DE2642472B2 - KoUektorioser Gleichstrommotor - Google Patents
KoUektorioser GleichstrommotorInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen kollektorlosen
Gleichstrommotor mit mehreren in Stern geschalteten Phasenwicklungen, die über eine aus steuerbaren
Ha!b!eitere!ementen bestehende Kommutierur.gseinrichtung
an eine Gleichspannungsquelle schaltbar sind, bei denen 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-Schaltelements parallel geschaltet ist, und wobei ferner der Drehzahl-Istwert über ein
aus mindestens einem Widerstand und einem Kondensator bestehendes Glättungsglied abgegriffen ist.
Ein solcher Motor bildet Gegenstand der älteren Patentanmeldung P 2633047.2. Er hat sich gezeigt,
daß insbesondere bei Motoren mit genutetem Ständer sich der über Dioden ausgekoppeiten drehzahlproportionalen
EMK motorstromabhängige Anteile überlagern, wodurch sich ein den Drehzahl-Istwert
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 ge-
w wonnen 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 parallelen Widerstand
die Emitter-Basis-Strecke eines weiteren Transistors parallel geschaltet ist, dessen Kollektor derart
über eine in Durchlaßrichtung geschaltete Diode und einen Reihenwiderstand mit Nullpotential verbunden
μ ist, daß an dem Verbindungspunkt zwischen Diode und Widerstand ein drehzahlpropörtiönaler 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 herabgezogen
werden.
Die Kompensation des lastabhängigen Drehzahl-
fehlers 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 (Anspruch 3).
Eine vorteilhafte Ausgestaltung besteht darin, daß der Verbindungspunkt zwischen der in Durchlaßrichtung
geschalteten Diode und dem Widerstand mit dem Eingang einer Zeitstufe verbunden ist, deren Ausgang
mit der Basis eines zusätzlichen 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 zusätzlichen Transistors einerseits über einen Widerstand mit dem positiven Pol der Versorgungsspannung
und andererseits über eine in Durchlaßrichtung geschaltete Diode und einen Widerstand
mit Nullpotential in Verbindung f:eht und
daß in dem Verbindungspunkt zwischen Diode und Widerstand ein dem Motorstrom proportionaler
Strom eingespeist ist (Anspruch 4).
Wie vorstehend bereits ausgeführt, kann die Auskopplung
des drehzahl- und lastproportionalen Stromimpulses auch unmittelbar zur Drehzahl-Istwert-Bildung
verwendet werden und zwar dadurch, daß der Verbindungspunkt zwischen der in Durchlaßrichtung
geschalteten Diode und dem Widerstand mit dem Eingang einer Zeitstufe verbunden ist, an deren
Ausgang zur Bildung eines digitalen Drehzahl-Istwertes ein Glättungsglied angeschlossen ist (Anspruch S).
An Hand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele wird der Anmeldungsgegenstand
näher erläutert. Es zeigt
Fig. 1 das Schaltbild eines kollektorlosen Gleichstrommotors nach der Erfindung,
Fig. 2 ein c-pannungs-Zeit-Diagramm der in einer
Phasenwicklung induzierten Spannungen,
Fig. 3 eine Schaltungsvariante des in Fig. 1 dargestellten kollektorlosen Gleichstrommotors,
Fig. 4 ein Detail-Schaltbild der Drehzahl-Istwerterfassung,
und Kompensation des lastabhängigen Drehzahlfehlers, und
Fig. S ein Detail-Schaltbild einer digitalen Drehzahl-Istwerterfassung.
In Fig. 1 sind mit 1 bis 4 die Phasenwicklungen eines kollektorlosen Gleichstrommotors bezeichnet.
Mit ihrem einen Wicklungsende sind die Phasenwicklungen 1 bis 4 in einem Stenipunkt 5 zusammengefaßt
und mit ihrem anderen Wicklungsende an Kommutierungstransistoren 6 bis 9 angeschlossen. Die Steuerung
der Kommutierungstransistoren 6 bis 9 erfolgt über eine Auswahlschaltung 10, die ihrerseits über in
der Zeichnung nicht dargestellte vom Läufer des Motors beeinflußte Lagermelder gesteuert wird. An die
mit den Kommutierungstransistoren 6 bis 9 verbundenen Wicklungsenden der Phasenwicklungen 1 bis
4 sind Auskoppeldioden Ii bis 14 mit ihrem einen Anschlußpol angeschlossen. Der andere Anschlußpol
dieser Auskoppeldioden 11 bis 14 ist an einen gemeinsamen Verbindungspunkt 15 geführt.
