DE2063351B2

DE2063351B2 - Drehzahlgeregelter kollektorloser gleichstrommotor mit hilfskollektoreinrichtung

Info

Publication number: DE2063351B2
Application number: DE19702063351
Authority: DE
Inventors: Julius Dr. 8500 Nürnberg Brunner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1970-12-23
Filing date: 1970-12-23
Publication date: 1977-04-28
Also published as: DE2063351C3; AT310302B; CA921110A; CH532334A; GB1344299A; US3716769A; FR2119594A5; DE2063351A1; NL7117353A; IT944234B; SE7115323L

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen drehzahlgeregelten kollektorlosen Gleichstrommotor mit Hilfskollektoreinrichtung, dessen Ständerwicklung aus einer geradzahligen Anzahl von Teilwicklungssträngen besteht, die mit ihrem einen Ende in Stern geschaltet und direkt mit dem ersten Pol einer Gleichspannungsquelle und mit ihrem anderen Ende jeweils über die Kollektor-Emitter-Strecke eines Leistungstransistors mit dem zweiten Pol der Gleichspannungsquelle verbunden sind, bei dem ferner nach Hochlauf des Motors die Hilfskollektoreinrichtung unwirksam ist und die Steuerung der Kommutierung durch die in den Teilwicklungssträngen induzierte Spannung erfolgt, welche außerdem als Istwertspannung für einen Drehzahlregelkreis ausgekoppelt ist.

Ein solcher Gleichstrommotor ist durch die CH-PS 4 76 415 bekannt. Bei diesem bekannten Motor ist ein Ringoszillator vorgesehen, dessen Schaltfrequenz während der Anlaufphase des Motors durch die Eigenschaften des Ringoszillators bestimmt ist. Dieser Ringoszillator wirkt daher während der Anlaufphase des Motors als Kollektor des Motors. Nach dem Hochlauf des Motors wird die Schaltfrequenz des Ringoszillators hingegen durch die in den Teilwicklungssträngen der Ständerwicklung induzierte Spannung bestimmt. Somit wird die Kommutierung des Motors während des Betriebes durch die in den Teilwicklungssträngen induzierte Spannung gesteuert. Der für die Drehzahlregelung des Motors notwendige Drehzahlistwert wird durch Auskoppeln der in den Teilwicklungssträngen induzierten, drehzahlproportionalen Spannung gewonnen. Das Auskoppeln dieser induzierten Spannung erfolgt über gesonderte Dioden.

Der bei einem solchen Motor verwendete Ringoszillator besteht aus einer Vielzahl von Kondensatoren und Widerständen. Das Verschalten dieser Vielzahl von Elementen bedeutet einen hohen Montageaufwand. Außerdem ist der Platzbedarf für diese Elemente entsprechend groß. Die üblicherweise für die Herstellung eines solchen Ringoszillators verwendeten handelsüblichen Kondensatoren und Widerstände weisen große Toleranzen auf, die ein entsprechend ungenaues Arbeiten des Ringzählers zur Folge haben. Dies führt ίο letztlich zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrades des Motors. Auch die für das Auskoppeln der induzierten Spannung vorgesehenen Dioden weisen eine große Streuung hinsichtlich der Durchlaßspannung auf, wodurch die Genauigkeit der Drehzahlregelung leidet

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen drehzahlgeregehen kollektorlosen Gleichstrommotor mit Hiifskol/ektoreinrichtung zu schaffen, bei dem durch exakte Steuerung der Kommutierung der Wirkungsgrad verbessert und eine größere Genauigkeit bei der Drehzahlregelung möglich ist.

Die Losung dieser Aufgabe gelingt nach der Erfindung dadurch, daß die induzierte Spannung über die Emitter-Basis-Strecke von Auskoppeltransistoren ausgekoppelt ist, wobei die Basen aller Auskoppeltransistoren miteinander verbunden und an den Drehzahlregelkreis angeschlossen sind, ferner jeweils die beiden mit zwei um 180° elektrisch gegeneinander versetzten Teilwicklungssträngen verbundenen Auskoppeltransistören mit ihrem Kollektor mit der Basis des dem jeweils anderen Teilwicklungsstrang zugeordneten Leistungstransistors verbunden sind. Bei dem erfindungsgemäßen Motor dienen die Auskoppeltransistoren sowohl zur Steuerung der Kommutierung als auch zur Gewinnung des Drehzahlistwertes. Damit ist eine wesentliche Vermin., erung der Bauteile erreicht. Wegen der geringen Toleranz der Durchlaßspannung der Auskoppeltransistoren ergibt sich eine größere Genauigkeit für die Steuerung der Kommutierung und auch bei der Drehzahlregelung.

Anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels wird der Gegenstand der Erfindung nachfolgend näher beschrieben. Ei zeigt F i g. 1 eine schematische Darstellung eines kollektorlosen Gleichstrommotors mit Hallgeneratoren,

Fig.2 ein Schaltbild eines kollektorlosen Gleichstrommotors nach der Erfindung.

In den Fig. 1 und 2 sind mit Wi bis W* die Teilwicklungsstränge eines kollektorlosen Gleichstrommotors bezeichnet. Mit N und S sind die magnetischen Pole eines Dauermagnetläufers L angedeutet.

Zwei Hallgeneratoren Hi und Hl sind dem Dauermagnetläufer radial gegenüberstehend und um 90° elektrisch gegeneinander versetzt angeordnet. Mit ihrem einen Ende sind die Teilwicklungsstränge in Stern geschaltet und mit dem als ersten Pol bezeichneten Pluspol einer Gleichspannungsquelle verbunden. Mit ihrem anderen Ende sind die Teilwicklungsstränge jeweils mit dem Kollektor eines Leiistungstransistors Tt bis T4 verbunden, wobei die Leistungslransistoren mit ihrem Emitter über die Kollektor-Emitter-Strecke eines gemeinsamen Regeltransistors 7Ί5 an den als zweiten Pol bezeichneten Minuspol der Gleichspannungsquelle angeschlossen sind.

⁶S Wie aus Fig.2 ferner zu ersehen ist, erfolgt die Steuerung der Leistungstransistoren Ti bis TA über Vortransistoren T5 bis 78. Hientu sind jeweils zwei Vortransistoren 7*5, Tl bzw. 7"6, T% mit ihren

Basisanschlüssen mit den Hallelektroden je eines Hallgenerators Hi bzw. H 2 verbunden. Die Steuerstromanschlüsse der Hallgeneratoren hi und H2 sind einerseits über einen gemeinsamen Widerstand R 7 an den ersten Pol und über zwei getrennte Widerstände R 5 und /26 sowie die zu diesen Widerständen in Reihe geschaltete Kollektor-Emitter-Strecke eines gemeinsamen Abschalttransistors TC an den zweiten Pol der Gleichspannungsquelle angeschlossen. Mit ihrem Kollektor sind die Vortransistoren jeweils mit der Basis des zugeordneten Leistungstransistors und über je einen ersten Kollektorwiderstand R1 bis R 4 mit dem zweiten Pol der Gleichspannungsquelle verbunden. Die Emitter der Vortransistoren sind über einen gemeinsamen Emitterwiderstand RS an den ersten Pol der Gleich-Spannungsquelle angeschlossen.

An das mit dem Leistungstransistor verbundene Ende der Teilwicklungsstränge ist jeweils ein Auskoppeltransistor 79 bis 712 angeschlossen. Mit ihrem Kollektor sind die Auskoppeltransistoren jeweils über einen zweiten Kollektorwiderstand R 9 bis R 12 mit der Basis des Leistungstransistors verbunden, der dem um 180° elektrisch gegenüber dem mit dem betreffenden Auskoppeltransistor verbundenen Teilwicklungsstrang versetzten Teilwicklungsstrang zugeordnet ist. Das bedeutet, daß der mit dem Teilwicklungsstrang Wl verbundene Auskoppeltransistor 79 mit der Basis des dem Tuilwicklungsstrang W3 zugeordneten Leisiungstransistors 73 und der Auskoppeltransistor 711 mit dem dem Teilwicklungsstrang Wl zugeordneten Leistungstransistor 71 verbunden ist. Entsprechend sind die mit den Teilwicklungs$.trängen W2 und W4 verbundenen Auskoppeltransistoren mit den Basen der Leistungstransistoren 74 und 72 verbunden. Zur Vermeidung von Potentialschwierigkeiten sind die Verbindungspunkte der Vor- und Auskoppeltransistoren mit den Basen der Leistungstransistoren durch Entkoppelungsdioden D1 bis D-X entkoppelt.

Die Basen der Auskoppeltransistoren 79 bis 712 sind an einem gemeinsamen Verbindungspunkt a miteinander verbunden. An diesem Verbindungspunkt ist ferner der Emitter eines Vergleichstransistors 713 angeschlossen, zwischen dessen Basis und dem Verbindungspunkt a eine aus einem Kondensator C sowie einem Fest- und einem Regelwiderstand R 19 und R 20 bestehende flC-Schaltung liegi:. Die Basis des Vergleichstransistors 713 ist fernem über einen weiteren Regelwiderstand R18 mit dem ersten und einen weiteren Festwiderstand R17 mit dem zweiten Pol der Gleichspannungsquelle verbunden. Über einen dritten Kollektorwiderstand Ä21 ist der Kollektor des Vergleichstransistors 713 am zweiten Pol der Gleichspannungsquelle angeschlossen. Der Vergleichstransistor 713 bildet zusammen mit den beschriebenen Widerstandselementen einen Vergleichskreis V des Gleichstrommotors.

