CH618555A5

CH618555A5 -

Info

Publication number: CH618555A5
Application number: CH932377A
Authority: CH
Inventors: Karl Schalk
Original assignee: Siemens Ag
Priority date: 1976-09-21
Filing date: 1977-07-28
Publication date: 1980-07-31
Also published as: JPS5337811A; DE2642472B2; DE2642472A1; US4132930A; JPS6226193U; DE2642472C3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen kollektorlosen Gleichstrommotor mit mehreren in Stern geschalteten Phasenwicklungen, die über eine aus steuerbaren Halbleiterelementen bestehende Kommutierungseinrichtung an eine Gleichspannungsquelle schaltbar sind, wobei jede Phasenwicklung mit ihrem an das steuerbare Halbleiterelement angeschlossenen Wicklungsende mit dem einen Anschluss einer Auskoppeldiode verbunden ist und die Auskoppeldioden mit ihrem anderen Anschluss an einem gemeinsamen Verbindungspunkt liegen, wobei eine Zenerdiode mit ihrem einen Anschluss mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt und mit ihrem anderen Anschluss über einen Reihenwiderstand mit dem Sternpunkt der Phasenwicklungen verbunden und zu der Zenerdiode und dem Reihenwiderstand die Laststrecke eines steuerbaren Halbleiter-Schaltelementes parallel geschaltet ist, und wobei ferner der Drehzahl-Istwert über ein aus mindestens einem Widerstand und einem Kondensator bestehendes Glättungsglied abgreifbar ist

Ein solcher Motor bildet Gegenstand der älteren Patentanmeldung P 2 633 047.2. Es hat sich gezeigt, dass insbesondere bei Motoren mit genutetem Ständer sich der über Dioden ausgekoppelten drehzahlproportionalen EMK motorstromabhän-gige Aiiteile überlagern, wodurch sich ein den Drehzahl-Ist-wert verfälschender lastabhängiger Drehzahlfehler des Antriebs ergibt

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kollektorlosen Gleichstrommotor der eingangs beschriebenen Art so weiterzubilden, dass auf einfache Weise ein drehzahlproportionaler Stromimpuls gewonnen werden kann, mit dem dann die Lastabhängigkeit des Drehzahl-Istwertes kompensiert werden kann.

Die gestellte Aufgabe wird gemäss der Erfindung dadurch gelöst dass dem mit der Zenerdiode in Reihe liegenden Widerstand über einen weiteren Widerstand die Emitter-Basis-Strecke eines weiteren Transistors parallel geschaltet ist, dessen Kollektor über eine in Durchlassrichtung geschaltete Diode und einen Reihenwiderstand mit Nullpotential verbunden ist, derart, dass an dem Verbindungspunkt zwischen Diode und Widerstand ein drehzahlproportionaler Stromimpuls auskoppelbar ist

Dieser drehzahlproportionale Stromimpuls kann zur Kompensation des lastabhängigen Drehzahlfehlers des Antriebs oder auch selbst zur Bildung einer den Drehzahl-Istwert proportionalen Spannung herangezogen sein.

Die Kompensation des lastabhängigen Drehzahlfehlers kann auf einfache Weise derart vorgenommen werden, dass der mit der in Durchlassrichtung geschalteten Diode in Reihe liegende Widerstand eine Zenerdiode ist und der Verbindungspunkt zwischen diesen beiden mit der Basis eines weiteren Transistors verbunden ist, dessen Emitter über einen Widerstand mit Nullpotential und dessen Kollektor mit einem Anschluss des Kondensators des Glättungsgliedes in Verbindung steht.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, dass der Verbindungspunkt zwischen der in Durchlassrichtung geschalteten Diode und dem Reihenwiderstand mit dem Eingang einer Zeitstuft verbunden ist, deren Ausgang mit der Basis eines weiteren Transistors verbunden ist, dessen Emitter über einen Widerstand mit Nullpotential und dessen Kollektor mit dem einen Pol des Kondensators des Glättungsgliedes verbunden ist, und dass die Basis dieses weiteren Transistors einerseits über einen Widerstand mit dem positiven Pol einer Hilfsspannung und andererseits über eine in Durchlassrichtung geschaltete weitere Diode und einen weiteren Widerstand mit Nullpotential in Verbindung steht und dass in dem Verbindungspunkt zwischen der weiteren Diode und dem weiteren Widerstand ein mit dem Motorstrom proportionaler Strom eingespeist ist