Eine Zenerdiode 16 ist mit ihrem einen Anschlußpol an den gemeinsamen Verbindungspunkt 15 angeschlossen
und über einen Reihenwiderstand 17 mit dem Sternpunkt 5 verbunden. Zwischen dem gemein
ίο
samen Verbindungspunkt 15 und dem Sternpunkt 5 ist weiterhin als steuerbares Halbleiter-Sehaltelemeut
ein Transistor 18' angeordnet, der als Darlington-Transistor ausgebildet ist. Die Basis des Darlington-Transistors
18' liegt an dem gemeinsamen Anschlußpunkt 25 des Reihenwiderstands 17 und der Zenerdiode 16. Über ein aus Widerständen 20' und
21' und einem Kondensator 22 bestehendes Glättungsglied kann der Drehzahl-Istwert als Spannung
U-m abgenommen werden. Zur Umwandlung dieses
Istwertes in einen diesem proportionalen Strom /to kann in an sich bekannter Weise ein Transistor 26
verwendet werden. Ferner ist in der gemeinsamen Zuleitung der Kommutierungstransistoren 6 bis 9 ein
ohmscher Widerstand 27 vorgesehen, an dem über einem Punkt 28 eine dem Motorstrom IM proportionale
Spannung Uu abgenommen wird, wie durch einen Pfeil 29 angedeutet ist.
Parallel zu dem Widerstand 17 bzw. der Basis-Emitter-Strecke des Darlington-Tr:nsistors 18' ist
über einen Widerstand 30 die Basis-Emitter-Strecke eines weiteren Transistors 31 parallelgeschaltet. Der
Kollektor des Transistors 31 ist über eine Diode 32 und eine Zenerdiode 33 an Nullpotential gelegt. Der
Verbindungspunkt 34 zwischen der in Durchlaßrichtung geschalteten Diode 32 und der Zenerdiode 33
ist mit der Basis eines zusätzlichen Transistors 35 verbunden, dessen Kollektor mit dem einen Anschluß
des Glättungskondensators 22 und dessen Emitter über einen Widerstand 36 mit Nullpotential verbunden
ist.
Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 wird an Hand der Fig. 2 näher erläutert. Die
Abszissenachse entspricht dem Nullpotential, das dem negativen Pol der Spannungsquelle entspricht. Mit einer
gestrichelten Linie ist das Potential des Sternpunkts 5 U bezeichnet, wobei eine mit 37 bezeichnete
Sinuslinie die Spannung darstellt, die der zweipolig magnetisierte Rotormagnet in einer der
Phasenwicklungen, z. B. der Phasenwicklung 1 induziert,
sofern diese Wicklung nicht unter Strom gesetzt ist. Bei dem gewählten Ausführungsbeispiel führt
diese Wicklung Strom zwischen dem Winke.1 von 135°
bis 225° (bei einer 90°-Aussteuerung der einzelnen Phasenwicklungen). Durch die Dioden 11 bis 14 wird
jedoch nur die gegenüber Usum positive Halbwelle
ausgekoppelt, wie durch eine Schraffur angedeutet ist. Wie jedoch Fig. 2 zeigt, überlagern sich dieser Wicklungsspannung
(EMK) die Abschaltspannungsspitze A und ein transformotorischer Anteil B aus der
um 180° elektrisch versetzten Phasenwicklung 3. Die Höhe der Abschaltspannungsspitze A wird entsprechend
der Hauptanmeldung durch die Zenerdiode 16 in oer Höhe entsprechend begrenzt. Die beiden Größen
A und B sind dem Motorstrom lM proportional.
Die Impulsbreite At hängt bei konstanter Abmagnetisierungsspannung
ebenfalls vom Motorstrom ab. Der Mittelwert der beiden Störgrößen ist außerdem von
der Motordrehzahl η abhängig.
