WO2016135336A1 - Dc motor/generator comprising integrated power control, and control circuit for a dc motor - Google Patents

Dc motor/generator comprising integrated power control, and control circuit for a dc motor Download PDF

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WO2016135336A1
WO2016135336A1 PCT/EP2016/054166 EP2016054166W WO2016135336A1 WO 2016135336 A1 WO2016135336 A1 WO 2016135336A1 EP 2016054166 W EP2016054166 W EP 2016054166W WO 2016135336 A1 WO2016135336 A1 WO 2016135336A1
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power
motor
control
voltage
circuit
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PCT/EP2016/054166
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Hans SCHWÖLLER
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Schwöller Hans
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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
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/08—Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor
    • H02P6/085—Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor in a bridge configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/06—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes without control electrode or semiconductor devices without control electrode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2203/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the windings
    • H02K2203/03—Machines characterised by the wiring boards, i.e. printed circuit boards or similar structures for connecting the winding terminations
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
    • H02K2203/00—Specific aspects not provided for in the other groups of this subclass relating to the windings
    • H02K2203/09—Machines characterised by wiring elements other than wires, e.g. bus rings, for connecting the winding terminations

Definitions

  • the invention relates to a brushless DC motor / generator and a control circuit for a DC motor.
  • DE 3 914 082 A1 discloses an electronically commutated electric motor with a stator having at least one stator winding, a rotor having magnetized regions, a sensor element on the stator for detecting the position of the magnetized regions and an electronic control device for exciting the at least one stator winding depending on the sensor signals.
  • two stator windings are provided which are alternately energized by the electronic control device, wherein the flooding of both stator windings is provided during the commutation process control of the circuit element.
  • a voltage regulator is provided, which is connected to a positive and a negative pole of a supply voltage source. This voltage regulator supplies a Hall element, an amplifier, a z. B.
  • GB 2 515 318 A discloses an inverter for an electric motor or a generator. With this inverter, it should be possible to minimize a current loop area within an inverter. In particular, the current loop area is to be reduced by arranging the switches of the inverter in such a way that a connection of positive and negative power lines to one terminal of an inverter are arranged side by side on one side of a printed circuit board, one phase winding of the electric motor being connected to one terminal of the circuit board Inverter is connected to the opposite side of the circuit board. Furthermore, control devices are provided which are modular.
  • the controllers include a circuit board in which two power substrate assemblies, a control circuit board, four power rails for connecting to a DC battery, and six phase winding rails for connecting to respective coil windings.
  • a control circuit board for controlling the power of the motor is arranged.
  • This motor has a single power supply to three power semiconductors. These power semiconductors distribute the signals sent via the distributor to the individual coils.
  • the control of brushless DC motors is usually such that the magnetic coils are connected in a star connection. In each case, a coil acts magnetically attractive, with a second coil acts magnetically repulsive.
  • the third coil is not used for the performance, however, in sensorless controls, the induction voltage can be used to detect the rotor position.
  • Fig. 6 shows in simplified form the circuit (schematic diagram) of a conventional BLDC motor control.
  • the coils A, B and C are subjected to voltage such that a rotating field results.
  • the individual stages of the electronic commutation are designated 1, 2 and 3.
  • Object of the present invention is to provide a more efficient and powerful DC motor / generator and a control circuit for a DC motor.
  • a DC motor with a rotor with permanent magnets and a stator with electromagnets is provided with at least one substantially annular power board, which has two poles for applying an input voltage, and a controller, which is designed to control the power board such that the input voltage is applied to the electromagnet so that the rotor is applied a desired torque.
  • a substantially annular power board is understood to mean a circuit board which can also be subdivided into a plurality of segments, but which has a substantially closed annular shape.
  • a brushless DC motor is provided in which the electronic commutation of the individual coils is not generated in a separate actuator or controller, but directly in the motor housing.
  • control components from the electronics, the control wiring to the plug units and the FET drives located in the motor are redundant and therefore much more reliable.
  • the main advantage of this concept is that you do not have to take the two plus and minus wires to an external controller to create the commutation, then go to the motor with three wires.
  • the DC voltage is fed directly from the power source (generator, battery, accumulator, supercapacitor, or the like) to the motor, whereby a conductor can be completely saved. This saves 50% of the cable weight as well as the entire housing weight of the controller and also significantly reduces production costs.
  • the invention is characterized in that all around behind or inside the motor, the main supply by means of conductive rings, e.g. Copper or aluminum rings, takes place.
  • conductive rings e.g. Copper or aluminum rings
  • any number of accumulators or energy sources can be coupled directly to the motor independently of one another. That with several batteries or the like.
  • the energy of each battery can be supplied directly to the conductors of the motor.
  • the supply line rings can be connected to the control ring with heat-conducting elements via electrical insulators, as a result of which they can also be used as heat sinks for the power semiconductors.
  • the power semiconductor switches are located on the opposite side of the regulator ring and are on one, two or more ring segment-shaped electronic boards arranged.
  • the connection of the power semiconductor switch with the lead rings can be done via a crimp-crimp connection in the lead rings.
  • soldered on the electronic boards supply mandrels that protrude over larger holes (isolation distance) in the control ring in the supply line rings.
  • In the supply cable rings are selected so that the supply pins can be pressed here by means of a pin or a crimping element. This eliminates any soldering and cabling work for these connections.
  • These supply pins can be connected in any number of the controller board through the holes in the control ring with the lead rings, which very high power can be performed over the shortest possible leads to the semiconductors.
  • the fully populated regulator ring can be connected to it so that there is a good heat transfer from the regulator ring to the stator ring.
  • the possibility of a one-piece production of stator and regulator part is of course also possible. Especially with the automatic winding of the motor coils, however, this brings with it limitations and disadvantages. In addition, the varnish- and coil part could not be replaced separately in case of damage.
  • the coil wires are connected to the electronics via the crimp pins. This also allows any time-consuming soldering be avoided. In addition, crimped connections provide a much safer and more durable connection than solder joints. However, a connection of the coil conductor with the power controller part is also possible as a plug connection.
  • the power semiconductor switches take on the one hand the electronic commutation of the coils, whereby very high performance with very good efficiencies and minimal space are possible.
  • the generator function of the motor-generator unit can be realized via power semiconductor switch. By controlling the power semiconductor switch during the generator operation of the engine also eliminates any external charge controller.
  • the rectification can be done via bridge or diode rectifier, wherein the charge control is possible by one or more semiconductor switches on the power board.
  • the electronic control of the power semiconductor switches can be arranged directly on the electronic boards.
  • the advantage may be to position the control unit at a distance from the engine in a protected environment.
  • This control unit can be connected to the motor unit by means of a multi-pole cable, a bus cable or also by optical fiber, by radio or in another way.
  • the control part can be designed to be simple or multiple redundant. Due to the redundancy of the controller part, connecting cable with plug connections and the control electronics on the power unit, the drive unit can be designed very reliable.
  • Fig. 11 shows an example of the redundant control of the motor.
  • the two-controller units receive the operating information by means of a CAN bus, for example. fertil, by an analog signal or eg by a PWM signal.
  • the controllers are each connected by a separate connection to the power controller board through cables and plugs, a radio link or the like.
  • the two control electronics for the semiconductor switches eg FETs
  • the signal feedback for the position message of the rotor to the controller unit is duplicated.
  • the processed signals are conducted to the semiconductor switches via ring-shaped circulating signal lines.
  • Each FET group (12 FETs) can switch to the other bundle if one signal line bundle fails to maintain full motor performance, even if one entire controller unit, cable, or plug connection to the motor fails.
  • FIG. 12 A somewhat simplified solution is shown in FIG. 12.
  • the signal bundles are only halfway around the power board. That in case of failure of a controller, cable, etc., only half of the power would be available here, since the power semiconductors of the failed side also fail.
  • the current can be switched through according to the commutation to be carried out directly to the motor coils.
  • This special circuit technology ensures that each individual coil of the motor can be applied directly to the supply voltage in a simple manner.
  • Another advantage of this design is that the semiconductor switches for switching the coil current via a support member (control ring) are connected to the housing of the stator. Since the stator is cooled either by air or water cooling, the power loss of the semiconductor switches can be derived without additional heat sink.
  • a special feature of the invention is that the motor housing ie stator and rotor are grounded.
  • the separate leads to the feed rings are supplied with a voltage of +60 volts and -60 volts. This means that the power They do not switch to ground but switch +60 volts and -60 volts directly to the coils. As a result, the coils can be charged with 120 volts, although you move in the extra-low voltage range of the motor.
  • Only the feeder rings must be insulated so as to prevent simultaneous direct contact with the feeder rings.
  • the voltage division to + 60 and - 60 volts ensures that the protection devices can be designed according to the provisions of low voltage or low voltage.
  • each individual coil is at the full voltage, ie, for example, 2x 60 volts equals 120 volts, which requires only half the cable cross-sections for the same motor power.
  • the engine may have a radial compressor which provides compressed air for cooling the cables.
  • the supply cables can be surrounded by a thin-walled cooling hose, through which cooling air is blown through the cables from the motor side.
  • the supply cable can be kept at a low temperature level, even at maximum output, and thereby again dimensioned lower or loaded with higher current for the same line cross-section.
  • the + 60 / -60 volt operation could cause a supply cable to ground (housing), which then results in a voltage potential of 120 volts with respect to the other supply to the housing.
  • a distributor of the DC motor is designed such that it serves to distribute the power supply in order to ensure the full supply of power around the circumference
  • a protective circuit can be provided in the supply line which uses one, two or even all three of the following protective functions:
  • the current in the ground connection cable from the accumulator to the housing of the motor is measured. If the voltage level of a supply cable were to ground due to a defect, this would cause a battery short circuit and the short-circuit current would flow to the accumulator via the ground connection. So increases the current flow in the ground cable, so the supply to the motor is interrupted immediately.
  • the current is measured via the two plus and minus leads. If the two currents are not exactly equal, then the supply line is interrupted as well.
  • the voltage is measured in each case between the supply lines and the ground. If this is not the same, this means that the ground potential is no longer in the middle between the positive and negative supply and somewhere a supply cable must have a connection to the ground. Also in this case, the supply line is interrupted.
  • a control circuit for a DC motor with a power control device comprising a single coil circuit by means of power semiconductor switch (FETs) is provided, wherein the power semiconductor switches are designed such that each coil of the DC motor can be acted upon separately with a supply voltage, so that all coils can be acted upon by the full supply voltage ,
  • FETs power semiconductor switch
  • the control circuit can have at least six control lines for driving input side power semiconductor switches (FETs), so that the supply voltage is applied to the respective coil and that at least six control lines for driving the power semiconductor switches (FETs) are provided for ground connection. see are the current flows back to the ground-side of a power source.
  • FETs input side power semiconductor switches
  • the control circuit may have a voltage reduction circuit which is designed such that the input-side FETs are connected in cross-over with the FETs to the ground connection, so that the drive voltage is conducted via this cross-connection from the input-side FETs to the FETs to the ground connection , In this way, six control lines for driving by means of a control device are sufficient.
  • the circuit may comprise three further power semiconductor switches (FETs) for switching between normal operation (star connection) and single coil circuit, so that the DC motor can be operated either in normal operation or by means of the single coil circuit.
  • FETs power semiconductor switches
  • the control circuit may include a power board with each solenoid directly connected to the power control board.
  • a DC motor according to the invention is provided with a control circuit according to the invention.
  • FIG. 1 shows a direct current motor in a perspective view looking towards the rotor
  • FIG. 2 shows the DC motor from FIG. 1 in a perspective view looking towards the stator
  • FIG. 3 shows a section through a portion of the DC motor of FIG. 1, 4 shows a section through a region of a further embodiment of a DC motor, FIG. 5 shows a section through a region of a further embodiment of a DC motor,
  • FIG. 6 shows a schematic diagram of a circuit diagram of a control circuit known from the prior art
  • FIG. 7 shows a schematic diagram of a circuit diagram of a control circuit according to the invention
  • FIG. 9 a schematic diagram of a circuit diagram of a third exemplary embodiment of a control circuit according to the invention which is extended by three FETs,
  • FIG. 10 is a schematic diagram of the arrangement of coil triplets of a Gelichstrommotors
  • Fig. 1 shows an example of a redundant control of a DC motor
  • Fig. 12 is a simplified embodiment of the controller of Figure 11.
  • a DC motor 1 according to a first embodiment has a rotor 2 and a stator 3.
