparator X is connected to the end 100 of the resistor 204, the result is obtained at the output of the comparator X is the square wave signal H3 according to FIG. 9, which is in phase opposition to the square wave voltage H3 '. These antiphase signals H3 and H3 'can then control different currents in one motor.
Naturgemäß sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung vielfache Abwandlungen und Modifikationen möglich. Insbesondere ist bei elektronisch kommutierten Motoren für hohe Drehzahlen eine Kombination in dem Sinne zweckmäßig, daß die Hallgeneratoren 22, 24, 26 bereits auf der Leiteφlatte 90 mechanisch in Richtung nach früh relativ zur neutralen Zone versetzt werden, z.B. jeder Hallgenerator um 20° el., um sozusagen eine "Basis-Frühzündung" auf mechanischem Wege zu erhalten, und daß durch die erfindungsgemäße Phasenverschiebung drehzahlabhängig eine zusätzliche Verschiebung in Richtung nach früh erfolgt. Dies ist besonders vorteilhaft bei Motoren für sehr hohe Drehzahlen, bei denen man Phasenverschiebungen von über 40° el. für die Frühzündung benötigt; solche Phasenverschiebungen sind allein mit Hilfe der beschriebenen Phasenschieberanordnungen schwierig zu realisieren. Durch eine Kombination aus mechanischer Frühzündung und elektronischer Frühzündung erhält man hier - ohne wesentliche Mehrkosten - optimale Verhältnisse und eine wesentliche Verbesserung des Wirkungsgrads über einen großen Drehzahlbereich.Naturally, numerous modifications and modifications are possible within the scope of the present invention. In particular, in the case of electronically commutated motors for high speeds, a combination is expedient in the sense that the Hall generators 22, 24, 26 are already mechanically displaced towards the neutral zone on the conductor plate 90, e.g. each Hall generator by 20 ° el. in order to obtain a "basic pre-ignition" mechanically, so to speak, and that the phase shift according to the invention results in an additional shift in the early direction depending on the speed. This is particularly advantageous for engines with very high speeds, where phase shifts of over 40 ° el. Are required for the early ignition; such phase shifts are difficult to achieve with the aid of the phase shifter arrangements described. A combination of mechanical pre-ignition and electronic pre-ignition gives you optimal conditions and a significant improvement in efficiency over a wide engine speed range - without significant additional costs.
Bei Motoren mit Drehzahlen bis ca. 20.000 U/min benötigt man die "mechanische Frühzündung" gewöhnlich nicht, und bei diesen Motoren genügt dann die "elektronische Frühzündung", wie sie vorstehend beschrieben wurde und auch Gegenstand des Hauptpatents ist und den Vorteil hat, daß sie in beiden Drehrichtungen in gleicher Weise wirksam ist, so daß solche Motoren in beiden Drehrichtungen mit ausgezeichnetem Wirkungsgrad laufen.In engines with speeds of up to about 20,000 rpm, the "mechanical early ignition" is usually not required, and in these engines the "electronic early ignition" as described above and which is also the subject of the main patent and has the advantage that it is effective in both directions of rotation, so that such motors run in both directions of rotation with excellent efficiency.
Als sehr vorteilhaft erweist sich auch, daß bei Verwendung der Erfindung die Schnittstelle zwischen der Endstufe 44 (Fig. 1), dem Motor 10, und der Steuerelektronik 70 unverändert bleibt, da ja der Steuerelektronik 70 die (bereits phasenverschobenen) Ausgangssignale H1 , H2, H3 von der Anordnung gemäß Fig. 4 zugeführt werden können. It also proves to be very advantageous that when using the invention The interface between the output stage 44 (FIG. 1), the motor 10, and the control electronics 70 remains unchanged, since the control electronics 70 can be supplied with the (already out of phase) output signals H1, H2, H3 from the arrangement according to FIG. 4.