Fig. 1 zeigt nun eine Kompensationsschaltung, bei der I111 sowohl dem Motorstrom als auch der Motordrehzahl
proportional ist. Dies wird dadurch erreicht, daß beim Ansprechen der Zenerdiode 16 über den
zusätzlichen Widerstand 30 und dem Transistor 31 ein Stromimpuls Ip uusgekoppelt wird. Die Impulsbreite
Al ist dem Motorstrom /M proportional, während
die Impulsfrequenz von der Motordrehzahl η
abhängig ist. An der Zenerdiode 33 entsteht ein Span-
nungsimpuls konstanter Amplitude, der den Transistor 35 aufsteuert, so daß vom positiveren Pol des
Glättungskondensators 22 ein Kompensationsstrom Iy fließt, der von der Größe des Widerstandes 36 abhängt.
Damit wird die Ladung des Glättungskondensators 22 um einen Anteil verringert, der proportional
dem Produkt von lK x At ist. Durch entsprechende
Wahl der Größe des Widerstandes 36 kann also der Einfluß der beiden Störgrößen A und B exakt ausgeglichen
werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist der Darlington-Transistor 18' gemäß Fig. 1 durch einen
einfachen Transistor 18 ersetzt. In diesem Falle muß jedoch der Widerstand 17 durch zwei Dioden 37 und
38 ersetzt werden und die Basis des Transistors 18 muß über einen Widerstand 39 mit dem Anschlußpunkt
25 verbunden sein. Nur auf diese Weise kann das Potential des Anschlußpunktes 25 so hoch gesetzt
werden, daß über den Widerstand 30, Transistor 31 und Diode JZ ein entsprechender Stromimpuls Ip ausgekoppelt
werden kann. Die Kompensation des lastabhängigen Drehzahlfehlers erfolgt dann in gleicher
Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1.
Bei den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 und 3 ist die Höhe des Stromimpulses durch die Zenerdiode
33 bestimmt, während die Impulsbreite At proportional dem Motorstrom /M ist.
In Fig. 4 ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, bei welchem die Impulsbreite At des ausgekoppelten
Stromimpulses konstant gehalten wird, und zwar mit Hilfe einer Zeitstufe 40, während die Impulshöhe
proportional dem Motorstrom IM gemacht wird. Wirkungsmäßig
gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen. An Stelle der Zenerdiode
33 kann nun ein ohmscher Widerstand 41 verwendet werden. Der Anschlußpunkt 34 zwischen diesem
Widerstand 41 der Diode 32 ist nicht unmittelbar mit der Basis des als weiteren bezeichneten Transistors
35 verbunden, sondern über die besagte Zeitstufe 40, deren Laufzeit in bekannter Weise durch einen
Widerstand 42 und einen Kondensator 43 bestimmt werden kann. Der Ausgang Q der Zeitstufe
40 ist mit der Basis des Transistors 35 verbunden. Die Zeitstufe 40 spricht also bei jedem ausgekoppelten
drehzahlproportionalen Stromimpuls Ip an und steuert den Transistor 35 an. Das Potential der Basis des
Transistors 35 wird in Abhängigkeit vom Motorstrom IM beeinflußt und zwar dadurch, daß die Basis de
Transistors 35 einerseits über einen Widerstand 4*
mit dem positiven Pol der Versorgungsspannung U1
und andererseits über eine Diode 45 und einem ohm -> sehen Widerstand 46 mit Nullpotential verbunden ist
Der Verbindungspunkt zwischen der Diode 45 unc dem Widerstand 46 ist mit 47 bezeichnet und steht
mit einer Leitung 48 in Verbindung, über die ein derr Motorstrom L· proportionaler Strom eingespeist wird
"' Dieser fließt über den Widerstand 46 und hebt dami
das Potential des Verbindungspunktes 47 entspre chend an. Die Basisspannung von dem Transistor 3i
wird also bestimmt durch den Spannungsabfall an dem Widerstand 46 und der Durchlaßspannung der Diodi
ι» 45. Die Diode 45 soll hierbei nur die Basis-Emitter
Diode von dem Transistor 35 kompensieren. Übe den Widerstand 44 erhält die Diode 45 aus der Ver
sorgungsspannungsquelle UB Strom, der auch übe den Widerstand 46 fließt. Der Strom durch den Wi
-'» derstand 46 ist jedoch gegenüber dem Motorstrom
/w vernachlässigbar klein, so daß die an dem Wider stand 46 abfallende Spannung praktisch allein durch
den dem Motorstrom IM proportionalen Strom bestimmt
wird. Der Kollektorstrom des Transistors 35
-'"> ist demnach auch dem Motorstrom /M proportional,
Der Mittelwert des Kollektorstroms hängt von dei Motordrehzahl ab. Durch entsprechende Wahl de
Widerstandes 36 kann somit der Kompensationsstrom Ik vorgegeben werden, der - wie bei dem Ausfüh
w rungsbeispiel nach Fig. 1-die Ladung des Glättungs
kondensators 22 verringert.