  • the rotor 2 is formed from a front-side annular disc 4, a cylinder wall 5 and a connecting ring 6.
  • the connecting ring 6 is arranged on the circumference of the annular disc 4 and connected to an edge of the cylinder wall 5.
  • At the connecting ring through holes 7 are at regular intervals educated. By arranging a radial fan is formed, which sucks in cooling air and flows radially outward.
  • Permanent magnets 8 are arranged at regular intervals on the inside of the cylinder wall.
  • the permanent magnets are formed as rectangular plates.
  • an inner ring 9 is arranged, which is rotatably connected to the rotor 2 and rotates together with this.
  • the stator 3 has lead rings 10, 1 1 made of a good electrically conductive material, such as. Copper or aluminum or a copper or aluminum-containing alloy are formed.
  • the two supply lines 10, 1 1 are radially spaced from each other. Between the rings 10, 1 1, an electrical insulator may be arranged.
  • the two rings 10, 1 1 are mounted on a control ring 12, wherein they are electrically isolated from this.
  • the stator housing defines an annular cavity in which power boards 13 are located. Each power board has multiple high power semiconductor switches.
  • the stator 3 has a plurality of electromagnets 14, each consisting of a coil 15 and a core 16.
  • the magnets 14 are each aligned in the radial direction. In the present embodiment, 40 magnets 8 and 36 electromagnets 14 are provided. Due to the different number of magnets 8 and electromagnets 14, there is no dead center. Preferably, the number of magnets 8 and the electromagnets 14 is an integer multiple of three.
  • the electromagnets 14 are formed from an annular laminated core and in each case fixed radially on the outside on an annular base body 17 of the stator 3.
  • the base body 17 has a hollow channel through which cooling water can be passed.
  • the base body 17 is fastened with one end face to the stator housing 12 and has a ball bearing 18 on the other end face area. In place of the cavity and slats can be provided, which provides effective air cooling cause. With the ball bearing, the base body 17 and thus the stator 3 rotatably supported on the inner ring 9 of the rotor 2 from.
  • an annular power board 13 is arranged.
  • This power board has at least 6 high-power semiconductor switches for every 3 electromagnets which switch an electrical connection between the ends of the coils 15 and the supply rings 10, 11.
  • the high-power semiconductor switches are switched such that the coils 15 of the electromagnets 14 can be acted upon by the voltage applied to the supply line rings 10, 11, the voltage also being able to be reversed.
  • the electromagnets can thus be switched into three states, with the north pole radially outside, with the south pole radially outside and unmagnetized.
  • the power boards 13 are connected via control lines 19 to a controller (not shown). Furthermore, one or more magnetic field sensors 20, e.g. Hall sensors, arranged on the stator adjacent to the magnets 8 of the rotor 2 and connected to a line to the controller.
  • the controller can detect the rotational position of the rotor 2 on the basis of the signal from the magnetic field sensors 20 and, based on the rotational position of the rotor, the electromagnets 14 are subjected to voltage such that they exert a desired torque on the rotor 2.
  • This brushless Gelichstrommotors can also be used as a generator, in particular DC generator.
  • DC generator for the conduction of the energy generated to an accumulator or consumer also power semiconductor switches can be provided.
  • the power board 13 is equipped on both sides with high-power semiconductor switches.
  • the embodiment shown in Fig. 4 corresponds to that of Figure 3, but here the power board 13 equipped only on one side with high-power semiconductor switches.
  • the control ring 12 is disposed radially within the electromagnet 14 in the stator 3, which is why the stator housing 12 is set a piece radially inward and the entire engine is designed with a shorter overall length.
  • the safety regulations of the individual voltages eg low voltage 120 V DC
  • the coils of the motor for example, 200 V applied.
  • an at least doubly existing controller unit can be of redundant design (FIGS. 1 1 and 12) such that the signal supply for the power control is present twice circulating on the power board, so that the power components in case of failure of a controller unit or its connection to the power unit can switch second controller unit.
  • the duplicate controller unit may be constructed redundantly such that the signal supply for the power control are present in a circle around the power board, so that if one controller unit or its connection to the power unit fails, at least part of the solenoid remains operational due to the redundancy Disadvantage of the control circuit described above ( Figure 6) is that at the coils A, B, C by the series connection always two coils, the voltage applied to the individual coils, reduced to about the respective half of the supply voltage. This is due to the appropriate switching Sten S1, S2 and S3 shown. Especially when operating with low voltage ( ⁇ 60 V) or low voltage ( ⁇ 120 V), this has the considerable disadvantage that the performance of such motors are limited due to the limited supply voltage. For more powerful engines can be avoided on higher currents, but this brings more size and much more weight with it. In addition, more powerful controls and cross-section thicker and thus heavier supply cables are required.
  • control circuit 34 for a DC motor will be described.
  • this control circuit 34 is provided for the above-described brushless DC motor 1 according to the present invention.
  • the control circuit 34 is formed in the form of the annular power board 13.
  • the controller provides appropriate control signals to FETs 21 of the power board 13 and controls which FET 21 is switched.
  • the power board 13 or the power unit is designed such that each individual coil A, B and C can be acted upon separately.
  • Fig. 7 and Fig. 8 show a circuit diagram of the brushless DC motor 1 (BLDC motor) control circuit 34 according to the present invention.
  • each individual coil A, B, C can be controlled exactly in time and with respect to magnetic direction, completely independently of the other two coils.
  • the circuit diagram according to FIG. 7 shows the control with six control lines 22 in the upper voltage range (supply voltage). These six control lines 22 are driven (open) with an approximately + 10 V compared to the supply voltage increased driving voltage, the input-side FETs 21, whereby the supply voltage is applied to the respective coil. Below this, the ground (GND) -side FETs are driven (opened) by a drive voltage of approx. + 10 V via ground (GND), via which the current flows back to the ground (GND) side of the power supply source 25.
  • the processor (not shown) of a controller 28 requires twelve outputs in order to be able to control the twelve FETs 21, 24.
  • control circuit 34 By virtue of this voltage reduction circuit 30 or "cross-circuiting" of the FET drive voltages, the control circuit 34 according to the invention also requires only six drive lines 31 as used in known control circuits.
  • the advantage of this cross-actuation also lies in the fact that the control voltages are now uniform at approx.
  • this embodiment of a control circuit 34 according to the invention with voltage reduction circuit 21 is somewhat more expensive with regard to the electronic commutation, it has the great advantage that the coil power can be increased to approximately twice the circuit technology known hitherto.
  • Each coil tap A, B, C then needs 12 instead of 6 FETs to drive.
  • a solution of 12 FETs, each supplying two coil recesses 33 in parallel avoids the duplication of the FETs, however, the FETs are to be designed for twice the current intensity.
  • a doubling of the maximum amperage usually does not result in any significant increase in the size of the semiconductor elements and, as a rule, only slightly more weight if at all.
  • Fig. 9 shows a third, by three FETs (X, Y, Z) extended embodiment of a control circuit according to the invention 34.
  • This makes it possible that the motor 1 either in the single coil circuit according to the invention as well as in the known star connection of the coil or in Normal operation can be operated.
  • the circuit options are marked with the S1 to S3.
  • the inner terminals of the coils A, B, C are connected via the additional FETs X, Y and Z connectable.
  • the advantage of this circuit technology lies in optimized operation with two different voltages, the coil design working in single coil operation as well as with double the supply voltage in star operation in the optimum efficiency range.
  • this circuit has the advantage that the output voltage can be doubled by the change from the single coil circuit to the star circuit, without the need for an external DCDC converter.
  • each individual coil does not necessarily have to be acted upon simultaneously in attractive or repulsive action, as is necessarily the case with conventional circuit techniques.
  • the software control means that each individual coil can be controlled independently of one another, which also makes it possible to achieve higher efficiencies and / or higher outputs with the same size and the same weight by overlapping the actuators.
  • a brushless DC motor with a control circuit provides, wherein the motor is provided with the inventive integrated power control in about twice the power at insignificantly increased weight and the same size compared to a motor with conventional circuit technology at the same supply voltage.
  • the motor is provided with the inventive integrated power control in about twice the power at insignificantly increased weight and the same size compared to a motor with conventional circuit technology at the same supply voltage.
  • voltage-limited operation low voltage, low voltage
  • these categories which are limited to the voltage limits of 60 V or 120 V, are subject to significantly reduced safety requirements. Both in the development and in the production, in the distribution and the use of such drives by the end customer.
  • the inventor of the present invention has realized that brushless DC motors with higher performance in the lower voltage categories can be realized, in which can be developed and produced more cost effective and thus more profitable by significantly reduced safety requirements.
  • recuperation operation e.g., generator operation, recharge to an accumulator, use as an electromagnetic brake
  • twice as many diodes are required for a motor in the circuit design of the invention than for a brushless DC motor with conventional circuitry.
  • the reclaiming power is twice as high.

Abstract

The invention relates to a direct current motor comprising a rotor with permanent magnets, a stator with electromagnets, at least one substantially annular power board that has two terminals for applying an input voltage, and a controller designed to control the power board in such a way that the input voltage is applied to the electromagnets in such a way that a desired torque is applied to the rotor.

Description

Gleichstrommotor/Generator mit integrierter Leistungsregelung sowie eine Steuerschaltung für einen Gleichstrommotor  DC motor / generator with integrated power control and a control circuit for a DC motor
Die Erfindung betrifft einen bürstenlosen Gleichstrommotor/Generator sowie eine Steuerschaltung für einen Gleichstrommotor. The invention relates to a brushless DC motor / generator and a control circuit for a DC motor.
In der DE 3 914 082 A1 ist ein elektronisch kommutierter Elektromotor mit einem we- nigstens eine Statorwicklung aufweisenden Stator, einem magnetisierte Bereiche aufweisenden Rotor, einem Sensorelement am Stator zur Erfassung der Position der magnetisierten Bereiche sowie einer elektronischen Steuervorrichtung für die Erregung der wenigstens einen Statorwicklung in Abhängigkeit der Sensorsignale. Insbesondere sind zwei Statorwicklungen vorgesehen, die abwechselnd von der elektroni- sehen Steuervorrichtung erregt werden, wobei die Durchflutung beider Statorwicklungen während des Kommutierungsvorgangssteuern des Schaltungselements vorgesehen ist. Weiterhin ist ein Spannungsregler vorgesehen, der mit einem positiven und einem negativen Pol einer Versorgungsspannungsquelle verbunden ist. Diese Spannungsregler versorgt ein Hall-Element, einen Verstärker, eine z. B. als Schmitt- Trigger ausgebildete Schwellwertstufe, einen Inverter sowie zwei Schalttransistoren. Aus der GB 2 515 318 A geht ein Wechselrichter für einen Elektromotor oder einen Generator hervor. Mit diesem Wechselrichter soll es möglich sein, einen Stromschleifenbereich innerhalb eines Wechselrichters zu minimieren. Insbesondere soll der Stromschleifenbereich dadurch reduziert werden, dass die Schalter des Wechselrich- ters derart ausgebildet sind, dass eine Verbindung von positiven und negativen Stromleitungen mit einem Anschluss eines Inverters nebeneinander auf einer Seite einer Leiterplatte angeordnet sind, wobei eine Phasenwicklung des Elektromotors mit einem Anschluss des Wechselrichter auf der gegenüberliegenden Seite der Leiterplatte verbunden ist. Weiterhin sind Steuereinrichtungen vorgesehen, die modular ausgebildet sind. Die Steuereinrichtungen umfassen eine Leiterplatte, in der zwei Stromsubstratbaugruppen, eine Steuerleiterplatte, vier Stromsammeischienen zum Verbinden mit einer Gleichstrombatterie und sechs Phasenwicklungsschienen zum Verbinden mit entsprechenden Spulenwicklungen. In der US 2007/0145838 A1 ist ein Elektromotor offenbart. Der Motor ist in einem Gehäuse angeordnet, an dessen Oberseite eine Steuereinrichtung zum Steuern der Leistung des Motors angeordnet ist. Dieser Motor weist eine einzige Stromzuführung zu drei Leistungshalbleiter auf. Diese Leistungshalbleiter verteilen die kommudierten Signale über den Verteiler an die einzelnen Spulen. DE 3 914 082 A1 discloses an electronically commutated electric motor with a stator having at least one stator winding, a rotor having magnetized regions, a sensor element on the stator for detecting the position of the magnetized regions and an electronic control device for exciting the at least one stator winding depending on the sensor signals. In particular, two stator windings are provided which are alternately energized by the electronic control device, wherein the flooding of both stator windings is provided during the commutation process control of the circuit element. Furthermore, a voltage regulator is provided, which is connected to a positive and a negative pole of a supply voltage source. This voltage regulator supplies a Hall element, an amplifier, a z. B. trained as a Schmitt trigger threshold level, an inverter and two switching transistors. GB 2 515 318 A discloses an inverter for an electric motor or a generator. With this inverter, it should be possible to minimize a current loop area within an inverter. In particular, the current loop area is to be reduced by arranging the switches of the inverter in such a way that a connection of positive and negative power lines to one terminal of an inverter are arranged side by side on one side of a printed circuit board, one phase winding of the electric motor being connected to one terminal of the circuit board Inverter is connected to the opposite side of the circuit board. Furthermore, control devices are provided which are modular. The controllers include a circuit board in which two power substrate assemblies, a control circuit board, four power rails for connecting to a DC battery, and six phase winding rails for connecting to respective coil windings. In US 2007/0145838 A1 an electric motor is disclosed. The motor is arranged in a housing, on the upper side of which a control device for controlling the power of the motor is arranged. This motor has a single power supply to three power semiconductors. These power semiconductors distribute the signals sent via the distributor to the individual coils.