Der Gleichstrommotor nach der Erfindung enthält ferner noch einen Steuertransistor 714, der mit seinem Emitter direkt am ersten Pol der Gleichspannungsquelle und mit seiner Basis direkt am Kollektor des Vergleichstransistors 713 angeschlossen ist. Über einen aus den Teilwiderständen R 13 und R 14 bestehenden Spannungsteiler ist der Kollektor des Steuertransistors 714 mit dem zweiten Pol der Gleichspannungsquelle verbunden. An den als Abgriff b bezeichneten gemeinsamen Verbindungspunkt der Teilwiderstände R 13 und R 14 ist der Abschalttransistor 70 mit seiner Basis angeschlossen. Zu dem Spannungsteiler R 13 und R14 ist ein weiterer aus den Teilwiderständen R 15 und R16 bestehender Spannungsteiler parallel geschaltet. Der gemeinsame Verbindungspunkt dieser letztgenannten Teilwiderstände ist als Abgriff c bezeichnet und mit der Basis des Regeltransistors 715 verbunden.

Die Wirkungsweise des Gleichstrommotors nach der Erfindung ist folgende:

Wird durch Betätigen eines nicht dargestellten Schalters die Gleichspannung eingeschaltet, so wird zunächst der Steuertransistor 714 durchgesteuert, da der Vergleichstransistor 713 wegen des Fehlens der ausgekoppelten drehzahlproportionalen Spannung noch gesperrt ist und damit an seinem Kollektor und der Basis des Steuertransistors 714 über den dritten Kollektorwiderstand R2i Minuspotential anliegt. Der KoHektorstrom des Steuertransistors 714 erzeugt an den Spannungsteilern R 13 und R14 bzw. R15 und R16 jeweils einen Spannungsabfall. Die Abgriffe b und c der Spannungsteiler führen somit gegenüber dem Minuspol der Gleichspannungsquelle positives Potential, so daß der mit seiner Basis an den Abgriff b angeschlossene Abschalttransistor 70 und der mit seiner Basis an den Abgriff L angeschlossene Regeltransistor 715 durchgesteuert werden. Durch den Abschalttransistor 70 wird der Steuerstromkreis der Hallgeneratoren Hi und H 2 und durch den Regeltransistor 715 der Motorstrom kreis eingeschaltet.

Entsprechend der jeweiligen Stellung des Dauermagnetläufers L v>ird über einen der Hallgeneratoren Hi, H2 einer der Vortransistoren 75 bis 78 und damit einer der Leistungstransistoren 71 bis 74 durchgesteuert, so daß einer der Teilwicklungsstränge W1 bis W 4 vom Strom durchflossen wird und der Dauermagnetläufer sich in der eingezeichneten Pfeilrichtung zu drehen beginnt. Bei dieser angenommenen Drehrichtung werden die Leistungstransistoren in der Reihenfolge 71, 72, 73, 74 nacheinander angesteuert. Mit zunehmender Drehzahl steigt auch die in den Teilwicklungssträngen induzierte drehzahlproportionale Spannung an, welche über die Emitter-Basis-Strecke der Auskoppeltransistoren ausgekoppelt und dem Ermitter des Vergleichstransistors 713 zugeführt wird. Bei Erreichen einer bestimmten Drehzahl ist die ausgekoppelte drehzahlproportionale Spannung schließlich so hoch, daß das Potential am Emitter des Vergleichstransistors 713 positiv gegenüber seinem Basispotential wird, wodurch dieser Transistor leitend und sein Kollektorpotential entsprechend angehoben wird. Damit wird auch das Basispotential des Steuertransistors 714 angehoben und dieser weiter zugesteuert. Durch die damit verbundene Reduzierung seines Kollektorstromes sinkt das Potential am Abgriff b des Spannungsteilers R 13, R14 ab, so daß der Abschalttransistor 70 ebenfalls zugesteuert wird. Durch entsprechende Bemessung des Teilwiderstandes R14 wird erreicht, daß das Potential am Abgriff b bei einer bestimmten Drehzahl unter dem Basis-Emitter-Schwellwert des Abschalttransistors 70 liegt, so daß dieser vollkommen sperrt und den Steuerstrom der Hallgeneratoren abschaltet. Über den weiteren Spannungsteiler R 15, R 16 wird der Regeltransistor 715 ebenfalls beim Abnehmen des Kollektorstromes des Steuertransistors 714 zugesteuert, so daß der Motorstrom entsprechend zurückgeregelt wird. Die Teilwiderstände R15 und R 16 dieses weiteren Spannungsteilers sind jedoch anders dimensioniert als die Teilwiderstände R 13 und R 14, so daß der Regeltransistor 715 unterhalb der Nenndrehzahl des Motors noch nicht sperrt. Steigt die Drehzahl

dagegen über die Nenndrehzahl hinaus an, wird der Regeltransistor 7Ί5 zugesteuert und damit der Motorstrom abgeschaltet, so daß die Drehzahl wieder auf die Nenndrehzahl absinkt, bei der der Regeltransistor Γ15 wieder aufgesteuert wird.

Wie bereits erwähnt, steigt beim Hochlauf des Gleichstrommotors die ausgekoppelte Spannung entsprechend der zunehmenden Drehzahl an, so daß die Auskoppeltransistoren 79 bis 712 durchgesteuert werden und die ausgekoppelte Spannung dem Verbindungspunkt a zugeführt ist Mit dem Durchsteuern ziehen die Auskoppeltransistoren T9 bis T12 über die zweiten Kollektorwiderstände R9 bis R12 einen Kollektorstrom, durch den die angeschlossenen Leistungstransistoren Ti bis 74 gesteuert werden. Im gleichen Maße, wie der Steuerstrom der Hallgeneratoren Hi, H2 durch den Abschalttransistor 70 verkleinert und schließlich abgeschaltet und damit wiederum die Steuerung der L.eistungstransistoren Ti bis TA über die Vortransistoren TS bis 78 wirkungslos wird, werden die Leistungstransistoren T1 bis TA durch den Kollektorstrom der Auskoppeltransistoren 79 bis 712 gesteuert. Da die Auskoppeltransistoren 79 bis 712 mit ihren Basen miteinander verbunden sind, wird jeweils der Auskoppeltransistor durchgesteuert, in dessen Teilwicklungsstrang die höchste Spannung induziert ist. Somit werden die Leistungstransistoren 71 bis 74 auch weiterhin in der entsprechenden Reihenfolge nacheinander angesteuert.

Bei dem Gleichstrommotor nach der Erfindung ist somit die Hallgeneratorsteuerung nur während des Hochlaufes des Motors wirksam. Beim Erreichen einer bestimmten Drehzahl wird die Hallgeneratorsteuerung automatisch abgeschaltet und damit der Motorgesamtstrom um den Steuerstrom für die Hallgeneratoren reduziert. Der von den Auskoppeltransistoren für die Steuerung der Leistungstransistoren benötigte Strom ist wesentlich kleiner als der Steuerstrom der Hallgeneratoren, so daß bei dem Gleichstrommotor nach der Erfindung eine bedeutende Verbesserung des Wirkungsgrades erreicht ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Drehzahlgeregelter kollektorloser Gleichstrommotor mit Hilfskollektoreinrichtung, dessen Ständerwicklung aus einer geradzahligen Anzahl von Teilwicklungssträngen besteht, die mit ihrem einen Ende in Stern geschaltet und direkt mit dem ersten Pol einer Gleichspannungsquelle und mit ihrem anderen Ende jeweils über die Kollektor-Emitter-Strecke eines Leistungstransistors mit dem zweiten Pol der Gleichspannungsquelle verbunden sind, bei dem ferner nach Hochlauf des Motors die Hilfskollektoreinrichtung unwirksam ist und die Steuerung der Kommutierung durch du in den Teilwicklungssträngen induzierte Spannung erfolgt, weiche außerdem als Istwertspannung für einen DrehzahlregeJkreis ausgekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die induzierte Spannung über die Emitter-Basis-Strecke von Auskoppeltransistoren (7"9 bis T12) ausgekoppelt ist, wobei die Basen aller Auskoppeltransistoren miteinander verbunden und an den Drehzahlregelkreis (V, 7*14 und Γ15) angeschlossen sind, ferner jeweils die beiden mit zwei um 180° elektrisch gegeneinander versetzten Teilwicklungssträngen (Wi, W3 bzw. W2, IV 4) verbundenen AuskoppeUransistoren (Γ9 bis Π 2) mit ihrem Kollektor mit der Basis des dem jeweils anderen Teilwicklungsstrang zugeordneten Leistungstransistors (Ti bis TA) verbunden sind.