DE2419432B2

DE2419432B2 - Kollektorloser Gleichstrommotor mit einem Stator und mit einem permanentmagnetischen Rotor

Info

Publication number: DE2419432B2
Application number: DE2419432A
Authority: DE
Inventors: Benno 7742 St Georgen Doemen
Original assignee: Papst Motoren GmbH and Co KG
Current assignee: Ebm Papst St Georgen GmbH and Co KG
Priority date: 1974-04-23
Filing date: 1974-04-23
Publication date: 1980-09-18
Also published as: US4030005A; JPS6135797B2; JPS50144022A; FR2269232B1; FR2269232A1; JPH0334302B2; DE2419432A1; JPS6158461A; DE2419432C3

Description

Die Erfndung betrifft einen kollektorloscn Gleichstrommotor nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiger Motor ist bekannt aus der DE-OS 1 954409. Als Halblciter-Steuerinittel sind dort zwei sogenannte HaII-ICs vorgesehen, also zwei integrierte Schaltungen, die jeweils aus einem Hallgcnerator und zugehörigen Transistoren bestehen. Diese HaII-ICs sind um 90° el. gegeneinander versetzt am Stator angeordnet und werden vom Magnetfeld des permanentmagnetischen Rotors gesteuert. Jeder Hall-IC steuert zwei Lcistungstransistorrn, von dcp.cn jeder eine der - insgesamt 4 - Statorwicklungen steuert. Wird bei die:,em Motor der Rotor durch äußere

so Einflüsse stark abgebremst oder blockiert und bleibt stehen, so gibt mindestens einer der HaII-ICs an einem Ausgang ständig ein Steuersignal ab, das den dort angeschlossene η Leistungstransistor ständig voll leitend hält und dadurch mit der Zeit zu dessen Überlastungundzur Überhitzung der an ihn angeschlossenen Statorwicklung führt. Dadurch kann der Motor binnen kurzer Frist zerstört werden.

Aus der CH-PS 422 131 ist ferner ein kollektorloser Gleichstrommotor bekannt, eier mit einer sogenann-

wi ten Hochfrcquenzkommuticrung arbeitet. Dabei wird die Übertragung eines HF-Signals von einem Oszillator auf ein Empfängcrglicd durch ein mit dem Kotor gekoppeltes mechanisches Glied, /.. H. eine Blech fahnu oder einen Magnetkern, gesteuert. Das auf das

(.5 limpfängerglicd übertragene HF-Signal steuert einen Schmitt-Trigger, so daß im Stillstand lies Motors am Ausgang theses Schmitt Triggers ein (ilciehspannmigssigiial vorliegt, welches entweder hoch oder tief

ist. Dieses Signal steuert seinerseits einen Sperrschwingoszillator, der dann schwingt, wenn am Ausgang des Schmitt-Triggers ein entsprechendes Signal anliegt, und der dann zwei Transistoren im Leistungskreis des Motors einschaltet. -Wenn der Motor blokkiert wird, erhält über die HF-Kommutierung der Schmitt-Trigger ständig ein Signal, so daß der Sperrschwingoszillator ständig schwingt und die von ihm gesteuerten Transistoren im Leistungskreis des Motors ständig ieitend hält, so daß die Motorwicklung ständig Strom erhält und durchbrennen kann. Ebenso werden dann die beiden Transistoren überlastet, weil sie ständig leitend gehalten werden.

Aus der US-PS 3165685 kennt man ferner einen kollektorlosen Gleichstrommotor mit vier Statorwicklungen, zwei um 90° el. versetzten Hallgeneratoren, und einem permanentmagnetischen Rotor, der diese Hallgeneratoren durch sein Magnetfeld steuert. Jeder Hallgenerator steuert über einen Übertrager zwei Thyristoren, die ihrerseits jeweils mit einer der vier Statorwicklungen in Reihe geschaltet sind. Zum Erzeugen der für die Ansteuerung der Thyristoren erforderlichen Nadelimpulse werden die Hallgeneratoren aus einem Impulsgenerator mit Hochatrom-Nadelimpulsen versorgt, so daß auch bei blockiertem Motor immer mindestens einer der vier Thyristoren mit Zündimpulsen versorgt wird und leitend bleibt, was zur Überhitzung der an ihn angeschlossenen Statorwicklung führt und zur Zerstörung des Motors führen kann. Auch eine Speisung der Hallgeneratorcn mit Gleichstrom würde hieran nichts ändern, da auch hierbei der zuletzt leitende Thyristor nicht mehr gelöscht würde und weiterhin voll stromleitend bliebe. AuSerdem wäre bei Speisung der Hallgeneratoren mit Gleichstrom ein selbsttätiger Anlauf des Motors nicht mehr gewährleistet.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen kollektorlosen Gleichstrommotor der eingangs genannten Art zu schaffen, der selbsttätig anläuft und bei dem bei blockiertem Rotor eine verstärkte Stromaufnahme und dadurch bedingt eine Überhitzung des Motors vermieden wird.

Diese Aufgabe wird bei einem eingangs genannten Motor durch die im Anspruch 1 gekennzeichneten Merkmale gelöst. Dadurch, daß für den mindestens einen Koppeikondensator ein Ladekreis vorgesehen ist, wird ein selbsttätiger Anlauf gewährleistet, denn obwohl im Stillstand des Motors von den Halblcitcr-Stcucrmittcln nur ein Glcichspannungssignal abgegeben wird, bewirkt dieses Glcichspannungssignal eine Aufladung des Koppclkondcnsators, wodurch ein Steuerstrom erzeugt wird, der ein Anlaufen des Motors bewirkt. Im Betrieb wird dann der Koppelkondensalor abwechselnd gc- und entladen, wobei er typisch eine bestimmte Mindestladung ständig beibehält. Wird der Motor blockiert, so ändert sich nach Ablauf einer gewissen Zeitspanne der Ladezustand des Koppclkondcnsators nicht mehr wesentlich, d. h. es wird dann kein Steuerstrom mehl erzeugt, und der Stator des Motors wird stromlos, so daß eine Überhitzung des Motors sicher vermieden wird. Zum erneuten Anlauf des rVintors nach Beseitigen der Blockierung genügt dann ein kurzzeitiges Aus- und Wiedereinschalten, oder ein kleiner Drehimpuls.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in ikn Unteransi/riichen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend an /wci Aiislüh
nmushcisniclcn nähei beschrieben und erläutert. Ia zeigt

Fig. ! ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Motors, hier eines zweipulsigen kollektorlosen Gleichstrommotors,

Fi g, 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Motors, der ebenfalls ein zweipulsiger kollektorloser Gleichstrommotor ist,

Fig. 3 eine schematische Darstellung des — an sich bekannten — Aufbaus eines zweipulsigen kollektorlo-

K) sen Außenläufermotors,

Fig. 4 Schaubilder zur Erläuterung von Fig. 3, und Fig. 5 bis 9 Schaltbilder zur Erläuterung der Wirkungsweise des Motors nach Fig. 2.

Die Erfindung wird nachfolgend an einer Motorbauart erläutert, bei der die Statorwicklung während einer Rotordrehung von 360° el. nur zwei Stromämpulse erhält, und die deshalb als zweipulsig bezeichnet wird. Solche zweipulsigen Motoren haben, wenn sie in Brückenschaltung betrieben werden, nur eine einzige Stabwicklung, sonst zwei Statorwicklungen, vergl. die DE-OS 2 225 442. Die L< findung eignet sich aber in gleicher Weise auch für mehr iträngige Motoren mit mehr als zwei Statorwicklungen.

Zum besseren Verständnis der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Schaltungen soll kurz der Aufbau des Außeiläufermotors 10 nach Fig. 3 erläutert werden. Dieser Aufbau als solcher ist nicht Gegenstand der vorliegenden Anmeldung, sondern Gegenstand des älteren Patents nach der DE-PS 2346380. Dieser Motor 10 hat einen zweipoligen Rotor 11 mit einem Rotormagneten 13, dessen Nordpol mit N und dessen Südpol mit S gekennzeichnet ist. Die Induktion des Rotormagneten 11 ist jeweils über einen Winkelbereich von etwa 170 ... 175° praktisch konstant, und die Pollücken 14, 15 haben deshalb nur eine Breite von etwa 10 ... 20° el. (trapezförmige Magnetisierung). Der Rotormagnet 13 ist in einem Topf 12 aus Weicheisen gehaltert und ist z. B. ein sogenannter Gummimagnet. Der Rotor 11 ist in Fig. 3 in einer seiner beiden Ruhestellungen dargestellt; seine Drehrichtung ist mit 16 bezeichnet.

Der Stator 18 des Motors 10 ist ein Doppel-T-Anker mit einem oberen Pol 19 und einem unteren Hol 20, welche zwischen sich zwei Nuicn 2J und 24 einschließen, in denen zwei in Reihe geschaltete Wicklungshälften 25 und 26 angeordnet sind, deren Mittclanzapfung an einen Pluspol 27 geführt ist, und deren freie Enden mit 28 bzw. 29 bezeichnet sind. Ein Hallgenerator 32 ist an der öffnung der Nut 24 oder einer elektrisch äquivalenten Stelle angeordnet.

Die Luftspaltc 33, 34 über den beiden Statorpolen 19 und 20 haben die gleiche Form und dienen zur Erzeugung eines Reluktanzmoments M_rrl, dessen idealisierte-Form in Fig. 4 dargestellt ist. Ausgehend von der Nut 23 nimmt der Luftspalt 33 über einen ersten Winkel aJ.iha (z. B. 10 bis 50° el.) monoton bis zu einer Stelle 30 zu, an welcher der Maximalwert des Luflspalts 33 erreicht wird. Von da an nimmt er über einem zweiten Winkelbereich beta (ζ. B. SO bis

mi 170" el.) monoton ab bis etwa zur öffnung der Nut 24, wo der Minimalwert des Luftspalts 33 erreicht wird. Von hier aus folgt der anschließende Luftspalt 34 mit identischem Verlauf.

Fig } zeigt ilen Rotor Il in seiner stabilen Ruhe

ι.=· stellung, in der seine beiden Pole jeweils (icbielcn kleinen I.ulKpalts gcgeniibei liegen u\n\ die Lage der Pflücken 14. 15 etwa mit den Stellen 36 größten I .ultMialts übereinstimmt, da in diesen I aneu der ma-

gnctischc Widerstand des Luftspalts insgesamt am geringsten ist. Verdreht man den Rotor 11 um den Winkel beta in Drehrichtung 16 aus dieser stabilen Ruhelage, so muß man hierzu dem Rotor 11 von außen Energie zuführen, da sich der magnetische Widerstand im Luftspalt vergrößert, d. h. der Rotor 11 wird durch ein Reluktanzmoment gebremst. Im Betrieb wird diese Energie durch den Strom in der Wicklung 25 oder 26 zugeführt.

Nach Verdrehung um den Winkel beta erreicht der Rotor 11 eine Lage, in der seine Pollücken 14 und 15 sozusagen auf den Stellen 42, 43 kleinsten l.uftspalts reiten. In dieser Lage ist der magnetische Widerstand des Luftspalts insgesamt am größten, d. h. hier ist die größte magnetische Energie im Motor gespeichert, und der Rotor 11 hat in dieser instabilen oder labilen Lage das Bestreben, sich in der einen oder anderen Richtung so weit zu drehen, bis er wieder eine der beiden möglichen stabilen Lagen erreicht hat. Dabei gibt er auch ohne Zufuhr elektrischen Stromes ein antreibendes Drehmoment ab.

F i g. 4 zeigt den Verlauf des dort mit 40 bezeichneten Reluktanzmoments M_rrl über einer Rotorumdrehung, also über 360" el. Mit 41 ist die in Fig. 1 und 2 dargestellte stabile Rotorstellung bezeichnet, mit 41' die dazu symmetrische stabile Rotorstellung. Zwischen diesen beiden Stellungen liegt eine labile Rotorstellung 42, der eine dazu symmetrische labile Stellung 42' entspricht. An den Stellen 41, 41' und 42, 42' hat das Reluktanzmoment 40 jeweils den Wert Null. Man erkennt ferner den Verlauf des mit 43 und 43' bezeichneten bremsenden Reluktanzmoments zwischen den Punkten 41 und 42 und 41' und 42', dessen Länge im wesentlichen durch den Winkel beta bestimmt ist. und den daran jeweils anschließenden Bereich 44. bzw. 44' des antreibenden Reluktanzmoments, dessen Länge im wesentlichen durch den Winkel delta (Fig. 3) bestimmt ist. Fig. 4 zeigt ferner den Verlauf des mit 45 bzw. 45' bezeichneten elektromagnetischen Antriebsmoments M_tl , das während des antreibenden Reluktanzmoments 44 bzw. 44' den Wert Null haben kann. Mit 46 und 46' sind die Lücken von M_el bezeichnet, die durch den antreibenden Teil von M_n, überbrückt werden.

DieindenFig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiele sind zum Antrieb eines Motors nach Fig. 3 geeignet, und es werden deshalb in Fig. 1 und 2 für die Motorwicklungen dieselben Bezeichnungen verwendet wie in Fig. 3, ebenso für den Hallgenerator 32. Sowohl die Schaltung nach Fig. 1 wie diejenige nach Fig. 2 arbeitet blockiersicher, d. h. bei Blockieren des Motors werden die Ströme in den Statorwicklungen unterbrochen. Trotzdem wird ein selbsttätiger Anlauf bei beiden Schaltungen gewährleistet.

Bei der Schaltung nach Fig. 1 ist eine Schutzdiode 75 vorgesehen, welche gegen einen falschen Anschluß an das Gleichstromnetz schützt und welche bei blokkiertem Motor die Spannungsfestigkeit der beiden Leistungstransistoren 63 und 64 erhöht. Die Kathode der Diode 75 ist mit einer Minusleitung 53 verbunden; ihre Anode ist an eine Leitung 76 angeschlossen, an welche ein Widerstand 49, die Emitter von zwei Leistungsiransistoren 63 und 64, und der Kollektor eines Transistors 66 angeschlossen sind, so daß im Betrieb über diese Diode 75, die als Siliciumdiode ausgebildet ist, ständig ein Strom fließt und die Leitung 76 ein Potential hat, das etwa 0,8 Volt positiver ist als das Potential der Leitung 53. Die Basis-Emitter-Ableitwiderstände 56 und 57 der Transistoren 63 und 64 sind an die Leitung 53 angeschlossen und können relativ hochohmig sein, /.. H. je 12 kOhm.

Zur Steuerung der Transistoren 63 und 64 dient bei Fig. I ein Differenzverstärker 60 mit zwei pnp-Transistoren 54 und 55. der vom Hallgenerator 32 gesteuert wird.

Für höheren Motorstrom (z. B. größeres Lastmoment) können, wie dargestellt, die Transistoren 63

in und 64 durch entsprechende Darlington-Transistoren 63' bzw. 64' ersetzt werden. Der Differenzverstärker 60 braucht dann nur für einen sehr kleinen Strom ausgelegt zu werden.

Die Basen der Transistoren 54 und 55 sind nur wcchselspannungsmäßig mit den Ausgängen 50 bzw. 51 des Hallgenerators 32 gekoppelt, und zwar jeweils über einen als Elektrolyt-Kondensator ausgeführten Koppelkondensator 77 bzw. 78. der so groß gewählt ist, dal.? er die Ausgangsspannung des HaÜgencrators

2(i 32 nicht differenziert. Zum Beispiel können diese Koppelkondensatoren 77 und 78 Werte von jeweils K) Mikrofarad haben. Gleichspannungsmäßig sind die Basen der Transistoren 54 und 55 des Differenzverstärker^ 60 praktisch an dasselbe Potential angeschlossen, und zwar über je eine als Germaniumdiode ausgebildete Diode 81 bzw. 82, deren Anoden jeweils mit der Basis des zugeordneten Transistors und deren Kathoden mit einem gemeinsamen Punkt 83 verbunden sind, der seinerseits über einen niederohmigen

lü Widerstand 84 (/. R. 7 Ohm) mit dem positiven Stromeingang des Hallgenerators 32 und der Basis des Transistors 66 verbunden ist; der Punkt 83 ist ferner über den Widerstand 52 mit der Plusleitung 27 verbunden. - Als dritter Zweig des Differenzverstärkers

.15 60 ist hier der pnp-Transistor 66 vorgesehen.

Die Anordnung nach Fig. 1 arbeitet wie folgt:
Beim Start des Motors 10, also beim Einschalten der Gleichspannung, befindet sich der Rotor 11 (Fig. 3) in seiner Startstellung, in der gemäß Fig. 3

4Ii dem Hallgenerator 32 ein Südpol (Punkt 41 in Fig. 4) oder ein Nordpol (Punkt 41' in Fig. 4) gegenübersteht. Nimmt man an, gemäß Fig. 3 stehe dem Hallgenerator 32 ein Südpol gegenüber, so ist der Ausgang 51 negativer als der Ausgang 50 des Hallgenerators

32. so daß über den Widerstand 59 und die Emitter-Basis-Streckc des Transistors 55 ein !,adestrom in den Koppelkondensator 78 fließt und den Transistor 55 leitend macht. Damit wird auch der Transistor 64 leitend und die Motorwicklung 25 erhält Strom, so daß

5(i der Motor selbsttätig anläuft. - Kommt nun ein Nordpol zum Hallgenerator 32. so wird der Ausgang 51 des Hallgenerators 32 positiver, und der Ausgang 50 wird negativer. Wenn der Ausgang 51 positiver wird, entlädt sich der Koppel kondensator 78 über die (zuvor gesperrte) Diode 82, welche auch bei den relativ niedrigen Ausgangsspannungen eines Hallgenerators bereits sicher leitet. (Zur Entladung der Koppelkondensatoren 77 und 78 können auch Widerstandsnetzwerke oder dergleichen verwendet werden, doch hat

wi es sich gezeigt, daß man bei Verwendung von Germanium-Dioden die besten Ergebnisse erhält.) - Wenn der Ausgang 50 des Hallgenerators 32 negativer wird, weil der Motor angelaufen ist, wird diese relativ rasche Potentialänderung über den Koppelkondensator 77

zur Basis des Transistors 54 übertragen und macht letzteren und über ihn den Transistor 63 leitend, so daß die Motorwicklung 26 Strom erhält. Die Kommutierung erfolgt dann bei laufendem Motor fortlaufend.

wobei jeweils der Koppelkondensalor auf der nichtleitenden Seite des Diffcrcnzverstärkers 60 über seine Diode 81. 82 entladen wird. (Die Entladung erfolgt nicht ganz auf Null und es verbleiben an den beiden Koppelkondensatoren 77 und 78 Ladungen entsprechend dem Gleichspannimgsanteil des Signals. / B. in der Größenordnung von

Q = CV= l()|il· 0.7 V.)

Hei kleinen Induktionen am Hallgenerator 32 haben die Ausgänge 50 und 51 des Hallgenerators etwa i<> dasselbe Potential, so daß auch die Hasen tier Transistoren 54 und 55 eine geringe Potentialdifferenz aufweisen. Dagegen ist durch den Spannungsabfall am Widerstand 84. der /. IJ. 0.15 V betragen kann, das Potential der Basis des Transistors 66 etwa 0,15 V I^ negativer als die Basen der beiden Transistoren 54 iiml 55. so dali tier Transistor 66 bei niedrigen Induktionen am Hallgenerator 32 den vollen Strom des Dificrenzverstärkers übernimmt und beide Transistoren 54 und 55 stromlos macht, so daß aueh im Motor kein ;n Strom fließen kann.

Wirtl der laufende Motor im Betrieb blockiert, so daß er /um Stillstand kommt, so ladt sich über den gerade leitenden Transistor 54 oder 55 tier zugehörigen Koppelkondensator 77 oder 78 so weit auf. bis :* dieser Transistor sperrt. Dieser Ladevorgang dauert / H. etwa eine Sekunde, ti. h. der Motor gibt aueh im blockierten Zustand noch kurzzeitig ein Moment ab. Wenn der betreffende Koppelkondensator geladen ist. wirtl das Potential der Basen beider Transisto- '■» tu 54 und 55 durch das Potential des Punktes 83 bestimmt (über die Dioden 81 und 82). Infolge des Spannungsahfalls am Widerstand 84 ist das Potential an der Basis ties Transistors 66 negativer, ü. h. aueh in diesem lall übernimmt der Transistor 66 den Strom '-des Differenzverstürkers 60. Da in diesem Fall tier Strom im Transistor 66 dauernd fließt, erwärm' sieh dieser, wobei seine Emitter-Basis-Schwellspannung l/_HI abnimmt, so daß der Transistor 66 infolge dieser Erwärmung nach kurzer Erwärmungszeit den vollen i" Strom des Differenzverstärkers 60 sicher übernimmt. Hierdurch werden die Transistoren 54, 55 und 63 und 64 stromlos, und damit wird aueh der Motor stromlos. Es fließt dann nur noch ein kleiner Prozentsatz des Betriebsstromes des Motors, z. B. statt 200 mA nur noch 35 mA. Der Motor kann nach Wegfall der Blokkierung von Hand wieder angeworfen werden, wodurch sich die Blockierung selbsttätig aufhebt, oder er kann einige Sekunden abgeschaltet und dann erneut wieder eingeschaltet werden, wonach er erneut an- so läuft, da sich dann die Koppelkondensatoren 77 und 78 entladen haben. Ebenso kann er durch einen kurzen Spannungsimpuls an den Leitungen 27. 53 wieder zum Laufen gebracht werden.

Die Schaltung nach Fig. 1 hat den Nachteil, daß sie den großen Temperaturgang handelsüblicher Hallgeneratoren nicht ausreichend kompensiert und daher mit den derzeit erhältlichen Hallgeneratoren keine hohen Betriebstemperaturen ermöglicht.

Fig. 2zeigt eine bevorzugte, nach dem derzeitigen «) Erkenntnisstand optimale Schaltung, die ebenfalls blockiersicher ist und die durch ihre hohe Empfindlichkeit auch eine hohe Betriebstemperatur des Motors, auch bei Einbau in diesen, ermöglicht. Ferner hat diese Schaltung einen sehr einfachen Aufbau, da kein Differenzverstärker verwendet wird und deshalb derbeiFig. 1 verwendete dritte Transistor 66 entfällt, so daß nur sehr wenige elektronische Komponenten erforderlich sind. Gleiche oiler gleichwirkentle Teile wie bei Fig. I werden auch hier mit denselben Bezugs/eichen bezeichnet und nicht nochmals beschrieben.

Bei tier Anordnung nach Fig. 2 werden zur wechstlspannungsmiißigen Ankopplung tier Transistoren

54 und 55 an ilen I lallgenerator 32 ebenfalls als Elektrolyt -Kondensatoren ausgebildete KoppeIkondensatoren 77 und 78 mit /. B. jeweils etwa 10 |iF verwendet. Die Transistoren 54 und 55 liegen hier jeweils in einem Parallelzweig zum Hallgenerator 32. so daß tier Strom durch den Hallgenerator 32 verringert wird, wenn einer der Transistoren 54 otler 55 leitet; dies dient als Strombegrenzung für diese Transistoren durch negative Rückkopplung, da bei Verringerung des in den Hallgenerator fließenden Stromes auch dessen Ausgangssignal entsprechend abnimmt

Die Emitter der beiden Transistoren 54 und 55 sind mit einem Knotenpunkt 90 verbunden, tier über einen Widerstand 52 mit der Plusleitung 27 sowie direkt mit der Anode einer relativ gut leitenden, als SiIieium-Diode ausgeführten Diode 91 verbunden ist. tieren Kathode über einen Knotenpunkt 92 mit dem einen Eingang des Hallgenerators 32 verbunden ist. Die Diode 91 kann z. B. vom Typ ITT (SOl sein, der im leitenden Zustand eine Spannung von etwa 0.75 V hat.

Ariden Knotenpunkt 92 sind ferner über einen Widerstand 97 (z. B. } kOhm) die Kathoden zweier relativ schlecht leitender, als Silieitim-Dioden ausgeführten Dioden 93 und 94 angeschlossen. Die Anode der Diode 93 ist mit der Basis ties Transistors 54. die Anode der Diode 94 mit tier Basis des Transistors

55 verbunden. Fur die Dioden 93 und 94 kann der Typ BA I 70 verwendet werden.

Ferner liegt parallel zum Hallgenerator 32 eine als Silicium-Diode ausgeführte Diode 98.

Zur Erläuterung tier Anordnung nach Fig. 2 wird aiii die F^;e. 5 Bezug genommen. Dabei ist gemäß der Definition in Fig. d jeweils die Basis-Emitter-Strcc! e eines Transistors. z.B. als Diode 55'. durch ein ausgefülltes Dreieck dargestellt, während andere Dioden durch leere Dreiecke symbolisiert sind.

Wie Fig. 5 zeigt, sind - wenn man den Widerstand 97 zunächst außer Betracht läßt - parallel zur Diode 91 zwei elektrisch etwa gleichwertige Dioden 55' und 94. die z. B. beide aus Siliciummaterial hergestellt sind, und mit gleicher Durchflußrichtung, parallel geschaltet. Im Ruhezustand teilt sich deshalb der Spannungsabfall von ca. 0.7 V an der Diode 91 auf die beiden Dioden 55' und 94 auf. so daß an jeder von ihnen etwa 0.35 V liegen, so daß durch diese Dioden nur ein minimaler Strom von z. B. 0,001 mA fließt. Wird nun dem mit 100 bezeichneten Verbindungspunkt zwischen den Dioden 55' und 94 über den Koppelkondensator 78 ein negativer Impuls 101 von z. B. minus 0.2 V zugeführt, so wird die Diode 55' leitend, d. h. es genügt bei dieser Schaltung schon eine sehr geringe Potentialänderung des Punktes 100, um die Diode 55' leitend zu machen, oder, übertragen auf die Schaltung nach Fig. 2, um den Transistor 54 oder den Transistor 55 leitend zu machen. Durch den aus den Teilen 55 und 94 bestehenden Spznnungsteiler wird also die Schwellenspannung des Transistors 55 herabgesetzt, und die Schaltung wird hierdurch sehr empfindlich.

Fig. 7 zeigt eine Variante zu Fig. 5, bie der eine Diode 91 mit einer höheren SchwellensDannune von

ζ. 11. 0.9 V verwendet werden kann. Diese ,Spannung wird über den Spannungsteiler 102-97 auf eine Spannung von ca. 0,7 V reduziert. (In Fig. 2 ist der Widerstand 102 gestrichelt eingezeichnet.)

Fig. H zeigt die Anordnung zusammen mit dem Ersatzschaltbild des Hallgcnerators 32. Da parallel zum Hallgencrator 32 die Diode 98 liegt, erhalt man am Hallgenerator 3t im Betrieb eine Spannung von etwa 0,7 V. und wenn die Induktion am Hallgenerator 32 gleich Null ist, teilt sich diese Spannung auf in die beiden dargestellten Teilspannu'igen von je 0,35 V, so daß man bei laufendem Motor am Koppelkondensator 78 /.. 11. eine Gleichspannung von etwa 0,7 V erhalt, die im Betrieb weitgehend konstant ist. Wenn der Ausgang 51 des Hallgenerators 32 negativer wird, fließt über die Diode 55' ein Ladestrom in den Koppelkondensator 78, d. h der Transistor 55 wird leitend. Wenn der Ausgang 51 des I lallgenerators 32 positiver wird, sperrt die Diode 55', und über die iJioue 54, den widerstand V7 und den Hallgencrator 32 fießt ein Entlad 'strom aus dem Koppelkondensator78, der sieh dabei im Betrieb um denselben Betrag entlädt, um den er zuvor geladen worden war.

Da der Widerstand 97 (/.. B. 3000 Ohm) wesentlich hochohmiger ist als der Innenwideistand des Hallgenerators 32 (z. B. 30 Ohm, dazuhin stark temperaturabhängig), ist die Entladezeitkonstante praktisch konstant und größer als die Ladezeitkonstante, so daß man für die Entladung eine entsprechende höhere Spannung erhält.

Fig. 9 zeigt die Anordnung nach Fig. H komplett für beide Ausgänge des Hallgenerators 32, und zwar mit den im Betrieb typisch vorhandenen Spannungen und bei Gleichheit der Potentiale an den Ausgängen 50 und 51 des Hallgenerators, also bei einer Induktion am Hallgencrator, die angenähert gleich Null ist. Die Koppclkondcnsatoren 77 und 78 haben sich auf etwa dieselbe Spannung aufgeladen, und beide Dioden 54' und 55' leiten nicht, d. h. hierbei fließt kein Strom in den Motorwicklungen 25 oder 26. Wenn dann z. B. der Ausgang 51 positiver und der Ausgang 50 negativer wird, sperrt die Diode 55' noch stärker, während die Diode 54' leitend wird, was übertragen auf Fig. 2 bedeutet, daß die Transistoren 54 und 63 leitend werden und die Wicklung 26 Strom erhält. Dasselbe gilt wegen der Symmetrie der Schaltung analog für den umgekehrten Fall, daß 51 negativer und 50 positiver wird.

Der Strom, den der Transistor 54 zum Transistor 63 oder der Transistor 55 zum Transistor 64 leitet, fließt über den Widerstand 52' und wirkt gcgenkoppelnd, da er den Steuerstrom des Hallgenerators 32

vermindert. Infolge der Diode 98 setzt aber diese Verminderung erst eic¹· in ein, wenn durch diese Diode 98 kein Strom mehr fließt. (Solange durch die Diode 98 ein Strom fließt, liegt am Hallgencrator 32 eine praktisch konstante Spannung von ca. 0.7 V, wie das in den Fig. K und ¹J angegeben ist.) Bei tiefen Temperaturen ist der Hallgenerator 32 hochohmiger, so daß durch die Diode 98 relativ viel Strom fließt, und die Endtransistoren 63 und 64 haben dann eine schlechtere Verstärkung, weshalb sie einen größeren Basisstrom benötigen, der ihnen dann geliefert wird. Bei höheren Temperaturen nimmt der Strom durch die Diode 98 ab und die Gegenkopplung wird stärker wirksam. Wird der Motor blockiert, so lädt sich derje nige Koppelkondensator 77 oder 78 auf, dessen zugeordneter Hallgenerator-Ausgang gerade negativ ist, und da daraufhin die Basen beider Transistoren 54 und 55 ebenso dasselbe Potential erhalten, wie wenn der magnetischen Fluß im Hallgenerator 32 = 0 oder angenähert = 0 wäre, ist nach Ablauf einer Verzögerungszeit von etwa einer Sekunde keiner der beiden Transistoren 54 oder 55 mehr leitend und der Strom in beiden Motorwicklungen 25 und 26 wird vollständig unterbrochen, so daß eine Überhitzung ties Motors auch bei Blockieren sicher vermieden wird. Der Wiederanlauf ist in der gleichen Weise möglich, wie das zuvor i>-_'i Fig. I beschrieben wurde, also durch einen Spannungsimpuls an den Leitungen 27, 53. kurzes Ausschalten oder durch Anwerfen des Motors von Hand, wobei schon ein sehr kleiner mechanischer Impuls genügt.

Die Verzögerung des Entladevorgangs durch den Widerstand 97 beeinflußt die Ladung der Koppelkondensatoren 77 und 78 und ermöglicht dadurch eine Beeinflussung der Zeitspanne, die vergeht. His der Motor beim Blockieren stromlos wi-d.

Die Schaltungen nach ilen Fig. I und 2 lassen sich naturgemäß auch bei Motoren mit mehr als zwei Wicklungen verwenden, z. B. bei der bekannten Motorbauart mit vier sternförmig geschalteten Wicklungen und Steuerung durch zwei Hallgeneratoren, wie sie z. B. die eingangs genannte DF-OS I /544(W zeigt. Als rotorstellungsabhängigc Halbleiter-Steucrmittcl eignen sich außer Hallgeneratoren in gleicher Weise auch andere Halbleiter-Steuermittel, z. Fl. Magnetdioden oder dergleichen. Auch bei solchen HaIbleiter-Steuermittcln ist in analoger Weise nach dem Prinzip der vorliegenden Erfindung eine Blockiersicherung erzielbar. Naturgemäß ist dieses Prinzip unabhängig von der Motorbauart, also z. Fl. in gleicher Weise auch bei Innenläufer- oder Flachmotoren anwendbar.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Kollektorloser Gleichstrommotor mit einem Stator, einem permanentmagneüschen Rotor, und mit rotorsteliungsabhängigen Halbleiter-Steuermitteln, die bei Stillstand des Rotors mindestens ein wechselspannungsfreies Stellungssignal abgeben, ferner mit mindestens einem Transistorverstärker zur Steuerung des Stroms in der Statorwicklungoder den Statorwicklungen in Abhängigkeit von dem mindestens einen Stellungssignal der rotorsteliungsabhängigen Halbleiter-Steuermittel, dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung des mindestens einen Stellungssignals von den Halbleiter-Steuermitteln (z. B. Hallgenerator 32) zu dem oder den Transistorverstärker(n) (Transistoren 54, 55, 63, 64) jeweils ein Koppelkondensator (77,78) vorgesehen, ist, welchem ein Lade- und ein Entladekreis zugeordnet ist und welcher s*> bemessen ist. daß er bei laufendem Motor des von ihm übertragene Stellungssignal nicht differenziert.

2. Motor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ladekreis einen nichtlinearen Widerstand (Basis-Emitter-Strecke 6 Diode 54', 55') enthält.

3. Motor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladekreis einen nichtlinearen Widerstand (Dioden 81, 82; 93, 94) enthält.

4. Motor nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der nicbx'/ineare Widerstand als Diodenstrecke (Bads-Emitter-Strecke = Diode 54', 55'; Diode 81, 82; Diod 93, 94) ausgebildet ist.

5. Motor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Diodenstrecke mit einem ohmschen Widerstand (84,97) in Reihe geschaltet ist.

6. Motor nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß beim Entladekreis die Diodenstrecke durch eine beim Ladevorgang sperrende Diode (81, 82; 93, 94) gebildet ist.

7. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis fi, dadurch gekennzeichnet, daß Lade- und Entladckreis des Koppelkondensators (77, 78) unterschiedlich ausgebildet sind.

8. Motor nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Entladekrcis (93, 94, 97) einen höheren Widerstand aufweist als der Ladekreis.

9. Motor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Koppelkondensator (77, 78) ein Elektrolytkondensator ist und eine Kapazität in der Größenordnung von Mikrofarad aufweist.

K). Motor nach einem dci Ansprüche 1 bis 9, bei welchem die Halblcitcr-Stcucrmittcl als Hallgenerator ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Eingänge des Verstärkers (Transistoren 54, 55) zwischen einem im Steuerstromkreis des Hallgcnerafors (32) angeordneten Widerstand (52') und den Stcucrstrnmanschlüsscn des Hallgcnerators (32) angeschlossen sind (Fig. 2).

I I. Motor nach Anspruch 6, bei welchem die H;ilbleiter-Steuennittcl als !!»!!generator ausgebildet sind, dessen Ausgänge an den als Differenz verstärker mit zwei '/.weigen ausgebildeten Verstärket angeschlossen sind, <l;nlurch gekennzeichdaß die Eingänge des Differenzverstärkers über die Dioden (81,82) und einen gemeinsamen niederohmigen Widerstand (84) an den Steuerstromeingang des Hallgenerators (32) geführt sind, daß zwischen jeder Diode (81,82) und dem zugeordneten Eingang des Differenzverstärkers einerseits und dem Ausgang des Hallgenerators (32) andererseits jeweils einer der Koppelkondensatoren (77,78) angeschlossen ist, ur,.1 daß der Steuerstromeingang des Hallgenerators (32) mit einem parallel zu den ersten beiden Zweigen des Differenzverstärkers liegenden dritten Zweig (Transistor 66) steuerseitig verbunden ist (Fig. I).

12. Motor nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Dioden (81,82) als Germaniumdioden ausgebildet sind.

13. Verwendungeines Motors nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche für den Antrieb eines Lüfters.

14. Verwendung eines Motors nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12 für den Antrieb eines Axiallüfters, vorzugsweise eines Axiallüfters mit kurzer axialer Baulänge.

15. Verwendung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor als sogenannter zweipulsiger Motor ausgebildet ist, bei welchem die Statorwicklungsanordnung (25, 26) bei Rotordrehung von 360° el. nur zwei Stromimpulse zugeführt erhält, und daß der Motor zwei Koppelkondensatoren (77, 78) zum Übertragen von Stellungssignalcn (101) aufweist.