Wie vorstehend bereits ausgeführt kann die Auskopplung des drehzahl- und lastproportionalen Stromimpulses auch

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unmittelbar zur Drehzahl-Istwert-Bildung verwendet werden, 37 bezeichnete Sinuslinie die Spannung darstellt, die der zwei-

und zwar dadurch, dass der Verbindungspunkt zwischen der in polig magnetisierte Rotormagnet in einer der Phasenwicklun-

Durchlassrichtung geschalteten Diode und dem Reihenwider- gen, zum Beispiel der Phasenwicklung 1 induziert, sofern diese stand mit dem Eingang einer Zeitstufe verbunden ist, an deren Wicklung nicht unter Strom gesetzt ist. Bei dem gewählten

Ausgang zur Bildung eines digitalen Drehzahl-Istwertes das 5 Ausführungsbeispiel führt diese Wicklung Strom zwischen dem

Glättungsglied angeschlossen ist. winkel von 135 bis 225° (bei einer 90°-Aussteuerung der einzel-

Anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausfüh- nen Phasenwicklungen). Durch die Dioden 11 bis 14 wird rungsbeispiele wird der Erfindungsgegenstand näher erläutert. jedoch nur die gegenüber Ustern positive Halbwelle ausgekop-

Es zeigen pelt, wie durch eine Schraffur angedeutet ist. Wie jedoch Fig. 2

Fig. 1 das Schaltbild eines kollektorlosen Gleichstrommo- 10 zeigt, überlagern sich diese Wicklungsspannung (EMK) die tors nach der Erfindung, Abschaltspannungsspitze A und ein transformotorischer Anteil

Fig. 2 ein Spannungs-Zeit-Diagramm der in einer Phasen- B aus der um 180° elektrisch versetzten Phasenwicklung 3. Die wicklung induzierten Spannungen, Höhe der Abschaltspannungsspitze A wird durch die Zener-

Fig. 3 eine Schaltungsvariante des in Fig. 1 dargestellten diode 16 in der Höhe entsprechend begrenzt. Die beiden Grös-

kollektorlosen Gleichstrommotors, 15 sen A und B sind dem Motorstrom IM proportional. Die Impuls-

Fig. 4 ein Detail-Schaltbild der Drehzahl-Istwerterfassung, breite À t hängt bei konstanter Abmagnetisierungsspannung und Kompensation des lastabhängigen Drehzahlfehlers, und ebenfalls vom Motorstrom ab. Der Mittelwert der beiden Stör-

Fig. 5 ein Detail-Schaltbild einer digitalen Drehzahl-Istwer- grossen ist ausserdem von der Motordrehzahl n abhängig, terfassung. Fig. 1 zeigt nun eine Kompensationsschaltung, die sowohl In Fig. 1 sind mit 1 und 4 die Phasenwicklungen eines kollek- 20 dem Motorstrom als auch der Motordrehzahl proportional ist. torlosen Gleichstrommotors bezeichnet. Mit ihrem einen Dies wird dadurch erreicht, dass beim Ansprechen der Z-Diode Wicklungsende sind die Phasenwicklungen 1 bis 4 in einem 16 über den zusätzlichen Widerstand 30 und den Transistor 31 Sternpunkt 5 zusammengefasst und mit ihrem anderen Wiek- ein Stromimpuls Ip ausgekoppelt wird. Die Impulsbreite À t ist lungsende an Kommutierungstransistoren 6 bis 9 angeschlos- dem Motorstrom IM proportional, während die Impulsfrequenz sen. Die Steuerung der Kommutierungstransistoren 6 bis 9 25 von der Motordrehzahl n abhängig ist. An der Z-Diode 33 enterfolgt über eine Auswahlschaltung 10, die ihrerseits über in steht ein Spannungsimpuls konstanter Amplitude, der den der Zeichnung nicht dargestellte vom Läufer des Motors beein- Transistor 35 aufsteuert, so dass vom positiveren Pol des Glät-flusste Lagermelder gesteuert wird. An die mit den Kommutie- tungskondensators 22 ein Kompensationsstrom Ik fliesst, der rungstransistoren 6 bis 9 verbundenen Wicklungsenden der von der Grösse des Widerstandes 36 abhängt. Damit wird die Phasenwicklungen 1 bis 4 sind Auskoppeldioden 11 bis 14 mit 30 Ladung des Glättungskondensators 22 um einen Anteil verrin-ihrem einen Anschlusspol angeschlossen. Der andere An- gert, der proportional dem Produkt von Ir. x A t ist. Durch ent-schlusspol dieser Auskoppeldioden 11 bis 14 ist an einen sprechende Wahl der Grösse des Widerstandes 36 kann also gemeinsamen Verbindungspunkt 15 geführt. der Einfluss der beiden Störgrössen A und B exakt ausgegli-

Eine Zenerdiode 16 ist mit ihrem einen Anschlusspol an den chen werden.

gemeinsamen Verbindungspunkt 15 angeschlossen und über 35 Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist der Darlington-

einen Reihenwiderstand 17 mit dem Sternpunkt verbunden. Transistor 18' gemäss Fig. 1 durch einen einfachen Transistor

Zwischen dem gemeinsamen Verbindungspunkt 15 und dem 18 ersetzt. In diesem Falle muss jedoch der Widerstand 17

Sternpunkt 5 ist weiterhin als steuerbares Halbleiter-Schaltele- durch zwei Dioden 37 und 38 ersetzt werden und die Basis des ment ein Transistor 18' angeordnet, der als Darlington-Transi- Transistors 18 muss über einen Widerstand 39 mit dem stor ausgebildet ist. Bekanntlich besteht ein solcher Transistor 40 Anschlusspunkt 25 verbunden sein. Nur auf diese Weise kann aus zwei kaskadierten gewöhnlichen Transistoren. Die Basis das Potential des Anschlusspunktes 25 so hoch gesetzt werden,

des Darlington-Transistors 18' liegt an dem gemeinsamen dass über den Widerstand 30, Transistor 31 und Diode 32 ein

Anschlusspunkt 25 des Reihenwiderstandes 17 und der Zener- entsprechender Stromimpuls Ip ausgekoppelt werden kann. Die diode 16. Über ein aus Widerständen 20' und 21 ' und einem Kompensation des lastabhängigen Drehzahlfehlers erfolgt

Kondensator 22 bestehendes Glättungsglied kann der Dreh- 45 dann in gleicher Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel nach zahl-Istwert als Spannung Uist abgenommen werden. Zur Fig. 1.

Umwandlung dieses Istwertes in einen diesem proportionalen Bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 und 3 ist die

Strom Iist kann in an sich bekannter Weise ein Transistor 26 ver- Höhe des Stromimpulses durch die Zenerdiode 33 bestimmt,

wendet werden, erner ist in der gemeinsamen Zuleitung der während die Impulsbreite À t proportional dem Motorstrom IM

Kommutierungstransistoren 6 bis 9 ein ohmscher Widerstand 50 ist.

27 vorgesehen, an dem über einem Punkt 28 eine dem Motor- In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei wel-

strom Im proportionale Spannung UM abgenommen wird, wie chem die Impulsbreite À t des ausgekoppelten Stromimpulses durch einen Pfeil 29 angedeutet ist. konstant gehalten wird, und zwar mit Hilfe einer Zeitstufe 40,

Parallel zu dem Widerstand 17 bzw. der Basis-Emitter- während die Impulshöhe proportional dem Motorstrom IM Strecke des Darlington-Transistors 18' ist über einen Wider- 55 gemacht wird. Wirkungsmässig gleiche Teile sind mit gleichen stand 30 die Basis-Emitter-Strecke eines weiteren Transistors Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen. Anstelle der Zenerdiode 31 parallelgeschaltet. Der Kollektor des Transistors 31 ist über 33 kann nun ein ohmscher Widerstand 41 verwendet werden, eine Diode 32 und eine Zenerdiode 3 an Nullpotential gelegt. Der Anschlusspunkt 34 zwischen diesem Widerstand 41 der Der Verbindungspunkt 34 zwischen der in Durchlassrichtung Diode 32 ist nicht unmittelbar mit der Basis des Transistors 35 geschalteten Diode 32 und der Zenerdiode 33 ist mit der Basis 60 verbunden, sondern über die besagte Zeitstufe 40, deren Laufeines Transistors 35 verbunden, dessen Kollektor mit dem zeit in bekannter Weise durch einen Widerstand 42 und einen einen Pol des Glättungskondensators 22 und dessen Emitter Kondensator 43 bestimmt werden kann. Der Ausgang Q der über einen Widerstand 36 mit Nullpotential verbunden ist. Zeitstufe 40 ist mit der Basis des Transistors verbunden. Die Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 Zeitstufe 40 spricht also bei jedem ausgekoppelten drehzahlwird anhand der Fig. 2 näher erläutert. Die Abszissenachse ent- 65 proportionalen Stromimpuls Ip an und steuert den Transistor 35 spricht dem Nullpotential, das dem negativen Pol der Span- an. Das Potential der Basis des Transistors 35 wird in Abhängig-nungsquelle entspricht. Mit einer gestrichelten Linie ist das keit vom Motorstrom IM beeinflusst, und zwar dadurch, dass die Potential des Sternpunktes 5 Ustern bezeichnet, wobei eine mit Basis des Transistors 35 einerseits über einen Widerstand 44

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mit dem positiven Pol der Versorgungsspannung UB und andererseits über eine Diode 45 und einem ohmschen Widerstand 46 mit Nullpotential verbunden ist. Der Verbindungspunkt zwischen der Diode 45 und dem Widerstand 46 ist mit 47 bezeichnet und steht mit einer Leitung 48 in Verbindung, über die ein dem Motorstrom IM proportionaler Strom eingespeist wird. Dieser fliesst über den Widerstand 46 und hebt damit das Potential des Verbindungspunktes 47 entsprechend an. Die Basisspannung von dem Transistor 35 wird also bestimmt durch den Spannungsabfall an dem Widerstand 46 und der Durchlassspannung der Diode 45. Die Diode 45 soll hierbei nur die Basis-Emitter-Diode von dem Transistor 35 kompensieren. Über den Widerstand 44 erhält die Diode 45 aus der Versor-gungsspannungsquelle UB Strom, der auch über den Widerstand 46 fliesst. Der Strom durch den Widerstand 46 ist jedoch gegenüber dem Motorstrom IM vernachlässigbar klein, so dass die an dem Widerstand 46 abfallende Spannung praktisch allein durch den dem Motorstrom IM proportionalen Strom bestimmt wird. Der Kollektorstrom des Transistors 35 ist demnach auch dem Motorstrom Im proportional. Der Mittelwert des Kollek-

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torstromes hängt von der Motordrehzahl ab. Durch entsprechende Wahl des Widerstandes 36 kann somit der Kompensationsstrom Ik vorgegeben werden, der - wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 - die Ladung des Glättungskondensa-

5 tors 22 verringert.

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel zur Gewinnung eines dem Drehzahl-Istwert proportionalen Signals. Die Auskopplung des drehzahlproportionalen Stromimpulses Ip erfolgt wie io bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen über den dem Widerstand 17 parallelgeschalteten Widerstand 30 und Transistor 31. Wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist der Verbindungspunkt 34 zwischen der Diode 32 und dem ohmschen Widerstand 41 mit dem Eingang einer Zeitstufe 49 verbunden, 15 deren Laufzeit durch einen ohmschen Widerstand 50 und Kondensator 51 bestimmt ist. Der Ausgang Q der Zeitstufe 49 ist über ein aus Widerständen 52 und 53 sowie einem Kondensator 54 bestehendes Glättungsglied mit einem Ausgang 55 verbunden, der eine dem Drehzahl-Istwert nist proportionale Span-20 nung führt.

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

618555 PATENTANSPRÜCHE

1. Kollektorloser Gleichstrommotor mit mehreren in Stern geschalteten Phasenwicklungen, die über eine aus steuerbaren Halbleiterelementen bestehende Kommutierungseinrichtung an eine Gleichspannungsquelle schaltbar sind, wobei jede Phasenwicklung mit ihrem an das steuerbare Halbleiterelement angeschlossenen Wicklungsende mit dem einen Anschluss einer Auskoppeldiode verbunden ist und die Auskoppeldioden mit ihrem anderen Anschluss an einem gemeinsamen Verbindungspunkt liegen, wobei eine Zenerdiode mit ihrem einen Anschluss mit dem gemeinsamen Verbindungspunkt und mit ihrem anderen Anschluss über einen Reihenwiderstand mit dem Sternpunkt der Phasenwicklungen verbunden und zu der Zenerdiode und dem Reihenwiderstand die Laststrecke eines steuerbaren Halbleiter-Schaltelementes parallel geschaltet ist, und wobei ferner der Drehzahl-Istwert über ein aus mindestens einem Widerstand und einem Kondensator bestehendes Glät-tungsglied abgreifbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass dem mit der Zenerdiode (16) in Reihe liegenden Widerstand (17) über einen weiteren Widerstand (30) die Emitter-Basis-Strecke eines weiteren Transistors (31) parallel geschaltet ist, dessen Kollektor über eine in Durchlassrichtung geschaltete Diode (32) und einen Reihenwiderstand (33 bzw. 41) mit Nullpotential verbunden ist, derart, dass an dem Verbindungspunkt (34) zwischen Diode (32) und Widerstand (33 bzw. 41) ein drehzahlproportionaler Stromimpuls (Ip) auskoppelbar ist.

2. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der mit der Zenerdiode (16) in Reihe liegende Widerstand (17) aus zwei in Reihe liegenden Dioden (37,38) gebildet ist (Fig. 3).

3. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der mit der in Durchlassrichtung geschalteten Diode (32) in Reihe liegende Widerstand eine Zenerdiode (33) ist und der Verbindungspunkt (34) zwischen diesen beiden mit der Basis eines weiteren Transistors (35) verbunden ist, dessen Emitter über einen Widerstand (36) mit Nullpotential und dessen Kollektor mit dem einen Anschluss des Kondensators (22) des Glättungsgliedes in Verbindung steht (Fig. 1).

4. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungspunkt (34) zwischen der in Durchlassrichtung geschalteten Diode (32) und dem Reihenwiderstand(41) mit dem Eingang einer Zeitstufe (40) verbunden ist, deren Ausgang mit der Basis eines weiteren Transistors (35) verbunden ist, dessen Emitter über einen Widerstand (36) mit Nullpotential und dessen Kollektor mit dem einen Pol des Kondensators (22) des Glättungsgliedes verbunden ist, und dass die Basis dieses weiteren Transistors (35) einerseits über einen Widerstand (44) mit dem positiven Pol einer Hilfsspannung (48) und andererseits über eine in Durchlassrichtung geschaltete weitere Diode (45) und einen weiteren Widerstand (46) mit Nullpotential in Verbindung steht und dass in dem Verbindungspunkt (47) zwischen der weiteren Diode (45) und dem weiteren Widerstand (46) ein dem Motorstrom proportionaler Strom (Im) eingespeist ist (Fig. 4).

5. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungspunkt (34) zwischen der in Durchlassrichtung geschalteten Diode (32) und dem Reihenwiderstand (41) mit dem Eingang einer Zeitstufe (49) verbunden ist, an deren Ausgang zur Bildung einer dem Drehzahl-Istwert proportionalen Spannung das Glättungsglied (52,53,54) angeschlossen ist(Fig. 5).