DE2416266B2

DE2416266B2 - Kollektorloser gleichstrommotor mit einem dauermagnetlaeufer

Info

Publication number: DE2416266B2
Application number: DE19742416266
Authority: DE
Inventors: Naokatsu Hachioji Tokio Sugiura (Japan)
Original assignee: Sansui Electric Co Ltd
Current assignee: Sansui Electric Co Ltd
Priority date: 1973-04-04
Filing date: 1974-04-03
Publication date: 1977-05-18
Also published as: DE2416266A1; JPS49125811A; JPS5512835B2

Description

Die Erfindung betrifft einen kollektorlosen Gleich· strommotor mit einem Dauermagnetläufer nach dem Oberbegriff des Patentanspruches.

Ein derartiger kollektorloser Gleichstrommotor ist durch die DT-OS 24 15 347 vorgeschlagen worden. Wenn bei diesem bekannten Motor die Schalttransistoren der Reihe nach durch die Ausgangssignale der Wicklungen an dem Drehstellungsdetektor umgeschaltet werden, wird während der Startperiode an die Schalttransistoren eine hohe stationäre Vorspannung angelegt. Während der Startperiode sind daher die leitenden Perioden der Transistoren für die positiven Halb wellen aus den Wicklungen an dem Drehstellungsdetektor verlängert und werden allmählich verkürzt, wenn der Motor auf Normalbetrieb gebracht wird. Beim Normalbetrieb sind daher in dem einem elektrischen Winkel von 60° entsprechenden Zeitraum zwischen einem Zeitpunkt des Ansteigens des Stromes in einem Transistor und des Abfallens des Stromes in einem anderen Transistor beide Transistoren gleichzeitig gesättigt. Die die Transistoren enthaltende Schaltung wird auf eine Impedanz gebracht, die einem Feldwicklungswiderstand entspricht. Während der genannten 60°-Sättigungsperiode fließt somit in jeder der entsprechenden Feldwicklungen zu den Schalttransistoren die Hälfte des Gesamtstroms. Dementsprechend werden die jeweiligen Feldwicklungen von stufenförmigen Wellenformen, wie sie in F i g. 1 gezeigt sind, durchflossen, was zu einer Erhöhung der mechanischen Vibration des Motors führt.

Grundsätzlich arbeitet der Motor nach dem älteren tx> Vorschlag folgendermaßen. Wenn sich der Motor z:u drehen beginnt, wird das Ausgangssignal des Drehstellungsdetektors 6a beispielsweise auf die Basis des Transistors 7a über den Widerstand 19 und die Diode 20 aufgegeben. Das Ausgangssignal wird durch den n<, Kondensator 21 geglättet. Danach wird das verstärkte Ausgangssignal des Drehstellungsdetektors 6a auf die FrlHwicldune 2a über den Transistor 7a und die Gleichspannungsquelle 16 aufgegeben. Demzufolge dreht sich der Motor mit erhöhter Geschwindigkeit So wie die Geschwindigkeit des Motors zunimmt wird das Ausgangssignal der Ankerwicklung (d.h. Generatorwicklung) 3a auf die Basis des Transistors über den Widerstand 17 gegebea Auf diese Weise hat der Widerstand 17 einen vorbestimmten spezifischen Widerstand, so daß entsprechend der Motorgeschwindigkeit die Feldwicklung 2a mit einem geeigneten Strom beaufschlagt wird. Auf diese Weise dreht sich der Motor mit einer im wesentlichen konstanten Geschwindigkeit Während sich der Motor mit konstanter Geschwindigkeit dreht wird das Ausgangssignal des Drehstellungsdetektors 6a nicht vollständig von dem Transistor 7a abgesperrt

Es sind kollektcrlose Gleichstrommotoren bekannt (DT-AS 15 38 877, DT-OS 20 31 141), bei denen die aus in Serie geschalteter Feldwicklung und Schalttransistor bestehenden Schaltkreise unmittelbar an eine Gleichstromquelle angeschlossen sind. Ein Stromsteuertransistor ist nicht vorgesehen. Die Drehgeschwindigkeit der bekannten Motoren wird durch den Strom gesteuert, welcher der Basis des Schalttransistors—über-einen* Transistor und einen Widerstand zugeführt wird. Ein konstanter Stromfluß durch jeden der Schalttransistoren iit ülso nicht immer möglich. Auch ist die Wellenform des von dem Drehstellungsdetektor auf die Basis der Schalttransistoren abgegebenen Stromes nicht annähernd sinusförmig.

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, einen kollektorlosen Gleichstrommotor der eingangs genannten Art zu schaffen, der bei Normalbetrieb, d.h. bei Nenndrehzahl einen weichen und geschmeidigen Lauf hat, und der andererseits beim Starten sehr schnell auf Nenndrehzahl gebracht wird.

Diese Aufgabe wird bei einem kollektorlosen Gleichstrommotor der eingangs genannten Art nach der Erfindung dadurch gelöst, daß zwischen die Basen der Schalttransistoren und die KoJlektor-Emitter-Strekke des Stromsteuertransistors Widerstandsschaltelemente geschaltet sind.

Es werden also drei Maßnahmen kombiniert: Die Stromzufuhr zu jeder Ständerwicklung wird durch einen Stromsteuertransistor gesteuert, so daß bei jeder Beaufschlagung einer der Ständerwicklungen durch diese ein Strom mit konstantem Wert fließt Ferner sind die Basen jedes zu einer Ständerwicklung gehörenden Schalttransistors durch Anschluß an den Ausgang des Stromsteuertransistors über je einen kompensierenden Vorspannungswiderstand vorgespannt. Auf diese Weise wird das Startdrehmoment des Motors vergrößert und die Anlaufzeit bis zur Erreichung der Nenndrehzahl verkürzt. Schließlich wird auf die Basis jedes zu einer Ständerwicklung gehörenden Schalttransistors ein Lagefeststellungssignal aufgegeben, welches etwa sinusförmig ist. Demzufolge kann der durch jeden Schalttransistor fließende Strom ebenfalls annähernd Sinusform annehmen, da die kompensierende Vorspannung während des Normalbetriebes des Motors abnimmt.

Demgegenüber haben beim Stand der Technik die Schalttransistoren unterschiedliche Verstärkungsfaktoren, weswegen die Werte der durch die Ständerwicklungen fließenden Ströme während des Normalbetriebes des Motors, d. h. bei Nenndrehzahl, voneinander verschieden sind. Dies verhindert einen weichen Lauf des Motors.

Bei dem vorliegenden Motor wird der Stromsteuertransistor so gesteuert, daß er während des Normalbe-

ι«

triebes des Motors einen konstanten Strom abgibt Durch jeden der Schalttransistoren fließt daher ein Konstanter Strom, unabhängig von den unterschiedlichen Verstärkungsfaktoren. Es wird daher — wie in pi g.4 dargestellt — der Scheitelwert bzw.die Ampütu- _s de des durch jeden Schalttransistor fließenden Stromes konstant gehalten.

Der Stromsteuertransistor ist so gesteuert, da2 er während des Anlaufes des Motors ein perfekter Leiter ist Es wird daher auf die Basis jedes der Schaittransisto- , _ren während des Anlaufes des Motors eine der Gleichspannung E im wesentlichen gleiche Vorspannung abgegeben, wodurch ein großes Startdrehmoment erzeugt wird.

Während des Normalbetriebes, d.h. bei Nenndreh- ,₅ zahl des Motors, wird der Stromsteuertransistor so gesteuert, daß durch ihn gerade so viel Strom fließt, daß die Nenndrehzahl des Motors gehalten wird. Die Ausgangsspannung des Stromsteuertransisxors erhält somit gemäß der Schaltung einen einem Bruchteil der Gleichspannung E entsprechenden Wert, und die Basen der Schalttransistoren werden in der Hauptsache mit den Spannungen der Drehstellungsdetektorwicklungen beaufschlagt Da jede der Spannungen von den Drehstellungsdetektorwicklungen annähernd Sinus- ,₅ form hat, fließt durch die Schalttransistoren ein Strom von annähernd Sinusform. Es sei noch darauf hingewiesen, daß in diesem Fall durch die Wirkung des Stromsteuertransistors der Scheitelwert bzw. die Amplitude der Wellenform des Stromes erniedrigt oder abgeflacht ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen in:

F i g. 1 die Wellenform der den Ständerwicklungen eines kollektorlosen Gleichstrommotors gemäß einem älteren Vorschlag zugeführten Ströme;

Fig.2 schematisch den Aufbau von Ständer und Läufer einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Motors;

Fig.3 einen Stromsteuerschaltkreis für den Motor der Fig. 2;

F i g. 4 die Wellenform der Ströme, die den Ständerwicklungen bei Nenndrehzahl bei der Schaltung gemäß F i g. 3 zugeführt werden.