Claims

Patentansprüche claims
1. Elektronisch kommutierter Motor mit einem permanentmagnetischen Rotor und einem Stator, mit einer Mehrzahl von statorseitig angeordneten Rotorstellungssensoranordnungen (22, 24, 26), welche zur Stromversorgung in Serie an eine Gleichspannungsquelle (78, 50) angeschlossen sind, jeweils zwei antivalente Signalausgänge (84, 86) aufweisen, und im Betrieb des Motors zwischen diesen antivalenten Signalausgängen eine alternierende Sensor-Ausgangsspannung (u) liefern, wobei jedem Rotorstellungssensor eine zur Phasenverschiebung dieser Sensor-Ausgangsspannung (u) dienende Phasenverschieberanrodnung (87, 87', 87"; 187) zugeordnet ist, um ein gegenüber der Sensor-Ausgangsspannung (u) zeitlich voreilendes alternierendes Ausgangssignal (u2) zu erzeugen,1. Electronically commutated motor with a permanent magnetic rotor and a stator, with a plurality of rotor position sensor arrangements (22, 24, 26) arranged on the stator side, which are connected in series to a DC voltage source (78, 50) for power supply, each with two equivalent signal outputs (84 , 86), and deliver an alternating sensor output voltage (u) between these antivalent signal outputs during operation of the motor, each rotor position sensor having a phase shift arrangement (87, 87 ', 87 "; 187) which serves to phase shift this sensor output voltage (u) is assigned in order to generate an alternating output signal (u 2 ) that leads in time with respect to the sensor output voltage (u),
- dessen Voreilungswinkel (φ) relativ zur SensorAusgangssspannung (u) mit zunehmender Motordrehzahl zunimmt,- whose lead angle (φ) increases with increasing engine speed relative to the sensor output voltage (u),
- und das über ein von diesem alternierenden Ausgangssignal (u2) gesteuertes elektronisches Schaltglied (102) zur Steuerung wenigstens eines Statorstroms des Motors (10) dient.- And which is used via an alternating output signal (u 2 ) controlled electronic switching element (102) for controlling at least one stator current of the motor (10).
2. Motor nach Anspruch 1 , bei welchem das elektronische Schaltglied als Komparator (102) ausgebildet ist.2. Motor according to claim 1, wherein the electronic switching element is designed as a comparator (102).
3. Motor nach Anspruch 2, bei welchem zwischen dem Ausgang (108) und dem nichtinvertierenden Eingang (100) des Komparators (102) ein hochohmiger Widerstand (101 ) vorgesehen ist, um eine Umschaltung des Komparators (102) durch Störimpulse oder dgl. zu verhindern.3. Motor according to claim 2, in which between the output (108) and the non-inverting input (100) of the comparator (102) a high-impedance resistor (101) is provided in order to switch the comparator (102) by interference pulses or the like prevent.
4. Motor nach Anspruch 2 oder 3, bei welchem die Phasenschieberanordnung (87; 187) eine Reihenschaltung aufweist aus4. Motor according to claim 2 or 3, wherein the Phase shifter arrangement (87; 187) has a series connection
- einer Parallelschaltung eines ersten ohmschen Widerstands (96; 196) und eines Kondensators (98; 198) und- A parallel connection of a first ohmic resistor (96; 196) and a capacitor (98; 198) and
- einem zweiten ohmschen Widerstand (104; 204), wobei die Spannung (u ) am zweiten ohmschen Widerstand (104; 204) zur Ansteuerung des Komparators (102) dient.- A second ohmic resistor (104; 204), the voltage (u) at the second ohmic resistor (104; 204) being used to control the comparator (102).
5. Motor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Rotorstellungssensoren als Hallgeneratoren (22, 24, 26) ausgebildet sind, deren zur Stromversorgung dienenden Eingänge in Reihe geschaltet sind.5. Motor according to one or more of the preceding claims, in which the rotor position sensors are designed as Hall generators (22, 24, 26), the inputs of which are used for the power supply are connected in series.
6. Motor nach Anspruch 5, bei welchem die Reihenschaltung der Hallgeneratoren (22, 24, 26) an beiden Enden über je einen Widerstand (80, 82) an den zugeordneten Pol einer Gleichspannungsquelle (78, 50) angeschlossen ist.6. Motor according to claim 5, wherein the series connection of the Hall generators (22, 24, 26) is connected at both ends via a respective resistor (80, 82) to the associated pole of a DC voltage source (78, 50).
7. Motor nach Anspruch 5 oder 6, bei welchem den Hailgeneratoren (22, 24, 26) für jedes ihrer beiden Hallsignale ein analoger Vorverstärker zugeordnet ist, und als Sensor-Ausgangssignal (u) das Signal zwischen den Signalausgängen (84, 86) dieser Vorverstärker dient.7. Motor according to claim 5 or 6, in which the Hailgenerators (22, 24, 26) is assigned an analog preamplifier for each of their two Hall signals, and as a sensor output signal (u) the signal between the signal outputs (84, 86) thereof Preamp is used.