Die Ansteuerung von bürstenlosen Gleichstrom-Motoren erfolgt zumeist derart, dass die Magnetspulen in einer Sternschaltung geschalten werden. Jeweils eine Spule wirkt dabei magnetisch anziehend, wobei eine zweite Spule magnetisch abstoßend wirkt. Die dritte Spule wird für die Leistungserbringung nicht genutzt, allerdings kann bei sensorlosen Steuerungen die Induktionsspannung zur Erkennung der Rotorposition verwendet werden. The control of brushless DC motors is usually such that the magnetic coils are connected in a star connection. In each case, a coil acts magnetically attractive, with a second coil acts magnetically repulsive. The third coil is not used for the performance, however, in sensorless controls, the induction voltage can be used to detect the rotor position.
Bei einer solchen Schaltungstechnik (Fig. 6) sind drei Zuleitungen vom Leistungsregler zum Motor bzw. zu den Spulen erforderlich. Zwei dieser Leitungen werden jeweils zur Leistungserbringung genutzt. Jede dritte Zuleitung wird während der Kommutati- on im Zyklus für die Leistungserbringung nicht genutzt. Bei sensorlosen BLDC- Motoren kann sie zur Positionserkennung genutzt werden. Hierfür würde aber auch eine dünne Steuerleitung ausreichen, anstatt der um ein Vielfaches stärker ausgeleg- ten Leistungszuleitung. In such a circuit technique (FIG. 6), three supply lines from the power regulator to the motor or to the coils are required. Two of these lines are each used for the provision of services. Every third supply line is not used during the commutation in the service delivery cycle. In sensorless BLDC motors, it can be used for position detection. For this purpose, however, a thin control line would be sufficient instead of the power supply, which is much more powerful.
Fig. 6 zeigt vereinfacht dargestellte die Schaltung (Prinzipskizze) einer herkömmlichen BLDC-Motor-Steuerung. Durch die Ansteuerung der sechs FETs werden die Spulen A, B und C derart mit Spannung beaufschlagt, dass sich ein Drehfeld ergibt. Die einzelnen Stufen der elektronischen Kommutierung sind mit 1 , 2 und 3 bezeichnet. Fig. 6 shows in simplified form the circuit (schematic diagram) of a conventional BLDC motor control. By driving the six FETs, the coils A, B and C are subjected to voltage such that a rotating field results. The individual stages of the electronic commutation are designated 1, 2 and 3.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es einen effizienteren und leistungsfähigeren Gleichstrommotor/Generator sowie eine Steuerschaltung für einen Gleichstrommotor bereitzustellen. Object of the present invention is to provide a more efficient and powerful DC motor / generator and a control circuit for a DC motor.
Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Erfindungsgemäß ist ein Gleichstrommotor mit einem Rotor mit Permanentmagneten und einem Stator mit Elektromagneten vorgesehen mit zumindest einer im Wesenti- chen ringförmigen Leistungsplatine, welche zwei Pole zum Anlegen einer Eingangsspannung aufweist, und einem Controller, der zum Steuern der Leistungsplatine derart ausgebildet ist, dass die Eingangsspannung an die Elektromagneten derart ange- legt wird, dass am Rotor ein gewünschtes Drehmoment anliegt. This object is solved by the independent claims. Advantageous embodiments are specified in the subclaims. According to the invention, a DC motor with a rotor with permanent magnets and a stator with electromagnets is provided with at least one substantially annular power board, which has two poles for applying an input voltage, and a controller, which is designed to control the power board such that the input voltage is applied to the electromagnet so that the rotor is applied a desired torque.
Unter einer im im Wesentichen ringförmigen Leistungsplatine wird eine Platine verstanden, die auch in mehrere Segmente unterteilt sein kann, die jedoch eine im wesentlichen geschlossene ringförmige Form aufweist. Erfindungsgemäß ist ein bürstenloser Gleichstrommotor vorgesehen, bei welchem die elektronische Kommutierung der einzelnen Spulen nicht in einem separaten Steller bzw. Regler, sondern direkt im Motorengehäuse erzeugt wird. Dadurch ist neben der üblichen Stern-Schaltung der Magnetspulen auch eine direkte Versorgung der einzelnen Magnetspulen erreichbar ist, wodurch jede Spule mit der vollen Versorgungsspannung beaufschlagt werden kann. A substantially annular power board is understood to mean a circuit board which can also be subdivided into a plurality of segments, but which has a substantially closed annular shape. According to the invention, a brushless DC motor is provided in which the electronic commutation of the individual coils is not generated in a separate actuator or controller, but directly in the motor housing. As a result, in addition to the usual star circuit of the magnetic coils and a direct supply of the individual magnetic coils can be achieved, whereby each coil can be charged with the full supply voltage.
Zudem sind die Steuerungskomponenten, von der Elektronik, der Steuerverkabelung bis zu den Steckereinheiten und der im Motor befindlichen FET-Ansteuerungen redundant und damit wesentlich betriebssicherer ausgeführt. In addition, the control components, from the electronics, the control wiring to the plug units and the FET drives located in the motor are redundant and therefore much more reliable.
Der wesentliche Vorteil dieses Konzeptes ist, dass man nicht die zwei Leiter plus und minus zu einem externen Regler führen muss, um hier die Kommutierung zu erzeu- gen, um dann mit drei Leitern zum Motor zu gehen. Bei dieser Erfindung wird die Gleichspannung direkt von der Stromquelle (Generator, Batterie, Akkumulator, Su- perkondensator, oder dgl.) zum Motor geführt, wodurch man einen Leiter vollständig einsparen kann. Hierdurch kann 50 % des Kabelgewichts als auch das gesamte Gehäusegewicht des Reglers eingespart werden und auch die Produktionskosten we- sentlich gesenkt werden. The main advantage of this concept is that you do not have to take the two plus and minus wires to an external controller to create the commutation, then go to the motor with three wires. In this invention, the DC voltage is fed directly from the power source (generator, battery, accumulator, supercapacitor, or the like) to the motor, whereby a conductor can be completely saved. This saves 50% of the cable weight as well as the entire housing weight of the controller and also significantly reduces production costs.
Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass rundum laufend hinter oder innerhalb des Motors die Hauptzuführung mittels leitender Ringe z.B. Kupfer- oder Aluminiumringe, erfolgt. Durch diese Stromzuführung zum Motor über die Zuleitungsringe kön- nen beliebig viele Akkumulatoren oder Energiequellen direkt an den Motor unabhängig voneinander angekoppelt werden. D.h. bei mehreren Akkus oder dgl. kann die Energie jedes Akkus direkt den Stromleitern des Motor zugeführt werden. Die Zuleitungsringe können mit Wärmeleitelemente über elektrische Isolatoren mit dem Reglerring verbunden werden, wodurch diese ebenfalls als Kühlkörper für die Leistungs- halbleiter genutzt werden können. The invention is characterized in that all around behind or inside the motor, the main supply by means of conductive rings, e.g. Copper or aluminum rings, takes place. As a result of this power supply to the motor via the supply line, any number of accumulators or energy sources can be coupled directly to the motor independently of one another. That with several batteries or the like. The energy of each battery can be supplied directly to the conductors of the motor. The supply line rings can be connected to the control ring with heat-conducting elements via electrical insulators, as a result of which they can also be used as heat sinks for the power semiconductors.
Die Leistungshalbleiterschalter liegen an der gegenüberliegenden Seite des Reglerrings und sind auf einer, zwei oder mehreren ringsegmentförmigen Elektronikplatinen angeordnet. Die Verbindung der Leistungshalbleiterschalter mit den Zuleitungsringen kann über eine Quetsch-Krimp-Verbindung in den Zuleitungsringen erfolgen. Hier sind auf den Elektronikplatinen Zuleitungsdorne eingelötet, die über größere Bohrungen (Isolationsabstand) im Reglerring in die Zuleitungringe ragen. In den Zuleitungs- ringen sind die Bohrungen so gewählt, dass die Zuleitungdorne hier mittels eines Stiftes oder eines Krimpelements verpresst werden können. Hierdurch können jegliche Löt- und Verkabelungsarbeiten für diese Verbindungen entfallen. Diese Zuleitungsdorne können in beliebiger Anzahl von der Reglerplatine über die Löcher im Reglerring mit den Zuleitungsringen verbunden werden, wodurch sehr hohe Leistungen über kürzestmögliche Zuleitungen zu den Halbleitern geführt werden können. The power semiconductor switches are located on the opposite side of the regulator ring and are on one, two or more ring segment-shaped electronic boards arranged. The connection of the power semiconductor switch with the lead rings can be done via a crimp-crimp connection in the lead rings. Here are soldered on the electronic boards supply mandrels that protrude over larger holes (isolation distance) in the control ring in the supply line rings. In the supply cable rings are selected so that the supply pins can be pressed here by means of a pin or a crimping element. This eliminates any soldering and cabling work for these connections. These supply pins can be connected in any number of the controller board through the holes in the control ring with the lead rings, which very high power can be performed over the shortest possible leads to the semiconductors.
Auf der gegenüberliegenden Seite des Leistungsplatinenrings sind auf en Elektronikplatinen sogenannte Krimpdorne eingelötet. Diese Verbinder stellen die Verbindung der Leistungshalbleiterschalter über die Platine und die Krimpdorne zu den Motorspulen dar. Die gesamte Einheit der beiden Elektronikplatinen samt den Leistungshalbleiterschaltern kann dauerhaft mit dem Reglerring vergossen werden, wodurch eine witterungsresistente Einheit erreicht wird. Die Platinenringe, auf denen die Halbleiterschalter angebracht sind, nehmen auch die Sensoren für die Erkennung der Rotorposition auf. On the opposite side of the power board ring so-called Krimpdorne are soldered on en electronic boards. These connectors represent the connection of the power semiconductor switches via the board and the crimp pins to the motor coils. The entire unit of the two electronic boards together with the power semiconductor switches can be permanently potted with the regulator ring, thus achieving a weather resistant unit. The circuit board rings on which the semiconductor switches are mounted also receive the sensors for detecting the rotor position.
Nach dem Vergießen kann der voll bestückte Reglerring mit diesem so verbunden werden, dass sich eine gute Wärmeübertragung vom Reglerring zum Statorring ergibt. Die Möglichkeit einer einteiligen Produktion von Stator- und Reglerteil ist natürlich ebenfalls möglich. Gerade beim automatischen Wickeln der Motorspulen bringt dies jedoch Einschränkungen und Nachteile mit sich. Zudem könnten der Leistungsregler- und Spulenteil bei einem Schaden nicht getrennt getauscht werden. After casting, the fully populated regulator ring can be connected to it so that there is a good heat transfer from the regulator ring to the stator ring. The possibility of a one-piece production of stator and regulator part is of course also possible. Especially with the automatic winding of the motor coils, however, this brings with it limitations and disadvantages. In addition, the Leistungsregler- and coil part could not be replaced separately in case of damage.