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel zur Gewin nung eines dem Drehzahl-Istwert proportionalen Si
gnals. Die Auskopplung des drehzahlproportionalen
υ Stromimpulses Ip erfolgt wie bei den vorhergehenden
Ausführungsbeispielen über den dem Widerstand 17 parallelgeschalteten Widerstand 30 und Transistor 31.
Wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 ist de Verbindungspunkt 34 zwischen der Diode 32 und dem
4(1 ohmschen Widerstand 41 mit dem Eingang eine
Zeitstufe 49 verbunden, deren Laufzeit durch einen ohmschen Widerstand 50 und Kondensator 51 be
stimmt ist. Der Ausgang Q der Zeitstufe 49 ist übe ein aus Widerständen 52 und 53 sowie einem Kon
4i densator 54 bestehendes Glättungsglied mit einem
Ausgang 55 verbunden, der eine dem Drehzahl-Ist wert n^ proportionale Spannung führt.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (4)
1. KoUektorloser Gleichstrommotor mit mehreren
in Stern geschalteten Phasenwicklungen, die über eine aus steuerbaren Halbleiterelementen
bestehende Kommutierungseinrichtung an eine Gleichspannungsquelle schaltbar sind, bei denen
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 -;ines steuerbaren Halbleiter-Schaltelements
parallel geschaltet ist, und wobei ferner der Drehzahl-Istwert über ein aus mindestens einem
Widerstand und einem Kondensator bestehendes Glättungsglied abgegriffen 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 derart über eine:
in Durchlaßrichtung geschaltete Diode (32) und einen Reihenwiderstand (33 bzw. 41) mit Nullpotential verbunden ist, daß an dem Verbindungspunkt (34) zwischen ßiode (Si) und Widerstand
(33 bzw. 41) ein drehz&hlproportionaler Stromimpuls (I) auskoppelbar ist.
2. Kollektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der m it 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. KoUektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der
Verbindungspunkt (34) zwischen der in Durchlaßrichtunggeschalteten
Diode (32) und dem Widerstand (41) mit dem Eingang einer Zeitstufe (40) verbunden ist, deren Ausgang mit der Basis
eines zusätzlichen 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 zusätzlichen Transistors (35) einerseits über einen Widerstand
(44) mit dem positiven Pol der Versorgungsspannung (48) und andererseits über eine in
Durchlaßrichtung geschaltete Diode (45) und einen Widerstand (46) mit Nullpotential in Verbindungsteht
und daß in dem Verbindungspunkt (47) zwischen Diode (45) und Widerstand (46) ein dem
Motorstrom proportionaler Strom (7M) eingespeist
ist (Fig. 4).
S. KoUektorloser Gleichstrommotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungspunkt
(34) zwischen der in Durchlaßrichtung geschalteten Diode (32) und dem Widerstand (41) mit dem Eingang eine? Zeitstufe
(49) verbunden ist, an deren Ausgang zur bildung einer dem Drehzahl-Istwert proportionalen Spannung
ein Glättungsglied (52, 53, 54) angeschlossen ist (Fig. 5).
Priority Applications (5)
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Family Applications (1)
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Legal Events
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OD | Request for examination | ||
OI | Miscellaneous see part 1 | ||
C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
8320 | Willingness to grant licences declared (paragraph 23) | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |