DE1942651A1 - Vorrichtung zum Kommutieren der Feldspulen von Elektromotoren mit elektronischen Schaltern - Google Patents

Description

Lenco AG, Burgdorf (Schweiz)

Vorrichtung zum Kommutieren der Feldspulen von Elektromotoren mit elektronischen Schaltern

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kommutieren der Feldspulen von Elektromotoren mit elektronischen Schaltern, die durch von der Rotorstellung abhängige hochfrequente Signale gesteuert werden.

Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art erfolgt die Uebertragung der hochfrequenten Steuersignale von einem gemeinsamen Oszillator zu den elektronischen Schaltern über einen Hochfrequenztransformator mit einer zentralen Primärwicklung und den Schaltern einzeln zugeordneten Sekundärwicklungen. Dabei wird durch ein mit dem Hotor des Elektromotors drehendes Organ (z.B. ein Verteilfinger aus Ferrit) die magnetische Kopplung der Sekundärwicklungen mit der Primärwicklung zyklisch verändert. Nachteilig ist bei dieser lösung, dass zur Erzielung ausreichend hoher Steuersignale eine verhältnismässig hohe Leistung aufgewendet und übertragen werden muss.

Bei einer anderen bekannten Vorrichtung dieser Art ist jedem elektronischen Schalter ein Steuersignal-Oszillator zugeordnet, der durch eine von der Rotordrehung abhängige Aenderung der Dämpfung des Schwingkreises oder der Rückkopplung ein-

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und ausgeschaltet wird. Zum Betrieb dieser Vorrichtung wird zwar nur eine verhältnisinässig geringe leistung benö'tigtj hingegen ist der schaltung st eohni sehe Aufwand ziemlich gross.

Beide erwähnten Ausführungsformen haben übrigens den Nachteil gemein, dass die Vorrichtungen relativ hohe Störsignale im Oberwellenbereich erzeugen.

Die Erfindung zeigt nun einen Weg, vie sich die genannten Nachteile der bekannten Vorrichtungen zur Hochfrequenzsteuerung von Elektromotoren verbessern lassen. Die Vorrichtung nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuersignale für die elektronischen Schalter von diesen einzeln zugeordneten, auf die Frequenz eines gemeinsamen Hochfrequenz©szillätors abgestimmten Schwingkreisen abgeleitet sind und dass die Schwingkreisspulen im Einflussbereich eines mit dem Rotor drehenden, die Induktivität der Sohwingkreisspulen zyklisch, verändernden Organs liegen.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt:

Fig· 1 eine Prinzipschaltung für die Steuersignalerzeugung j Fig. 2 und 3 eine eohematiaoh dargestellte Anordnung zur Induktivität«änderung der SohwingkreiBspulen, Im Querschnitt und in Ansicht;

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Pig. 4 ein Diagramm, aus dem der Verlauf der Spannung am Schwingkreis in Abhängigkeit von der Frequenz und der Verstimmung hervorgeht; ·

Pig· 5 Schaltung eines zum Betrieb der Vorrichtung geeigneten Hochfrequenzoszillatorsj

Fig. 6 ,und 7 zwei verschiedene Schaltungsmöglichkeiten der erfindungsgemässen Vorrichtung.

Anhand der Fig. 1 bis 3 wird zunächst an einem Beispiel das Prinzip der Steuersignalerzeugung näher erläutert.

Gemäss Fig. 1 ist ein aus der Spule L und dem Kondensator 0 bestehender Parallel-Schwingkreis über einen Seriewiderstand R an einen Hochfrequenzoszillator, im vorliegenden Fall an einen Multivibrator M angeschlossen. Das Ausgangssignal des Hochfrequenzoszillators kann eine beliebige Kurvenform haben, die Frequenz desselben soll aber unabhängig von Schwankungen der Speisespannung sein.

Die Schwingkreisspule L ist gemäss den Fig. 2 und 3 mit einem magnetischen Kern K ausgerüstet und im Einflussbereich eines an der Rotorwelle W des zu steuernden Elektromotors fixierten magnetischen Joches J angeordnet. Als besonders vorteilhaft hat sich eine segmentartige Ausbildung des Joches J nach Fig. 3 erwiesen» Der Zentriwinkel oC des Joches 2 richtet sioh sowohl nach der Anzahl der zu beeinflussenden, im Kreis

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um die Rotorwelle W angeordneten Sehwingkreisspulen bzw. nach der Anzahl der zu kommuti er enden Feldspulen des Elektromotors als auch nach der Art der Ansteuerung der zur Kommutierung dienenden elektronischen Schalter·

In Pig. 4 ist die fest eingesteltte Grundfrequenz des Multivibrators M (Pig. 1) mit fo bezeichnet. Der Schwingkreis L, C ist auf diese Frequenz abgestimmt, wenn der magnetische Kreis der Schwingkreisspule L durch das Joch J geschlossen ist« Die Induktivität und der Gütefaktor der Schwingkreisspule haben in diesem Zustand ihr Maximum. Beim Drehen des Joches J im

dem
Bereich einesIZentriwinkel dl entsprechenden Drehwinkels hält dieser Zustand an. Sobald sich jedoch das Joch J vom Spulenkern K entfernt, nehmen die Induktivität und der Gütefaktor der Schwingkreisspule I stark ab. Dadurch wird der Schwingkreis L,G verstimmt; seine neue Resonanzfrequenz ist mit f1 bezeichnet· Bei gleichbleibender Oszillatörfrequenz fällt daher die Spannung am Schwingkreis um den Betrag ^U ab. Dieser Spannungssprung verläuft sehr steil und beträgt je nach der Güte und der Anordnung der Schwingkreisspule etwa 2Odb. Damit lässt sich der Steuerkreis eines Schalttransistors sehr präzis beeinflussen.

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Als frequenzstabiler Hochfrequenzoszillator findet z.B. der Multivibrator nach Pig. 5 Anwendung, dessen Schaltung im wesentlichen bekannt ist. Seine Frequenz lässt sich durch Verstellen des Trimmwiderstandes T in engen Grenzen verändern. Der Kondensator 01 erhöht die Frequenzstabilität bei Schwankungen der Speisespannung. Der Ausgang des Multivibrators ist mit A bezeichnet.

Die Fig. 6 zeigt ein Ausführungabeispiel der Kommutierungsvorrichtung für einen Gleichstrommotor mit drei Feldspulen F, die einerends gemeinsam mit dem Pluspol der Speisestromquelle verbunden sind und deren andere Enden mit u, ν bzw· w bezeichnet sind» Je ein Schalttransistor TS verbindet dieses Ende u, ν bzw. w der betreffenden Feldspule F jeweils mit dem Minuspol der Speisestromquelle· In der Zeichnung ist der Einfachheit halber nur ein Schalttransistor IS dargestellt·

Eine mit der Anzahl der Feldspulen ? übereinstimmende Anzahl Parallel-Schwingkreise L₁ C 1st über je einen Seriewiderstand E 1IMi «in· gemeinsame Vorstufe mit dem Transistor TV an den Ausgang A des Multivibrators nach Flg. 5 angeschlossen. Am Punkt χ des einen Schwingkreises L, C ist das hochfrequente Steuersignal zu entnehmen, das über einen Gleichrichter mit der Diode D und dem Ctlättuogakondensator 02 in Form eines verhält niimäeiig hohen Steuerströmte der Basis des Sohalttran- slstora TS direkt zugeführt wird. In analoger Weis· sind die

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Punkte y und ζ der übrigen Parallel-Sohwingkreise mit je einem der den verbleibenden Feldspulen F zugeordneten Schalttransi— stören verbunden (nicht dargestellt)·

Unter Umständen kann die Vorstufe (Transistor TV) wegfallen· Die Parallel-Schwingkreise können sowohl gegen die Plus- als auch gegen die Minusleitung (Pig. 6) geschaltet sein. Bs lässt sich bei der Ausführungsform nach Pig. 6 der Sternpunkt der Feldspulengruppe nicht mit demjenigen der Parallel-Schwingkreise verbinden, so dass eine zusätzliche Leitung zum Motor erforderlich ist.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig· 7 sind die Parallel-Schwingkreise I, C hoohohmig ausgelegt und ohne Vorstufe an den Ausgang A des gemeinsamen Multivibrators angeschlossen· Die G-I ei einrichtung des hochfrequenten Steuersignals übernimmt In diesem Fall je ein Transistor TG in Emitterschaltung, der im C-Betrieb arbeitet und vorzugsweise ein Silizium-Transistor ist· Dieser verstärkt zugleich das gleichgerichtete Steuersignal· Cx ist der Glättungskondens&tor. Das erhalten· . Signal steuert schliesslich den Sohalttransistor TS sehr rasch durch· Zwisohen den Punkten y und ▼ bzw· ζ und w befindet sich je die gleiche, in Fig. 7 dargestellte Schaltungsanordnung wie zwischen den Punkten χ und u«

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Der Torteil der Schaltungsanordnung nach Fig. 7 liegt in den niedrigen Steuerströmen sowie darin, dass die Sternpunkte der Feldspulen und der Parallel-Sehwingkreise gemeinsam sind. Bin Elektromotor mit drei Feldspulen benötigt beispielsweise sieben Verbindungsleiter zur Steuerelektronik.

Die beschriebenen Kommutierungsvorrichtungen haben ausserdem den Torteil, dass die niedrigen Steuerströme rein sinusförmig und somit vollkommen oberwellenfrei sind, weshalb keinerlei Störungen im höheren Frequenzbereich auftreten können. Dies ist auch ein Grund dafür, dass der Hochfrequenzoszillator nicht unbedingt ein sinusförmiges Signal zu erzeugen braucht. Die geringe Ans teuer spannung, welche beispielsweise im Resonanzfall etwa 2 T _ff und im FaI der Terstimmung etwa 0,2 T_ff beträgt, bedeutet einen weiteren Torteil der vorgeschlagenen Lösung. Der schaltung st eolinis ehe Aufwand ist vergleichsweise gering·

Selbstverständlich können anstelle von Parallel-Schwingkreisen auch Serie-Schwingkreise vorgesehen sein.

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Claims (9)

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Pat entansprüclie 1·) Vorrichtung zum Kommutieren der Feldspulen von Elektro-

motoren mit elektronischen Schaltern, die durch von der Rotorstellung abhängige hochfrequente Signale gesteuert werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuersignale für die elektronischen Schalter von diesen einzeln zugeordneten, auf die Frequenz eines gemeinsamen Hochfrequenzoszillators ψ abgestimmten Schwingkreisen abgeleitet sind und' dass die Schwingkreisspulen im Einflussbereich eines mit dem Rotor drehenden, die Induktivität der Schwingkreisspulen zyklisch verändernden Organs liegen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedem elektronischen Schalter ein Parallel- oder Serie-Schwingkreis zugeordnet ist, der über einen Seriewiderstand an den gemeinsamen Hochfrequenzoszillator ange- ! schlossen ist.

3« Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochfrequenzoszillator ein Multivibrator ist.

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4· Vorrichtung naoh Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektroden zweier ala Multivibrator geschalteten Verstärker elemente zur Frequenzstabilisierung über einen Kondensator miteinander verbanden sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingkreisspulen mit oder ohne ferromagnetischen Kern ausgerüstet sind und im Einflussbereich eines mit dem Rotor drehenden ferromagnetischen Joches liegen·

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch segmentartig ausgebildet ist.

7» Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Schwingkreis über einen G-leichrichter mit der Basis eines Schalttransistors verbunden ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch l_t dadurch gekennzeichnet, dass zur Gleichrichtung ein im C-Betrieb arbeitender Transistor in Emitterschaltung dient.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zur Gleichrichtung ein Siliziumtransistor dient.

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