Wie F i g. 2 zeigt, weist der Ständer 1 in gleichen Abständen angeordnete, ausgeprägte Pole 2a bis 2c auf, welche Ständerwicklungen 4a bis 4c und Drehstellungsdetektorwicklungen 5a bis 5c tragen. Den jeweiligen Polen gegenüberliegend ist ein Dauermagnetläufer 3 mit einem Nordpol und einem Südpol angeordnet Die Wicklungen 4 und 5 können bipolar sein.

F i g. 3 zeigt einen Stromsteuerschaltkreis des neuen Motors. Die Ständerwicklungen 4a bis 4c sind an einem Ende jeweils untereinander, und mit ihreni anderen Ende mit den Kollektoren entsprechender Schalttransistoren 6a bis 6c verbunden. Die Emitter der Schalttransistoren sind an Masse gelegt. Die Basen der Schalttransistoren sind mit den Enden einer Seite der Detektorwicklungen 5a bis 5c verbunden, die mit ihren <„, Enden an Masse gelegt sind. Die in der Figur eingezeichneten schwarzen Punkte stehen für identische Polarität.

Mit den gemeinsamen Verbindungsstellen der Ständerwicklungen 4a bis 4c ist jeweils das eine Ende f,_s von Widerstandsschaltelementen 7a bis 7c verbunden, während ihr anderes Ende mit den Basen der Schalttransistoren 6s bi^ 6c verbunden ist. Der Stromsteuerschaltkreis enthält einen Stromsteuertransistor 8, eine Quelle 10 mit der angegebenen Polarität für die Zuführung eines Gleichstroms zu der Emitter-Kollektor-Schaltung des Stromsteuertransistors 8 über einen Eingangswiderstand 9, einen Stromsteuersignalgenerator 13, der mit dem Pluspol der Spannungsquelle zur Erzeugung eines drehzahlabhängigen Stromsteuersignals 12 zur Steuerung der Drehzahl des Läufers 3 verbunden ist und einen Verstärker 14 zum Verstärken des Stromsteuersignals 12 und zum Zuführen des verstärkten Signals zu der Basis des Stromsteuertransistors 8. Der Kollektor des Stromsteuertransistors 8 ist mit der gemeinsamen Verbindungsstelle der Ständerwicklungen 4a bis 4c verbunden. Der Minuspol der Gleichspannungsquelle 10 liegt an Masse.

Der in F i g. 3 dargestellte Stromsteuerschaltkreis arbeitet wie folgt: Die Schaltung wurde vorher so eingestellt, daß beim Starten ein Gleichstrom mit einem Maximalwert und bei Nenndrehzahl ein Gleichstrom mit einem geringeren Wert als der Maximalwert den jeweiligen Schalttransistoren 6 und damit den Ständerwicklungen 4 über den Stromsteuertransistor 8 zugeführt werden. Der kleinere Wert des Gleichstroms beträgt beispielsweise einen Bruchteil des Maximalwertes. Die Einstellung wird also derart getroffen, daß beim Starten an dem Kollektor des Stromsteuertransistors eine positive Spannung E der Spannungsquelle 10 und bei Nenndrehzahl ein Bruchteil der Spannung E angelegt ist

Beim Starten des Motors wird der Stromsteuertransistor 8 bei maximalem Leitungswinkel leitend. Dementsprechend wird an die Schalttransistoren 6a bis 6c über die Widerstandsschaltelemente 7a bis 7c eine hohe Vorspannung angelegt. Diese resultiert aus der positiven Spannung E plus einem Betrag, der sich aus der Rückkoppelung des Ausgangssignals der Detektorwicklungen 5a bis 5c, die gegeneinander eine Phasendifferenz von 120° haben, zu den Ständerwicklungen ergibt. Die Schalttransistoren 6 bewirken somit, daß die Ständerwicklungsströme der Reihe nach mit einem maximalen Leitungswinkel umgeschaltet werden. Wenn die jeweiligen Schalttransistoren 6 auf diese Weise mit dem maximalen Leitungswinkel betrieben werden, werden die Wellenformen der jeweiligen Ständerwicklungsströme in eine Rechteckform gebracht, und man erhält ein erhöhtes Startdrehmoment, das den Motor in kurzer Zeit auf eine vorgegebene Drehzahl bringt.

Bei Nenndrehzahl des Motors wird der Stromsteuertransistor 8 von den drehzahlabhängigen Stromsteuersignalen 12 so ausgesteuert daß er bei einem kleineren Leitungswinkel leitend wird. In diesem Fall erhalten die Spannungen an den gemeinsamen Verbindungsstellen der Ständerwicklungen 4 einen ausreichenden Wert um die Nenndrehzahl aufrecht zu erhalten. Der Wert entspricht beispielsweise einem Bruchteil von E so daß die Widerstandsschaltelemente la bis 7c keine Vorspannung mehr an die Basen der Schalttransistoren 6 anlegen. Die Schalttransistoren 6 werden dann nur durch die Ausgangssignale der Detektorwicklungen 5 vorgespannt, so daß ihr Leitungswinkel verkleinert ist.

Fig.4 zeigt als Beispiel die Wellenformen der Ständerwicklungsströme /1 bis /3 für den vorstehenden Fall. Wenn der Leitungswinkel der Schalttransistoren 6 etwas größer als 120° ist, wie gezeigt, wird eine Überlappungsperiode 16 geschaffen, beispielsweise zwischen /1 und 12. Da während dieser Periode die Ausgangssignale der Detektorwicklungen 5a und 5b kleine Amplituden haben, arbeiten die Schaittransisto-

ren 6a und %b in ihrem ungesättigten Bereich. Die Stromverteilung zu den beiden Ständerwicklungen wird deshalb im Verhältnis zu der Impedanz der Schaltung proportional zu den Wellenformen der Ausgangssignale aus den Detektorwicklungen 5a und 56 bewirkt, wodurch der Feldstrom we^::h umgeschaltet wird.

Wenn der Motor Nenndrehzahl erreicht, nehmen die Ströme /I bis /3 der Ständerwicklungen eine trapezförmige Wellenform an, wie in F i g. 4 gezeigt ist

Der Wert der Ströme /1 und i2 an der Überlappungsstelle 17 ist der halbe Wert des Gesaintstroms iT. Je größer also die Schaltverstärkung der Schalttransisto-6 ist, desto größer sind die Steigwinkel und

Fallwinkel θ der trapezförmigen Wellenform. Da, wie man sieht, die trapezförmige Wellenform sich irr wesentlichen einer Sinuswelle annähert, erhält man eine weiche Drehkraft.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Kollektorloser Gleichstrommotor mit einem Dauermagnetläufer und mit einem Ständer, dessen ausgeprägte Pole Ständerwicklungen tragen, die in -■ Abhängigkeit von der Läuferstellung über die Kollektor-Emitter-Strecke jeweils eines Schalttransistors an eine Gleichspannungsqueile schaltbar sind, mit einem Drehstellungsdetektor zur Feststellung der Läuferstellung, dessen Detektorw-cklungen ,₀ jeweils auf den zugeordneten Polen der Ständerwicklungen angeordnet sind und die jeweils zwischen die Basis und den einen Pol der Gleichspannungsquelle geschaltet sind, und mit einem Stromsteuerschaltkreis zur Erzeugung eines drehzahlabhängigen Stromsteuersignals, das einen mit seiner Kollektor-Emitter-Strecke zu allen Ständerwicklungen in Reihe liegenden und mit dem anderen Pol der Gleichspannungsquelle verbundenen Stromsteuertransistor aussteuert, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Basen der Schalttransistoren (6a, 6b, 6c) und die Kollektor-Emitter-Strecke des Stromsteuertransistors (8) Widerstandsschaltelemente (7a, 7b, 7c) geschaltet: sind.