8. Motor nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Rotorstellungssensoren als galvanomagnetische Sensoren (22, 24, 26) ausgebildet und von einem magnetischen Feld des Rotormagneten (20) des Motors (10) gesteuert sind.8. Motor according to one or more of the preceding claims, in which the rotor position sensors are designed as galvanomagnetic sensors (22, 24, 26) and are controlled by a magnetic field of the rotor magnet (20) of the motor (10).
9. Motor nach Anspruch 8, bei welchem das magnetische Feld ein Streufeld des Rotormagneten (20) ist (Fig. 12).9. Motor according to claim 8, wherein the magnetic field is a stray field of the rotor magnet (20) (Fig. 12).
10. Motor nach Anspruch 9, welcher als Außenläufermotor mit einem Außenrotor (20) ausgebildet ist, und bei welchem ein galvanomagnetischer Sensor (26) in Relation zum Außenrotor (20) so angeordnet ist, daß er vom inneren Hüllzylinder (C) des Rotormagneten (20') mindestens nahezu geschnitten wird.10. Motor according to claim 9, which is designed as an external rotor motor with an outer rotor (20), and in which a galvanomagnetic sensor (26) in relation to the outer rotor (20) is arranged that it is at least almost cut by the inner envelope cylinder (C) of the rotor magnet (20 ').
11. Motor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, bei welchem die galvanomagnetischen Sensoren (22, 24, 26) jeweils in der zugeordneten neutralen Zone des Motors (10) angeordnet sind.11. Motor according to one or more of claims 1 to 10, in which the galvanomagnetic sensors (22, 24, 26) are each arranged in the assigned neutral zone of the motor (10).
12. Motor nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, bei welchem die galvanomagnetischen Sensoren (22, 24, 26) jeweils relativ zur zugeordneten neutralen Zone entgegen der Drehrichtung versetzt sind, um eine frühe Kommutierung zu bewirken.12. Motor according to one or more of claims 1 to 10, in which the galvanomagnetic sensors (22, 24, 26) are each offset relative to the assigned neutral zone against the direction of rotation in order to effect an early commutation.
13. Elektronisch kommutierter Motor mit einem permanentmagnetischen Rotor und einem Stator, mit mindestens einer statorseitig angeordneten Rotorstellungssensoranordnung (22, 24, 26), welche zur Stromversorgung an eine Gleichspannungsquelle (78, 50) angeschlossen ist, zwei antivalente Signalausgänge (84, 86) aufweist, und im Betrieb des Motors zwischen diesen antivalenten Signalausgängen eine alternierende Sensor-Ausgangsspannung (u) liefert, wobei dem Rotorstellungssensor eine zur Phasenverschiebung dieser Sensor-Ausgangsspannung (u) dienende Phasenverschieberanrodnung (87, 87', 87"; 187) zugeordnet ist, um ein gegenüber der Sensor-Ausgangsspannung (u) zeitlich voreilendes alternierendes Ausgangssignal (u2) zu erzeugen, welche Phasenschieberanordnung (87; 187) eine Reihenschaltung aufweist aus13. Electronically commutated motor with a permanent magnetic rotor and a stator, with at least one rotor position sensor arrangement (22, 24, 26) arranged on the stator side, which is connected to a DC voltage source (78, 50) for power supply, has two antivalent signal outputs (84, 86) , and supplies an alternating sensor output voltage (u) during operation of the motor between these antivalent signal outputs, the rotor position sensor being assigned a phase shift arrangement (87, 87 ', 87 "; 187) which serves to phase shift this sensor output voltage (u) to generate an alternating output signal (u 2 ) which leads the time of the sensor output voltage (u) and which phase shifter arrangement (87; 187) has a series connection
- einer Parallelschaltung eines ersten ohmschen Widerstand (96; 196) und eines Kondensators (98; 198) und- A parallel connection of a first ohmic resistor (96; 196) and a capacitor (98; 198) and
- einem zweiten ohmschen Widerstand (104; 204), wobei die Spannung (u2) am zweiten ohmschen Widerstand (104; 204) zur Ansteuerung eines Komparators (102) dient , an dessen Ausgang (108) ein zeitlich voreilendes Ausgangssignal (H3) erzeugt wird, das zur Steuerung wenigstens eines Statorstroms des Motors (10) dient. - A second ohmic resistor (104; 204), the voltage (u 2 ) at the second ohmic resistor (104; 204) being used to control a comparator (102), at the output (108) of which produces a temporally leading output signal (H3) is used to control at least one stator current of the motor (10).
PCT/EP1998/002726 1997-05-15 1998-05-11 Electronically commutated engine WO1998052275A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP98928238A EP0913028A1 (en) 1997-05-15 1998-05-11 Electronically commutated engine

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE19720309A DE19720309A1 (en) 1997-05-15 1997-05-15 Electronically commutated motor
DE19720309.4 1997-05-15

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO1998052275A1 true WO1998052275A1 (en) 1998-11-19

Family

ID=7829492

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP1998/002726 WO1998052275A1 (en) 1997-05-15 1998-05-11 Electronically commutated engine

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP0913028A1 (en)
DE (1) DE19720309A1 (en)
WO (1) WO1998052275A1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6433503B1 (en) 1999-03-25 2002-08-13 Kabushiki Kaisha Toyoda Jidoshokki Seisakusho Synchronous motors and control circuits therefor
EP1416623A1 (en) * 2002-10-31 2004-05-06 Siemens VDO Automotive Inc. Method and system for determining electronic commutation in brushless DC machines irrespective of the placement of rotor position sensors
WO2004057751A1 (en) * 2002-12-18 2004-07-08 Robert Bosch Gmbh Circuit arrangement and method for operation of an electric motor in a dc supply network
US6850022B2 (en) 2003-01-15 2005-02-01 Siemens Vdo Automotive Inc. Method and system for determining electronic commutation in brushless DC machines irrespective of the placement of rotor position sensors
WO2017162771A1 (en) * 2016-03-24 2017-09-28 GETRAG B.V. & Co. KG Method and assembly for actuating a powertrain component

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2403432A1 (en) * 1974-01-24 1975-07-31 Siemens Ag Polyphase stator DC motor - has hall generators controlling commutation and amplifiers for commutation time shift
EP0084156A1 (en) * 1981-12-23 1983-07-27 Papst-Motoren GmbH & Co. KG Collectorless D.C. motor
US4435673A (en) * 1980-06-11 1984-03-06 Japan Servo Co. DC Brushless motor and its driving control system
US4978895A (en) * 1988-10-17 1990-12-18 Schwarz Marcos G Electronic control circuit for brushless direct current motor
JPH0393489A (en) * 1989-09-06 1991-04-18 Copal Electron Co Ltd Driving of dc brushless motor
US5200675A (en) * 1990-11-06 1993-04-06 Zen Zen Electric Company Ltd. Commutation circuit for a brushless d.c. motor
EP0766370A2 (en) * 1995-09-29 1997-04-02 PAPST-MOTOREN GmbH & Co. KG Electronically commutated outer rotor motor
DE19608424A1 (en) * 1996-03-05 1997-09-11 Papst Motoren Gmbh & Co Kg Method for speed-dependent control of the commutation time in an electronically commutated motor, and motor for carrying out such a method

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3364407A (en) * 1962-10-08 1968-01-16 Sperry Rand Corp Brushless direct current motor
GB1066036A (en) * 1962-10-25 1967-04-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd Method for controlling speed of a motor of brushless type
DE2419432C3 (en) * 1974-04-23 1985-05-09 Papst-Motoren GmbH & Co KG, 7742 St Georgen Brushless DC motor with a stator and a permanent magnet rotor
FR2345755A1 (en) * 1976-02-04 1977-10-21 Thomson Csf SYSTEM USING A MAGNETOSENSITIVE ELEMENT TO GENERATE AN ELECTRICAL SIGNAL IN SYNCHRONISM WITH THE PERIODIC MOVEMENT OF A PART, AND APPLICATION TO INTERNAL COMBUSTION ENGINES
DE3513167C2 (en) * 1985-04-12 1997-01-16 Papst Motoren Gmbh & Co Kg Control circuit for collectorless DC motors

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2403432A1 (en) * 1974-01-24 1975-07-31 Siemens Ag Polyphase stator DC motor - has hall generators controlling commutation and amplifiers for commutation time shift
US4435673A (en) * 1980-06-11 1984-03-06 Japan Servo Co. DC Brushless motor and its driving control system
EP0084156A1 (en) * 1981-12-23 1983-07-27 Papst-Motoren GmbH & Co. KG Collectorless D.C. motor
US4978895A (en) * 1988-10-17 1990-12-18 Schwarz Marcos G Electronic control circuit for brushless direct current motor
JPH0393489A (en) * 1989-09-06 1991-04-18 Copal Electron Co Ltd Driving of dc brushless motor
US5200675A (en) * 1990-11-06 1993-04-06 Zen Zen Electric Company Ltd. Commutation circuit for a brushless d.c. motor
EP0766370A2 (en) * 1995-09-29 1997-04-02 PAPST-MOTOREN GmbH & Co. KG Electronically commutated outer rotor motor
DE19608424A1 (en) * 1996-03-05 1997-09-11 Papst Motoren Gmbh & Co Kg Method for speed-dependent control of the commutation time in an electronically commutated motor, and motor for carrying out such a method

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
PATENT ABSTRACTS OF JAPAN vol. 015, no. 277 (E - 1089) 15 July 1991 (1991-07-15) *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6433503B1 (en) 1999-03-25 2002-08-13 Kabushiki Kaisha Toyoda Jidoshokki Seisakusho Synchronous motors and control circuits therefor
EP1416623A1 (en) * 2002-10-31 2004-05-06 Siemens VDO Automotive Inc. Method and system for determining electronic commutation in brushless DC machines irrespective of the placement of rotor position sensors
WO2004057751A1 (en) * 2002-12-18 2004-07-08 Robert Bosch Gmbh Circuit arrangement and method for operation of an electric motor in a dc supply network
US7038407B2 (en) 2002-12-18 2006-05-02 Robert Bosch Gmbh Circuit arrangement and method for operation of an electric motor in a DC supply network
US6850022B2 (en) 2003-01-15 2005-02-01 Siemens Vdo Automotive Inc. Method and system for determining electronic commutation in brushless DC machines irrespective of the placement of rotor position sensors
WO2017162771A1 (en) * 2016-03-24 2017-09-28 GETRAG B.V. & Co. KG Method and assembly for actuating a powertrain component

Also Published As

Publication number Publication date
DE19720309A1 (en) 1999-09-30
EP0913028A1 (en) 1999-05-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1154555B1 (en) System for electronic commutating a brushless dc motor
DE19533076B4 (en) Control circuit for a brushless synchronous electric motor
DE10033561B4 (en) Electronically commutated motor with commutation signal
DE2807834A1 (en) HALF-EFFECT ENCODER FOR ANGLE POSITIONS OF SHAFTS
DE3427871A1 (en) CONTROL DEVICE FOR BRUSHLESS SYNCHRONOUS MOTORS WITH TORQUE ANGLE CONTROL
DE3819062C3 (en) Process for controlling brushless electric motors and control circuit therefor
DE2620935C3 (en) Reluctance motor
DE102005045401A1 (en) Method for powering an electronically commutated via a semiconductor power amplifier stage DC motor
DE3819064C2 (en)
EP0986855B1 (en) Electronically commutated motor
DE2639055B2 (en) Circuit arrangement for a brushless direct current motor
DE2618293A1 (en) COLLECTORLESS DC MOTOR
EP1071200B1 (en) Electronically commutatable motor
DE102010019494A1 (en) Method and control device for operating a three-phase brushless DC motor
EP0998781B1 (en) Claw pole motor
WO1998052275A1 (en) Electronically commutated engine
DE4124425B4 (en) Collectorless DC motor with improved torque ripple
DE3607014B4 (en) Circuit arrangement for the pulse width modulated control of a DC motor
EP0476751A2 (en) Commutating circuit for a reluctance motor
EP1443635A1 (en) Method for driving a firing angle
EP0837553B1 (en) Drive circuit for a commutatorless dircet current motor
DE19519248A1 (en) Method for limiting the current in a direct current motor, and direct current motor for carrying out such a method
DE102019004428A1 (en) Electronically commutated electric motor
EP0885481A1 (en) Electronically commutated motor
DE3530614A1 (en) BRUSHLESS INDUCTION MACHINE

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): CN JP KR SG US

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE CH CY DE DK ES FI FR GB GR IE IT LU MC NL PT SE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 1998928238

Country of ref document: EP

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
WWP Wipo information: published in national office

Ref document number: 1998928238

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: JP

Ref document number: 1998548781

Format of ref document f/p: F