Vor oder während der Verbindung des Reglerrings mit dem Stator werden die Spulendrähte über die Krimpdorne mit der Elektronik verbunden. Auch hierdurch können jegliche aufwändige Lötarbeiten vermieden werden. Außerdem stellen gekrimpte Verbindungen eine wesentlich sicherere und dauerhaftere Verbindung als Lötverbindungen dar. Eine Verbindung der Spulenleiter mit dem Leistungsreglerteil ist jedoch auch als Steckverbindung möglich. Before or during connection of the governor ring to the stator, the coil wires are connected to the electronics via the crimp pins. This also allows any time-consuming soldering be avoided. In addition, crimped connections provide a much safer and more durable connection than solder joints. However, a connection of the coil conductor with the power controller part is also possible as a plug connection.
Die Leistungshalbleiterschalter übernehmen auf der einen Seite die elektronische Kommutierung der Spulen, wodurch sehr hohe Leistungen bei sehr guten Wirkungsgraden und geringstem Bauraum möglich sind. Andererseits kann über Leistungshalbleiterschalter auch die Generatorfunktion der Motor-Generator-Einheit realisiert werden. Durch die Steuerung der Leistungshalbleiterschalter während des Generatorbetriebs des Motors entfällt auch jeglicher externer Laderegler. The power semiconductor switches take on the one hand the electronic commutation of the coils, whereby very high performance with very good efficiencies and minimal space are possible. On the other hand, the generator function of the motor-generator unit can be realized via power semiconductor switch. By controlling the power semiconductor switch during the generator operation of the engine also eliminates any external charge controller.
Alternativ kann die Gleichrichtung über Brücken- oder Diodengleichrichter erfolgen, wobei die Laderegelung durch einen oder mehrere Halbleiterschalter auf der Leistungsplatine möglich ist. (Fig. 7). Die elektronische Steuerung der Leistungshalbleiterschalter kann direkt auf den Elektronikplatinen angeordnet werden. Alternatively, the rectification can be done via bridge or diode rectifier, wherein the charge control is possible by one or more semiconductor switches on the power board. (Figure 7). The electronic control of the power semiconductor switches can be arranged directly on the electronic boards.
Oft ist aber eine getrennte Anordnung des Steuerteils von Vorteil. In diesem Fall wird ein eigener kleiner Steuerteil mit dem Leistungsteil, welcher direkt am Motor sitzt, über eine Kabelverbindung verbunden. Often, however, a separate arrangement of the control part of advantage. In this case, a separate small control part with the power unit, which sits directly on the engine, connected via a cable connection.
Der Vorteil kann darin liegen, den Steuerteil im Abstand vom Motor in einem geschützten Umfeld zu positionieren. Dieser Steuerteil kann durch eine mehrpolige Leitung, eine Busleitung oder auch per Lichtleiter, per Funk oder auf andere Weise mit der Motoreinheit verbunden werden. The advantage may be to position the control unit at a distance from the engine in a protected environment. This control unit can be connected to the motor unit by means of a multi-pole cable, a bus cable or also by optical fiber, by radio or in another way.
Das Steuerteil kann einfach oder auch mehrfach redundant ausgeführt werden. Durch eine Redundanz von Reglerteil, Verbindungsleitung mit Steckverbindungen und der Ansteuerelektronik am Leistungsteil kann die Antriebseinheit sehr betriebssicher aus- geführt werden. The control part can be designed to be simple or multiple redundant. Due to the redundancy of the controller part, connecting cable with plug connections and the control electronics on the power unit, the drive unit can be designed very reliable.
Fig. 1 1 zeigt ein Beispiel für die redundante Steuerung des Motors. Die z.B. zweCon- troller-Einheiten erhalten die Betriebsinformation z.B. durch eine CAN-Bus anbin- düng, durch ein Analogsignal oder z.B. durch ein PWM-Signal. Die Controller sind jeweils mittels einer separaten Verbindung mit der Leistungsreglerplatine durch Kabel und Stecker, eine Funkverbindung oder dgl. verbunden. Auf der Leistungsplatine sitzen die beiden Ansteuerelektroniken für die Halbleiterschalter (z.B. FETs). Hier ist auch die Signalrückführung für die Positionsmeldung des Rotors an die Controllereinheit doppelt vorhanden. Fig. 11 shows an example of the redundant control of the motor. The two-controller units, for example, receive the operating information by means of a CAN bus, for example. fertil, by an analog signal or eg by a PWM signal. The controllers are each connected by a separate connection to the power controller board through cables and plugs, a radio link or the like. The two control electronics for the semiconductor switches (eg FETs) are located on the power board. Here also the signal feedback for the position message of the rotor to the controller unit is duplicated.
Die aufbereiteten Signale werden über ringförmig umlaufende Signalleitungen zu den Halbleiterschaltern geleitet. Jede FET-Gruppe (12 FETs) kann bei Ausfall einer Sig- nalleitungsbündels auf das andere Bündel umschalten, wodurch selbst bei Ausfall einer ganzen Controllereinheit, eines Kabels oder einer Steckverbindung zum Motor die volle Leistung des Motors erhalten bleibt. The processed signals are conducted to the semiconductor switches via ring-shaped circulating signal lines. Each FET group (12 FETs) can switch to the other bundle if one signal line bundle fails to maintain full motor performance, even if one entire controller unit, cable, or plug connection to the motor fails.
Eine etwas vereinfachte Lösung zeigt Fig. 12. Hier werden die Signalbündel nur ein- fach je zur Hälfte um die Leistungsplatine geführt. D.h. beim Ausfall eines Controllers, Kabels, usw. würde hier nur mehr die Hälfte der Leistung zur Verfügung stehen, da die Leistungshalbleiter der ausgefallenen Seite ebenfalls ausfallen. A somewhat simplified solution is shown in FIG. 12. Here, the signal bundles are only halfway around the power board. That in case of failure of a controller, cable, etc., only half of the power would be available here, since the power semiconductors of the failed side also fail.
Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Bauteile als auch durch die lötfreien Verbindungen kann der Strom entsprechend der zu erfolgenden Kommutierung direkt zu den Motorspulen durchgeschaltet werden. Durch diese spezielle Schaltungstechnik wird erreicht, dass jede einzelne Spule des Motors auf einfache Weise direkt an die Versorgungsspannung angelegt werden kann. Ein weiterer Vorteil dieser Konstruktion ist, dass die Halbleiterschalter zur Durchschaltung des Spulenstromes über ein Trägerbauteil (Reglerring) mit dem Gehäuse des Stators verbunden sind. Da der Stator entweder per Luft- oder Wasserkühlung gekühlt wird, kann hierdurch ohne zusätzliche Kühlkörper auch die Verlustleistung der Halbleiterschalter abgeleitet werden. The inventive arrangement of the components as well as by the solderless connections, the current can be switched through according to the commutation to be carried out directly to the motor coils. This special circuit technology ensures that each individual coil of the motor can be applied directly to the supply voltage in a simple manner. Another advantage of this design is that the semiconductor switches for switching the coil current via a support member (control ring) are connected to the housing of the stator. Since the stator is cooled either by air or water cooling, the power loss of the semiconductor switches can be derived without additional heat sink.
Eine Besonderheit der Erfindung ist, dass das Motorengehäuse d.h. Stator und Rotor auf Masse liegen. Die separaten Zuleitungen zu den Zuleitungsringen werden jedoch mit einer Spannung von +60 Volt und -60 Volt beaufschlagt. D.h. die Leistungshalblei- ter schalten nicht gegen Masse, sondern schalten +60 Volt und -60 Volt direkt auf die Spulen durch. Hierdurch können die Spulen mit 120 Volt beaufschlagt werden, obwohl man sich im Kleinspannungsbereich des Motors bewegt. Nur die Zuleitungsringe müssen isoliert ausgelegt sein, um ein gleichzeitiges direktes Berühren der Zulei- tungsringe zu verhindern. Durch die Spannungsteilung auf + 60 und - 60 Volt wird erreicht, dass die Schutzvorrichtungen entsprechend den Bestimmungen der Niederspannung oder Kleinspannung ausgelegt werden kann. Andererseits liegt aber jede einzelne Spule auf der vollen Spannung an, d.h. z.B. 2x 60 Volt ist gleich 120 Volt, wodurch nur die halben Leitungsquerschnitte für die gleiche Motorleistung erforderlich sind. A special feature of the invention is that the motor housing ie stator and rotor are grounded. However, the separate leads to the feed rings are supplied with a voltage of +60 volts and -60 volts. This means that the power They do not switch to ground but switch +60 volts and -60 volts directly to the coils. As a result, the coils can be charged with 120 volts, although you move in the extra-low voltage range of the motor. Only the feeder rings must be insulated so as to prevent simultaneous direct contact with the feeder rings. The voltage division to + 60 and - 60 volts ensures that the protection devices can be designed according to the provisions of low voltage or low voltage. On the other hand, each individual coil is at the full voltage, ie, for example, 2x 60 volts equals 120 volts, which requires only half the cable cross-sections for the same motor power.
Durch diese neue Ausbildung des bürstenlosen Elektromotors verringert sich der Zuleitungsquerschnitt nochmals um 50 %. Hinzu kommen die 50 % Leitungsgewichtersparnis der normalerweise drei Leiter vom Reglerbaustein zum Motor, wodurch ins- gesamt nur ein Leitungsquerschnitt von 33% eines normalen bürstenlosen Gleichstrommotors erforderlich ist. Due to this new design of the brushless electric motor, the supply cross section is again reduced by 50%. In addition, there is the 50% line weight saving of the normally three conductors from the controller module to the motor, which in total only requires a conductor cross section of 33% of a normal brushless DC motor.
Ein Betrieb mit +120 Volt / -120 Volt würde ebenfalls große Vorteile in der Sicherheitstechnik haben und zudem eine wesentliche Vereinfachung in der sicherheits- technischen Zulassung mit sich bringen. Operation at +120 volts / -120 volts would also have great advantages in safety engineering and also bring about a significant simplification in the safety-related approval.
Zudem kann der Motor über einen Radialverdichter verfügen, welcher Druckluft zur Kühlung der Kabel zur Verfügung stellt. D.h. die Zuleitungskabel können mit einem dünnwandigen Kühlungsschlauch umgeben werden, durch welchen von der Motorsei- te her Kühlluft durch die Kabel geblasen wird. Hierdurch können die Zuleitungskabel auch bei Höchstleistung auf einem niedrigen Temperaturniveau gehalten und hierdurch nochmals niedriger dimensioniert bzw. bei gleichem Leitungsquerschnitt mit höherem Strom belastet werden. Bei einem Leitungs- oder Spulendefekt könnte es durch den +60/-60 Voltbetrieb vorkommen, dass sich ein Zuleitungskabel auf Masse (Gehäuse) legt, wodurch dann gegenüber dem anderen Zuleiter gegenüber dem Gehäuse ein Spannungpotential von 120 Volt ergibt. Ein Verteiler des Gleichstrommotors ist derart ausgebildet, dass er der Verteilung der Stromzuführung dient, um umlaufend die volle Stromzufuhr zu gewährleisten In addition, the engine may have a radial compressor which provides compressed air for cooling the cables. This means that the supply cables can be surrounded by a thin-walled cooling hose, through which cooling air is blown through the cables from the motor side. As a result, the supply cable can be kept at a low temperature level, even at maximum output, and thereby again dimensioned lower or loaded with higher current for the same line cross-section. In the event of a line or coil fault, the + 60 / -60 volt operation could cause a supply cable to ground (housing), which then results in a voltage potential of 120 volts with respect to the other supply to the housing. A distributor of the DC motor is designed such that it serves to distribute the power supply in order to ensure the full supply of power around the circumference
Erfindungsgemäß kann daher eine Schutzschaltung in der Zuleitung vorgesehen werden, die eine, zwei oder auch alle drei der folgenden Schutzfunktionen nutzt: According to the invention, therefore, a protective circuit can be provided in the supply line which uses one, two or even all three of the following protective functions:
Es wird der Strom im Masseverbindungskabel vom Akkumulator zum Gehäuse des Motors gemessen. Würde das Spannungsniveau eines Zuleitungskabels durch einen Defekt auf Masse zu liegen kommen, so würde dies einen Batteri- enkurzschluss bewirken und der Kurzschlussstrom würde über die Masseverbindung zum Akkumulator fließen. Steigt also der Stromfluss im Massekabel an, so wird unmittelbar die Versorgung zum Motor unterbrochen. The current in the ground connection cable from the accumulator to the housing of the motor is measured. If the voltage level of a supply cable were to ground due to a defect, this would cause a battery short circuit and the short-circuit current would flow to the accumulator via the ground connection. So increases the current flow in the ground cable, so the supply to the motor is interrupted immediately.
Ähnlich einem Fl-Schalter wird der Strom über die beiden plus- und minus- Zuleitungen gemessen. Sind die beiden Ströme nicht exakt gleich, dann wird ebenfalls die Zuleitung unterbrochen.  Like a Fl-switch, the current is measured via the two plus and minus leads. If the two currents are not exactly equal, then the supply line is interrupted as well.
Es wird die Spannung jeweils zwischen den Zuleitungen und der Masse gemessen. Ist diese nicht gleich, so bedeutet dies, dass sich das Massepotential nicht mehr mittig zwischen der Plus- und Minuszuleitung befindet und irgendwo ein Zuleitungskabel eine Verbindung zur Masse haben muss. Auch in diesem Fall wird die Zuleitung unterbrochen.  The voltage is measured in each case between the supply lines and the ground. If this is not the same, this means that the ground potential is no longer in the middle between the positive and negative supply and somewhere a supply cable must have a connection to the ground. Also in this case, the supply line is interrupted.
Weiterhin ist erfindungsgemäß eine Steuerschaltung für einen Gleichstrommotor mit einer Leistungsregeleinrichtung umfassend eine Einzelspulenschaltung mittels Leistungshalbleiterschalter (FETs) vorgesehen, wobei die Leistungshalbleiterschalter derart ausgebildet sind, dass jede Spule des Gleichstrommotors separat mit einer Versorgungsspannung beaufschlagbar ist, so dass alle Spulen mit der vollen Versorgungsspannung beaufschlagbar sind. Furthermore, according to the invention a control circuit for a DC motor with a power control device comprising a single coil circuit by means of power semiconductor switch (FETs) is provided, wherein the power semiconductor switches are designed such that each coil of the DC motor can be acted upon separately with a supply voltage, so that all coils can be acted upon by the full supply voltage ,
Die Steuerschaltung kann zumindest sechs Steuerleitungen zur Ansteuerung ein- gangsseitiger Leistungshalbleiterschalter (FETs) aufweise, so dass die Versorgungsspannung an der jeweiligen Spule anliegt und dass zumindest sechs Steuerleitungen zum Ansteuern der Leistungshalbleiterschalter (FETs) zur Masse-Verbindung vorge- sehen sind über die der Strom zurück zur Masse-Seite einer Stromversorgungsquelle fließt. The control circuit can have at least six control lines for driving input side power semiconductor switches (FETs), so that the supply voltage is applied to the respective coil and that at least six control lines for driving the power semiconductor switches (FETs) are provided for ground connection. see are the current flows back to the ground-side of a power source.
Die Steuerschaltung kann eine Spannungsreduzierungsschaltung aufweisen, die der- art ausgebildet ist, dass die eingangsseitigen FETs über Kreuz mit den FETs zur Masse-Verbindung geschalten sind, so dass die Ansteuerspannung über diese Kreuzschaltung von den eingangsseitigen FETs zu den FETs zur Masse-Verbindung geführt wird. Auf diese Weise sind sechs Steuerleitungen zum Ansteuern mittels einer Steuereinrichtung ausreichend. The control circuit may have a voltage reduction circuit which is designed such that the input-side FETs are connected in cross-over with the FETs to the ground connection, so that the drive voltage is conducted via this cross-connection from the input-side FETs to the FETs to the ground connection , In this way, six control lines for driving by means of a control device are sufficient.
Die Schaltung kann drei weitere Leistungshalbleiterschalter (FETs) zum Umschalten zwischen Normalbetrieb (Sternschaltung) und Einzelspulenschaltung aufweisen, so dass der Gleichstrommotor entweder im Normalbetrieb oder mittels der Einzelspulenschaltung betreibbar ist. The circuit may comprise three further power semiconductor switches (FETs) for switching between normal operation (star connection) and single coil circuit, so that the DC motor can be operated either in normal operation or by means of the single coil circuit.
Die Steuerschaltung kann eine Leistungsplatine aufweise, wobei jede Magnetspule direkt mit der Leistungssteuerplatine verbunden ist. The control circuit may include a power board with each solenoid directly connected to the power control board.
Weiterhin ist ein erfindungsgemäßer Gleichstrommotor mit einer erfindungsgemäßen Steuerschaltung vorgesehen. Furthermore, a DC motor according to the invention is provided with a control circuit according to the invention.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend beispielhaft anhand der Zeichnungen erläutert. Die Zeichnungen zeigen in: Embodiments of the invention are explained below by way of example with reference to the drawings. The drawings show in:
Fig. 1 einen Gleichstrommotor in perspektivischer Ansicht mit Blickrichtung auf den Rotor, Fig. 2 den Gleichstrommotor aus Fig. 1 in perspektivischer Ansicht mit Blickrichtung auf den Stator, 1 shows a direct current motor in a perspective view looking towards the rotor, FIG. 2 shows the DC motor from FIG. 1 in a perspective view looking towards the stator,
Fig. 3 einen Schnitt durch einen Bereich des Gleichstrommotors aus Fig. 1 , Fig. 4 einen Schnitt durch einen Bereich eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Gleichstrommotors, Fig. 5 einen Schnitt durch einen Bereich eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Gleichstrommotors, 3 shows a section through a portion of the DC motor of FIG. 1, 4 shows a section through a region of a further embodiment of a DC motor, FIG. 5 shows a section through a region of a further embodiment of a DC motor,
Fig. 6 Prinzipskizze eines Schaltschemas einer aus dem Stand der Technik bekannten Steuerschaltung, 6 shows a schematic diagram of a circuit diagram of a control circuit known from the prior art,
Fig. 7 Prinzipskizze eines Schaltschemas einer erfindungsgemäßen Steuerschaltung, 7 shows a schematic diagram of a circuit diagram of a control circuit according to the invention,
Fig. 8 Prinzipskizze eines Schaltschemas eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Steuerschaltung mit Spannungsreduzierungsschaltung, 8 schematic diagram of a circuit diagram of a second embodiment of a control circuit according to the invention with voltage reduction circuit,
Fig. 9 Prinzipskizze eines Schaltschemas eines dritten, um drei FETs erweiterten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Steuerschaltung, 9 a schematic diagram of a circuit diagram of a third exemplary embodiment of a control circuit according to the invention which is extended by three FETs,
Fig. 10 Prinzipskizze der Anordnung von Spulentrippien eines Gelichstrommotors, 10 is a schematic diagram of the arrangement of coil triplets of a Gelichstrommotors,
Fig. 1 1 zeigt ein Beispiel für eine redundante Steuerung eines Gleichstrommotors, und Fig. 1 shows an example of a redundant control of a DC motor, and
Fig. 12 eine vereinfachte Ausführungsform der Steuerung aus Figur 1 1 . Fig. 12 is a simplified embodiment of the controller of Figure 11.
Ein Gleichstrommotor 1 nach einem ersten Ausführungsbeispiel weist einen Rotor 2 und einen Stator 3 auf. A DC motor 1 according to a first embodiment has a rotor 2 and a stator 3.
Der Rotor 2 ist aus einer stirnseitigen Ringscheibe 4, einer Zylinderwandung 5 und einem Verbindungsring 6 ausgebildet. Der Verbindungsring 6 ist am Umfang der Ringscheibe 4 angeordnet und mit einem Rand der Zylinderwandung 5 verbunden. An dem Verbindungsring sind in regelmäßigen Abständen Durchgangsöffnungen 7 ausgebildet. Durch deren Anordnung wird ein Radiallüfter ausgebildet, der Kühlluft ansaugt und radial nach außen abströmt. The rotor 2 is formed from a front-side annular disc 4, a cylinder wall 5 and a connecting ring 6. The connecting ring 6 is arranged on the circumference of the annular disc 4 and connected to an edge of the cylinder wall 5. At the connecting ring through holes 7 are at regular intervals educated. By arranging a radial fan is formed, which sucks in cooling air and flows radially outward.
An der Innenseite der Zylinderwandung sind in regelmäßigen Abständen Perma- nentmagnete 8 angeordnet. Die Permanentmagnete sind als rechteckförmige Plättchen ausgebildet. Permanent magnets 8 are arranged at regular intervals on the inside of the cylinder wall. The permanent magnets are formed as rectangular plates.
Konzentrisch und innerhalb der Zylinderwandung 5 ist ein Innenring 9 angeordnet, der drehfest mit dem Rotor 2 verbunden ist und sich zusammen mit diesem mitdreht. Concentric and within the cylinder wall 5, an inner ring 9 is arranged, which is rotatably connected to the rotor 2 and rotates together with this.
Der Stator 3 weist Zuleitungsringe 10, 1 1 auf, die aus einem gut elektrisch leitendem Material, wie z.B. Kupfer oder Aluminium oder einer Kupfer oder Aluminium enthaltenden Legierung, ausgebildet sind. Die beiden Zuleitungsringe 10, 1 1 sind voneinander radial beabstandet. Zwischen den Ringen 10, 1 1 kann ein elektrischer Isolator angeordnet sein. Die beiden Ringe 10, 1 1 sind auf einem Reglerring 12 befestigt, wobei sie von diesem elektrisch isoliert sind. Das Statorgehäuse begrenzt einen ringförmigen Hohlraum, in welchen sich Leistungsplatinen 13 befinden. Eine jede Leistungsplatine weist mehrere Hochleistungshalbleiterschalter auf. Der Stator 3 weist mehrere Elektromagnete 14 auf, die jeweils aus einer Spule 15 und einem Kern 16 bestehen. Die Magnete 14 sind jeweils in Radialrichtung ausgerichtet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind 40 Magnete 8 und 36 Elektromagnete 14 vorgesehen. Aufgrund der unterschiedlichen Anzahl von Magneten 8 und Elektromagneten 14 gibt es keinen Totpunkt. Vorzugsweise beträgt die Anzahl der Magnete 8 bzw. der Elektromagnete 14 jeweils ein ganzzahliges Vielfaches von drei. The stator 3 has lead rings 10, 1 1 made of a good electrically conductive material, such as. Copper or aluminum or a copper or aluminum-containing alloy are formed. The two supply lines 10, 1 1 are radially spaced from each other. Between the rings 10, 1 1, an electrical insulator may be arranged. The two rings 10, 1 1 are mounted on a control ring 12, wherein they are electrically isolated from this. The stator housing defines an annular cavity in which power boards 13 are located. Each power board has multiple high power semiconductor switches. The stator 3 has a plurality of electromagnets 14, each consisting of a coil 15 and a core 16. The magnets 14 are each aligned in the radial direction. In the present embodiment, 40 magnets 8 and 36 electromagnets 14 are provided. Due to the different number of magnets 8 and electromagnets 14, there is no dead center. Preferably, the number of magnets 8 and the electromagnets 14 is an integer multiple of three.
Die Elektromagnete 14 sind aus einem ringförmigen Blechpaket ausgebildet und jeweils radial außen auf einem ringförmigen Basiskörper 17 des Stators 3 befestigt. Der Basiskörper 17 weist einen Hohlkanal auf, durch welchen Kühlwasser geleitet werden kann. Der Basiskörper 17 ist mit einer Stirnseite mit dem Statorgehäuse 12 befestigt und weist am anderen Stirnseitenbereich ein Kugellager 18 auf. An Stelle des Hohlraums können auch Lamellen vorgesehen sein, welche eine effektive Luftkühlung bewirken. Mit dem Kugellager stützt sich der Basiskörper 17 und damit der Stator 3 drehbar am Innenring 9 des Rotors 2 ab. The electromagnets 14 are formed from an annular laminated core and in each case fixed radially on the outside on an annular base body 17 of the stator 3. The base body 17 has a hollow channel through which cooling water can be passed. The base body 17 is fastened with one end face to the stator housing 12 and has a ball bearing 18 on the other end face area. In place of the cavity and slats can be provided, which provides effective air cooling cause. With the ball bearing, the base body 17 and thus the stator 3 rotatably supported on the inner ring 9 of the rotor 2 from.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine ringförmige Leistungsplatine 13 ange- ordnet. Diese Leistungsplatine weist zumindest 6 Hochleistungshalbleiterschalter für jeweils 3 Elektromagnete auf, welche eine elektrische Verbindung zwischen den Enden der Spulen 15 und den Zuleitungsringen 10, 1 1 schalten. Die Hochleistungshalbleiterschalter sind derart geschaltet, dass die Spulen 15 der Elektromagnete 14 mit der an den Zuleitungsringen 10, 1 1 anliegenden Spannung beaufschlagt werden können, wobei die Spannung auch umgepolt werden kann. Die Elektromagnete können somit in drei Zustände geschaltet werden, mit dem Nordpol radial außen, mit dem Südpol radial außen und unmagnetisiert. In the present embodiment, an annular power board 13 is arranged. This power board has at least 6 high-power semiconductor switches for every 3 electromagnets which switch an electrical connection between the ends of the coils 15 and the supply rings 10, 11. The high-power semiconductor switches are switched such that the coils 15 of the electromagnets 14 can be acted upon by the voltage applied to the supply line rings 10, 11, the voltage also being able to be reversed. The electromagnets can thus be switched into three states, with the north pole radially outside, with the south pole radially outside and unmagnetized.
Die Leistungsplatinen 13 Sind über Steuerleitungen 19 mit einem Controller (nicht dargestellt) verbunden. Weiterhin ist ein oder sind mehrere Magnetfeldsensoren 20, wie z.B. Hallsensoren, am Stator benachbart zu den Magneten 8 des Rotors 2 angeordnet und mit einer Leitung mit dem Controller verbunden. Der Controller kann anhand des Signals der Magnetfeldsensoren 20 die Drehposition des Rotors 2 erkennen und anhand der Drehposition des Rotors werden die Elektromagnete 14 derart mit Spannung beaufschlagt, dass sie ein gewünschtes Drehmoment auf den Rotor 2 ausüben. The power boards 13 are connected via control lines 19 to a controller (not shown). Furthermore, one or more magnetic field sensors 20, e.g. Hall sensors, arranged on the stator adjacent to the magnets 8 of the rotor 2 and connected to a line to the controller. The controller can detect the rotational position of the rotor 2 on the basis of the signal from the magnetic field sensors 20 and, based on the rotational position of the rotor, the electromagnets 14 are subjected to voltage such that they exert a desired torque on the rotor 2.
Die Vorteile dieses bürstenlosen Gelichstrommotors sind oben erläutert. Dieser Gleichstrommotor kann auch als Generator, insbesondere Gleichstromgenerator, verwendet werden. Für die Leitung der erzeugten Energie zu einem Akkumulator oder Verbraucher können ebenfalls Leistungshalbleiterschalter vorgesehen werden. The advantages of this brushless Gelichstrommotors are explained above. This DC motor can also be used as a generator, in particular DC generator. For the conduction of the energy generated to an accumulator or consumer also power semiconductor switches can be provided.
Bei dem in Fig. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Leistungsplatine 13 beidseitig mit Hochleistungshalbleiterschaltern bestückt. Das in Fig. 4 gezeigte Ausführungsbeispiel entspricht dem aus Figur 3, wobei jedoch hier die Leistungsplatine 13 nur einseitig mit Hochleistungshalbleiterschaltern bestückt. Bei dem in Fig. 5 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Regelring 12 radial innerhalb der Elektromagneten 14 im Stator 3 angeordnet, weshalb das Statorgehäuse 12 ein Stück radial nach innen gesetzt ist und der gesamte Motor mit geringerer Baulänge ausgebildet ist. In einem Sonderfall eines Gleichstrommotors liegt die Versorgungsspannung mit einem Plus-Potential sowie einem Minus-Potential an, wobei das Gehäuse zwischen diesen beiden Spannungspotentialen die Masse (GND) bildet, wodurch der Motor mit einer Spannungsversorgung von z.B. + 100 V und - 100 V in den Sicherheitsbestimmungen der Einzelspannungen (z.B. Niederspannung 120 V Gleichspannung) zu lie- gen kommt, wobei jedoch an den Spulen des Motors z.B. 200 V anliegen. In the embodiment shown in Fig. 3, the power board 13 is equipped on both sides with high-power semiconductor switches. The embodiment shown in Fig. 4 corresponds to that of Figure 3, but here the power board 13 equipped only on one side with high-power semiconductor switches. In the embodiment shown in Fig. 5, the control ring 12 is disposed radially within the electromagnet 14 in the stator 3, which is why the stator housing 12 is set a piece radially inward and the entire engine is designed with a shorter overall length. In a special case of a DC motor, the supply voltage with a plus potential and a minus potential, wherein the housing forms the ground between these two voltage potentials (GND), whereby the motor with a power supply of eg + 100 V and - 100 V in The safety regulations of the individual voltages (eg low voltage 120 V DC) are to lie, but with the coils of the motor, for example, 200 V applied.
Weiterhinkann eine mindestens doppelt vorhandene Controller-Einheit derart redundant aufgebaut sein (Figur 1 1 und 12), dass die Signalzuleitung für die Leistungs- Steuerung doppelt umlaufend auf der Leistungsplatine vorhanden sind, sodass die Leistungskomponenten bei Ausfall einer Controllereinheit oder deren Verbindung zum Leistungsteil auf die zweite Controllereinheit umschalten kann. Furthermore, an at least doubly existing controller unit can be of redundant design (FIGS. 1 1 and 12) such that the signal supply for the power control is present twice circulating on the power board, so that the power components in case of failure of a controller unit or its connection to the power unit can switch second controller unit.
Weiterhin kann die doppelt vorhandene Controller-Einheit derart redundant aufgebaut sein, dass die Signalezuleitung für die Leistungssteuerung halbiert umlaufend auf der Leistungsplatine vorhanden sind, sodass bei Ausfall einer Controllereinheit oder deren Verbindung zum Leistungsteil zumindest ein Teil der Magnetspulen durch die Redundanz in Betrieb bleibt Ein erheblicher Nachteil der eingangs beschriebenen Steuerschaltung (Figur 6) besteht darin, dass sich an den Spulen A, B, C durch die Serienschaltung immer zweier Spulen die Spannung, die an den einzelnen Spulen anliegt, auf ca. die jeweils Hälfte der Versorgungsspannung reduziert. Dies ist durch die enstsprechenden Schaltzu- stäne S1 , S2 und S3 dargestellt. Besonders im Betrieb mit Kleinspannung (< 60 V) oder Niederspannung (< 120 V) bringt dies den erheblichen Nachteil mit sich, dass die Leistungen solcher Motoren aufgrund der begrenzt zugelassenen Versorgungsspannung limitiert sind. Für leistungsstärkere Motoren kann auf höhere Stromstärken ausgewichen werden, allerdings bringt dies mehr Baugröße und wesentlich mehr Gewicht mit sich. Zudem sind leistungsstärkere Steuerungen und querschnittdickere und damit schwerere Zuleitungskabel erforderlich. Furthermore, the duplicate controller unit may be constructed redundantly such that the signal supply for the power control are present in a circle around the power board, so that if one controller unit or its connection to the power unit fails, at least part of the solenoid remains operational due to the redundancy Disadvantage of the control circuit described above (Figure 6) is that at the coils A, B, C by the series connection always two coils, the voltage applied to the individual coils, reduced to about the respective half of the supply voltage. This is due to the appropriate switching Sten S1, S2 and S3 shown. Especially when operating with low voltage (<60 V) or low voltage (<120 V), this has the considerable disadvantage that the performance of such motors are limited due to the limited supply voltage. For more powerful engines can be avoided on higher currents, but this brings more size and much more weight with it. In addition, more powerful controls and cross-section thicker and thus heavier supply cables are required.
Beispiel: Example:
Bei maximal 120 V Versorgungsspannung (Niederspannungslimit) teilt sich die Spannung an den beaufschlagten Spulen A, B, C (serieller Spannungsteiler), sodass an jeder Spule A, B, C nur eine Spannung von in etwa 60 V anliegt. Beispielhaft davon ausgehend, dass z.B. ein Strom von 10 A durch zwei Spulen fließt, ergibt dies eine Leistung von 60 V x 10 A = 600 Watt pro Spule.  At a maximum of 120 V supply voltage (low voltage limit), the voltage at the applied coils A, B, C (serial voltage divider), so that at each coil A, B, C only a voltage of about 60 V is applied. For example, assuming that e.g. a current of 10 A flows through two coils, this results in a power of 60 V x 10 A = 600 watts per coil.
Im Folgenden wird eine erfindungsgemäße Steuerschaltung 34 für einen Gleichstrommotor beschrieben. Insbesondere ist diese Steuerschaltung 34 für den vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen bürstenlosen Gleichstrommotor 1 vorgesehen. In the following, a control circuit 34 according to the invention for a DC motor will be described. In particular, this control circuit 34 is provided for the above-described brushless DC motor 1 according to the present invention.
Die Steuerschaltung 34 ist inForm der ringförmigen Leistungsplatine 13 ausgebildet. Der Contoller gibt entsprechende Steuersignale an FETs 21 der Leistungsplatine 13 und steuert welches FET 21 geschalten wird. Bei der erfindungsgemäßen Steuerschaltung 34 ist die Leistungsplatine 13 bzw. der Leistungsteil derart ausgebildet, dass jede einzelne Spule A, B und C separat beaufschlagt werden kann. Durch die separate Ansteuerung jeder einzelnen Spule A, B und C in einer Art FET-Kreuzschaltung werden alle Spulen A, B und C mit der vollen Versorgungsspannung beaufschlagt. Fig. 7 und Fig. 8 zeigen ein Schaltschema der erfindungsgemäßen Steuerschaltung 34 für einen bürstenlosen Gleichstrommotor 1 (BLDC-Motor)-Steuerung. Durch die Ansteuerung der zwölf FETs 21 werden die Spulen A, B und C derart mit Spannung beaufschlagt, dass sich ebenfalls ein Drehfeld ergibt. Die einzelnen Schaltzustände bzw. die Stufen der elektronischen Kommutierung sind mit S1 , S2 und S3 bezeichnet. Durch die Kreuzschaltung von jeweils vier FETs pro Spule A, B, C lässt sich so jede einzelne Spule A, B, C zeitlich exakt und magnetrichtungsmäßig völlig unabhängig von den anderen beiden Spulen ansteuern. The control circuit 34 is formed in the form of the annular power board 13. The controller provides appropriate control signals to FETs 21 of the power board 13 and controls which FET 21 is switched. In the control circuit 34 according to the invention, the power board 13 or the power unit is designed such that each individual coil A, B and C can be acted upon separately. By the separate control of each coil A, B and C in a kind of FET cross-circuit all coils A, B and C are supplied with the full supply voltage. Fig. 7 and Fig. 8 show a circuit diagram of the brushless DC motor 1 (BLDC motor) control circuit 34 according to the present invention. By driving the twelve FETs 21, the coils A, B and C are subjected to such voltage that also results in a rotating field. The individual switching states or the stages of the electronic commutation are denoted by S1, S2 and S3. As a result of the cross-connection of four FETs per coil A, B, C, each individual coil A, B, C can be controlled exactly in time and with respect to magnetic direction, completely independently of the other two coils.
Das Schaltungsschema gemäß Fig. 7 zeigt die Ansteuerung mit sechs Steuerleitun- gen22 im oberen Spannungbereich (Versorgungsspannung). Diese sechs Steuerleitungen 22 werden mit einer ca. um + 10 V gegenüber der Versorgungsspannung erhöhten Ansteuerspannung die eingangsseitigen FETs 21 angesteuert (geöffnet), wodurch die Versorgungsspannung an der jeweiligen Spule anliegt. Unterhalb werden die Masse(GND)-seitigen-FETs durch eine Ansteuerspannung von ca. + 10 V über Masse (GND) angesteuert (geöffnet), über die der Strom zurück zur Mas- se(GND)-Seite der Stromversorgungsquelle 25 fließt. Bei diesem Schaltungsprinzip sind am Prozessor (nicht dargestellt) eines Controllers 28 zwölf Ausgänge notwendig um die zwölf FETs 21 , 24 ansteuern zu können. The circuit diagram according to FIG. 7 shows the control with six control lines 22 in the upper voltage range (supply voltage). These six control lines 22 are driven (open) with an approximately + 10 V compared to the supply voltage increased driving voltage, the input-side FETs 21, whereby the supply voltage is applied to the respective coil. Below this, the ground (GND) -side FETs are driven (opened) by a drive voltage of approx. + 10 V via ground (GND), via which the current flows back to the ground (GND) side of the power supply source 25. In this circuit principle, the processor (not shown) of a controller 28 requires twelve outputs in order to be able to control the twelve FETs 21, 24.
Da existierende Steuerungseinheiten aufgrund der Anforderungen der bisherigen Steuerungstechnik nur für sechs Ausgänge ausgelegt sind, ist hierfür eine Lösung in einm zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Steuerschaltung in Fig. 8 dargestellt. Hier werden die Ansteuerspannungen, die zu den oberen FETs 21 führen über eine Spannungsreduzierungsschaltung 30, hier beispielhaft als Transistorschaltung dargestellt, überkreuzt zu den unteren FETs 24 für die Verbindung zum Mas- se(GND)-Potential. Die Spannungsreduzierung ist meist deshalb erforderlich, da die maximale Gate-Spannung meist auf ca. 15-20 V gegenüber Source begrenzt ist. Since existing control units are designed due to the requirements of the previous control technology only for six outputs, this is a solution in a second embodiment of the control circuit according to the invention shown in Fig. 8. Here, the drive voltages, which lead to the upper FETs 21 via a voltage reduction circuit 30, shown here by way of example as a transistor circuit, cross over to the lower FETs 24 for the connection to the mass. se (GND) potential. The voltage reduction is usually necessary because the maximum gate voltage is usually limited to about 15-20 V compared to source.
Durch diese Spannungsreduzierungsschaltung 30 bzw.„Kreuzschaltung" der FET- Ansteuerspannungen benötigt die erfindungsgemäße Steuerschaltung 34 ebenfalls nur sechs Ansteuerleitungen 31 , wie sie bei bekannten Steuerschaltungen verwendet werden. Der Vorteil dieser kreuzweisen Ansteuerung liegt auch darin, dass die Steuerspannungen nun einheitlich bei ca. 10 V über der Versorgungsspannung liegt. Diese Ausführungsform einer erfindungsgemäße Steuerschaltung 34 mit Spannungsreduzierungsschaltung 21 ist zwar im Hinblick auf die elektronischen Kommutierung etwas aufwändiger, hat aber den großen Vorteil, dass sich die Spulenleistung auf circa das Doppelte der bisherig bekannten Schaltungstechnik erhöhen lässt. Beispiel: By virtue of this voltage reduction circuit 30 or "cross-circuiting" of the FET drive voltages, the control circuit 34 according to the invention also requires only six drive lines 31 as used in known control circuits.The advantage of this cross-actuation also lies in the fact that the control voltages are now uniform at approx Although this embodiment of a control circuit 34 according to the invention with voltage reduction circuit 21 is somewhat more expensive with regard to the electronic commutation, it has the great advantage that the coil power can be increased to approximately twice the circuit technology known hitherto.
Bei maximal 120 V Versorgungsspannung (Niederspannungslimit) teilt sich die Spannung an den beaufschlagten Spulen nicht, da jede Spule für sich direkt an der vollen Versorgungsspannung anliegt. Beispielhaft ausgehend, dass z.B. ein Strom von 10 A wie im obigen Beispiel durch die Spulen fließt, ergibt dies eine Leistung von 120 V x 10 A = 1.200 Watt pro Spule.  At a maximum 120 V supply voltage (low-voltage limit), the voltage on the applied coils is not divided, since each coil is applied directly to the full supply voltage. For example, starting from e.g. a current of 10 A flows through the coils as in the above example, this gives a power of 120 V x 10 A = 1,200 watts per coil.
Diese Verdoppelung der Leistung eines solchen bürstenlosen Gleichstrommotors bei im Wesentlichen gleicher Baugröße und in etwa gleichem Gewicht bringt einen Mehraufwand in der Regelung des Leistungsteils mit sich. Es sind nach diesem Schal- tungsprinzip nicht drei sondern sechs Zuleitungen 32 zum Motor 1 erforderlich. Dafür hat der Motor 1 auch die doppelte Leistung im Vergleich zu einem herkömmlichen motor. Die Kombination der erfindungsgemäßen Steuerschaltung 34 mit der erfindungsgemäßen Leistungsregelung der Leistungsplatine 13 direkt im Motor 1 bringt weitere wesentliche Vorteile mit sich: Durch die besondere Auslegung dieser Leistungsregelung wird jede einzelne Magnetspule A, B, C direkt mit der Leistungssteuerungsplatine 13 durch eine Krimp- oder Steckverbindung verbunden. Sämtliche weitere Leitungsverbindungen werden drahtlos direkt auf bzw. in der Multilayer-Platine geführt, die auch die Leistungshalbleiter (FET oder andere) aufnehmen. This doubling of the performance of such a brushless DC motor with substantially the same size and approximately the same weight brings with it an additional effort in the regulation of the power unit. According to this circuit principle, not three but six supply lines 32 to the motor 1 are required. For the engine 1 has twice the power compared to a conventional engine. The combination of the control circuit according to the invention 34 with the power control of the power board 13 according to the invention directly in the engine 1 brings further significant advantages: Due to the special design of this power control, each solenoid A, B, C directly to the power control board 13 by a crimped or plug connection connected. All other line connections are routed wirelessly directly to or in the multilayer board, which also accommodate the power semiconductors (FET or others).
Jedes Spulentripple A, B, C benötigt dann 12 anstatt 6 FETs zur Ansteuerung. Eine Lösung von 12 FETs die jeweils zwei Spulentripple 33 parallel versorgt (Figuren 7 bis 9) vermeidet die Verdoppelung der FETs, allerdings sind die FETs für die doppelte Stromstärke auszulegen. Eine Verdoppelung der maximalen Stromstärke bringt je- doch meistens keine wesentliche Vergrößerung der Halbleiterelemente und in der Regel wenn überhaupt nur geringfügig mehr Gewicht mit sich. Each coil tap A, B, C then needs 12 instead of 6 FETs to drive. A solution of 12 FETs, each supplying two coil recesses 33 in parallel (FIGS. 7 to 9) avoids the duplication of the FETs, however, the FETs are to be designed for twice the current intensity. However, a doubling of the maximum amperage usually does not result in any significant increase in the size of the semiconductor elements and, as a rule, only slightly more weight if at all.
Der vermeintlich höhere Aufwand der Leitungsführung bzw. Verkabelung der erfindungsgemäßen Steuerschaltung tritt in der Kombination mit der erfindungsgemäßen in den Motor 1 integrierten Leistungssteuerung samt Leistungsplatine 13 gar nicht mehr auf. The supposedly higher cost of wiring or wiring of the control circuit according to the invention occurs in combination with the invention integrated in the motor 1 power control including power board 13 no longer.
Fig. 9 zeigt ein drittes, um drei FETs (X, Y, Z) erweitertes, Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Steuerschaltung 34. Hierdurch ist es möglich, dass der Motor 1 wahlweise in der erfindungsgemäßen Einzelspulenschaltung als auch in der bekannten Sternschaltung der Spulen bzw. im Normalbetrieb betrieben werden kann. Die Schaltungsmöglichkeiten sind mit den S1 bis S3 gekennzeichnet. Die inneren Anschlüsse der Spulen A, B, C sind über die zusätzlichen FETs X, Y und Z verbindbar ausgeführt. Der Vorteil dieser Schaltungstechnik liegt in einem optimierten Betrieb mit zwei unterschiedlichen Spannungen, wobei die Spulenauslegung im Einzelspulenbetrieb als auch mit der doppelten Versorgungsspannung im Sternbetrieb im optimalen Wir- kungsgradbereich arbeiten. Fig. 9 shows a third, by three FETs (X, Y, Z) extended embodiment of a control circuit according to the invention 34. This makes it possible that the motor 1 either in the single coil circuit according to the invention as well as in the known star connection of the coil or in Normal operation can be operated. The circuit options are marked with the S1 to S3. The inner terminals of the coils A, B, C are connected via the additional FETs X, Y and Z connectable. The advantage of this circuit technology lies in optimized operation with two different voltages, the coil design working in single coil operation as well as with double the supply voltage in star operation in the optimum efficiency range.
Im Generatorbetrieb hat diese Schaltung den Vorteil, dass durch den Wechsel von der Einzelspulenschaltung in die Sternschaltung die Ausgangsspannung auf das Doppelte gesteigert werden kann, ohne dass hierfür ein externer DCDC-Wandler er- forderlich ist. Im Umkehrschluss bedeutet dies, dass z.B. für die Ladung eines Akkumulators, der für die Nennspannung im Motorbetrieb ausgelegt ist, die höhere Spannung direkt für die Ladung des Akkumulators zur Verfügung steht oder, dass die Ladung des Akkumulators mit nur etwas über der halben Drehzahl des Motors im Generatorbetrieb reicht. In generator operation, this circuit has the advantage that the output voltage can be doubled by the change from the single coil circuit to the star circuit, without the need for an external DCDC converter. Conversely, this means that e.g. for the charging of a rechargeable battery designed for the rated voltage during motor operation, the higher voltage being directly available for charging the rechargeable battery, or for the rechargeable battery charging to be only slightly above half the speed of the motor during generator operation.
Ein weiterer großer Vorteil dieser Schaltungstechnik ist, dass die einzelnen Spulen in anziehender oder abstoßender Wirkung nicht zwangsweise gleichzeitig beaufschlagt werden müssen, so wie dies bei herkömmlichen Schaltungstechniken zwangsweise der Fall ist. Durch die Softwaresteuerung kann jede einzelne Spule unabhängig von- einander angesteuert werden, wodurch es auch ermöglicht wird, durch eine Überlappung der Ansteuerungen höhere Wirkungsgrade und/oder höhere Leistungen bei gleicher Baugröße und gleichem Gewicht zu erreichen. Another great advantage of this circuit technology is that the individual coils do not necessarily have to be acted upon simultaneously in attractive or repulsive action, as is necessarily the case with conventional circuit techniques. The software control means that each individual coil can be controlled independently of one another, which also makes it possible to achieve higher efficiencies and / or higher outputs with the same size and the same weight by overlapping the actuators.
Somit erbringt ein bürstenloser Gleichstrommotor mit einer erfindungsgemäßen Steu- erschaltung ,wobei der Motor mit der erfindungsgemäßen integrierten Leistungssteuerung versehen ist in etwa die doppelte Leistung bei unwesentlich erhöhtem Gewicht und gleicher Baugröße verglichen mit einem Motor mit herkömmlicher Schaltungstechnik bei gleicher Versorgungsspannung. Gerade im spannungslimitiertem Betrieb (Kleinspannung, Niederspannung) hat dies sehr große Vorteile. Diese auf die Spannungsgrenzen von 60 V bzw. 120 V limitierten Kategorien unterliegen wesentlich reduzierten Anforderungen hinsichtlich der Sicherheitsvorschriften. Sowohl in der Entwicklung als auch in der Produktion, im Vertrieb und der Verwendung solcher Antriebe seitens des Endkunden. Thus, a brushless DC motor with a control circuit according to the invention provides, wherein the motor is provided with the inventive integrated power control in about twice the power at insignificantly increased weight and the same size compared to a motor with conventional circuit technology at the same supply voltage. Especially in voltage-limited operation (low voltage, low voltage) this has great advantages. These categories, which are limited to the voltage limits of 60 V or 120 V, are subject to significantly reduced safety requirements. Both in the development and in the production, in the distribution and the use of such drives by the end customer.
Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat erkannt, dass bürstenlose Gleichstrommotoren mit höheren Leistungen in den unteren Spannungskategorien realisierbar sind, in denen durch wesentlich reduzierte Sicherheitsanforderungen kostengünstiger und damit ertragreicher entwickelt und produziert werden kann. The inventor of the present invention has realized that brushless DC motors with higher performance in the lower voltage categories can be realized, in which can be developed and produced more cost effective and thus more profitable by significantly reduced safety requirements.
Für den Rekupertionsbetrieb (z.B. Generatorbetrieb, Rückladung in einen Akkumulator, Verwendung als elektromagnetische Bremse) sind für einen Motor in der erfindungsgemäßen Schaltungstechnik doppelt so viele Dioden erforderlich als für einen bürstenloser Gleichstrommotor mit herkömmlicher Schaltungstechnik. Allerdings ist auch die Rückladeleistung doppelt so hoch. For recuperation operation (e.g., generator operation, recharge to an accumulator, use as an electromagnetic brake), twice as many diodes are required for a motor in the circuit design of the invention than for a brushless DC motor with conventional circuitry. However, the reclaiming power is twice as high.
Durch die heutigen Möglichkeiten der Rückladetechnik über die bereits für die Leistungsregelung vorhandenen FET-Elemente fällt dieser Mehraufwand ebenfalls weg. Hier werden die FETs wie im Motorbetrieb exakt kommutierend angesteuert. Diese Regelungstechnik hat zudem den Vorteil, dass ohne zusätzlichen Bauaufwand eine Rückladeleistung erreicht werden kann, die in etwa der Abgabeleistung im Motorbetrieb entspricht. Due to today's possibilities of the reload technology over the already existing for the power control FET elements this additional effort also falls away. Here, the FETs are controlled exactly commutating as in engine operation. This control technology also has the advantage that a recharge performance can be achieved without additional construction costs, which corresponds approximately to the output power during engine operation.
Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Gleichstromotor 1 DC motor
2 Rotor  2 rotor
3 Stator  3 stators
4 Ringscheibe  4 annular disc
5 Zylinderwandung  5 cylinder wall
6 Verbindungsring  6 connecting ring
7 Durchgangsöffnung  7 passage opening
8 Permanentmagnet  8 permanent magnet
9 Innenring  9 inner ring
10 Zuleitungsring  10 feed ring
1 1 Zuleitungsring  1 1 feed ring
12 Reglerring  12 control ring
13 Leistungsplatine  13 power board
14 Elektromagnet  14 electromagnet
15 Spule  15 coil
16 Kern  16 core
17 Basiskörper  17 base bodies
18 Kugellager  18 ball bearings
19 Steuerleitung  19 control line
20 Magnetfeldsensor  20 magnetic field sensor
21 eingangsseitiges FET  21 input FET
22 Steuerleitung  22 control line
23 Steuerleitung  23 control line
24 Masse-seitiges FET  24 ground-side FET
25 Stromversorgungsquelle  25 power source
26 Rückladungs-FET  26 recharge FET
27 Ladegleichrichter  27 charging rectifier
28A Controller  28A controller
28B Controller  28B controller
29 Steuerleitung  29 control line
30 Spannungsreduzierungsschaltung  30 voltage reduction circuit
31 Steuerleitung  31 control line
32 Zuleitung  32 supply line
33 Spulentrippel  33 coil nipples
34 Steuerschaltung  34 control circuit
A Spule A coil
B Spule  B coil
C Spule  C coil
S1 Schaltzustand 1 Schaltzustand 2 Schaltzustand 3 S1 switching state 1 Switching state 2 switching state 3
X FET Y FET Z FET X FET Y FET Z FET

Claims

Patentansprüche claims
1 . Gleichstrommotor mit 1 . DC motor with
einem Rotor (2) mit Permanentmagneten (8), a rotor (2) with permanent magnets (8),
einem Stator (3)mit Elektromagnete (14), a stator (3) with electromagnets (14),
mit zumindest einer im Wesentichen ringförmigen Leistungsplatine, welche zwei Pole zum Anlegen einer Eingangsspannung aufweist, und at least one substantially annular power board having two poles for applying an input voltage, and
einen Controller, der zum Steuern der Leistungsplatine derart ausgebildet ist, dass die Eingangsspannung an die Elektromagneten (14) derart angelegt wird, dass am Rotor (2) ein gewünschtes Drehmoment anliegt. a controller configured to control the power board such that the input voltage is applied to the solenoids (14) such that a desired torque is applied to the rotor (2).
2. Gleichstrommotor nach Anspruch 1 , 2. DC motor according to claim 1,
dadurch gekennzeichnet characterized
dass ein Drehpositionssensor (20) zum Detektieren der Drehposition des Rotors (2) vorgesehen ist, wobei der Drehpositionssensor (20) mit dem Controller verbunden ist, so dass der Controller in Abhängigkeit der detektierten Drehposition die Leistungsplatine (13) ansteuert. in that a rotational position sensor (20) is provided for detecting the rotational position of the rotor (2), wherein the rotational position sensor (20) is connected to the controller such that the controller actuates the power board (13) in dependence on the detected rotational position.
3. Gleichstrommotor nach Anspruch 1 oder2, 3. DC motor according to claim 1 or 2,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die zwei Pole der Leistungsplatine mit jeweils einem Zuleitungsring (10, 1 1 ) elektrisch verbunden sind, an welche eine oder mehrere Strom und/oder Spannuns- gsquellen anschließbar sind, so dass die beiden Pole der Stromquelle über jeweils einen Zuleitungsring (10, 1 1 ) die Stromzuführung auf die umlaufende Leistungsplatine bilden. in that the two poles of the power board are electrically connected to a respective supply line ring (10, 11) to which one or more current and / or voltage sources can be connected so that the two poles of the current source are connected via each a supply line (10, 1 1) form the power supply to the circulating power board.
4. Gleichstrommotor nach Anspruch 3, 4. DC motor according to claim 3,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Zuleitungsringe (10, 1 1 ) konzentrisch zum Rotor (2) bzw. zum Stator (3) angeordnet sind. the supply line rings (10, 11) are arranged concentrically to the rotor (2) or to the stator (3).
5. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, 5. DC motor according to one of claims 1 to 4,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Leistungsplatine in den Stator (3) integriert ist. that the power board is integrated in the stator (3).
6. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, 6. DC motor according to one of claims 1 to 5,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Versorgungsspannung mit einem Plus-Potential sowie einem Minus- Potential anliegt, wobei das Gehäuse zwischen diesen beiden Spannungspotentialen die Masse (GND) bildet, wodurch der Motor mit einer Spannungsversorgung von z.B. + 100 V und - 100 V in den Sicherheitsbestimmungen der Einzelspannungen (z.B. Niederspannung 120 V Gleichspannung) zu liegen kommt. that the supply voltage is applied with a plus potential and a minus potential, wherein the housing between these two voltage potentials forms the ground (GND), whereby the motor with a power supply of e.g. + 100 V and - 100 V in the safety regulations of the individual voltages (for example low voltage 120 V DC).
7. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, 7. DC motor according to one of claims 1 to 6,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass eine Controller-Einheit mindestens doppelt vorgesehn ist, und derart redundant aufgebaut ist, dass die Signalzuleitung für die Leistungssteuerung doppelt umlaufend auf der Leistungsplatine vorhanden sind, sodass die Leistungskomponenten bei Ausfall einer Controllereinheit oder deren Verbindung zum Leistungsteil auf die zweite Controllereinheit umschalten kann. a controller unit is provided at least twice, and is constructed so redundant that the signal supply for the power control are double-revolving on the power board, so that the power components can switch to the second controller unit in case of failure of a controller unit or their connection to the power unit.
8. Gleichstrommotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, 8. DC motor according to one of claims 1 to 7,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass eine mindestens doppelt vorhandene Controller-Einheit derart redundant aufgebaut ist, dass die Signalezuleitung für die Leistungssteuerung halbiert umlaufend auf der Leistungsplatine vorhanden sind, sodass bei Ausfall einer Controllereinheit oder deren Verbindung zum Leistungsteil zumindest ein Teil der Magnetspulen durch die Redundanz in Betrieb bleibt. a controller unit that is at least doubly present is constructed redundantly in such a way that the signal supply line for the power control is present in a circle around the power circuit board, so that if one controller unit fails or fails whose connection to the power unit at least a part of the magnetic coils remains in operation due to the redundancy.
9. Steuerschaltung für einen Gleichstrommotor, 9. control circuit for a DC motor,
mit einer Leistungsregeleinrichtung umfassend eine Einzelspulenschaltung mittels Leistungshalbleiterschalter (FETs), die derart ausgebildet sind, dass jede Spule des Gleichstrommotors separat mit einer Versorgungsspannung beaufschlagbar ist, so dass alle Spulen mit der vollen Versorgungsspannung beaufschlagbar sind. with a power control device comprising a single coil circuit by means of power semiconductor switches (FETs), which are designed such that each coil of the DC motor can be acted upon separately with a supply voltage, so that all coils can be acted upon by the full supply voltage.
10. Steuerschaltung nach Anspruch 9, 10. Control circuit according to claim 9,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass zumindest sechs Steuerleitungen zur Ansteuerung eingangsseitiger Leistungshalbleiterschalter (FETs) vorgesehen sind, so dass die Versorgungsspannung an der jeweiligen Spule anliegt und dass zumindest sechs Steuerleitungen zum Ansteuern der Leistungshalbleiterschalter (FETs) zur Masse-Verbindung vorgesehen sind über die der Strom zurück zur Masse-Seite einer Stromversorgungsquelle fließt. in that at least six control lines are provided for driving input-side power semiconductor switches (FETs) so that the supply voltage is applied to the respective coil and at least six control lines are provided for driving the power semiconductor switches (FETs) to the ground connection via which the current flows back to the ground side a power source flows.
1 1. Steuerschaltung nach Anspruch 9 oder 10, 1 1. A control circuit according to claim 9 or 10,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass eine Spannungsreduzierungsschaltung vorgesehen ist, die derart ausgebildet ist, dass die eingangsseitigen FETs über Kreuz mit den FETs zur Masse-Verbindung geschalten sind, so dass die Ansteuerspannung über diese Kreuzschaltung von den eingangsseitigen FETs zu den FETs zur Masse-Verbindung geführt wird, und dadurch insgesamt sechs Steuerleitungen zum Ansteuern mittels einer Steuereinrich- tung ausreichend sind. that a voltage reduction circuit is provided, which is designed such that the input-side FETs are connected in cross-over with the FETs to the ground connection, so that the drive voltage is passed via this cross-circuit from the input-side FETs to the FETs to the ground connection, and thereby a total of six control lines for driving by means of a control device are sufficient.
12. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , 12. Control circuit according to one of claims 9 to 1 1,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass die Schaltung drei weitere Leistungshalbleiterschalter (FETs) zum Umschalten zwischen Normalbetrieb (Sternschaltung) und Einzelspulenschaltung aufweist, so dass der Gleichstrommotor entweder im Normalbetrieb oder mittels der Einzelspulenschaltung betreibbar ist. the circuit has three further power semiconductor switches (FETs) for switching between normal operation (star connection) and single coil circuit, so that the DC motor can be operated either in normal operation or by means of the single coil circuit.
13. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, 13. Control circuit according to one of claims 9 to 12,
dadurch gekennzeichnet, characterized,
dass eine Leistungsplatine vorgesehen ist, wobei jede Magnetspule direkt mit der Leistungssteuerplatine verbunden ist. a power board is provided, each solenoid being directly connected to the power control board.
14. Gleichstrommotor gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 mit einer Steuerschaltung gemäß einem der Ansprüche 9 bis 13. 14. DC motor according to one of claims 1 to 8 with a control circuit according to one of claims 9 to 13.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112968511A (en) * 2021-02-09 2021-06-15 广东逸动科技有限公司 Marine propeller charging control method and system and marine propeller

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3914082A1 (en) 1989-04-28 1990-10-31 Bosch Gmbh Robert Electronically-commutated electric motor - has currents in stator windings overlapped during commutation process
JP2005143151A (en) * 2003-10-14 2005-06-02 Sumitomo Electric Ind Ltd Annular power module
US20070145838A1 (en) 2005-12-07 2007-06-28 Nidec Corporation Motor and Method of Manufacturing Housing
US20080067960A1 (en) * 2004-11-24 2008-03-20 Nsk, Ltd. Unconnected Motor, Drive Control Device Thereof, And Electric Power Steering Device Using Drive Control Device Of Unconnected Motor
CN101951109B (en) * 2010-10-12 2012-03-28 彭希南 Direct drive type permanent magnet direct current brushless motor
CN103457503A (en) * 2013-09-16 2013-12-18 清华大学 Reconfigurable fault-tolerant type driving topological structure of redundant power source
GB2515318A (en) 2013-06-19 2014-12-24 Protean Electric Ltd Inverter for an electric motor or generator

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3914082A1 (en) 1989-04-28 1990-10-31 Bosch Gmbh Robert Electronically-commutated electric motor - has currents in stator windings overlapped during commutation process
JP2005143151A (en) * 2003-10-14 2005-06-02 Sumitomo Electric Ind Ltd Annular power module
US20080067960A1 (en) * 2004-11-24 2008-03-20 Nsk, Ltd. Unconnected Motor, Drive Control Device Thereof, And Electric Power Steering Device Using Drive Control Device Of Unconnected Motor
US20070145838A1 (en) 2005-12-07 2007-06-28 Nidec Corporation Motor and Method of Manufacturing Housing
CN101951109B (en) * 2010-10-12 2012-03-28 彭希南 Direct drive type permanent magnet direct current brushless motor
GB2515318A (en) 2013-06-19 2014-12-24 Protean Electric Ltd Inverter for an electric motor or generator
CN103457503A (en) * 2013-09-16 2013-12-18 清华大学 Reconfigurable fault-tolerant type driving topological structure of redundant power source

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112968511A (en) * 2021-02-09 2021-06-15 广东逸动科技有限公司 Marine propeller charging control method and system and marine propeller

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